Füllungsverhältnis bei Kugelmühlen und Verteilung der Stahlkugeldurchmesser

Bei der Verwendung von Kugelmühlen stoßen Praktiker ohne viel Erfahrung oft auf ein Problem: Wie man Stahlkugeln entsprechend dem Verhältnis der Stahlkugelgröße zur Mühle hinzufügt? Dies hängt hauptsächlich von den verschiedenen Eigenschaften der Kugelmühle ab, wie: Durchmesser, Gesteinsfestigkeit, Gesteinspartikelgröße der Kugelmühle, Härte des Stahlkugels (Qualität), Drehzahl der Kugelmühle und anderen Faktoren.

I. Grundprinzipien für die Größenbestimmung von Stahlkugeln

Materialhärte: Je härter das zu mahlende Material ist, desto größer sollten die Stahlkugeln sein.

Mühlendurchmesser: Für größere Mühlen erfordert die größere Aufprallkraft den Einsatz kleinerer Stahlkugeln.

Partitionstyp: Bei Verwendung von Doppelbehälter-Partitionen sollten die Stahlkugeln kleiner sein als die in einer Einzelbehälter-Partition mit demselben Austragsabschnitt verwendeten Kugeln.

Kugelverteilung: Typischerweise wird eine vierstufige Kugelverteilung verwendet. Das bedeutet, dass größere und kleinere Kugeln in geringeren Mengen eingesetzt werden, während die mittelgroßen Kugeln häufiger vorkommen. Mit anderen Worten, „weniger an den beiden Enden und mehr in der Mitte“.

II. Stahlkugelverhältnis für hohe Mahlleistung

Für eine optimale Mahlleistung wird folgendes Stahlkugelverhältnis als ideal angesehen. Dieses Gleichgewicht sorgt für den wirtschaftlichsten Betrieb der Kugelmühle:

III. Wie man Stahlkugeln basierend auf Größenverhältnissen hinzufügt

Wenn eine neue Kugelmühle zum ersten Mal installiert wird, durchläuft sie eine Einlaufphase. Während dieser Zeit sollte die anfängliche Füllung mit Stahlkugeln etwa 80 % der maximalen Kapazität der Mühle betragen. Die Stahlkugeln können proportional zu ihrer Größe hinzugefügt werden (z. B. Φ120 mm, Φ100 mm, Φ80 mm, Φ60 mm, Φ40 mm), wobei die Anpassung auf der Grundlage der betrieblichen Anforderungen der Mühle erfolgt.

Stahlkugelfüllung und -größe in Kugelmühlen

Stahlkugelfüllmenge: Die gesamte Kugelfüllung variiert je nach Kugelmühlenmodell. Beispielsweise hat die Kugelmühle MQG1500×3000 (mit einer Verarbeitungskapazität von 100-150 Tonnen) eine maximale Kugelfüllung von 9,5-10 Tonnen. Bei der erstmaligen Zugabe von Stahlkugeln ist die Verteilung typischerweise wie folgt:

• Große Kugeln (Φ120 mm und Φ100 mm): 30 %-40 %
• Mittlere Kugeln (Φ80 mm): 30 %-40 %
• Kleine Kugeln (Φ60 mm und Φ40 mm): 30 %

Das Gewicht der hinzugefügten Stahlkugeln sollte auf ihrer Qualität basieren. Hochwertigere, verschleißfeste Stahlkugeln sind vorzuziehen. Die ideale Menge an Stahlkugeln beträgt 0,8 kg pro Tonne Erz für Kugeln guter Qualität, während allgemeine Stahlkugeln möglicherweise 1-1,2 kg pro Tonne Erz benötigen.

Stahlkugelgrößenverhältnis: Die Größe der hinzugefügten Stahlkugeln hängt vom Durchmesser der Kugelmühle ab:

• Für Mühlen mit einem Durchmesser von weniger als 2500 mm verwenden Sie Kugeln mit Φ100 mm, Φ80 mm und Φ60 mm.
• Für Mühlen mit einem Durchmesser von mehr als 2500 mm verwenden Sie Kugeln mit Φ120 mm, Φ100 mm und Φ80 mm.

IV. Auswahl von verschleißfesten Mahlkörpern (Mahlkugeln)

1994 etablierte die deutsche Baustoffindustrie den Standard JC/T535-94 „Chromlegierte Gussmahlkugeln für die Baustoffindustrie“. Dieser wurde später mit der nationalen Norm GB/T17445-1998 „Gussmahlkugeln“ verfeinert, die die chemische Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Spezifikationen und die Inspektionsmethoden für hochchromhaltige Kugeln, mittelchromhaltige Kugeln, niedrigchromhaltige Kugeln und Bainit-Sphärogusskugeln umreißt.

V. Eigenschaften von hochwertigen Mahlkugeln

Gute Mahlkugeln sollten die folgenden Haupteigenschaften aufweisen:

Verschleiß Widerstand: Die Mahlkugeln müssen gegen verschiedene Formen von Verschleiß beständig sein, einschließlich Schneiden, Verformung und Ermüdungsablösung. Für Schneidverschleiß ist eine hohe Härte unerlässlich. Für Verformungs- und Ermüdungsverschleiß müssen die Kugeln eine hohe Dehnungsermüdung, Kontaktmüdung und Schlagermüdungsbeständigkeit aufweisen.

Schlagzähigkeit: Die Mahlkugeln sollten eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit aufweisen, ohne bei wiederholten Aufprallbedingungen zu brechen.

Härtefähigkeit: Die Kugeln, insbesondere die großen (Φ100mm), müssen eine gleichmäßige Härte auf der Oberfläche haben, um den Rundheitsverlust zu verhindern und eine konstante Leistung zu gewährleisten.

Metallurgische Qualität: Hochwertige Mahlkugeln sollten gemäß den festgelegten Standards hergestellt werden, ohne Gießfehler wie Schlackeneinschlüsse oder Sandeinschlüsse.

Für Grobmahlkammern werden Hochchrom-Kugeln empfohlen, während für Feinmahlungen niedrigchromige Kugeln verwendet werden können. Bei Nassmahlanwendungen werden bevorzugt niedrigchromige Kugeln oder geschmiedete Stahlkugeln, da die Verschleißfestigkeit von Hochchrom-Kugeln unter korrosiven Bedingungen weniger effektiv ist. Für verbesserten Verschleißschutz gelten metallgegossene Gusskugeln als die beste Wahl.

VI. Optimierung des Kugelladungssystems

Ein gut gestaltetes Kugelladungssystem ist entscheidend für einen effizienten Betrieb der Mühle. Es umfasst mehrere Faktoren:

• Qualität der Stahlkugeln: Dies bezieht sich auf die Dichte, Härte und Verschleißfestigkeit der Stahlkugeln.
• Größe der Stahlkugeln: Größere Durchmesser der Kugeln erzeugen größere Aufprallkräfte, während kleinere Kugeln beim Mahlen feinerer Erzpartikel helfen, indem sie die Anzahl der Aufprälle pro Zeiteinheit erhöhen.
• Füllrate der Kugeln: Je kleiner der Kugeldurchmesser (bei konstanter Füllrate), desto größer die Anzahl der Kugeln und somit die Häufigkeit der Aufprälle.

Für harte, grobe Erze sind größere, hochdichte Kugeln erforderlich, um eine bessere Mahlleistung zu erzielen. Für feine Erzpartikel sind jedoch kleinere Kugeln notwendig, um die Mahlwirkungsgrad zu verbessern. Derzeit fügen einige Konzentratoren in Deutschland unabhängig von der Erzgröße 100mm Durchmesser Stahlkugeln hinzu, was ineffizient ist und zu übermäßiger Übermahlung sowie erhöhtem Stahlkugelverbrauch führt. Größere Kugeln verschleißen schneller, was zu höheren Kosten führt.

Vorschläge zum Austausch von Niedrigchrom- und Gusskugeln durch Hochchrom-Kugeln

Da Industrien technologische Fortschritte anstreben, um die Produktivität zu steigern und Kosten zu senken, wird der Austausch von Niedrigchrom- und Gusskugeln durch Hochchrom-Kugeln zu einer wichtigen Innovation.

Während Niedrigchrom-Kugeln und Gussstahlkugeln in Branchen wie Zementherstellung, thermische Kraftwerke und Eisenerzabbau weit verbreitet sind, ist ihre Verschleißfestigkeit oft unzureichend. Einige in Deutschland ansässige Hersteller haben versucht, Niedrigchrom- und Gusskugeln durch Hochchrom-Gusskugeln zu ersetzen. Diese Bemühungen wurden jedoch durch schlechte Produktqualität, mangelnde Verschleißfestigkeit und gelegentliches Bruchverhalten behindert, was sie wirtschaftlich unbrauchbar macht.

Trotz dieser Herausforderungen stellt der Ersatz von Niedrigchrom- und Gusskugeln durch Hochchrom-Kugeln einen bedeutenden Fortschritt dar, insbesondere in Branchen mit anspruchsvollen Mahlanforderungen. Für Unternehmen, die Wachstum anstreben, sind kontinuierliche Verbesserungen der Produktqualität und Kostensenkungen notwendig, um die vollen Vorteile zu nutzen.

In vielen ausländischen Märkten sind hochchromlegierte Gusskugeln bereits Standard. Unsere Forscher haben hochhärte, hochchromige Kugeln entwickelt, die eine hervorragende Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten. Durch die Optimierung der chemischen Zusammensetzung und Wärmebehandlungsprozesse erreichen diese Kugeln:

• Härte (HRC) größer als 56
• Aufprallwert ≥4J/cm²
• Fallbeständigkeit von über 10.000 Mal
• Verschleißfestigkeit, die mehr als doppelt so hoch ist wie die von Standard-Nickel-Chrom-Kugeln

Diese Innovation hebt die überlegene Verschleißfestigkeit von hochchromhaltigen Kugeln hervor und positioniert sie als die Zukunft der Mahlkörper in der Branche.

VII. Wichtige Parameter in der Zweistufen-Kugelauswahlmethode

Bei der Verwendung der Zweistufen-Kugelauswahlmethode in Mühlen müssen mehrere wichtige Parameter berücksichtigt werden:

Großer Kugeldurchmesser: Ähnlich wie bei der Mehrstufen-Kugelauswahl hängt die Wahl des großen Kugeldurchmessers vom Partikelgrößenbereich des in die Mühle eingespeisten Materials ab. Im Zweistufenverfahren basiert der Durchmesser jedoch auf der repräsentativen Partikelgröße, also der Partikelgröße, die den größten Anteil am Material ausmacht. In der Praxis kann der sekundäre Kugeldurchmesser aus der Mehrstufen-Auswahl als Referenz dienen. Wenn beispielsweise der maximale Kugeldurchmesser in einer Mehrstufen-Auswahl 100 mm beträgt, wird eine Stahlkugel mit Φ90 mm für die sekundäre Kugelauswahl gewählt.

Kugelverhältnis: Das Verhältnis zwischen großen und kleinen Kugeln muss ausgeglichen sein, um sicherzustellen, dass die Zugabe kleinerer Kugeln die Füllrate der größeren nicht beeinträchtigt. Typischerweise sollten kleine Kugeln 3% bis 5% des Gewichts der großen Kugeln ausmachen. In der Praxis wird empfohlen, mit der unteren Grenze (3%) zu beginnen und je nach spezifischen Produktionsbedingungen anzupassen.

Kleiner Kugeldurchmesser: Die Größe der kleinen Kugeln hängt vom Abstand zwischen den größeren Kugeln ab, was bedeutet, dass sie mit dem Durchmesser der großen Kugeln zusammenhängt. Nach Branchenrichtlinien sollte der Durchmesser der kleinen Kugeln zwischen 13% und 33% des Durchmessers der großen Kugeln liegen.