Quels paramètres doivent être pris en compte lors du choix des boules de broyage?

Ⅰ- Détermination de la taille: "spécification de l'usine + demande de broyage des matériaux" comme noyau

1Diamètre de boule (D80): "adaptation graduée" au matériau et au type de moulin

• Le broyage primaire (taille des particules de matière première ≥ 50 mm): boules de gros diamètre (60-100 mm) pour fournir une force d'impact suffisante, adaptées aux moulins semi-autogènes ou aux moulins à billes de broyage grossiers;
• Le broyage secondaire (taille de particules de matières premières 10-50 mm): boules de diamètre moyen (40-60 mm) pour équilibrer l'impact et le broyage, applicables aux moulins à billes généraux pour matériaux de dureté moyenne;
• Le broyage fin (taille de particule de matière première ≤ 10 mm): boules de petit diamètre (20-40 mm) pour augmenter la surface de contact avec les matériaux, adaptées aux moulins de broyage fin ou aux systèmes de classification des moulins;
• Adaptation spéciale: pour les moulins de petit diamètre (Φ≤2,4 m), le diamètre maximal de la bille ne doit pas dépasser 60 mm (éviter un impact excessif sur la doublure du moulin); pour les moulins de grand diamètre (Φ≥4,8 m),le diamètre maximal de la bille peut être porté à 100 mm (pour répondre à la demande accrue d'impact des grands moulins);
• référence de calcul: diamètre recommandé de la boule D80 = (6-8) ×√(taille maximale des particules du matériau, mm) (pour les matériaux de dureté moyenne),régler de ±10% en fonction de la dureté du matériau (les matériaux plus durs prennent la limite supérieure, les matériaux plus mous prennent la limite inférieure).

2. ratio de taille de boule: " broyage synergique " pour optimiser le remplissage des cavités

• Le broyage général (distribution de la taille des particules du matériau de 5 à 50 mm): rapport des grandes boules (60 à 80 mm) : des boules moyennes (40 à 60 mm) : des petites boules (20 à 40 mm) = 3:4:3, assurant à la fois l' impact sur les grandes particules et le broyage des petites particules;
• Broyage grossier dominé par l'impact (taille maximale des particules ≥ 80 mm): augmenter la proportion de grandes boules, rapport = 5:3:2, améliorer la capacité de concassage des grandes particules;
• Le broyage fin dominé par le broyage (taille maximale des particules ≤ 10 mm): augmenter la proportion de petites boules, rapport = 1:3:6, améliorer l'efficacité du contact de surface avec les particules fines;
• Principe: le volume cumulé de toutes les boules doit remplir 28 à 35% du volume effectif de l'usine (taux de remplissage) et le ratio de taille de la boule doit éviter les "écart de taille" (par exemple,pas de saut direct de 80 mm à 40 mm sans boules de 60 mm) pour assurer un remplissage uniforme.

3. Poids d'une seule boule (m): Correspondance "puissance de moulin" et "résistance à l'usure"

• Moulin à faible puissance (≤ 1000 kW): sélectionner des boules plus légères (m=0,5-2 kg, diamètre correspondant 40-60 mm) pour éviter de surcharger le système d'entraînement;
• Moulin à haute puissance (> 2000 kW): utiliser des billes plus lourdes (m=2-5 kg, diamètre correspondant 60-80 mm) pour répondre à la demande de fort impact;
• Principe de l'équilibre de l'usure: le poids d'une seule boule doit être tel que le taux d'usure soit uniforme (pas d'usure excessive des petites boules ou utilisation insuffisante des grandes boules).boules en fonte à haute teneur en chrome (densité ~7.8 g/cm3) avec un diamètre de 60 mm ont un poids de ~ 1,1 kg, ce qui convient à la plupart des moulins de moyenne puissance.

ⅡSélection des tolérances: assurer "l'uniformité du broyage" et "la stabilité de la durée de vie"

1Tolérance de diamètre: contrôle de la "consistance de taille"

• Pour les boules de diamètre ≤ 40 mm: Tolérance ± 0,5 mm (classe G3 selon l'ISO 3290), veiller à ce que les petites boules aient un contact uniforme avec les particules fines;
• Pour les boules de diamètre de 40 à 80 mm: tolérance ±1,0 mm (classe G4 ISO 3290), difficulté de traitement de l'équilibre et cohérence de taille;
• Pour les boules de diamètre > 80 mm: tolérance ± 1,5 mm (classe G5 ISO 3290) permettant une déviation appropriée sans affecter l'effet d'impact;
• Exigence clé: la différence de diamètre maximale entre les billes dans le même moulin ne doit pas dépasser 2 mm, éviter une force d'impact inégale entraînant une usure locale de la doublure.

2Tolérance à la rondeur: réduire les "vibrations déséquilibrées"

• erreur de rondeur ≤ 0,3 mm (pour un diamètre ≤ 60 mm) ou ≤ 0,5 mm (pour un diamètre > 60 mm), mesurée par un rondomètre;
• Signification: les boules non arrondies provoqueront des vibrations de moulin lors d'une rotation à grande vitesse (vitesse de moulin 18-24 r/min), augmentant la consommation d'énergie de 5 à 10% et accélérant l'usure de la doublure.

3. rugosité de surface: améliorer la "résistance à l'usure" et la "compatibilité des matériaux"

• Roughness de surface Ra ≤1,6μm (surface polie), éviter les bords tranchants ou les taches;
• Effet: Réduit l'adhérence de la poudre de matériau à la surface de la bille (empêche la "collation de la bille") et évite les rayures sur le revêtement causées par des surfaces rugueuses de la bille.

ⅢParamètres clés: au-delà de la taille et des tolérances, déterminer "l'efficacité de broyage" et "la durée de vie"

1Paramètres de performance des matériaux: Adapté au "mécanisme d'usure"

• Dureté: pour l'usure abrasive (matériau doux, taux de remplissage élevé), HRC≥60 (par exemple, fonte à haute teneur en chrome, Cr≥12%); pour l'usure d'impact (matériau dur, grande taille de particule), HRC=50-55 (par exemple,l'acier au manganèse Mn13) pour équilibrer dureté et ténacité;
• Résistance aux chocs (αkv): ≥12J/cm2 (fer forgé à haute teneur en chrome) ou ≥90J/cm2 (acier au manganèse), éviter les fractures fragiles lors d'une collision à grande vitesse (vitesse de collision jusqu'à 5-8m/s);
• Résistance à l'usure: taux d'usure volumique ≤ 0,08 cm3/(kg·m) (essai ASTM G65), assurer une durée de vie ≥6000 heures (condition de travail des matériaux à dureté moyenne);
• Densité: ≥ 7,6 g/cm3 (balles métalliques) ou ≥ 3,6 g/cm3 (balles céramiques), une densité plus élevée améliore l'énergie cinétique d'impact (énergie cinétique E=1⁄2mv2).

2Paramètres d'adaptation aux conditions de travail: correspondance des "paramètres de fonctionnement de l'usine"

• Adaptation du taux de remplissage: lorsque le taux de remplissage est de 32 à 35% (remplissage élevé), sélectionnez des billes de dureté plus élevée (HRC+5) pour résister à un frottement accru; lorsque le taux de remplissage est de 28 à 30% (remplissage faible),utiliser des balles avec une meilleure ténacité pour éviter un impact excessif;
• Adaptation du milieu de broyage: broyage humide (environnement de lisière) → sélection de matériaux résistants à la corrosion (par exemple, boules de broyage en acier inoxydable pour les lisières acides) ou ajout d'un revêtement résistant à la corrosion;le broyage à sec (environnement en poudre) → mettre l'accent sur la résistance à l'usure (fer à haute teneur en chrome);
• Adaptation à la température: broyage à haute température (température du matériau ≥ 150°C) → sélection de matériaux résistants à la chaleur (par exemple, boules en alliage nickel-chrome) pour éviter une réduction de dureté à haute température.

3Paramètres de protection de l'environnement: répondre aux exigences de "production propre"

• teneur en métaux lourds: pour le broyage de matières alimentaires, pharmaceutiques ou électroniques, plomb (Pb) ≤ 0,005%, cadmium (Cd) ≤ 0,001%, éviter la contamination des matières;
• Non-toxicité: les boules de broyage en céramique (par exemple, Al2O3 d'alumine ≥95%) sont préférées pour des scénarios de broyage propres, car elles ne libèrent pas d'ions métalliques;
• Recyclabilité: les boules de meulage des métaux doivent avoir un taux de recyclage ≥ 90% (après usure), ce qui réduit la pollution de l'environnement.