Принцип роботи кульового млина полягає в наступному. У безперервно працює кульову млин подрібнюється матеріал подається через центральний отвір в одній з кришок всередину барабана і просувається уздовж нього, піддаючись впливу тіл, що мелють. При цьому подрібнення матеріалу відбувається при ударі падаючих помольних куль і стиранням його частинок між тілами. Далі розвантаження подрібненого матеріалу проводиться або через центральний отвір в розвантажувальної кришці, або через ґрати (млини з центральною розвантаженням і розвантаженням через решітку).
При заповненні млини мелють кулями на 40 - 50% і нерівною футеровке ковзання зовнішніх шарів куль практично відсутня, а ковзання внутрішніх шарів одного за іншим спостерігається при різних режимах роботи млина. При одношаровому заповненні млини мелють тілами, вони обертаються навколо своєї осі, паралельної осі обертання барабана і при гладкою футеровке не піддавалося в круговий рух, навіть при високих швидкостях. При багатошаровому заповненні барабана млина помольних тілами залежно від частоти обертання можливий один з наступних режимів руху тіл, що мелють:
- Каскадний - швидкісний режим руху помольних куль з їх перекочування, але без польоту
- Змішаний - швидкісний режим руху помольних куль з частковим їх перекочування і з частковим польотом
- Водоспадний - швидкісний режим помольних куль з переважним їх польотом.
Рис.1. Мелють тіла при каскадному (а), змішаному (б) і водоспадних (в) режимах роботи млина
Каскадний режим руху куль, що мелють здійснюється при малій частоті обертання барабана. При пуску млина подрібнююча середу повертається на деякий кут і помольні кулі приходять в рух по замкнутих траєкторіях. Криволінійна поверхня їх природного укосу близька до площини, нахиленою під деяким кутом до горизонту, при чому цей кут дорівнює куту граничного повороту. При сталому режимі подрібнююча середовище залишається в цьому положенні, а мелють тіла безперервно циркулюють, піднімаються по кругових траєкторіях і скочуються «каскадом» до вихідної точки. У центральній частині подрібнювальної середовища є зона або «ядро», що залишається малорухомим. При каскадному режимі подрібнення відбувається в результаті розчавлюють і истирающего дії тіл, що мелють. Цей режим використовується в роботі кульових млинів з центральною розвантаженням.
Змішаний режим руху куль, що мелють відрізняється від каскадного тим, що в цьому випадку беруть участь кулі розташовані між зовнішніми шарами і малорухливим «ядром», навколо якого і відбувається їх циркуляція.
Водоспадний режим руху тіл, що мелють в млині здійснюється при частоті обертання барабана, що забезпечує перехід всіх або більшості верств помольних куль з круговою на параболічну траєкторію. При такому режимі, помольні кулі піднімаються по кругових траєкторіях, в певних точках відхиляються від кругової траєкторії і роблять вільний політ по параболічних кривих. У точках падіння мелють кулі знову переходять на кругову траєкторію відповідного шару. Подрібнення в кульових млинах з водоспадних режимом відбувається переважно за рахунок удару падаючих куль і частково за рахунок стирання і розчавлювання. Цей режим широко використовується і є єдиним при подрібненні трудноізмельчаемих матеріалів.
Вага куль, що мелють повинен бути достатній для того, щоб вони могли подрібнювати найбільші шматки матеріалу, що подрібнюється. Для ефективної роботи кульових млинів необхідно дотримуватися правильне співвідношення між величиною куль і розмірами завантажується в млин матеріалу. Якщо в подрібнюють матеріалі досить багато великих шматків, що ні розмелюють, це призведе до поступового їх накопичення між кулями і, нарешті, припинить роботу млина. У цих випадках необхідно зменшити розмір матеріалу, що подрібнюється або збільшити розміри куль, але в останньому випадку зменшується робоча поверхня млини, що веде до зниження її продуктивності. Важливо також стежити за ступенем заповнення барабана кулями, тому що при занадто великому заповненні, що піднімаються кулі стикаються з падаючими.
Вплив конструкції млинів і форми футерування на їх продуктивність встановлено на підставі практичних даних. Млини, що працюють з низьким рівнем пульпи. мають продуктивність трохи більшу, ніж млини з високим рівнем пульпи. Зокрема, продуктивність кульових млинів з гратами приблизно на 15% більше продуктивності млинів з центральної разгрузкой.Проізводітельность млинів з гладкою футеровкою менше, ніж млинів з ребристою футеровкою. Продуктивність млина залежить також від інших факторів: частоти обертання барабана, тонкощі розуміли, вологості та крупності матеріалу, що подрібнюється, своєчасності видалення готового продукту.
Кульові млини відрізняються великою витратою енергії; при роботі млина вхолосту, тобто заповнений лише кулями, витрата енергії приблизно дорівнює витраті енергії при роботі млина з повним завантаженням, т. е. при подрібненні матеріалу. Тому робота млини з неповним навантаженням вельми невигідна. Витрата енергії для кульових млинів є функцією багатьох факторів: фізичних властивостей матеріалу, що подрібнюється, в першу чергу його питомої ваги і твердості; ступеня заповнення барабана млина измельчающими кулями; числа обертів барабана і ін. Кульові млини мають невисокий к. п. д не більше 15%. Енергія в основному витрачається на знос куль і корпуса млина, тертя; нагрів матеріалу і т. п.
Перевагами кульових млинів крім великої одиничної потужності, досягнення тонкощі помелу, відповідної питомої поверхні 5000 см2 / г, простоти конструкції, високої надійності, є також добре розроблене наукове обґрунтування.
До недоліків кульових млинів відноситься їх значні металоємність і знос тіл, що мелють, а також сильний шум. Велика частина енергії при роботі кульового млина втрачається марно, що і призводить до низького коефіцієнту корисної дії. Але навіть значну питому витрату електроенергії на подрібнення матеріалу окупається корисним ефектом при використанні млина. Це не виключає пошуку рішень щодо економії електроенергії при помелі, чим і займаються фахівці з усього світу.