Kugelmühlen

1. Kugelmühle Einführung

Die Kugelmühle ist das wichtigste Gerät zum Zerkleinern von Materialien nach dem Zerkleinern.

Kugelmühlen gehören zu den in der industriellen Produktion weit verbreiteten Feinmahlmaschinen und es gibt sie in vielen Ausführungen, wie zum Beispiel Rohrkugelmühlen, Stabkugelmühlen, Zementkugelmühlen, Feinstschichtmühlen, Handkugelmühlen, Horizontalkugelmühlen, Kugelmühlenlagerbuchsen, Energiesparkugelmühlen, Überlaufkugelmühlen, Keramikkugelmühlen und Gitterkugelmühlen.

Die Kugelmühle eignet sich zum Mahlen verschiedener Erze und anderer Materialien. Sie wird häufig in der Mineralverarbeitung, der Baustoff- und der chemischen Industrie eingesetzt. Man unterscheidet Trocken- und Nassmahlverfahren. Je nach Entladeart unterscheidet man zwischen Gitter- und Überlaufmühlen. Je nach Zylinderform unterscheidet man vier Typen: Kurzrohr-Kugelmühle, Langrohr-Kugelmühle, Rohrmühle und Kegelmühle.

2. Kugelmühle Funktionsprinzip

Die Kugelmühle besteht aus einem horizontalen Zylinder, einer Hohlwelle zum Zuführen und Abführen von Materialien und einem Mahlkopf. Der Zylinder ist ein langer Zylinder mit einem darin installierten Mahlkörper. Der Zylinder besteht aus Stahlblech. Die Stahlbuchse ist am Zylinder befestigt. In der Regel ist der Mahlkörper eine Stahlkugel, die in verschiedenen Durchmessern und in einem bestimmten Verhältnis in den Zylinder gepackt wird. Der Mahlkörper kann auch aus Stahl bestehen. Wählen Sie entsprechend der Partikelgröße des Mahlmaterials. Das Material wird durch die Hohlwelle am Einführende der Kugelmühle in den Zylinder gefüllt. Wenn sich der Zylinder der Kugelmühle dreht, haftet der Mahlkörper aufgrund von Trägheit, Zentrifugalkraft und Reibung an der Zylinderbuchse. Vom Zylinder mitgerissen und auf eine bestimmte Höhe gebracht, wird er aufgrund seiner eigenen Schwerkraft nach unten geschleudert. Der fallende Mahlkörper zerkleinert das Material im Zylinder wie ein Projektil.

Das Material gelangt gleichmäßig durch die Zuführvorrichtung und die Hohlwelle in die erste Kammer der Mühle. In der ersten Kammer der Mühle befindet sich eine Stufen- oder Wellblechauskleidung. Die Kammer ist mit Stahlkugeln verschiedener Spezifikationen ausgestattet. Das Herunterfallen aus großer Höhe verursacht einen starken Schlag und eine starke Schleifwirkung auf das Material. Nachdem das Material im ersten Lager die Grobmahlung erreicht hat, gelangt es durch die einlagige Trennwand in das zweite Lager. Das Lager ist mit Flachauskleidungen und Stahlkugeln ausgekleidet, um das Material weiter zu mahlen. Das Pulver wird durch den Entladerost ausgetragen, um den Mahlvorgang abzuschließen.

Wenn sich das Fass dreht, gleitet auch der Mahlkörper ab. Während des Gleitvorgangs wird das Material gemahlen. Um die Mahlwirkung effektiv zu nutzen, ist der Mahlkörper beim Mahlen von Materialien mit größerer Partikelgröße fein. Durch eine Trennwand in zwei Abschnitte unterteilt, entsteht ein Doppelsilo. Wenn das Material in das erste Silo gelangt, wird es von Stahlkugeln zerkleinert. Wenn das Material in das zweite Silo gelangt, mahlt der Stahlabschnitt das Material, und das gemahlene, qualifizierte Material ist am Auslassende hohl. Wenn die Welle zum Mahlen von Materialien mit kleinen Eingangspartikeln wie Sand Nr. 2, Schlacke und grober Flugasche entladen wird, kann das Fass der Mühle als Einsilo-Fassmühle ohne Trennwand ausgeführt werden, und der Mahlkörper kann ebenfalls aus Stahl bestehen.

Die Rohstoffe werden zum Mahlen über den Hohlwellenzapfen in den Hohlzylinder geleitet. Der Zylinder ist mit Mahlkörpern unterschiedlichen Durchmessers (Stahlkugeln, Stahlstäbe oder Kies usw.) bestückt. Dreht sich der Zylinder mit einer bestimmten Geschwindigkeit um die horizontale Achse, werden die im Zylinder enthaltenen Mahlkörper und Rohstoffe durch Zentrifugal- und Reibungskraft ab einer bestimmten Höhe vom Zylinder getrennt. Die Wandung des Zylinders fällt oder rollt herunter und zerkleinert das Erz durch die Aufprallkraft. Gleichzeitig mahlt die Gleitbewegung der Mahlkörper während der Rotation der Mühle die Rohstoffe. Das gemahlene Material wird über den Hohlwellenzapfen ausgetragen.

3. Beladung der Kugelmühle

Die Hauptfunktion der Stahlkugel in der Kugelmühle besteht darin, das Material zu zerkleinern und zu stoßen. Sie spielt auch eine wichtige Rolle beim Mahlen. Daher besteht der Zweck der Sortierung von Stahlkugeln darin, diese beiden Anforderungen zu erfüllen. Der Zerkleinerungseffekt wirkt sich direkt auf die Mahlleistung und letztendlich auf die Leistung der Kugelmühle aus. Ob die Zerkleinerungsanforderungen erfüllt werden können, hängt von einer angemessenen Abstufung der Stahlkugeln ab, einschließlich der Größe der Stahlkugeln, der Anzahl der Kugeldurchmesser und der Kugelpositionen verschiedener Spezifikationen. Proportionen usw.

Um diese Parameter zu bestimmen, müssen Sie die Größe der Kugelmühle, die innere Struktur der Kugelmühle, die Anforderungen an die Produktfeinheit und andere Faktoren sowie die Eigenschaften des Mahlmaterials (leicht zu mahlen, Partikelgröße usw.) berücksichtigen.

Um die Materialien effektiv zu zerkleinern, müssen bei der Bestimmung der Körnung mehrere Grundsätze beachtet werden:

Zunächst muss die Stahlkugel über eine ausreichende Aufprallkraft verfügen, damit die Stahlkugel der Kugelmühle genügend Energie hat, um das Partikelmaterial zu zerkleinern, was in direktem Zusammenhang mit dem maximalen Kugeldurchmesser der Stahlkugel steht.

Zweitens muss die Stahlkugel genügend Aufprallzeiten auf das Material haben, was mit der Füllrate der Stahlkugel und dem durchschnittlichen Kugeldurchmesser zusammenhängt. Wenn die Füllmenge konstant ist, versuchen Sie unter der Voraussetzung einer ausreichenden Aufprallkraft, den Durchmesser des Mahlkörpers zu verringern und die Anzahl der Stahlkugeln zu erhöhen, um die Anzahl der Stöße auf das Material zu erhöhen und die Zerkleinerungseffizienz zu verbessern.

Schließlich hat das Material genügend Verweilzeit in der Mühle, um sicherzustellen, dass das Material vollständig zerkleinert wird. Dazu muss die Stahlkugel über eine gewisse Fähigkeit verfügen, die Fließgeschwindigkeit des Materials zu kontrollieren.

Bei der zweistufigen Kugelsortierung werden zwei Stahlkugeln unterschiedlicher Größe mit deutlich unterschiedlichen Durchmessern verwendet. Theoretisch werden die Zwischenräume zwischen den großen Kugeln mit kleinen Kugeln aufgefüllt, um die Packungsdichte der Stahlkugeln zu erhöhen. Auf diese Weise werden einerseits die Schlagleistung und die Schlagzahl der Mühle verbessert, was den Funktionseigenschaften des Mahlkörpers entspricht. Andererseits ermöglicht die höhere Schüttdichte eine optimale Mahlwirkung. Bei der zweistufigen Kugelsortierung besteht die Hauptfunktion der großen Kugel darin, das Material zu zerkleinern. Die kleine Kugel füllt zunächst den Zwischenraum zwischen den großen Kugeln und erhöht so die Schüttdichte des Mahlkörpers, um den Materialfluss zu regeln und die Mahlleistung zu steigern. Sie überträgt die Energie der Aufprallenergie auf das Material. Schließlich werden grobe Partikel im Zwischenraum herausgepresst und in den Aufprallbereich der großen Kugel eingebracht. 

4. Kugelmühle Mechanische Struktur

Die Kugelmühle besteht aus Zuführteil, Austragsteil, Drehteil, Getriebeteil (Reduzierstück, kleines Getriebe, Motor, elektrische Steuerung) und weiteren Hauptteilen. Die Hohlwelle besteht aus Stahlguss, die Innenauskleidung ist abnehmbar, das große Drehrad ist durch Wälzfräsen bearbeitet, und der Zylinder ist mit einer verschleißfesten Auskleidung versehen, die eine gute Verschleißfestigkeit aufweist. Die Maschine läuft reibungslos und arbeitet zuverlässig.

Der Hauptkörper der Kugelmühle besteht aus einem Zylinder, in den eine Auskleidung aus verschleißfestem Material eingesetzt ist, Lagern, die den Zylinder tragen und seine Drehung aufrechterhalten, und Antriebsteilen wie einem Motor, Getrieben, Riemenscheiben und Keilriemen.

Die als Schaufeln bezeichneten Teile sind im Allgemeinen nicht die Hauptkomponenten. Die inneren Spiralschaufeln im Komponenteneinlass des Zuführendes können als innere Spiralschaufeln bezeichnet werden, und die inneren Spiralschaufeln im Komponentenauslass des Auslassendes können ebenfalls als innere Spiralschaufeln bezeichnet werden.

Wenn in der Zusatzausrüstung am Auslassende außerdem eine Förderschnecke verwendet wird, befinden sich in der Ausrüstung Teile, die als Spiralblätter bezeichnet werden. Streng genommen handelt es sich jedoch nicht mehr um einen Teil der Kugelmühle.

Je nach Material und Austragsmethode kann zwischen einer Trockenkugelmühle und einer Nassgitterkugelmühle gewählt werden. Die energiesparende Kugelmühle verfügt über selbstausrichtende, zweireihige Radial-Pendelrollenlager mit geringem Laufwiderstand und deutlicher Energieersparnis. Im Zylinderteil ist am Austragsende des ursprünglichen Zylinders ein konischer Zylinderabschnitt hinzugefügt, der nicht nur das Nutzvolumen der Mühle vergrößert, sondern auch die Medienverteilung im Zylinder optimiert. Dieses Produkt wird häufig zum Mahlen von Materialien in der Nichteisenmetall-, Eisenmetall- und Nichtmetallmineralverarbeitung sowie in der Chemie- und Baustoffindustrie eingesetzt.

5. Kugelmühlenzubehör

Kugelmühlengetriebe

Zum Kugelmühlenzubehör gehören Kugelmühlenzahnräder, Kugelmühlenritzel, Kugelmühlenhohlwellen, Kugelmühlenzahnkränze, Kugelmühlenzahnkränze, Kugelmühlenstahlkugeln, Kugelmühlenfachplatten, Kugelmühlenübertragungsvorrichtungen, Kugelmühlenlager, Kugelmühlenendauskleidungen usw.

Die Materialauswahl des großen Zahnrads der Kugelmühle:

Entsprechend den Arbeitsbedingungen großer Zahnräder werden große Zahnräder üblicherweise aus den folgenden Materialien hergestellt:

(1) Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

(2) Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt

(3) Aufgekohlter Stahl

(4) Nitrierter Stahl

Die Struktur des großen Zahnrads der Kugelmühle weist aufgrund unterschiedlicher Nutzungsanforderungen verschiedene Formen auf. Aus technologischer Sicht kann das Zahnrad jedoch als aus zwei Teilen bestehend betrachtet werden: dem Zahnkranz und dem Radkörper. Je nach Verteilung der Zahnräder auf dem Zahnkranz kann dieser in Geradverzahnung, Schrägverzahnung und Fischgrätenverzahnung unterteilt werden.

Herstellungsprozess und Qualitätskontrolle von Kugelmühlen

I. Herstellungsprozess von Kugelmühlen

1. Herstellung von Kernkomponenten

(1) Zylinderherstellung

• Materialauswahl: Normalerweise wird Q345R (niedriglegierter Stahl für Druckbehälter) oder Q235B (Kohlenstoff-Baustahl) verwendet. Die Dicke (16–50 mm) wird anhand der Gerätespezifikationen und Betriebsbedingungen (z. B. Schleifhärte, Korrosivität) bestimmt.

• Verarbeitungsschritte:

1. Schneiden von Stahlplatten: Durch CNC-Brennschneiden oder Plasmaschneiden werden Stahlplatten in 扇形坯料 (Sektorrohlinge) geschnitten, die den ungefalteten Abmessungen des Zylinders entsprechen, wobei Schweißzugaben berücksichtigt werden.

2. Walzen und Formen: Eine große Walzmaschine biegt die Rohlinge in eine zylindrische Form und stellt dabei einen Rundheitsfehler von ≤1 mm/m und einen Geradheitsfehler von ≤0,5 mm/m sicher.

3. Schweißnähte: Längsnähte (axiale Verbindungen des Zylinders) werden mittels Unterpulverschweißen hergestellt. Nach dem Schweißen wird eine 24-stündige Alterungsbehandlung durchgeführt, um Schweißspannungen zu beseitigen. Bei Zylindern, die länger als die Stahlblechbreite sind, werden Umfangsnähte (radiale Verbindungen) symmetrisch geschweißt, um Verformungen zu minimieren.

4. Rundheitskalibrierung: Eine Rundungsmaschine korrigiert die Elliptizität des geschweißten Zylinders, um die Montagegenauigkeit mit Endkappen sicherzustellen.

(2) Endkappenherstellung

• Materialauswahl: Verwendet häufig ZG35CrMo (legierter Stahlguss) oder geschweißte Strukturen aus Q345R (geschweißte Endkappen sind bei großen Kugelmühlen üblich, während bei kleineren gegossene Endkappen verwendet werden).

• Verarbeitungsschritte:

1. Gießen/Schweißen Formen: Gegossene Endkappen werden im Sandgussverfahren oder im Lost-Foam-Verfahren hergestellt, um Schrumpfungen und Risse zu vermeiden. Geschweißte Endkappen werden durch Schneiden und Schweißen von Stahlplatten und anschließender Fehlerprüfung hergestellt.

2. Bearbeitung: Vertikale Drehmaschinen bearbeiten den Zapfen (Stufe zum Verbinden mit dem Zylinder) und das Lagersitzloch (zum Einbau der Hohlwelle) und stellen sicher, dass die Zapfendurchmessertoleranz IT7 und die Oberflächenrauheit Ra ≤1,6 μm beträgt.

3. Anschluss an den Zylinder: Die Endkappen werden über Flanschschrauben oder Schweißen mit dem Zylinder verbunden (Schweißen ist bei großen Kugelmühlen üblich). Um Verformungen zu vermeiden, wird segmentiertes symmetrisches Schweißen verwendet.

(3) Hohlwellenfertigung

• Materialauswahl: Typischerweise 45#-Stahlschmiedeteile oder ZG45CrNiMo (legierter Stahlguss). Schmiedeteile werden abgeschreckt und angelassen (Härte: 220–260HBW).

• Verarbeitungsschritte:

1. Schmieden: Stahlknüppel werden auf 1100–1200 °C erhitzt und durch Freiformschmieden oder Gesenkschmieden geformt, gefolgt von einem Glühen zur Beseitigung von Spannungen.

2. Schruppbearbeitung: Drehen des Außenkreises und der Innenbohrung (Zufuhr-/Abfuhrkanal) mit einer Schlichtzugabe von 3–5 mm.

3. Wärmebehandlung: Durch Abschrecken und Anlassen werden die mechanischen Eigenschaften sichergestellt (Zugfestigkeit ≥600 MPa, Schlagzähigkeit ≥30 J/cm²).

4. Präzisionsbearbeitung: CNC-Drehmaschinen bearbeiten den Zapfen (Passfläche zum Hauptlager) auf IT6-Toleranz und Oberflächenrauheit Ra ≤0,8 μm und gewährleisten so die Passgenauigkeit mit dem Lager.

(4) Herstellung von Getriebesystemen

• Großes Zahnrad:

• Material: ZG35SiMn (Stahlguss) oder 42CrMo-Schmiedeteil, mit Abschrecken der Zahnoberfläche (Härte: 35–45HRC).

• Verarbeitung: Nach dem Gießen/Schmieden erfolgt das Grobdrehen, gefolgt vom Abschrecken und Anlassen. Der Außenkreis und die Stirnfläche werden präzise gedreht, anschließend werden die Zähne durch Wälzfräsen geformt. Abschließend werden die Zahnoberflächen abgeschreckt und geschliffen (Genauigkeit: Grad 6 gemäß GB/T 10095.1-2008).

• Kleine Ausrüstung:

• Material: 40CrNiMoA-Schmiedeteil, mit Gesamtvergütung und anschließender Abschreckung der Zahnoberfläche (Härte: 45–50HRC).

• Verarbeitung: Nach dem Schmieden erfolgt die Grobbearbeitung, anschließend die Wärmebehandlung, das Präzisionsdrehen des Zapfens, das Wälzfräsen und das abschließende Schleifen (gleiche Genauigkeit wie beim großen Zahnrad).

(5) Linerherstellung

• Materialauswahl: Hochchromgusseisen (15–20 % Cr), hochmanganhaltiger Stahl (ZGMn13) oder bimetallische Verbundwerkstoffe (verschleißfeste Schicht + Grundmaterial).

• Verarbeitungsschritte:

1. Besetzung: Hochchromhaltiges Gusseisen wird im Sandgussverfahren hergestellt. Die Gießtemperatur wird auf 1400–1450 °C kontrolliert, um Schrumpfung zu vermeiden. Hochmanganhaltiger Stahl wird einer Wasserhärtung unterzogen (auf 1050 °C erhitzt und in Wasser abgeschreckt, um Karbide zu entfernen).

2. Bearbeitung: Fräsen Sie Bolzenlöcher und Positionierungsnuten auf der Buchsenrückseite, um die Passung mit dem Zylinder sicherzustellen (Spalt ≤1 mm).

2. Gesamtmontageprozess

1. Komponentenvormontage: Überprüfen Sie die Abmessungen der Komponenten (z. B. Rundheit des Zylinders, Toleranz des Endkappenzapfens) und reinigen Sie Ölflecken und Grate auf bearbeiteten Oberflächen.

2. Zylinder- und Endkappenbaugruppe: Endkappen mit Zylinderflanschen ausrichten, Schrauben gleichmäßig (diagonal) anziehen oder verschweißen (mit nachträglicher Fehlererkennung).

3. Hohlwelleninstallation: Verbinden Sie die Hohlwelle durch Warmpassung (Erhitzen des Lagersitzes auf 100–150 °C) oder Schrauben mit dem Lagersitz der Endkappe und achten Sie dabei darauf, dass der Koaxialitätsfehler der beiden Hohlwellen ≤0,1 mm/m beträgt.

4. Montage des Getriebesystems:

• Das große Zahnrad ist über Heißpassungen oder Bolzen mit dem Zylinder verbunden, wobei eine Rechtwinkligkeit der Stirnfläche des Zahnrads zur Zylinderachse von ≤0,05 mm/m gewährleistet ist.

• Das kleine Zahnrad ist mit der Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes verbunden. Passen Sie das Eingriffsspiel (0,2–0,4 mm) und das Kontaktmuster (≥ 60 % entlang der Zahnhöhe, ≥ 70 % entlang der Zahnlänge) der großen und kleinen Zahnräder an.

5. Einbau des Hauptlagers: Befestigen Sie den Lagersitz am Fundament, stellen Sie das Passungsspiel zwischen Hohlwelle und Lager ein (0,15–0,3 mm für Gleitlager, gemäß den Spezifikationen für Wälzlager) und stellen Sie sicher, dass der Ebenheitsfehler des Lagersitzes ≤ 0,05 mm/m beträgt.

6. Probelauf:

• Leerlauftest: 4 Stunden laufen lassen, dabei Lagertemperatur (≤65 °C), Zahnradgeräusch (≤85 dB) und Zylindervibration (Amplitude ≤0,1 mm) prüfen.

• Belastungstest: Stufenweise Belastung auf 50 %, 80 % und 100 % der Auslegungslast, mit einer Gesamtlaufzeit von 8 Stunden, wobei sichergestellt werden muss, dass keine Anomalien bei den Komponenten vorliegen.

II. Qualitätskontrollprozess

1. Materialqualitätskontrolle

• Rohstoffprüfung:

• Für Stahlplatten, Schmiede- und Gussteile sind Werkstoffzertifikate (chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften) vorzulegen. Probenentnahmen für Spektralanalysen (zur Bestätigung des Elementgehalts) und Zugversuche (zur Ermittlung der Zugfestigkeit und Streckgrenze) sind erforderlich.

• Laufbuchsen aus hochchromhaltigem Gusseisen werden auf Härte (≥HRC58) und Schlagzähigkeit (≥3J/cm²) geprüft. Hochmanganhaltiger Stahl wird nach der Wasserhärtung auf seine metallografische Struktur geprüft (keine Netzwerkkarbide).

2. Prozessqualitätskontrolle

• Prüfung der Bearbeitungsgenauigkeit:

• Zylinder: Laser-Rundheitsmessgeräte prüfen die Rundheit; Lineale und Fühlerlehren prüfen die Geradheit.

• Hohlwelle: Messuhren messen die Rundheit (≤0,01 mm) und Zylindrizität (≤0,02 mm) des Zapfens; Koordinatenmessgeräte prüfen die Koaxialität.

• Zahnräder: Zahnraddetektoren messen Teilungsfehler (≤ 0,02 mm) und Zahnprofilfehler (≤ 0,015 mm); die Farbmethode überprüft die Kontaktmuster des Eingriffs.

• Schweißqualitätsprüfung:

• An Längs- und Rundnähten wird eine 100 % zerstörungsfreie Prüfung (UT auf innere Defekte, MT auf Oberflächenrisse) mit 100 % Schweißnahtqualifikation durchgeführt.

• Durch Prüfungen der mechanischen Eigenschaften (Zug- und Biegeprüfungen) an Schweißverbindungen wird sichergestellt, dass die Festigkeit nicht geringer ist als die des Grundmaterials.

• Wärmebehandlungsprüfung:

• Nach dem Abschrecken und Anlassen von Schmiedestücken und Zahnrädern prüfen Härteprüfer die Oberflächenhärte (Fehler ±5HBW); metallografische Mikroskope beobachten Strukturen (z. B. angelassener Sorbit bei vergütetem Stahl).

3. Qualitätskontrolle des fertigen Produkts

• Prüfung der Montagegenauigkeit:

• Wasserwaagen prüfen die Ebenheit von Lagersitzen und Reduzierstücken; Messuhren messen die axiale Zylinderbewegung (≤0,5 mm).

• Um die Konstruktionsanforderungen zu erfüllen, wird das Zahnradspiel mit der Anschlussdrahtmethode gemessen (Anschlussdrahtdurchmesser = 1,5 × geschätztes Spiel).

• Leistungstests:

• Leerlauftest: 4 Stunden ununterbrochen laufen lassen, stündlich Lagertemperatur, Vibration und Geräusch aufzeichnen. Stoppen, wenn die Temperatur 70 °C überschreitet oder die Vibration ungewöhnlich ist.

• Belastungstest: Beladen Sie die Materialien entsprechend den Konstruktionsparametern (50 %, 80 %, 100 %) bei einer Gesamtlaufzeit von 8 Stunden. Überprüfen Sie die Leistung (Abweichung ≤ 5 %), die Partikelgröße des Mahlprodukts (erfüllt die Anforderungen) und stellen Sie sicher, dass sich keine Auskleidungen oder Schrauben lösen.

• Aussehens- und Kennzeichnungsprüfung:

• Die Geräteoberfläche ist gleichmäßig lackiert (Dicke 60–80 μm) und weist keine Absackungen oder fehlende Beschichtungen auf. Die Beschriftungen sind deutlich erkennbar (Modell, Spezifikationen, Herstellername, Produktionsdatum).