物料在磨機內(nèi)磨成細粉，是通過研磨體的沖擊和研磨作用的結(jié)果，因此，研磨體級配設(shè)計的好壞對磨機產(chǎn)質(zhì)量影響很大。要設(shè)計好磨機研磨體級配，必須充分考慮研磨體裝載量、各倉填充率、平均球徑、物料水分、物料流動性、物料粒度、隔倉板形式、隔倉板蓖縫大小、各倉長度、粉磨流程等因素，一般按以下步驟進行。
（1）確定研磨體的填充率與裝載量
磨機內(nèi)研磨體填充的容積與磨機有效容積的比例百分數(shù)稱為研磨體的填充率(用j表示)。填充率設(shè)計俞高，磨機的裝載量就會俞高。要提高磨機的產(chǎn)量，應(yīng)盡可能提高磨機的裝載量。但，磨機裝載量不能無限提高，磨機裝載量太高，磨機電機的電流會很高，有可能會燒毀電機或威脅磨機機械設(shè)備的安全。磨機研磨體填充率設(shè)計多少，應(yīng)充分考慮磨機的機械設(shè)備的承受能力以及磨機電機的承受能力。為了提高磨機的產(chǎn)量，一般可采用液體變阻起動器和進相機等設(shè)備，降低磨機的起動電流和提高磨機電機的過載能力，從而提高磨機的裝載量。在解決了磨機的起動和提高了電機的過載能力后，絕大多數(shù)磨機的裝載量都可超過設(shè)計裝載量。一般磨機的設(shè)計填充率為28％左右，但在加裝了液體變阻起動器和進相機設(shè)備后，通常都可達到35%～38%，甚至達到40%～42%，研磨體裝載量大大超過設(shè)計裝載量，磨機產(chǎn)量也大幅度提高。
在確定了磨機的總裝載量后，緊接著就是要確定各倉的填充率，也就是要確定每個倉的裝載量。每個倉的填充率的確定要考慮的因素較多，主要有物料水分、物料流動性、物料粒度、隔倉板形式、隔倉板蓖縫大小、各倉長度、粉磨流程等因素。這主要靠經(jīng)驗和觀察確定，但可以掌握一個原則：磨機各倉研磨能力的平衡。如果磨機各倉研磨能力達到平衡了，那么在此裝載量的條件下，磨機也就達到最大產(chǎn)量了。那么如何確定磨機各倉研磨體是否達到了平衡，常用方法有聽磨音、檢查球料比、繪制篩余曲線法。
檢查料球比：一般中、小型開路管磨的球料比以6.0左右為宜。突然停磨進行觀察：如中小型二倉開路磨，第一倉鋼球應(yīng)露出料面半個球左右，二倉物料應(yīng)剛蓋過鋼段面為宜。
繪制篩余曲線法：在磨機正常喂料運轉(zhuǎn)的情況下，把磨機和喂料機同時突然停止，從磨頭開始，每隔一定距離取樣，但緊挨隔倉板前后處也要取樣。然后用0.20mm和0.08mm方孔篩篩析篩余，將篩余作為縱坐標，各點距離為橫坐標繪點并連成曲線。正常磨機的曲線變化應(yīng)是：在一倉入料端有傾斜度較大的下降，在末端接近出磨時應(yīng)趨于水平。
例如，有個磨機在正常生產(chǎn)時緊急停磨，不空物料打開磨門觀察發(fā)現(xiàn)：一倉鋼球露出料面半個球，二倉有10cm厚的料層。這說明該磨機二倉研磨能力不足，一倉能力浪費，因為在這種情況下，二倉料層太厚，必然會跑粗，磨工必定會降低喂料量直到磨機第二倉料球比合適為止，也就是說降低二倉料層厚度，使細度合格。但此時，磨機第一倉的料球比已不合適，球一定過多，料太少，磨機運轉(zhuǎn)時，球與球空打，造成浪費，磨機產(chǎn)量必定不高。如果此時，把一倉倒出一部分球，二倉加相同重量的球鍛，雖然研磨體總裝載量沒有提高，但第二倉球鍛增加了，第一倉減的只是多余的不做功的球，磨機產(chǎn)量必定會增加。這就是磨機研磨能力不平衡調(diào)整到平衡后，產(chǎn)量提高的基本原理。
設(shè)計磨機各倉填充率，還要考慮磨機的流程，一般來說對于有選粉機的磨機，磨機內(nèi)研磨體的球面通常采用逐倉降低的裝法，前后兩倉球面相差25～50mm，這樣可增加物料在磨內(nèi)的流速；沒有帶選粉機的磨機，研磨體的球面常采用逐倉升高的辦法，以控制成品細度。
磨機各倉的填充率還受隔倉板形式和篦縫大小的影響，隔倉板形式和篦縫大小決定物料通過隔倉板的速度，從而影響到磨機內(nèi)各倉的物料料位的高低，顯然，高料位必須用高的填充率，料位低，當(dāng)然也就不需要那么高的填充率了。此外，物料水分含量、物料流動性質(zhì)、物料粒度大小都會影響到物料在磨內(nèi)的流動速度，從而造成磨內(nèi)各倉料位高低不同，因此，磨機各倉的研磨體填充率也要作相應(yīng)的調(diào)整。
（2）研磨體平均球徑及最大球徑的確定
選擇研磨體的平均球徑和最大球徑，應(yīng)考慮入磨物料的粒度、硬度、易磨性、產(chǎn)品細度、襯板形式等。磨內(nèi)鋼球的最大球徑和平均球徑一般情況下可用下式估計：
磨內(nèi)鋼球最大球徑：
DMAX=28 三次方根
磨內(nèi)鋼球平均球徑：
D=28 三次方根
式中：dmax——磨機喂料最大粒度，mm；
d——入磨物料平均粒度, mm。
但，值得注意的是決定磨內(nèi)最大球徑和平均球徑還要考慮物料水分和物料流動性的影響，如果物料水分太高或者物料流動性太差，那么經(jīng)常會造成一倉磨口附近料位提高，出現(xiàn)飽磨，甚至倒料，磨機產(chǎn)量不高。此時，應(yīng)提高研磨體的最大球徑和平均球徑，從而提高物料的流速，可顯著提高磨機的產(chǎn)量。
確定了鋼球最大球徑、平均球徑后即可按表2-1的例子試湊各種直徑球的比例。表2-1中例舉了兩個水泥磨和生料磨一倉各種鋼球的比例試湊計算結(jié)果的示例，通常在球倉采用3～6種不同尺寸的鋼球，每一倉各級鋼球的比例，一般是中間大兩頭小。如果物料的硬度和粒度大，可增加大球百分比，反之可增加小球百分比。一般情況下前后兩倉鋼球的尺寸應(yīng)交叉一級，即前一倉最小尺寸鋼球是下一倉最大尺寸鋼球。
生料磨往往由于水分較大和物料流動性不好，而提高平均球徑，相同磨機規(guī)格，平均球徑高于水泥磨。
閉路粉磨第一倉平均球徑可比同規(guī)格開路磨小些，一般相差l0mm。
表2-1 各種鋼球比例的試湊計算
|
磨機 |
球徑(mm) |
100 |
90 |
80 |
70 |
60 |
50 |
平均球徑 |
|
水泥磨 |
比例（%） |
0 |
5 |
13 |
29 |
33 |
20 |
65.00 |
|
生料磨 |
比例（%） |
6 |
12 |
22 |
30 |
18 |
12 |
72.20 |
（3）研磨體級配計算
研磨體的級配按下式計算：
式中：A——某直徑球鍛的重量，噸；
B——某直徑球鍛占該倉所有球鍛的重量比例，%；
D——該倉磨機有效直徑，米；
L——該倉磨機有效長度，米；
G——研磨體容重，噸/米3；
j——填充率，%
（4）研磨體的補充
磨機運轉(zhuǎn)一定時間后，由于鋼球的磨損，研磨體級配會產(chǎn)生變化，應(yīng)經(jīng)常統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)或根據(jù)磨機電機電流大小及時補充研磨體，必要時篩選不合格的研磨體。
統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自以下幾個方面：單位時間消耗量；磨機產(chǎn)量、單位產(chǎn)量和研磨體消耗量；電動機電流指示負荷變化；研磨體平面降低高度；篩余曲線分析法。
總之，設(shè)計一個合理的研磨體配比方案，是由生產(chǎn)實踐到理論總結(jié)的循環(huán)過程。只有掌握第一手資料，結(jié)合粉磨系統(tǒng)的實際工藝條件，才能形成一個完善的設(shè)計方案。如果經(jīng)驗不足或缺少統(tǒng)計資料，可采用武漢理工大學(xué)林宗壽教授研究室開發(fā)的“球磨機專家系統(tǒng)”進行磨機研磨體級配計算。該系統(tǒng)可自動綜合磨機規(guī)格、物料種類、粉磨流程、助磨劑使用情況、隔倉板狀況、物料粒度和水分等因素。自動給出磨機各倉的最佳研磨體級配，即使是不懂磨機級配計算的人員，也可熟練地進行磨機研磨體級配計算，使磨機產(chǎn)質(zhì)量得以提高。磨機運轉(zhuǎn)一段時間后，由于研磨體磨損，級配和研磨體裝載量都會改變，只需輸入實測球面高后，即可得到實際填充率、實際裝載量和需補充的研磨體規(guī)格和數(shù)量等數(shù)據(jù)。
