在耐火材料的工业生产中，原材料及半成品的破碎与粉磨是其主要工作。也是影响其生产成本的重要因素。耐火材料行业破磨工艺因受设备性能和材料磨损的限制，现一直延用较古老的破磨工艺，如图1所示。
调查发现，众多使用厂家之所以一直延用这种破磨工艺，其主要原因是材料的磨损问题及铁质材料的二次污染问题。如济南某耐火材料厂购置了一台组合式立轴破碎机破碎88#高铝料，用高锰锤头，磨耗量达2000g/t，用高铬铸铁锤头，磨耗量也在600g/t左右，磨损非常严重，机械几乎无法使用，同时过量铁质二次污染严重影响了产品质量。
1、现有粉磨设备存在的问题及改进的方向
破碎设备从颚式破碎机到锤式破碎机，从立式破碎机到辊压机，尽管其设备性能不断提高，但随之而来的是设备的投资不断增加，而一直制约破碎设备发展的材料磨损问题仍未从根本山上解决，如锤式破碎机的锤头磨损比颚式破碎机的颚板要严重的多，而辊压机的辊面，立磨的磨盘磨损均比其他破碎机严重的多。虽然为解决这些问题在合金材料的配方上做了大量工作，但成效都不大，未能从理论上加以突破，因此，进一步探求新的设计理论和结构是各种破碎机解决磨损问题的必由之路，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
随着设备性能的不断改进和提高，设备变得越来越复杂，而对于人均素质相对较低的粉磨工业而言，操作维修过程中遇到的问题越来越多，很多设备故障都是人为因素导致，因此，在不断提高设备性能的开发过程中，尽量降低设备的复杂程度也是非常重要的。
目前各种破碎机设备存在的另一个问题是破碎比较小，这样不利于工艺系统的设计及生产成本的降低。如辊压机等性能较先进的粗磨细碎设备，其破碎比也只有50左右。
综上所述，我们认为：在综合运用已有技术的基础上，研究一种产量高、破碎比大、价格低廉，操作维护简单，耐磨损，工艺设计简单的粗磨细碎设备势在必行。
作者在多年从事粉磨技术的基础上，综合了国内外各种破碎设备的优点，发明了一种具有上述特性的粗磨细碎设备——无球磨机，现将该机介绍如下。
2、无球磨机的结构和工作原理
无球磨机是一种粗磨细碎设备，主要用于破碎系统的二段作业及粉磨系统的粗、细磨作业。适用于处理粒径小于300mm的各种硬度的物料，如耐火泥、砖瓦、澎润土、矿渣、煤矿石、石灰石、水泥熟料、煤块、烧结高铝（95#以下）、铝矾土、长石、砂岩等。能够代替破碎机和磨机完成细碎（将100一80mm的物料破碎到10一3mm）、超细碎(将15—8mm的物料破碎到0. 08~0.06mm)、粗磨(将物料破碎到0.30—0.10mm)、细磨（将物料破碎到0.08—0.001mmcl]）等作业，当然细磨作业还须不断地探讨，目前规模作业仅能完成325目以上即0. 045 mm以上的细磨作业。
无球磨机主要由三角皮带传动系统、转子、上盖、筒体、内衬和底座组成。如图2所示。
机器的主轴借助安装在上、下轴承座中的调心和推力轴承定心和支承，轴上装有破磨转子和笼形转子，主轴的下端装有三角皮带轮，经三角带靠电机带动旋转。电机可上置、也可下置安装，不影响机器的性能。内衬采用梯度耐磨材料制成，转子易损件采用金属与陶瓷的复合材料制成，易损件寿命比合金材料提高数倍。
其工作原理：为库底配料经上部入料口进入无球磨机，物料在机内经破磨转子及自研介质破磨后，经笼形转子分隔，合格产品经一特别通道被收集下来。机内颗粒的破碎是靠颗粒内部能量不断积累而一次性破碎的过程，而粉磨则是靠自研的过程完成，因此，出料颗粒的大小变化范围较小，均齐性较好。能够一次性满足用户的要求，目前该机可生产325目以上的各种成品颗粒。该机因颗粒在机内停留时间较短，单位时间内设备处理能力较高，目前该设备已生产8种型号，能够满足各行业粉磨作业要求，而单位电耗通常在0.5~12kWh/t之间，远低于常规破碎机和磨机。该机通常采用预粉磨、半终粉磨和终粉磨工艺。
3、无球磨机的虚拟装配及典型零件的实体设计
无球磨机的目的、功能，所能达到的性能指标、技术参数，都与设计息息相关。采用一些新的设计方法、设计理论、设计手段将更快、更有效地完成设计工作。如运用计算机及辅助设计方法，实现无球磨机的并行设计和虚拟装配，可以及时改进设计中的问题，杜绝浪费。图4为典型零件的实体设计。
装配设计（Design for Assembly-DFA）的出发点在于尽可能快地将某一产品装配在一起，并确保最终装配质量。从广义上讲，DFA就是在产品设计的初级阶段，对产品的装配过程进行量化分析，优化产品设计，减少装配时间，以获得最低的装配费用。无论是确保产品的可装配性，还是减少产品的成本，DFA通常所采用的手段是尽可能减少组成产品零部件数量，并确保所有零件易于制造和装配。
DFA的设计遵循的主要准则：
(1)使用最少零件零件数量减少具有许多优点，但是零件数量的减少不是无限制的，应当确保不出现由于零件的减少而使零件的形状太复杂或太笨重，以致于难以装配和制造的情形。减少零件数量的最好方法就是取消功能重复的零件或使某些零件具有多功能，以减少多余零件。
(2)装配方向最少所有的零件应尽可能在同一方向上进行装配，装配方向过多将会增加装配线的长度，增大装配操作位置和延长装配时间，影响装配效率。在自动化装配和机器人装配中，要避免装配方向与重力方向冲突，应采用自上而下的装配方案。
(3)采用模块化设计尤其对柔性自动装配线，各模块质量问题可以分别处理，而不影响其它生产线的运行，减少了自动生产停工时间，更新和服务更简便、快捷。
(4)减少装配工作面使一个工作面全部装配工作完成后才移至另一个工作面。
(5)尽量减少使用紧固件如螺钉等。
(6)使装配在外部进行装配操作应很容易被观察到，对手工和自动化装配都很重要。
(7)使零件易于识别尽量将零件设计成对称形状，不对称时，应增加或扩大一些不对称特征，使零件易于识别，避免误装。
(8)优化零件的抓取避免设计的零件钩咬、缠结。
(9)对装配在一起的零件应有互锁特征例如，设计时增加一些凹凸特征，可使零件保持原位。
根据以上原则，运用实体设计和虚拟设计方法对800型无球磨机的零部件进行了实体设计，虚拟装配的800型样机如图4所示。通过虚拟装配发现并解决了装配中可能出现的问题。
4、无球磨机与立式破碎机、磨机、辊压机性能比较
为了探讨无球磨机与立式破碎机、磨机、辊压机等设备的性能优劣，我们就立式破碎机、无球磨机、辊压机及磨机在不同的条件下能量消耗的情况、产品粒度情况及耐磨材料的磨损情况做了大量的对比试验，试验结果如表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，辊压机和无球磨机既可以当破碎机用又可以代替磨机作终粉磨设备，在产量、质量同等的条件下，无球磨机的单位电耗较辊压机低，而对于不同的人料粒度，辊压机不如无球磨机适用范围宽，破碎比不如无球磨机高，由不同破碎机与管磨机组成的破磨系统，无球磨机与管磨机组成的系统综合电耗最低。在相同产量、质量的条件下，无球磨机、辊压机、复合破运转相同的时间对比结果证明：复合破破熟料70小时左右，则打击件需修补或更换，否则出料明显变粗；辊压机破碎水泥熟料150小时左右，则打击件需修补或更换，否则出料明显变粗；无球磨机破碎熟料运转1000小时，转子需局部修补，但颗粒大小始终不变，性能指标不因磨损而变化，显然其综合经济效益相对是最理想的。目前唯一的不足是其使用的金属和非金属复合材料制备较困难，成本稍高，且该设备的大型化还需要不断的完善。
5、应用举例
山东济南某耐火材料厂采用该机破磨88#高铝料（超硬耐火材料），采用终粉磨工艺，依据用户要求，设备进行了局部调整，使得该机生产的颗粒组成完全符合用户的要求，大颗粒5~25mm的占40%，5~0.08 mm占35%，0.08mm以下的占25%。该系统产出产品颗粒形貌为球形，较好地满足了耐火浇注料对颗粒形貌的要求；同时该机铁质二次污染的问题也得到较好地解决，因该机主要破损部位为非金属材料制成，因此最大限度降低了耐火材料厂破磨过程中铁质材料的含量。解决了耐火材料、陶瓷，砖瓦等行业对颗粒形貌及铁质污染的问题。
6、结束语
依据现代设计方法，基于绿色设计思想，结合无球磨机的开发，从无球磨机全生命周期[3J-准备、决策、设计、制造、装配、安装使用、拆卸维护、再利用等阶段，将绿色设计思想充分、具体地应用到设计过程中，针对无球磨机存在的问题，明确了下一步研究的方向。无球磨机是一种新型的粗磨细碎设备，它抛弃了传统破碎机和磨机必须用打击件和球的限制，采用颗粒内部能量逐步累加而一次性破碎的理论，从根本上解决了通常情况下破碎机破碎比较小，无法作终粉磨的问题，同时该机采用了金属与非金属材料的复合技术，最大限度的解决了材料磨损的问题，及铁质对耐火材料二次污染的问题，不仅适用于硬质耐火物料，对软质物料性能更加优越。无球磨机结构简单，性能优于辊压机与立磨，而其一次性投资仅为立磨和辊压机的六分之一，适合我国粉磨工业资金短缺的实际，是技术力量较薄弱的中小企业技改的理想选择，相信该机的推广应用必将对粉磨工业的技术改造带来革命性的变化。
