水泥生產能量消耗大，生料、煤和熟料3個粉磨工序的電耗約占水泥廠總電耗的70%~72%，所以降低水泥生產電耗的關鍵在于降低粉磨電耗。普通球磨機由于存在臨界轉速的限制，使得水泥粉磨能量利用率很低。臥式行星球磨機是一種新的粉磨設備，因為行星效應，鋼球可獲得其自身重力幾倍甚至幾十倍的離心力，而且磨機在工作時物料重力參與粉磨，同時也避免了物料結底現象，充分利用磨筒內表面積。顏景平等對行星球磨機進行大量的理論研究，得出磨筒轉速為臨界轉速的80%、填球率在0.4~0,5時粉磨效率最高等。國外學者通過計算機模擬技術，研究了立式行星球磨機結構參數對研磨體的影響以及沖擊能與行星磨放大系數的關系，得到增大公轉轉速、公轉直徑可提高立式行星球磨機中鋼球的沖擊能等結論。臥式行星球磨機用于水泥熟料粉磨還在試驗研究階段，得到臥式行星球磨機在公轉離心加速度為14G時，對水泥熟料的粉磨效果最好；在此離心加速度下，粉磨5 min后熟料成品產率達到最優值等。
    球磨機磨筒內部安裝襯板不但可以保護簡體，增強筒體剛度，延長磨筒使用壽命，而且筒內研磨體會自動進行分級，實現不同直徑的研磨體粉磨對應粒徑的物料，發揮研磨體最大的破碎、粉磨作用。最重要的是傳遞能量，使鋼球獲得“圓弧一拋物線”式的運動軌跡，增加鋼球沖擊能、提高粉磨效率。本文中在臥式行星球磨機上研究了襯板厚度對水泥熟料粉磨的影響，并在3mm厚度襯板條件下研究了粉磨時間、公轉轉速、自轉與公轉轉速比對水泥熟料粉磨的影響，富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
1、實驗部分
1.1實驗原料
    原料是密度為3.128 g/cm3的水泥熟料，表1為其化學組成。經振動篩篩分10 min，選擇粒度為4～5 mm的熟料用于粉磨實驗。同時把粉磨后粒徑80um(過190目篩)以下熟料定義為成品粉體，為方便作圖分析，把190目下的篩子孔徑設為0。
1.2主要設備
    圖1為試驗所用的臥式行星球磨機。自轉電機與公轉電機分別控制磨機的自轉轉速與公轉轉速，控制過程通過變頻器實現。實驗所用襯板為碳鋼平襯板，與磨筒的聯接方式為無螺栓聯接即襯板鑲嵌在磨筒內部，襯板厚度分別為3、5、7mm。
1.3實驗方法
    實驗是在固定的自轉半徑、公轉半徑下進行：自轉半徑44.5 mm，公轉半徑140 mm。所用研磨體是密度為7.78g/cm3的鋼質磨球，級配為：直徑20 mm球5個、直徑10 mm球12個、直徑5 mm球12個，每只磨簡裝水泥熟料150 g，粉磨時間為5 min。粉磨后粉體經振動篩篩分，篩分后用天平稱量并逐一計算篩上累積質量分數。在公轉轉速為300 r/nun、自轉與公轉轉速比為2.5下粉磨后熟料通過吸附法測定其比表面積。
2、結果與討論
2.1襯板對熟料粉磨的影響
    圖2是使用不同厚度襯板時熟料粉磨后所得樣品的篩上累積質量分數曲線。設公轉轉速為300 r/min(離心加速度為14G)、自轉與公轉轉速比為2.5、粉磨5 min。從圖中可以看出：使用3mm厚度襯板時，粒徑大于200um的顆粒含量最少，孔徑為80um即190目篩上累積質量分數最小。使用5、7 mm厚度襯板粉磨后熟料篩上累積質量分數基本一致。
    表2為粉磨時使用不同厚度襯板對應成品粉體產率與比表面積。由表中成品粉體產率大小可知：3 mm厚度襯板對水泥熟料粉磨是最有利的，迸一步增加襯板厚度對粉磨不利。使用襯板可以顯著提高粉磨后熟料的比表面積，其中3 mm厚度襯板的作用最為明顯。而5、7 mm厚度襯板對熟料粉磨后的比表面積影響幾乎是相同的。由于3 mm厚度襯板對鋼球有顯著的帶動作用，它使鋼球獲得比較理想的拋落軌跡，導致球與球、球與熟料、球與筒壁之間的撞擊強度、頻率變大，因此熟料容易磨細，粉磨后熟料比表面積增大，成品粉體產率相應提高。繼續增加襯板厚度對粉磨不利，因為在固定的自轉半徑下，襯板厚度過大，鋼球運動空間相對變小，導致鋼球勢能與拋落動能變小，最終引起粉磨效率下降。所以3 mm厚度襯板對實驗所用臥式行星球磨機粉磨水泥熟料是最有利的。
2.2時間對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3mm)
    圖3、4為在公轉轉速300 r/min、自轉與公轉轉速比2.5條件下粉磨時間對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖3可以看出：隨著粉磨時間的增加，粒徑大于80um的顆粒逐漸減少，且粉磨時間在1~5.min時產生突變，粉磨時間大于5 min后，臥式行星磨粉磨能力開始下降，此時粒徑大于100um的顆粒含量幾乎不變。由圖4可知：成品粉體產率隨粉磨時間的增加而增加，在粉磨1～5 min內尤為明顯，粉磨5min成品粉體后產率已達66.62%。粉磨時間超過5min，產率增速明顯下降。
    使用3 mm厚度襯板時，粉磨3 min已達實際生產要求，此時成品粉體產率為52.53%。同時水泥熟料存在最佳粉磨時間，實驗所用熟料粉磨5 min效果最好，進一步延長粉磨時間會造成不必要的能量浪費，因為隨著粉磨時間的延長，磨筒內細粉含量逐漸增加，細粉越多它對鋼球的緩沖作用越強，使得鋼球對熟料的沖擊力下降，導致粉磨效率降低。連續進出料時，若能及時把成品粉體運出，不但可以有效避免糊球現象，還可以大大提高臥式行星球磨機粉磨能力。
2.3公轉轉速對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3mm）
    圖5、6分別為設定自轉與公轉轉速比為2.5時公轉轉速對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖5可見：隨著公轉轉速的增加，粒徑大于100um的顆粒逐漸減少，當公轉轉速增加至300 r/min后，粉磨已趨近極限，此時粉體篩上累積質量分數幾乎不變。從圖6中可知：成品粉體產率隨著公轉轉速的增加而增加，這一增長趨勢在150—300 r/min之間尤為明顯，公轉轉速達到300 r/min后增速開始變緩。
    使用3 mm厚度襯板時，增加公轉轉速即增加離心加速度能顯著提高臥式行星球磨機的粉磨能力。當離心加速度增大到一定值之后，在進一步增加其大小對粉磨效率的影響不是很大。因為當離心加速度達到一定值之后，鋼球的沖擊力已完全可以滿足熟料破碎、粉磨的要求，進一步增加沖擊力只會導致不必要的能量浪費。對于本實驗所用熟料，當公轉轉速為300 r/min即離心加速度為14G時，粉磨最好，進一步增加離心加速度對成品粉體產率影響不是很大。
2.4轉速比對水泥熟料粉磨的影響（襯板厚度3 mm）
圖7、8分別為設定公轉轉速為250 r/min時，自轉與公轉轉速比對水泥熟料粉磨效果的影響。從圖7可以看出：隨著自轉與公轉轉速比的增加，總的趨勢是粉碎成品中粒徑大于200um的顆粒逐漸減少，而且在轉速比由l增加到1.5時產生突變，轉速比大于3.0時，臥式行星球磨機的粉磨能力又開始下降，即粉磨后成品中大顆粒變多。圖8是轉速比對水泥熟料粉體成品產率的影響規律。從圖中可以看出：自轉與公轉轉速比為3.0左右時，成品粉體產率最高。
    使用3咖厚度襯板時，增加自轉與公轉轉速比即增加自轉轉速能顯著提高臥式行星球磨機的粉磨能力。因為自轉轉速增加，磨筒傳遞給鋼球的動能變大，鋼球發生碰撞時的沖擊力與撞擊頻率顯著增加，對熟料的撞擊與摩擦作用變強，致使粉磨效率提高。但不能一味地增加自轉與公轉轉速比，鋼球存在臨界自轉轉速，當自轉轉速達到臨界值時，鋼球發生離心運動，失去對物料的粉磨作用。由實驗結果可知公轉轉速為250 r/min，自轉與公轉轉速比在3.0左右時，鋼球可能出現離心現象。
2.5影響粉磨結果的原因分析
    圖9為設定公轉轉速為300 r/min，采用不同襯板時轉速比對水泥熟料粉磨的影響。可以看出：總趨勢是成品粉體產率隨著轉速比的增加而增高。隨著轉速比的增加，不加襯板，加3、5、7 mm分別在自轉與公轉轉速比為3.0、2.5、2．O、2.0時出現拐點，產率開始下降，襯板越厚，下降趨勢越明顯；使用襯板可以顯著提高成品粉體產率，3 mm厚度襯板的促進作用尤為顯著。轉速比在1.5～3.0之間時，同一轉速比下使用3 mm厚度襯板時的成品粉體產率總是最大，轉速比在2.5時出最大值，為66.62%。
    綜上所述，影響水泥熟料粉磨效果的因素不但有襯板厚度、粉磨時間、公轉轉速，還包括自轉與公轉轉速比。公轉轉速為300 r/min時，不加襯板、使用3、5、7 mm厚度襯板時成品粉體產率分別在自轉與公轉轉速比為3.0、2.5、2.0、2.0開始下降，這說明當轉速比大于此值時，筒內鋼球可能開始發生離心運動。臥式行星球磨機工作時若轉速比超過臨界值，鋼球開始貼著筒壁轉動，失去對物料的撞擊、研磨作用，導致粉磨效率變差。
3、結論
    1)3 mm厚度襯板對實驗所用臥式行星球磨機粉磨水泥熟料是最有利的，此時成品粉體產率最高，水泥熟料新增比表面積最大，能量利用最好；
    2)使用3 mm厚度襯板，離心加速度為14C時，粉磨3min產率已達實際生產要求，粉磨5min時成品粉體產率可達66.62%；
    3)公轉轉速為300r/min，不加襯板、加3、5、7 mm厚度襯板時，鋼球發生離心運動的臨界轉速比分別為3.0、2.5、2.0、2.0。

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