粉磨是将小块物料磨成粉状物料的过程。磨机是目前工业上广泛使用的细磨机械，能粉磨各种硬度的物料，在选矿场中被广泛用来细磨各种矿石；在发电厂用来制备煤粉；在水泥厂用来粉磨原料、熟料、煤和其他混合料；在陶瓷制品和玻璃等生产中，粉磨作业都占有一定的地位。归纳起来，粉磨的目的如下：
①增加物料的表面积在水泥生产中，保证生料在窑中得到充分的化学反应，使煤粉能够充分完全燃烧，使水泥有利于水化产生较高的强度。为此，需将水泥生料的细度控制在0.08mm方孔筛筛余在10%以下，水泥细度控制在8%以下，煤粉控制在14%以下（物料经过粉磨后的细度以筛余百分数表示）。
②使各种物料混合均匀水泥生产中，生料中的石灰石、黏土和铁粉，水泥中的矿渣、石膏和熟料等经过磨机粉磨后不但能磨细，还能混合均匀，以保证水泥的质量。
由于物料被粉磨的方式不同，因此是否采用研磨介质以及磨机结构、磨机运动方式、操作方法和生产特点等不同，粉磨设备也各式各样，有的彼此差别还很大。建材工业中一般常见的有球磨、棒磨、立式磨（辊磨）、自磨磨机、辊压机、陶瓷磨等。有时在生产和科研中还使用振动磨、气力磨等超细磨设备。
磨机的分类方法如图1-1所示，其中（a）~（c）类是靠研磨介质的冲击和研磨作用粉磨物料的有介质磨；（d）类是无介质磨；（e）类是靠挤压研磨粉磨物料的立式磨；（f）和（g）类磨机借锤与料、料与料间的撞击、摩擦来粉磨物料；（h）类磨机靠两个相对回转的辊子对物料挤压来进行粉磨。在结构上，（a）～（c）类为圆筒形。
建材工业中以球磨（包括棒磨）应用最普遍，近年来辊磨机（又称立磨）和辊压机在新型干法水泥生产线上大量采用。但由于球磨机等粉磨设备的工作效率相对较低、能耗较高、金属消耗量大，因此为了降低生产成本，就必须在了解粉磨作业的前提下，根据物料的性质、入料粒度和出磨产品的细度要求，合理选择粉磨工艺流程和粉磨设备。
球磨机是建材、冶金、选矿和电力等工业中广泛应用的一种粉磨设备。其优点有：①对物料的适应性强，可制成规格大小不同的磨机，因而能适应各种生产能力的要求，每小时产量从几百克到几百吨，尤其是能连续生产，且生产能力大，可满足现代大规模工业生产的需要；②粉碎比大，可达300以上，并易于调整产品的细度；③结构简单，坚固，操作可靠，维护管理简单，能长期连续运转；④密封性好，可负压操作，防止粉尘飞扬；⑤能适应干法、湿法作业操作，还可将干燥和粉磨作业同时进行。其缺点是：①工作效率低，有效电能利用率仅2%左右，其余大部分电能都转变为热量而损失；②机体笨重，大型磨机重达几百吨，投资大；③由于筒体转速较低，一般为15～20r/min，因此一般需配置减速装置；④研磨体和衬板的消耗量大，粉磨每吨水泥约耗钢材1kg；⑤工作时噪声大。
一、工作原理与研磨体的运动状态
球磨机的主体是一个由钢板卷成的水平支承的回转圆筒体，筒体内壁装有衬板，内部装有不同规格的钢球、钢段或瓷球、刚玉球等研磨体（或称研磨介质）。当磨机以适当速度回转时，简体内的研磨体由于惯性离心力的作用，贴附在磨机筒体内壁的衬板上，与筒体一起回转，被带到一定的高度后，因其本身的重力作用，会像抛射体一样落下，将筒体内的物料击碎。
研磨体在磨机回转过程中，除有上升、下落的循环运动外，还有滑动和滚动运动，致使在研磨体、物料、衬板之间产生研磨作用，将物料磨细，如图1-2所示。物料在受到冲击破碎和研磨磨细的同时，从进料端连续喂入的物料对磨内的物料形成向出料端的挤压作用，加上进料端物料与出料端物料本身的料面存在着高度差，因此磨机筒体虽然是水平安装的，但磨内物料仍能够由进料端向出料端缓慢移动；干法粉磨时的通风作用或湿法粉磨时的加水作用，能够将粉磨细的物料带向出料端，完成粉磨作业。
显然，磨机在正常运转时，研磨体的运动状态对物料的粉磨作用有很大的影响。能被磨机带到较高处、像抛射体一样落下的研磨体，因其具有较高动能，故对物料有较强的冲击破碎作用；不能被磨机带到高处的研磨体，则和物料一起滑下，对物料具有较强的研磨作用。
研磨体在磨内的运动状态与磨机转速、磨内存料量及研磨体的装填数量有很大关系。因为筒体的转速决定着研磨体能产生的惯性离心力的大小，当筒体具有不同的转速时，研磨体的运动状态便会出现如图1-3所示的三种情况。
当筒体转速过低时，不能将研磨体带到较高高度，研磨体和物料随即因重力作用产生下滑，研磨体呈倾泻运动状态，对物料的冲击作用很小，几乎只起到研磨作用，因而粉磨效果不佳，生产能力降低。当筒体转速过高时，由于惯性离心力大于研磨体自身的重力，因此研磨体和物料贴附在筒体内壁上随筒体一起回转不降落，研磨体呈圆周运动状态，对物料起不到任何冲击和研磨作用。只有在筒体转速适中，研磨体被提升到一定高度后抛落下来，呈抛落运动状态时，才对物料有较大的冲击和研磨作用，粉磨效果较好。
在球磨机筒体中，研磨体装填数量较少，筒体转速较高，研磨体的滚动和滑动则较小，由此引起的对物料的研磨作用就小；当研磨体装填的数量较多时，分布在靠近筒体横断面中心部分的研磨体不足以形成抛射运动，而是产生较多的滚动和滑动，致使物料受到研磨作用而磨细。所以，在粉磨粒度较大或较硬的物料时，研磨体的平均尺寸要大些，装填数量可少些，从而保证研磨体具有足够的抛射降落高度，加强冲击破碎作用；反之，在粉磨粒度较小或较易粉磨的物料时，研磨体的平均尺寸可以小些，但装填数量应多些，使之与物料接触的表面积大些，以加强研磨作用。
在实际生产中，为了有效利用研磨体的能量，一般用隔仓板将磨机筒体分隔为2~4个仓，前仓装的研磨体（钢球和钢棒）主要对物料起冲击破碎作用，后仓装的研磨体（钢段）主要对物料起研磨作用。
球磨机的规格用筒体的内径（m）X长度（m）来表示，例如¢4.2m X13m。
二、球磨机的分类
球（棒）磨机的主要工作部分是一个水平放置的回转圆筒，差别在于筒体的形状、研磨体的形状、筒体支承方式、传动方式、卸料方式、操作方法和生产特点不同。
（1）按所装研磨介质的不同来分
球磨机：筒体内装钢球或钢段，这种磨机使用最普遍。
棒球磨：筒体内第一仓装钢棒作为粗磨介质，这种磨机产品均匀，多用于湿法粉磨水泥生料。
砾石磨：用砾石、卵石、瓷球等为研磨介质，花岗岩、瓷料等作衬板，用于生产白色或彩色水泥以及陶瓷工业原料。
（2）按筒体的形状分
短筒磨机：筒体长度和直径之比L/D≤1.5［图1-4（a）、（c）］，一般用于粗磨或一级磨。
长筒形磨机：筒体长度和直径之比L/D＞1.5［图1-4（b）、（d）、（e）］，当L/D值为3～7时，则称为管磨机；管磨机内部常分隔为几个仓，称为多仓式管磨机，这种磨机在水泥厂用得较多。
（3）按卸料方式分
①中心卸料式磨机这种磨机是在中空轴上开孔作为出料口，其中又分为：
a.溢流式中心卸料式磨机如图1-4（a）、（c）所示，这种磨机在粉磨时，磨内料面必须高出卸料口，使物料溢流而出，工作时料球装得多，磨内结构简单，但操作不灵活，粉磨过程不能调整。
b.格子式卸料式磨机：为克服上述卸料缺陷，在磨尾装有格子式提升板以帮助卸料，如图1-4（b）、（d）、（e）所示，这类磨机在水泥厂应用较多。
②中部卸料式磨机这种磨机在筒体中部的周壁上开孔以卸料，如图1-4（f）所示。实际上它相当于两台端部周边卸料磨机的合成，因而使设备紧凑、省材料、单位动力产量高，多用于圈流粉磨生料系统。
（4）按传动方式分
中心传动式磨机：由卸料端经空心轴直接与减速机连接，由电动机带动，传动轴中心与筒体线一致，如图1-5（a）所示。
边缘传动式磨机：将电动机的动力经过减速机后传到与磨机筒体中心线相平行的传动轴。上，再经过轴上的小齿轮带动装在磨筒体上的大齿轮，使磨机回转，如图1-5（b）所示。
（5）按支承方式分
主轴承支承式磨机：球磨机两端的中空轴支承在主轴承上，如图1-6（a）所示，这种支承方式比较普遍。
滑履支承式磨机：通过紧固在磨机筒体上的轮带支承在滑履上运转，如图1-6（b）所示。
（6）按其他形式分
按生产特点又分为干式和湿式球磨机，间歇磨和连续磨。其中湿式球磨机多用于湿法生产，间歇磨多用为化验室的试验磨以及陶瓷磨机。工业生产都用大型连续磨。
三、球磨机的构造
球磨机虽然有多种类型，但主要构造大体相同，都是由筒体（含隔仓板、衬板、研磨体、磨门）、进料装置、卸料装置、支承装置和传动装置等部分组成。图1-7～图1-9所示为几种球磨机的构造。
（1）筒体
球磨机的筒体是一个空心圆筒，被粉磨物料就是在筒体内受到研磨体的冲击和研磨作用而被粉磨细的。除承受衬板、隔仓板、研磨体和物料的重量外，筒体工作时还受到研磨体的冲击，运转起来会产生巨大的转矩，所以在筒体上产生的是交变应力。这就要求制造筒体的金属材料强度要高，塑性要好。一般用于制造筒体的材料是普通结构钢，大型磨机的筒体一般用16Mn钢制造。
筒体上的每个仓都设有一个磨门（又称人孔）。开设磨门是为了便于安装或更换衬板、隔仓板，装填或倒出研磨体，以及人员进入磨内检修。但开设磨门会降低筒体的强度，因此磨门不能开得过大，只要能满足零部件和检修人员的进出即可，且磨门周围要焊接加强钢板。
筒体两端有端盖。端盖有焊接和铸造两种结构。一种结构焊接端盖是钢板直接焊在筒体上使其成为一体的，其特点是用料少，机件轻，制造简单，质量容易保证。另一种结构是把端盖和中空轴分别铸造，加工后再把两部分组装在一起，用螺栓连接，这种结构消耗材料多，加工量大。
（2）衬板
衬板的作用是保护磨机筒体，使筒体免受研磨体与物料的直接冲击与摩擦；利用不同工作表面形状的衬板可以调整磨内各仓研磨体的运动状态；分级衬板还能使磨内的研磨体按照从进料端到出料端方向由大到小自动分级。
球磨机的衬板大多用金属制造，也有少量用非金属材料制造的。由于各仓内研磨体的工作状态不同，与之相应的各仓衬板的材料也不同。在粉碎仓，衬板应具有良好的抗冲击性能。高锰钢抗冲击韧性好，且在受到冲击时其表面可冷作硬化，变得愈加坚硬耐磨，因此，大多数磨机粉碎仓的衬板都采用高锰钢制造。在细磨仓中，要求衬板主要具有良好的耐磨性能。衬板材料多为耐磨的冷硬铸铁、合金钢等。
确定衬板的规格应考虑搬运、装卸和进出磨门时方便。目前，磨机衬板尺寸已经基本统一，其宽度为314mm，整块衬板长度500mm，半块衬板长度为250mm，平均厚度在50mm左右。
（3）隔仓板
隔仓板分单层和双层两种，其作用是：分隔研磨体；筛析物料；控制磨内物料流速；调控磨内通风量。
①单层隔仓板如图1-10（b）所示，由扇形箅板组成，用中心圆板将这些扇形箅板连接成一个整体。隔仓板外圈箅板用螺栓固定在磨机筒体的内壁上，内圈箅板装在外圈箅板的止口中。中心圆板与环形固定圈用螺栓与内圈算板固定在一起。单层隔仓板的另一种形式是由若干块弓形箅板组成的，如图1-10（a）所示。
已磨至小于箅板孔的物料在新喂人物料的推动下，穿过筛板孔进入下一仓。单层隔仓板的通风阻力小，占磨机容积小。
②过渡仓式双层隔仓板图1-11所示为棒球磨过渡仓式双层隔仓板，由一组盲板2和一组箅板7组成，隔仓板朝进料方向的一面是盲板，当一仓内料浆面高于环形固定圈时，料浆就流进双层隔仓板中间，然后再经箅板进入二仓。大块物料和碎研磨体被阻留在双层板之间，定时停磨清除。仓板座3用螺栓4固定在磨机筒体5上，盲板2装在仓板座3上，环形固定圈1装在盲板上，箅板7装在仓板座3上，盲板2与箅板7的中间有定距管5用螺栓拧紧，在箅板7上装有中心圆板9。
③提升式双层隔仓板如图1-12所示，物料通过算板3进入双层隔仓板中间，由扬料板4将物料提升至圆锥体2上，随着磨机回转进入下一仓。盲板8和扬料板4用螺栓固定在隔仓板架10上，隔仓板座6及木块7用螺栓固定在磨机筒体9的内壁上，算板7及盲板2装在隔仓板座6上，圆锥体2装在双层板中间，在圆锥体上装有中心圆板1。
提升式双层隔仓板有强制物料流通的作用，即通过的物料量不受相邻两仓物料水平面高度的限制，甚至在前仓的物料面低于后仓的情况下仍可通过物料，利于控制其前后两仓的适宜球料比，因而适于安装在干法磨机的粗碎仓内。因在粗磨仓内，冲击是粉碎物料的主要形式，所以要求该仓有较少的存料，以利于冲击作用的发挥。但该隔仓板会使磨机的有效容积减小；在其两侧的存料较少，此区域的粉碎效率降低，同时也加剧了隔仓板的磨损；较单层隔仓板结构复杂，通风阻力较大。
④筛分隔仓板筛分隔仓板也属于双层隔仓板，分别有锥形筛板型筛分隔仓板、微介，质型筛分隔仓板、扇形筛板型筛分隔仓板、筛分仓型筛分隔仓板几种。隔仓板的箅孔能让物料通过，但不准研磨体窜仓。算孔的排列方式有多种，工程中主要采用的是同心圆和辐射状两大类。
（4）支承装置
球磨机的支承装置有主轴承和滑履轴承两类。
（5）进料、卸料装置
磨机进料、卸料装置是磨机整体中的一个组成部分，物料和气流（干法磨）或水（湿法磨）通过进料装置进入磨内，通过出料装置排出磨外。根据生产工艺要求，磨机的进料、卸料装置各有不同的类型。
①进料装置采用主轴承支承的球磨机通过中空轴进料，其进料装置有溜管进料装置、勺轮进料装置和螺旋进料装置。滑履磨采用进料溜筒直接进料，物料通过溜筒滑入磨内。
②卸料装置磨机的卸料一般采用中空轴卸料装置，物料由最后一仓通过出料箅板后，在出料箅板上的扬料板作用下将物料提升至一定高度，然后滑到锥形卸料体上，再溜到出料螺旋套筒（也有用锥形套筒的）内，靠内螺旋叶片将物料推出磨外。
（6）传动系统
磨机的传动方式有边缘传动和中心传动两种。
边缘传动是由小齿轮与固定在筒体尾部的大齿轮啮合，带动磨机转动。边缘传动分边缘单传动和边缘双传动两种形式。对于边缘单传动，可以用高速电动机与减速机连接，减速机低速轴与小齿轮轴连接驱动；也可用低速电动机直接与小齿轮轴连接驱动。采用低速电动机驱动省去了减速机，但电动机的造价较高。
边缘双传动也有用高速电动机与低速电动机两种形式。两种传动形式的优缺点与连续单传动相同。
中心传动是指减速机的输出轴和磨机中心线在同一条直线上。中心传动也分为单传动和双传动两种。
中心传动的机械效率一般为0.90~0.94，如采用行星齿轮减速机、对称式齿轮减速机，传动效率可达0.99；而边缘传动的机械效率一般为0.85～0.90。因此，大型磨机采用中心传动更节能。
边缘传动磨机的大齿轮直径较大，制造困难，占地多，但齿轮精度要求较低。中心传动结构紧凑，占地面积小，但制造精度要求较高，对材质和热处理的要求也高，造价也要高一些。
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