提高濕法間歇球磨機研磨效率的探析*

朱文沛 王明亮 朱國皓

(1 山東天匯研磨耐磨技術(shù)開發(fā)有限公司 山東 東阿 252218)(2 青島科技大學(xué) 山東 青島 266061)

前言

目前濕法球磨機仍然是國內(nèi)陶瓷生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的粉磨設(shè)備，該粉磨工藝最大的優(yōu)勢是在破碎研磨物料的同時，起到了強制均化物料的效果，且不改變物料的成分。但是球磨機粉磨過程能量利用率一直偏低(2%～5%)，能耗很大，一般陶瓷生產(chǎn)企業(yè)球磨機粉磨工序的耗電量約占其總耗電量的40%～50%，因此如何提高球磨機粉磨效率，降低粉磨電耗，是企業(yè)降低生產(chǎn)成本提高效益的一個關(guān)鍵問題[1]。TH公司專業(yè)生產(chǎn)水泥行業(yè)干法粉磨用陶瓷研磨體，擁有4臺QM3400×7600型濕法球磨機，用于粉磨陶瓷研磨體生產(chǎn)所需的料漿。現(xiàn)就傳統(tǒng)的濕法粉磨工序生產(chǎn)過程中如何優(yōu)化粉磨工藝、降低粉磨工序電耗及生產(chǎn)綜合成本進行探討。

筆者結(jié)合粉磨工作原理及TH公司生產(chǎn)經(jīng)驗，從球磨機填充率、研磨體級配、研磨體的質(zhì)量和分散劑等幾個方面，對提高濕法磨機的產(chǎn)量、降低粉磨能耗進行論述。

1 研磨效率的評價

陶瓷球磨機節(jié)能評價有兩個方面：①物料入磨前的粒度控制措施；②提高磨機的粉磨效率，降低單位物料能耗和成本。料漿粉磨所用原材料見表1。

表1 原材料化學(xué)成分及入磨粒度

從球磨機節(jié)能方面考慮，計算球磨機研磨效率，以每小時研磨物料的干基數(shù)量作為研磨體效率，由式(1)表示[2]：

(1)

其中，η為陶瓷研磨效率(%)；K1為修正系數(shù)與陶瓷球磨機的規(guī)格型號、物料的種類；T為研磨時間(h)；G為研磨體裝載量；α為料漿細度。

影響陶瓷球磨機粉磨效率的因素很多，如：孔隙率、料漿比重、物料易磨性、研磨體裝載量、填充率、研磨體降落方式及陶瓷研磨體質(zhì)量等。從式(1)可以得出，研磨體裝載量和料漿細度對研磨效率影響較大。

2 料漿細度與研磨時間的關(guān)系

采用表1原材料入磨進行粉磨，并在不同粉磨時間段取出樣品進行測定(見圖1)。

圖1 料漿細度D50與研磨時間的關(guān)系

由圖1可以看出，隨著研磨時間的延長，料漿粒度越細，料漿D50與研磨時間接近指數(shù)關(guān)系，在研磨初期短時間內(nèi)便完成了對物料的粉磨。但隨著料漿不斷變細，料漿的易磨性越來越差，并且細料漿粘度增大，甚至產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，對研磨體的懸浮力也相應(yīng)增強，研磨體的回落速度減緩，造成進一步細磨料漿變得困難，此時需要添加相應(yīng)的分散劑來繼續(xù)細磨。

3 裝載量

球磨機填充率大小對料漿粒度和產(chǎn)量均有影響，一般來說，在一定的粉磨范圍內(nèi)和物料通過量前提下，提高填充率，增加研磨體裝載量，可增加研磨體與料漿接觸機率與研磨面積，提高研磨效率，改善粉磨粒徑，對物料的粉碎研磨更明顯，球磨機的生產(chǎn)能力增大，單位能耗降低。但并不是裝載量越大越好，從研磨體的運動軌跡和狀態(tài)中可以看出，如果裝載過多，研磨體最內(nèi)層半徑(磨機運轉(zhuǎn)時，靠近磨機中軸線的研磨體界面弧線的半徑)小于某一數(shù)值時，研磨體的落差過小，難以對物料進行有效的粉碎。嚴重時可能會失去對物料的粉碎作用，因而研磨體填充量太大時，能耗增加、能量利用率下降。所以，適宜的研磨體裝載量對提高球磨機的生產(chǎn)加工能力和降低單位能耗都起著至關(guān)重要的作用。

根據(jù)實際生產(chǎn)的經(jīng)驗，陶瓷研磨體在間歇濕法磨機中，填充率一般在45%～55%。

裝載量的計算公式：

(2)

其中，G為研磨體裝載量(kg)；V為倉內(nèi)有效容積(m3)；φ為填充率(%)；ρ為研磨體容重(KN/m3)；D1為球磨機有效內(nèi)徑(m)；L為倉內(nèi)有效長度(m)。

4 研磨體級配

依據(jù)入磨物料的粒度、硬度、易磨性以及對產(chǎn)品的細度要求確定球磨機研磨體的級配。當入磨物料粒度小、易磨性好、產(chǎn)品細度要求較細時就需要加強對物料的研磨作用，選用陶瓷球徑應(yīng)小些。

圖2 球柱結(jié)合體研磨體

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，陶瓷研磨體的級配一般設(shè)計為4～5級，盡量減小研磨體間的空隙率。傳統(tǒng)球狀研磨體(見圖3)和研磨體與內(nèi)襯之間都是點對點接觸，難以形成線或面接觸。TH公司使用的機械壓制球柱結(jié)合體陶瓷研磨體(見圖2)混合了點接觸和線接觸，研磨體接觸面積增加，提高了球磨機粉磨效率和球磨機的產(chǎn)質(zhì)量，降低了粉磨耗能。

合理的研磨體級配是保證粉磨系統(tǒng)良好的需要，級配使用兩頭小中間大的原則(即最大直徑和最小直徑的研磨體少，中間規(guī)格的研磨體多)，大規(guī)格研磨體拋落后沖擊力較大，有利于粗顆料物料的破碎，小規(guī)格研磨體拋沖擊力小，可以細顆粒物料進行研磨，中間規(guī)格研磨體作用介于二者之間，對物料既起到粉碎又能研磨的作用。在生產(chǎn)中對研磨體級配進行不斷的優(yōu)化，合理調(diào)整研磨體級配級數(shù)，減小研磨體間的孔隙率，研磨效率提高，能耗降低(見表2)。

圖3 球形研磨體

表2 濕法陶瓷研磨體級配調(diào)整前后(粗球磨機與細球磨機)對照表

調(diào)整研磨體前后研磨效率有所提高，單位電耗分別下降7.6%和9.2%；細度篩余(絕對值)分別下降6.3%和7.6%。

5 陶瓷漿料制備中的分散劑

料漿粉磨中常用的分散劑包括減水劑、稀釋劑、解凝劑、懸浮劑等各種外加劑。分散劑在懸浮液中通過與陶瓷漿料顆粒表面發(fā)生作用阻止互相團聚，使?jié){料的流動性操作順利進行，反映漿料流體的參數(shù)準確性和必要性。

當漿料研磨到一定時間和細度時，經(jīng)常會出現(xiàn)團聚或難磨現(xiàn)象，分散劑可牢固地吸附在顆粒的裂縫上并能滲入到裂縫深處，有效地隔開顆粒團聚，起到分散助磨的作用, 從而獲得顆粒小、分布均勻、近球型的漿料；同時分散劑可降低固、液之間的界面張力，有效濕潤顆粒減少水化膜厚度，稀釋減水，使料漿保持較好的流動性。高效分散劑在陶瓷漿料的制備中，由于靜電穩(wěn)定和空間位阻作用，發(fā)揮著稀釋減水和穩(wěn)定分散作用。分散劑明顯降低漿料粘度、有效地防止顆粒的團聚，這對提高陶瓷球的性能和降低制備成本起到重要的作用。

漿料中含水量每降低1%，生產(chǎn)輸出顆粒料率增加4%～6%。分散劑在陶瓷漿料制備過程中，對于不同的原料、不同種類的分散劑作用效果不同。目前陶瓷生產(chǎn)中常用的分散劑制作有傳統(tǒng)法和新型法。傳統(tǒng)法生產(chǎn)的分散劑有腐殖酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、水玻璃、檸檬酸鈉等，價格雖低但用量大，使用過程中穩(wěn)定性差，分散效果不明顯；新型高效分散劑效果顯著，但不同種類之間的物化特性相差很大、作用復(fù)雜，必須通過驗證對原料(漿料)適應(yīng)性，才可以投入到使用中。不同分散劑使用效果(見表3)。

表3 新型高效分散劑與普通型分散劑對照

從表3可以看出：高效分散劑摻加量在1.0%時適應(yīng)料漿的粉磨特性，摻加量增加或減少都對細度和粘度產(chǎn)生影響,普通分散劑效果則不明顯。

圖4 分散劑摻加量對粘度、細度和研磨時間的影響

陶瓷漿料分散劑與漿料的細度、粘度、溫度和研磨體級配有著直接關(guān)系(見圖4)，漿料的細度越細，粘度越高；還有一點需要注意，球磨機研磨時間越長，漿料溫度和筒體溫度越高，筒體需要降溫以適應(yīng)襯磚溫度，能保證分散劑發(fā)揮較高性能，分散料漿的聚合力，從而提高研磨效率。

通過不同摻加量的分散劑對料漿的粘度、細度、研磨時間3項參數(shù)指標的影響來分析，新型分散劑摻加量在1.0%時，各方面性能及磨機狀態(tài)達到最佳。摻加量過小，漿料得不到分散形成團聚，難以達到目標；多摻加效果也不理想，分散劑慢慢地失去作用，浪費了材料，增加了成本。

6 影響陶瓷球磨機效率其他方面

(1)料漿、球、水比通常使用1.0∶1.5∶0.7，可根據(jù)現(xiàn)場不同料漿質(zhì)量要求進行適當調(diào)整。

料、球、水最佳裝載量所用的有效容積占磨機的有效容積的80%～85%，留有氣壓流通的余地。當裝載量小于70%時，磨機重心偏低，極易造成啟動困難，傳動皮帶易滑動，即時電流偏高，容易跳閘停機，能耗增大，當裝載量大于80%時，研磨物料的能力增強。通過生產(chǎn)實踐證明，在相同的細度要求下，裝載量為80%比70%時研磨時間縮短了6.9%。

(2)球磨機開機時間越長，筒體的表面溫度越高，陶瓷襯磚在研磨體溫度大于80 ℃以上時容易脫落造成研磨能力減弱，需及時給筒體降溫，常用水淋方法。

(3)研磨體的選擇。研磨體傳統(tǒng)選用天然的燧石襯和鵝卵石球，由于燧石襯較厚，表面凹凸不平，鵝卵石球密度和硬度較低，難以達到較高的研磨效率。近些年來球磨機逐步選用新型陶瓷耐磨研磨體，具有較好的耐沖擊、無破碎、耐磨性持久、表面平滑、無微孔的特點，尤其是加入氧化鋯等增韌成分，使得燒成過程中固相反應(yīng)生成新的復(fù)合相，研磨體的韌性增強，研磨效率更高。

另外研磨體不同的壓制成形方法對研磨效率也有較大影響，目前陶瓷研磨體的成形方法有兩種：滾制和壓制。滾制成形是傳統(tǒng)的成形方法，生產(chǎn)率高、省時省力，但是抗壓強度值和離散性較大、易破碎，影響粉磨效率；而壓制成形能夠提高坯體致密度，抗壓強度高。燒成后，研磨體內(nèi)部性能和顯微結(jié)構(gòu)均勻，抗沖擊能力強，強度和耐磨性都比滾制成形好(見表4)。

表4 不同成形方式的陶瓷研磨體壓力值

7 結(jié)語

綜上所述如需提高濕法球磨機研磨效率應(yīng)注意以下幾點：

(1)入磨前物料處理是關(guān)鍵，應(yīng)重視對原料的粒度的控制，大顆粒物料入磨，影響研磨體的研磨能力發(fā)揮和系統(tǒng)節(jié)能進行。

(2)磨內(nèi)磨細是根本，充分發(fā)揮級配與料漿濃度關(guān)系，注意研磨體與磨內(nèi)襯磚工作面接觸面積以及對料漿的研磨能力。選擇不同質(zhì)量的研磨體及研磨體級配對研磨效果的提高有較大影響。

(3)合理選用分散劑，根據(jù)原料(漿料)的變化及時調(diào)整高效分散劑的使用品種及摻加量，并驗證其效果。磨內(nèi)高溫會減弱分散劑的性能，需對陶瓷磨筒體采取相應(yīng)降溫措施。