摘 要：【目的】通過(guò)對(duì)球磨設(shè)備領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的深入分析，有助于了解該領(lǐng)域面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和現(xiàn)有的解決方案，以及當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。【方法】通過(guò)對(duì)球磨設(shè)備領(lǐng)域的全球?qū)＠麛?shù)據(jù)進(jìn)行綜合梳理和分析，揭示專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、地理分布情況、主要申請(qǐng)人以及技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)區(qū)域?！窘Y(jié)果】國(guó)內(nèi)外在球磨設(shè)備領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人多為重工業(yè)企業(yè)，關(guān)鍵技術(shù)分支包括襯板改進(jìn)和自動(dòng)加球裝置。在襯板技術(shù)的發(fā)展上，重點(diǎn)在于通過(guò)材料改良或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)襯板的耐磨性和提升其帶球效率；而自動(dòng)加球裝置的改進(jìn)旨在解決卡球及堵球問(wèn)題?！窘Y(jié)論】相關(guān)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)密切關(guān)注這些技術(shù)熱點(diǎn)方向，有效避免重復(fù)研發(fā)并重視識(shí)別潛在的侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：專(zhuān)利分析；球磨設(shè)備；襯板；自動(dòng)加球

中圖分類(lèi)號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2024）18-0124-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.18.024

Patent Technology Analysis of Ball Milling Equipment

LI Hongqing ZHU Yaojian

（Patent Examination Cooperation （Tianjin） Center of the Patent Office， CNIPA， Tianjin 300304， China）

Abstract：[Purposes] The in-depth analysis of patented technologies in the field of ball milling equipment helps to understand the current trends of technological development， technical challenges and existing solutions. [Methods] By comprehensively sorting out and analyzing the global patent data in the field of ball milling equipment， this report reveals the trend of patent applications， geographic distribution， major applicants， and hotspot regions of technological innovation. [Findings] The analysis shows that the main applicants in the field of ball milling equipment at home and abroad are mostly heavy industrial enterprises. The key technical branches include liner improvements and automatic ball feeding devices.In the development of liner technology， the focus is on enhancing the wear resistance of the liner and improving its ball-carrying efficiency through material improvement or structural design; the improvement of the automatic ball filling device is mainly aimed at solving the problems of ball jamming or clogging. [Conclusions] Relevant enterprises and research institutions should pay close attention to these technological hotspot directions， effectively avoid duplicated R&D and pay attention to identifying potential infringement risks.

Keywords： patent technology analysis; ball milling; liner; automatic ball filling

0 引言

球磨設(shè)備廣泛應(yīng)用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色與有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對(duì)各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨［1］。球磨設(shè)備的工作特點(diǎn)是低轉(zhuǎn)速、大荷重，且具有較大的沖擊載荷［2］。其磨礦過(guò)程主要依賴于沖擊、研磨和磨剝（即磨蝕作用）的組合作用，從而確保物料得以高效粉碎［3］。盡管根據(jù)介質(zhì)形狀、卸料方法和傳動(dòng)方式的不同，球磨機(jī)可以分為多種類(lèi)型且規(guī)格各異，但就其基本結(jié)構(gòu)而言，它們主要由五大核心部分組成：進(jìn)料系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)裝置、卸料機(jī)制和動(dòng)力傳輸系統(tǒng)，其中回轉(zhuǎn)部分包括中空軸以及筒體內(nèi)的關(guān)鍵零部件，如隔倉(cāng)板、擋球環(huán)、擋料圈和襯板等［4］。

在專(zhuān)利分類(lèi)體系中，球磨機(jī)技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)呈現(xiàn)出高度集中的趨勢(shì)，主要?dú)w集于B02C17/00大組，該分類(lèi)涵蓋了使用圓筒形磨碎機(jī)進(jìn)行物料粉碎的技術(shù)。本研究以全球范圍內(nèi)球磨設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，考慮到發(fā)明專(zhuān)利從申請(qǐng)到公開(kāi)通常需要3至18個(gè)月的時(shí)間，檢索時(shí)間截至2022年12月31日。

1 全球?qū)＠麘B(tài)勢(shì)分析

1.1 專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)和地域分布

圖1所示為2005年以來(lái)球磨設(shè)備領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，球磨設(shè)備領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中第一階段為2005—2013年的技術(shù)積累期，申請(qǐng)量增長(zhǎng)約80件/年；第二階段為2014—2022年的技術(shù)爆發(fā)期，申請(qǐng)量增長(zhǎng)約為300件/年；2020年專(zhuān)利申請(qǐng)量達(dá)到歷史峰值，為3 698件，隨后兩年申請(qǐng)量小幅下跌，推測(cè)是因?yàn)槭艿叫鹿谝咔榈挠绊?。雖然中國(guó)在球磨設(shè)備領(lǐng)域起步較晚，但是發(fā)展迅猛，目前在專(zhuān)利申請(qǐng)總量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，占比超過(guò)43%；其次是日本，擁有川崎重工和三菱重工兩大制造巨頭，在該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量為全球第二，占比12%；美國(guó)在球磨設(shè)備領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量為全球第三，占比6%。

1.2 主要申請(qǐng)人分析

圖2所示為該領(lǐng)域申請(qǐng)量排名前十的申請(qǐng)人，其中Smidth Co.A/S（來(lái)自丹麥）以其466項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)位居首位，該公司是全球采礦和水泥行業(yè)的全流程技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商，其專(zhuān)利戰(zhàn)略始于20世紀(jì)60年代，多個(gè)專(zhuān)利的同族數(shù)量超過(guò)10個(gè)；第二名和第八名分別是來(lái)自日本的川崎重工和三菱重工，其專(zhuān)利總量之和與丹麥的Smidth Co.A/S大致相當(dāng)，這兩家日本公司憑借豐富的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和深厚的技術(shù)積累，不斷推出新型球磨機(jī)，且在立磨等其他粉磨設(shè)備也占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額；德國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新中也扮演著重要角色，有四家公司躋身前十名申請(qǐng)人之列，分別是DRAISWERKE、KLOECKNER、NETZSCH和SIEMENS，這得益于德國(guó)強(qiáng)大的工業(yè)基礎(chǔ)和對(duì)創(chuàng)新的重視；中國(guó)濟(jì)南重工以138項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)的成績(jī)位列第九名。

2 中國(guó)專(zhuān)利態(tài)勢(shì)分析

2.1 專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)和省市分布

中國(guó)球磨設(shè)備專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)如圖3所示。中國(guó)從新中國(guó)成立初期開(kāi)始仿制國(guó)外球磨機(jī)，并在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)技術(shù)發(fā)展緩慢，2008年以前的年申請(qǐng)量變化不大，年均增長(zhǎng)量約為20件，年申請(qǐng)量?jī)H占全球年申請(qǐng)量的31%；2009—2013年中國(guó)球磨領(lǐng)域?qū)＠_(kāi)始顯著增長(zhǎng)，可能是由于水泥、建筑、玻璃和陶瓷等行業(yè)對(duì)球磨機(jī)的需求增大，加上創(chuàng)新主體知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，該階段專(zhuān)利申請(qǐng)年增量約為130件，2014年中國(guó)的專(zhuān)利年申請(qǐng)量已經(jīng)占全球年申請(qǐng)量的62%；隨后的幾年伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和知識(shí)產(chǎn)權(quán)強(qiáng)國(guó)建設(shè)，中國(guó)球磨領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)一步增長(zhǎng)，于2020年達(dá)到頂峰，年申請(qǐng)量為3 268件，占該領(lǐng)域全球年申請(qǐng)量的88%。排名前三的地區(qū)分別為江蘇、廣東和山東，這三個(gè)省份同時(shí)也是2023年地區(qū)生產(chǎn)總值的全國(guó)前三名，知識(shí)產(chǎn)權(quán)是推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力之一，而專(zhuān)利申請(qǐng)量可以從側(cè)面反映一個(gè)地區(qū)的創(chuàng)新能力。

2.2 主要申請(qǐng)人分析

中國(guó)專(zhuān)利主要申請(qǐng)人如圖4所示，濟(jì)南重工和中信重工分別位列第一和第二，申請(qǐng)量均超過(guò)100件；其次為昆明理工大學(xué)和鞍鋼集團(tuán)，前十名申請(qǐng)人主要分布在重工機(jī)械和高校研究設(shè)計(jì)院。

濟(jì)南重工在球磨設(shè)備領(lǐng)域的專(zhuān)利布局覆蓋較為全面，重點(diǎn)分布在球磨機(jī)的進(jìn)出料和加球裝置，以及球磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)控制，該公司將智能制造技術(shù)和濕式溢流球磨工藝結(jié)合，于2024年2月下線氧化鋁行業(yè)的全球最大球磨機(jī)。中信重工在該領(lǐng)域的專(zhuān)利布局側(cè)重襯板，篦板和監(jiān)控以及控制方法，該公司自主研發(fā)的直徑8.2m，長(zhǎng)12.7m的溢流球磨機(jī)于2023年8月交付出口用于非洲加納金礦，這是目前全球最大的球磨機(jī)。昆明理工大學(xué)的專(zhuān)利布局側(cè)重于攪拌球磨機(jī)的攪拌裝置設(shè)計(jì)，尤其是試驗(yàn)用球磨機(jī)的開(kāi)發(fā)。

3 關(guān)鍵技術(shù)分支重點(diǎn)專(zhuān)利分析

在深入探討球磨設(shè)備領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)分支時(shí)，本文特別關(guān)注了專(zhuān)利的參考引證次數(shù)、同族數(shù)量以及訴訟次數(shù)，這些指標(biāo)是衡量專(zhuān)利重要性和影響力的關(guān)鍵參數(shù)。

3.1 襯板改進(jìn)

提高襯板的耐磨性和帶球效果是球磨機(jī)襯板技術(shù)的主要改進(jìn)方向之一，主要通過(guò)三種方式：①材料創(chuàng)新，通過(guò)改變現(xiàn)有襯板的材料成分從而整體提高耐磨性并延長(zhǎng)使用壽命；②采用基材+鑲塊的方式，在易磨損部分設(shè)置耐磨材料結(jié)構(gòu)件，從而提高帶球效果的同時(shí)延長(zhǎng)襯板使用壽命；③采用磁性襯板，利用襯板在球磨過(guò)程中吸附的含鐵物質(zhì)作為保護(hù)層，不但可以保護(hù)襯板，且有助于提高球磨效率。

川崎重工在JPH0711794Y中公開(kāi)了一種球磨內(nèi)襯，襯板的各凹狀槽相連地形成與滾珠的曲率相等或比滾珠的曲率稍小的球形凹槽，這些凹槽在機(jī)體的旋轉(zhuǎn)軸心上相互錯(cuò)位。鞍鋼集團(tuán)在CN101455986A中公開(kāi)一種破碎機(jī)雙金屬耐磨襯板及制造方法，通過(guò)使兩種合金的界面充分結(jié)合，內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，從而耐磨且不產(chǎn)生裂紋，文中還具體限定了耐磨塊和板體的材料組分。高太在CN101664708A公開(kāi)一種新型球磨機(jī)磁性襯板，襯板包括基體、耐磨襯板、復(fù)合磁極組和黏接劑，復(fù)合磁極組沿球磨機(jī)筒體軸向方向?yàn)橥瑯O性排列，沿球磨機(jī)筒體圓周方向?yàn)镹、S交替排列，耐磨襯板采用特殊的ZG80Mn15Cr4鑄造，復(fù)合磁極組由高性能鐵氧體材料和高性能合金磁鋼組成，黏接劑采用美國(guó)福世藍(lán)新型材料制成。湖北省機(jī)電研究院在CN2347663A中通過(guò)筒體襯板、鉚板和預(yù)應(yīng)力塊之間耦合自鎖無(wú)螺栓方式結(jié)合，在安裝時(shí)對(duì)襯板施加了預(yù)應(yīng)力，且在運(yùn)行過(guò)程中磨球和物料的直接沖擊使鉚板變形而不斷鉚緊襯板，可以做到使用壽命內(nèi)不漏粉不漏漿、不停機(jī)檢修。馬格托國(guó)際公司在US6206310B1中公開(kāi)了一種管狀磨碎機(jī)襯板，所述襯板由一圈并置的單個(gè)襯板構(gòu)成，在內(nèi)部呈現(xiàn)縱向的提升輪廓，以便于在磨碎機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)提升磨料和待磨碎的物質(zhì)。為了使所述提升輪廓與磨碎機(jī)的工作參數(shù)和工作條件相適應(yīng)，每一個(gè)襯板都在其從磨碎機(jī)旋轉(zhuǎn)方向上看的后表面上有一個(gè)臺(tái)階，其徑向高度比前表面要高。并且每一圈襯板各具有多種類(lèi)型的襯板，它們至少在臺(tái)階徑向高度上不同，各襯板在圓周方向上按確定的順序依次排列，這種襯板組合形式可以形成一種最佳的提升輪廓，具有良好的耐磨性和抗震性，從而使得初始提升輪廓可以保持更長(zhǎng)的時(shí)間。

3.2 自動(dòng)加球裝置

自動(dòng)加球裝置主要分為四類(lèi)：滾筒式、轉(zhuǎn)盤(pán)式、吸盤(pán)式和U 型［5］。針對(duì)卡球、堵球的現(xiàn)象，專(zhuān)利中主要采用擋球片代替抓球裝置，或者設(shè)置松料滾筒機(jī)或者重新設(shè)計(jì)球爪結(jié)構(gòu)等措施進(jìn)行改進(jìn)。

KNIGHT公司在US201313804061A中公開(kāi)了一種用于球磨機(jī)組件的自動(dòng)加球系統(tǒng)包括自動(dòng)球裝填、攪拌和分度組件，其構(gòu)造和布置成以受控的進(jìn)給速率解聚并直接分配多個(gè)研磨球到所述設(shè)備。攀鋼集團(tuán)在CN101318156A中通過(guò)對(duì)落球孔啟閉結(jié)構(gòu)每次開(kāi)啟時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)精確控制加入鋼球的數(shù)量從而避免堵塞，具體為在儲(chǔ)球裝置的落球孔處設(shè)置有落球孔啟閉結(jié)構(gòu)，落球孔啟閉結(jié)構(gòu)每一次開(kāi)啟到閉合所加入鋼球的數(shù)量相等。南京梅山冶金發(fā)展有限公司在CN103056002A中提及一種自動(dòng)加球機(jī)，通過(guò)設(shè)置可調(diào)節(jié)的活動(dòng)門(mén)適應(yīng)鋼球直徑，翹板松球器的松球凸撥的外側(cè)為與三點(diǎn)凸輪盤(pán)外圓周相切的圓弧，對(duì)緩沖區(qū)的鋼球松動(dòng)從而避免堵塞。福建亞亨機(jī)械股份有限公司在CN108246429A中提出一種球磨設(shè)備抓球裝置，抓球部分包括一盤(pán)體，所述盤(pán)體的上端面與鋼絲繩連接，盤(pán)體的下端面上固定設(shè)有若干個(gè)電磁鐵，通過(guò)支撐臂和懸掛裝置懸掛在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的抓球部分，通過(guò)定量抓球加球，避免卡球或堵球現(xiàn)象。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)球磨設(shè)備專(zhuān)利技術(shù)的深入分析，可以看出中國(guó)在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步和成就。尤其是在專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量和技術(shù)創(chuàng)新方面，中國(guó)企業(yè)如濟(jì)南重工和中信重工已處于領(lǐng)先地位，專(zhuān)利覆蓋了進(jìn)出料裝置、襯板、潤(rùn)滑、檢測(cè)和驅(qū)動(dòng)控制等多個(gè)方面。該領(lǐng)域主要的技術(shù)改進(jìn)方向集中在提高襯板的耐磨性和優(yōu)化自動(dòng)加球系統(tǒng)等方面，這些技術(shù)的發(fā)展不僅提升了球磨機(jī)的工作效率和生產(chǎn)效率，還有助于降低能耗和材料消耗。隨著知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)的增強(qiáng)和企業(yè)創(chuàng)新能力的提升，預(yù)計(jì)未來(lái)球磨設(shè)備技術(shù)將進(jìn)一步向高端化、智能化發(fā)展，面對(duì)全球化競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)快速迭代的挑戰(zhàn)，中國(guó)企業(yè)仍需加大研發(fā)投入，優(yōu)化專(zhuān)利戰(zhàn)略，以保持其在全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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收稿日期：2024-05-13

作者簡(jiǎn)介：李洪慶（1989—），男，碩士，助理研究員，研究方向：破碎和印刷領(lǐng)域?qū)＠麑彶椋恢煲珓Γ?989—），男，碩士，助理研究員，研究方向：閥門(mén)領(lǐng)域?qū)＠麑彶椋ǖ韧诘谝蛔髡撸?/p>