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0、耐火材料行業破磨工藝現狀
    在耐火材料的工業生產中，原材料及半成品的破碎與粉磨是其主要工作。也是影響其生產成本的重要因素。耐火材料行業破磨工藝因受設備性能和材料磨損的限制，現一直延用較古老的破磨工藝，如圖1所示。
    調查發現，眾多使用廠家之所以一直延用這種破磨工藝，其主要原因是材料的磨損問題及鐵質材料的二次污染問題。如濟南某耐火材料廠購置了一臺組合式立軸破碎機破碎88#高鋁料，用高錳錘頭，磨耗量達2000g/t，用高鉻鑄鐵錘頭，磨耗量也在600g/t左右，磨損非常嚴重，機械幾乎無法使用，同時過量鐵質二次污染嚴重影響了產品質量。
1、現有粉磨設備存在的問題及改進的方向
    破碎設備從顎式破碎機到錘式破碎機，從立式破碎機到輥壓機，盡管其設備性能不斷提高，但隨之而來的是設備的投資不斷增加，而一直制約破碎設備發展的材料磨損問題仍未從根本山上解決，如錘式破碎機的錘頭磨損比顎式破碎機的顎板要嚴重的多，而輥壓機的輥面，立磨的磨盤磨損均比其他破碎機嚴重的多。雖然為解決這些問題在合金材料的配方上做了大量工作，但成效都不大，未能從理論上加以突破，因此，進一步探求新的設計理論和結構是各種破碎機解決磨損問題的必由之路，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
    隨著設備性能的不斷改進和提高，設備變得越來越復雜，而對于人均素質相對較低的粉磨工業而言，操作維修過程中遇到的問題越來越多，很多設備故障都是人為因素導致，因此，在不斷提高設備性能的開發過程中，盡量降低設備的復雜程度也是非常重要的。
    目前各種破碎機設備存在的另一個問題是破碎比較小，這樣不利于工藝系統的設計及生產成本的降低。如輥壓機等性能較先進的粗磨細碎設備，其破碎比也只有50左右。
    綜上所述，我們認為：在綜合運用已有技術的基礎上，研究一種產量高、破碎比大、價格低廉，操作維護簡單，耐磨損，工藝設計簡單的粗磨細碎設備勢在必行。
    作者在多年從事粉磨技術的基礎上，綜合了國內外各種破碎設備的優點，發明了一種具有上述特性的粗磨細碎設備——無球磨機，現將該機介紹如下。
2、無球磨機的結構和工作原理
    無球磨機是一種粗磨細碎設備，主要用于破碎系統的二段作業及粉磨系統的粗、細磨作業。適用于處理粒徑小于300mm的各種硬度的物料，如耐火泥、磚瓦、澎潤土、礦渣、煤礦石、石灰石、水泥熟料、煤塊、燒結高鋁（95#以下）、鋁礬土、長石、砂巖等。能夠代替破碎機和磨機完成細碎（將100一80mm的物料破碎到10一3mm）、超細碎(將15—8mm的物料破碎到0. 08~0.06mm)、粗磨(將物料破碎到0.30—0.10mm)、細磨（將物料破碎到0.08—0.001mmcl]）等作業，當然細磨作業還須不斷地探討，目前規模作業僅能完成325目以上即0. 045 mm以上的細磨作業。
    無球磨機主要由三角皮帶傳動系統、轉子、上蓋、筒體、內襯和底座組成。如圖2所示。
    機器的主軸借助安裝在上、下軸承座中的調心和推力軸承定心和支承，軸上裝有破磨轉子和籠形轉子，主軸的下端裝有三角皮帶輪，經三角帶靠電機帶動旋轉。電機可上置、也可下置安裝，不影響機器的性能。內襯采用梯度耐磨材料制成，轉子易損件采用金屬與陶瓷的復合材料制成，易損件壽命比合金材料提高數倍。
    其工作原理：為庫底配料經上部入料口進入無球磨機，物料在機內經破磨轉子及自研介質破磨后，經籠形轉子分隔，合格產品經一特別通道被收集下來。機內顆粒的破碎是靠顆粒內部能量不斷積累而一次性破碎的過程，而粉磨則是靠自研的過程完成，因此，出料顆粒的大小變化范圍較小，均齊性較好。能夠一次性滿足用戶的要求，目前該機可生產325目以上的各種成品顆粒。該機因顆粒在機內停留時間較短，單位時間內設備處理能力較高，目前該設備已生產8種型號，能夠滿足各行業粉磨作業要求，而單位電耗通常在0.5~12kWh/t之間，遠低于常規破碎機和磨機。該機通常采用預粉磨、半終粉磨和終粉磨工藝。
3、無球磨機的虛擬裝配及典型零件的實體設計
    無球磨機的目的、功能，所能達到的性能指標、技術參數，都與設計息息相關。采用一些新的設計方法、設計理論、設計手段將更快、更有效地完成設計工作。如運用計算機及輔助設計方法，實現無球磨機的并行設計和虛擬裝配，可以及時改進設計中的問題，杜絕浪費。圖4為典型零件的實體設計。
    裝配設計（Design for Assembly-DFA）的出發點在于盡可能快地將某一產品裝配在一起，并確保最終裝配質量。從廣義上講，DFA就是在產品設計的初級階段，對產品的裝配過程進行量化分析，優化產品設計，減少裝配時間，以獲得最低的裝配費用。無論是確保產品的可裝配性，還是減少產品的成本，DFA通常所采用的手段是盡可能減少組成產品零部件數量，并確保所有零件易于制造和裝配。
    DFA的設計遵循的主要準則：
    (1)使用最少零件零件數量減少具有許多優點，但是零件數量的減少不是無限制的，應當確保不出現由于零件的減少而使零件的形狀太復雜或太笨重，以致于難以裝配和制造的情形。減少零件數量的最好方法就是取消功能重復的零件或使某些零件具有多功能，以減少多余零件。
    (2)裝配方向最少所有的零件應盡可能在同一方向上進行裝配，裝配方向過多將會增加裝配線的長度，增大裝配操作位置和延長裝配時間，影響裝配效率。在自動化裝配和機器人裝配中，要避免裝配方向與重力方向沖突，應采用自上而下的裝配方案。
(3)采用模塊化設計尤其對柔性自動裝配線，各模塊質量問題可以分別處理，而不影響其它生產線的運行，減少了自動生產停工時間，更新和服務更簡便、快捷。
    (4)減少裝配工作面使一個工作面全部裝配工作完成后才移至另一個工作面。
    (5)盡量減少使用緊固件如螺釘等。
    (6)使裝配在外部進行裝配操作應很容易被觀察到，對手工和自動化裝配都很重要。
    (7)使零件易于識別盡量將零件設計成對稱形狀，不對稱時，應增加或擴大一些不對稱特征，使零件易于識別，避免誤裝。
    (8)優化零件的抓取避免設計的零件鉤咬、纏結。
    (9)對裝配在一起的零件應有互鎖特征例如，設計時增加一些凹凸特征，可使零件保持原位。
    根據以上原則，運用實體設計和虛擬設計方法對800型無球磨機的零部件進行了實體設計，虛擬裝配的800型樣機如圖4所示。通過虛擬裝配發現并解決了裝配中可能出現的問題。
4、無球磨機與立式破碎機、磨機、輥壓機性能比較
    為了探討無球磨機與立式破碎機、磨機、輥壓機等設備的性能優劣，我們就立式破碎機、無球磨機、輥壓機及磨機在不同的條件下能量消耗的情況、產品粒度情況及耐磨材料的磨損情況做了大量的對比試驗，試驗結果如表1、表2、表3、表4、表5、表6所示。
    由表1、表2、表3、表4、表5，表6可以看出，輥壓機和無球磨機既可以當破碎機用又可以代替磨機作終粉磨設備，在產量、質量同等的條件下，無球磨機的單位電耗較輥壓機低，而對于不同的人料粒度，輥壓機不如無球磨機適用范圍寬，破碎比不如無球磨機高，由不同破碎機與管磨機組成的破磨系統，無球磨機與管磨機組成的系統綜合電耗最低。在相同產量、質量的條件下，無球磨機、輥壓機、復合破運轉相同的時間對比結果證明：復合破破熟料70小時左右，則打擊件需修補或更換，否則出料明顯變粗；輥壓機破碎水泥熟料150小時左右，則打擊件需修補或更換，否則出料明顯變粗；無球磨機破碎熟料運轉1000小時，轉子需局部修補，但顆粒大小始終不變，性能指標不因磨損而變化，顯然其綜合經濟效益相對是最理想的。目前唯一的不足是其使用的金屬和非金屬復合材料制備較困難，成本稍高，且該設備的大型化還需要不斷的完善。
5、應用舉例
    山東濟南某耐火材料廠采用該機破磨88#高鋁料（超硬耐火材料），采用終粉磨工藝，依據用戶要求，設備進行了局部調整，使得該機生產的顆粒組成完全符合用戶的要求，大顆粒5~25mm的占40%，5~0.08 mm占35%，0.08mm以下的占25%。該系統產出產品顆粒形貌為球形，較好地滿足了耐火澆注料對顆粒形貌的要求；同時該機鐵質二次污染的問題也得到較好地解決，因該機主要破損部位為非金屬材料制成，因此最大限度降低了耐火材料廠破磨過程中鐵質材料的含量。解決了耐火材料、陶瓷，磚瓦等行業對顆粒形貌及鐵質污染的問題。
6、結束語
    依據現代設計方法，基于綠色設計思想，結合無球磨機的開發，從無球磨機全生命周期[3J-準備、決策、設計、制造、裝配、安裝使用、拆卸維護、再利用等階段，將綠色設計思想充分、具體地應用到設計過程中，針對無球磨機存在的問題，明確了下一步研究的方向。無球磨機是一種新型的粗磨細碎設備，它拋棄了傳統破碎機和磨機必須用打擊件和球的限制，采用顆粒內部能量逐步累加而一次性破碎的理論，從根本上解決了通常情況下破碎機破碎比較小，無法作終粉磨的問題，同時該機采用了金屬與非金屬材料的復合技術，最大限度的解決了材料磨損的問題，及鐵質對耐火材料二次污染的問題，不僅適用于硬質耐火物料，對軟質物料性能更加優越。無球磨機結構簡單，性能優于輥壓機與立磨，而其一次性投資僅為立磨和輥壓機的六分之一，適合我國粉磨工業資金短缺的實際，是技術力量較薄弱的中小企業技改的理想選擇，相信該機的推廣應用必將對粉磨工業的技術改造帶來革命性的變化。