En kulkvarn är en horisontell cylinder som delvis är fylld med stålkulor (eller ibland andra former) som roterar på sin axel och ger en tumlande och kaskadverkan till bollarna. Material som matas genom kvarnen krossas genom slag och mals genom utmattning mellan kulorna.
Slipmediet är vanligtvis tillverkat av högkromstål. De mindre kvaliteterna är ibland cylindriska ("pebs") snarare än sfäriska. Det finns en rotationshastighet (den "kritiska hastigheten") vid vilken innehållet i kvarnen helt enkelt skulle rida över kvarnens tak på grund av centrifugalverkan.
Den kritiska hastigheten (rpm) ges av:nC= 42.29/√dvardär den inre diametern i meter. Kulkvarnar drivs normalt med cirka 75% av det kritiska varvtalet, så en kvarn med diameter 5 meter kommer att vända vid cirka 14 rpm.
Bruket är vanligtvis uppdelat i minst två kamrar (även om detta beror på matningsingångsstorleken - kvarnar inklusive en valspress är mestadels enkammare), vilket möjliggör användning av olika storlekar av slipmedia. Stora bollar används vid inloppet för att krossa klinkernoduler (som kan vara över 25 mm i diameter). Kuldiametern här ligger i intervallet 60-80 mm. I en tvåkammarkvarn ligger medierna i den andra kammaren typiskt i intervallet 15–40 mm, även om media ner till 5 mm ibland påträffas. Som en allmän regel måste storleken på media matcha storleken på materialet som mals: stora medier kan inte producera de ultrafina partiklar som krävs i den färdiga cementen, men små medier kan inte bryta stora klinkerpartiklar. Kvarnar med så många som fyra kammare, vilket möjliggjorde en tät segregering av mediestorlekar, användes en gång, men detta blir nu sällsynt. Alternativ till flerkammarkvarnar är:
par kvarnar, körda i tandem, laddade med media av olika storlek.
Användning av alternativ teknik (se Rullpressar nedan) för att krossa klinkern före finslipning i en kulkvarn.
En ström av luft passerar genom kvarnen. Detta hjälper till att hålla bruket svalt och sveper ut förångad fukt som annars skulle orsaka hydrering och störa materialflödet. Den dammiga frånluften rengörs, vanligtvis medpåse filter.
