陶瓷研磨體在球磨機應用中的節(jié)能優(yōu)勢及粉磨效果淺析

??摘  要：陶瓷研磨體是一種以氧化鋁材料為主并添加改性增韌的氧化鋯加工生產的一種高硬度無機非金屬研磨介質，以其具有的耐磨、降溫、節(jié)電、提質、降噪、環(huán)保等優(yōu)勢，逐漸成為球磨機用研磨介質的主角，并趨于對鋼球研磨體進行置換改造。

??關鍵詞：陶瓷研磨體、節(jié)能降耗、提質

??引言

??水泥行業(yè)水泥球磨機傳統(tǒng)研磨體為鋼球研磨體（以下簡稱“鋼球”），主電機功率高，水泥粉磨電耗較高。目前水泥行業(yè)面臨產能過剩，在最嚴環(huán)保形勢下，國家對水泥行業(yè)去產能、協(xié)同生產、階梯電價、嚴格環(huán)保排放等政策的出臺，使水泥企業(yè)不得不適應形勢的發(fā)展需要主動提產降耗、減負增效，以求在市場上立足，陶瓷研磨體（以下簡稱陶瓷球）也在新形勢下開始逐步應用到球磨機，并以其優(yōu)于傳統(tǒng)鋼球的節(jié)能提質等明顯優(yōu)勢，已經陸續(xù)在北京水泥、華盛天涯水泥、青龍山水泥、浙江金圓、南充紅獅、青州中聯(lián)、巨野中聯(lián)等近乎百臺套粉磨系統(tǒng)成功應用實施，節(jié)能效果明顯，已嶄露頭角。

??1、陶瓷球的加工工藝

??1.1滾制成型：原料制備時，需要噴干粉，顆粒更細，易粘附； 特點是磨耗低，但抗壓強度也低（見圖一）；

??1.2壓制成型：原料制備時，需要空心造粒粉，顆粒粗，易排氣； 特點是磨耗略高，但是抗壓強度也高，破碎率低（見圖二）。

??1、陶瓷球主要參數及相比鋼球的優(yōu)勢和劣勢

??2.1陶瓷球與鋼球主要參數對比（見表一）

??2.2陶瓷球相比鋼球的優(yōu)勢和劣勢分析

??2.2.1節(jié)能降耗：陶瓷球能夠降低磨機研磨體裝載量20%以上，磨主電機電流降低20%以上，噸水泥節(jié)電15%以上，電耗降低3～6KWh/t水泥，礦粉節(jié)電空間更高（見表三和表四）；

??2.2.2提質：陶瓷球粉磨的產品，改善了水泥過粉磨現(xiàn)象和水泥產品性能，成品顆粒組成更加合理，3～32μm顆粒含量提高1～2%（見圖三和圖四對比），球形顆粒增多（見圖五和圖六對比），標準稠度用水量下降1～2%，水泥的3d強度基本不變，28d強度略有提升，水泥產品顆粒形貌以球形顆粒為主，有利于后期強度的增進率提高、與混凝土外加劑的相容性得以改善；

??水泥顆粒的掃描電鏡圖片如圖七所示，其中a，b，c，d為陶瓷球粉磨水泥顆粒的掃描電鏡圖片，e，f，g，h為鋼球粉磨水泥顆粒的掃描電鏡圖片。從上圖可知，鋼球粉磨的水泥顆粒呈現(xiàn)扁平狀結構，而陶瓷球粉磨的水泥顆粒呈現(xiàn)出類球狀結構。因此，陶瓷球粉磨水泥的顆粒形狀要優(yōu)于鋼球粉磨水泥的顆粒形狀。

??2.2.3降溫、減噪：陶瓷球研磨能力好，無機材質自發(fā)熱能力小，且導熱系數小，磨內溫度可降低15℃以上，出磨水泥溫度也明顯降低，磨機滑履溫度也大幅降低，降幅近20%，磨機噪音降低15db以上；

??2.2.4耐磨：陶瓷球的莫氏硬度為9.0，僅次于金剛石，其耐磨性能是高錳鋼的266倍，高鉻鑄鐵的171.5倍，遠遠超過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性。磨耗低，球耗一般是鋼球的50%，在同等工況下可延長設備使用壽命10倍以上；

??2.2.5環(huán)保：陶瓷球不含重金屬鉻，可以有效減少重金屬污染，有利于實現(xiàn)國家標準對水泥產品中水溶性六價鉻含量的限值（≤10mg/kg）；

??2.2.6設備故障率降低：陶瓷球質輕，替代鋼球后，裝載量明顯降低，對磨機襯板、隔倉板、活化環(huán)等撞擊、磨損小，磨機襯板、隔倉板、活化環(huán)等使用壽命延長，磨主電機及減速機運行負荷大幅下降，主機設備故障率降低，壽命顯著提高，減少了設備維護、維修的物力和人力成本；

??2.2.7降產：由于質輕，磨制同品種同等級質量指標相同的產品，產量會略有下降，但下降幅度不大，一般在10%以內，但是系統(tǒng)工藝隨優(yōu)化的程度，也會有不降產甚至達到提產的空間。

??3、陶瓷球的節(jié)電機理

??3.1陶瓷球的節(jié)電機理，實質上是在不改變球磨機結構和粉磨原理的情況下，把研磨體的裝載量降下來，從而使整體負荷下降。陶瓷球的應用將水泥粉磨系統(tǒng)粉碎與研磨功能實現(xiàn)了再平衡、再分配。充分發(fā)揮輥壓機預粉磨的粉碎功能和球磨機的研磨與整形功能，實現(xiàn)整個粉磨系統(tǒng)的效率最大化。聯(lián)合粉磨系統(tǒng)以輥壓機-球磨為佳，從而達到較小的入磨細度，以適應對較粗顆粒粉磨功能降低研磨整形功能增強，揚長避短。

??3.2陶瓷球在使用后，球磨機的結構強度和傳動系統(tǒng)產生了約50%研磨體重量的富裕，為了使在沖擊力減小的情況下不減小或少減小研磨功能，其具有的強磨削能力更適合輥壓機-球磨聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。所以通常只換球磨機研磨倉的研磨體，這樣節(jié)電效果會更好。

??4、陶瓷球替代鋼球的適應性

??陶瓷球適用于干法水泥終粉磨球磨機系統(tǒng)的各種工藝流程，尤其是輥壓機-球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，前提是控制入磨細度，要求入磨物料平均粒徑：R0.08≤35%（開路），R0.08≤45%（閉路），入磨物料的最大粒度＜5mm；其他水泥粉磨開路或閉路流程的球磨機的研磨倉(尾倉)，都可以用陶瓷球替代鋼球(鋼鍛)。

??5、陶瓷球應用案例

??5.1小磨實驗（數據見表二，對比折線圖見圖八～圖十一）

??表二：部分客戶樣品小磨實驗

??小磨實驗分析：

??1、通過對入磨樣的φ40鋼球和φ30鋼球不同球徑鋼球小磨對比實驗分析，40和30鋼球在同等條件下對比表面積增長效果幾乎差不多，但是對細度的優(yōu)化效果30鋼球要明顯優(yōu)于40鋼球；

??2、通過對陶瓷球與陶瓷球+鋼鍛（同等條件）的小磨對比對比實驗來看，陶瓷球+鋼鍛混裝對細度和比表面積研磨優(yōu)化效果好于單用陶瓷球；

??3、入磨樣對比試驗中陶瓷球試驗的顆粒級配更趨近于3-32μm區(qū)間，顆粒分布更合理。

??5.2大磨實踐（見表三和表四）

??6、應用陶瓷球效益分析

??從以上應用的案例來看，陶瓷球應用后電耗降低15%以上，噸水泥節(jié)電在4KWh，水泥磨機單臺磨機年產量按80萬噸水泥計，電費均價按0.6元/KWh計，應用置換鋼球后，年可節(jié)電320萬度，年節(jié)電效益達192萬元，不考慮磨機負荷降低對主機、主減速機節(jié)約的檢修物力和人力成本及置換的鋼球處理費用，僅從節(jié)電一項考慮，一年內就能收回全部投資，改造效益還是很客觀的。

??7、影響陶瓷球使用效果的因素

??7.1使用單位的耐心與配合度

??陶瓷球作為水泥粉磨系統(tǒng)的一種新型耐磨材料，其具有節(jié)能和降低出磨水泥溫度等諸多優(yōu)勢，相繼在山水、中材、紅獅、中聯(lián)、華潤、金隅、華新、天瑞、塔牌等大型水泥企業(yè)使用，并已呈現(xiàn)取代高鉻鋼球之勢。但是由于廠家和水泥廠溝通、交流不夠，導致部分磨機投入陶瓷球后調試多走彎路，在技改、調試過程中，難免出現(xiàn)一些需要調整完善的事項，供球方更多的承擔起產品質量和安全使用方面的技術指導（比如破損率和磨耗），使用單位要有耐心并給予高度的配合使替代鋼球的技改施工和調試同時要承擔起如何使用和使用效果方面的責任（比如臺時產量和電耗）；

??7.2磨內結構，如隔倉板篦縫等

??磨內結構的改造需要根據原有設備工藝深度調研后確定合理的磨內結構，包括采用新型的控制流雙層隔倉板延長磨機內部的停留時間，優(yōu)化活化環(huán)的結構和排列，襯板的帶球能力，磨頭進料、隔倉板和出料篦板等都要同步適應高填充率的現(xiàn)狀；

??7.3物料的粒度、易磨性、水分，風壓、風速等

??7.3.1嚴格入磨粒度的控制，加強輥壓機系統(tǒng)的管理，重視邊料效應的影響，提高入磨物料的表面積，加強一倉的破碎、研磨能力，為適應二倉使用陶瓷球的破碎能力創(chuàng)造條件，即研磨效果前移，彌補陶瓷球研磨能力的不足；

??7.3.2實踐表明，在球磨機使用陶瓷球后，對物料的入磨水分更敏感一些，因此使用陶瓷球后要重視入磨物料水分的控制，確保入磨物料的綜合水分不超過2%；

??7.3.3由于陶瓷球的重量輕了、平均球徑大了、配球級數少了、靜電效應弱了、粉磨溫度低了，這些因素都會導致磨內流速加快、對磨機通風的需求降低。因此為防止磨內流速過快，確保物料有足夠的磨內停留時問，對磨尾排風機的閥板開度要適當關小一些，或者對隔倉板、出料篦板適當封堵；

??7.4破碎率

??7.4.1在早期的陶瓷球的使用中出現(xiàn)較高破碎率與原料、成型和燒結工藝有關，現(xiàn)在的陶瓷球生產大都采用等靜壓壓制成型，很好的解決了陶瓷球的破碎問題，破碎率低于5‰甚至有的幾乎不會破碎；

??7.4.2對陶瓷球要強調文明使用，在運輸裝卸中避免野蠻操作，磨機裝球前要預先鋪設幾噸水泥料緩沖層，止料后空磨時間不能過長，避免陶瓷球跟磨機襯板硬性碰撞現(xiàn)象發(fā)生；

??7.5級配、填充率等

??陶瓷球的密度輕，堆積密度小，為了優(yōu)化陶瓷球的級配，充分發(fā)揮球磨機的潛力，利用好已有磨內空間，陶瓷球的填充率要比原用鋼球大一些。實踐表明，在不改變磨內結構的情況下，陶瓷研磨體的最佳填充率應該在36％～38％，甚至高達45%，來彌補它的不足之處；在配球級配方案上，陶瓷球平均球徑比原來鋼球的要適當大一些，配球級數可以適當少一些，有利于減少過粉磨、提高粉磨效率；

??8、總結

??8.1由于陶瓷球較輕，磨機整體重量降低，提升研磨體更加省電，粉磨效率提高，磨內發(fā)熱量變小，物料溫度降低。根據生產實踐，使用陶瓷球研磨的水泥其工作性能相對較好。另外水泥強度也略微有所增長，3～32μm顆粒含量及球形度增加，磨出的水泥對混凝土的適應性更好。

??8.2在水泥產能過剩、環(huán)保壓力大、市場競爭激烈的今天，水泥企業(yè)應積極采用新技術、新工藝、新材料等有效措施節(jié)能降耗。通過在小磨實驗及應用在大磨的生產實踐論證，可以說陶瓷球是水泥生產的一次節(jié)能降耗革新，同時也是水泥企業(yè)一次千載難逢的機遇，我國是水泥生產大國，粉磨系統(tǒng)又是耗能較大的生產工序，目前，陶瓷球的應用，有的企業(yè)已經嘗到了節(jié)能的甜頭，有的企業(yè)卻在使用過程中走了彎路，因為每個水泥粉磨系統(tǒng)配置、運行狀況都是不一樣的，所以我們要針對不同的生產條件進行深度調研分析并配以必要的工藝設備改造，才能使陶瓷球充分適應粉磨系統(tǒng)的運行，最大限度的節(jié)能降耗不降產。

??中國水泥網將于2018年6月13-14日在杭州舉辦“2018第十屆國際粉磨峰會”，本屆峰會以“超低電耗 高性能水泥 無人值守”為主題，將邀請行業(yè)專家深度探析降低粉磨能耗及高性能水泥生產的途徑，并舉行互動論壇，現(xiàn)場解答疑問、交流經驗。