再探濕法球磨工藝的節能途徑

摘要 2000年初，筆者對濕法球磨工藝的節能途徑進行了初步探討，時隔八年，綠色環保節能陶瓷裝備和節能工藝發生了重大變化，筆者將從裝備制作、設備安裝、生產管理、原料管理等幾方面來重新對濕法球磨工藝的節能途徑進行探討和研究。

關鍵詞 陶瓷機械，濕法球磨工藝，生產管理，節能管理

1前 言

至2007年末，以佛山陶瓷總部經濟為核心的泛珠三角最緊密型陶瓷生產基地群已初具規模。到今年年底，廣東清遠、廣東河源、廣東肇慶、廣東江門、湖南岳陽、湖南衡陽、云南易門、廣西北流、貴州遵義和江西宜春、江西豐城、江西高安、江西景德鎮、江西九江等陶瓷生產基地的產量總和可能是原佛山陶瓷基地的3～5倍。2007年陶機廠的生意也出現了有史以來最火爆的情況，全國30余家陶瓷球磨機生產商2007年的生產計劃都排到了08年8月份，其中球磨機又是建陶生產企業最致命的生產裝備之一。說它最致命是因為球磨機的環保性、節能性和安全性對陶瓷企業來講至關重要，如：（1）節能性。據測定，球磨機用電占整條生產線用電的45%，占原料加工用電的85%，合占總成本的8～10%，因此節能性迫在眉捷；（2）環保性。在陶瓷生產過程中，球磨機是產生噪音最大的裝備，噪音不僅污染環境而且消耗能量，因此球磨機的噪音污染是目前迫切需要解決的問題；（3）安全性。球磨機越來越大，球磨機的安全就是整個生產的安全，如果一臺球磨機發生故障，全廠就得停產，就得白白消耗人力、資源和能量，因此球磨機的安全系數要絕對可靠。因此，重新探討濕法球磨工藝的節能途徑就顯得非常有必要。

2制作期的節能工藝管理

2.1 球磨機的節能設計工藝

(1) 球磨機基本參數的節能設計

球磨機的基本參數包括：球磨機筒體直徑、球磨機筒體長徑比和球磨機的轉速。其中，球磨機筒體直徑和轉速決定了球內介質的運動方式，也是球磨機能否節能的關鍵因素。由于球磨機筒壁的揚料作用和泥漿的團聚作用，料總向中心聚攏，所以球磨機直徑和球磨機的長徑比不僅決定了球磨機的裝料量，也是球磨機能否節能的一個決定因素。筆者認為球磨機筒體的長徑比在1.6～2.0內最佳，過小的話，球石之間的撞擊內耗過大，過大的話，又容易出現死角。也有人提出變徑球磨機的設想，將中心附近的直徑加大，據使用過的企業介紹效果顯著。

在球磨機直徑一定時，轉速決定了介質的運動方式，實際上的運動方式有三種：當在最頂端離心力大于或等于重力時，磨介將做離心運動，離心運動將失去粉碎作用；當拋物點在球磨機最高點至球磨機水平中線點之間時，磨介將做拋落運動，主要靠撞擊方式粉碎；當拋物點在球磨機水平中線點以下時，磨介將做瀉落運動，主要靠研磨方式粉碎。此外，球磨機加料不足或球磨機加料順序有變都會使球磨機重心嚴重偏離球磨機中心，而固定轉速則會產生過大的力矩，從而使球磨機的負荷過大，球磨機電機、整個電網、軸承、軸頭及波箱齒輪的安全性就受到威脅。因此，生產中迫切需要使用變頻調速的方式來調整球磨機的轉速。廣州市珠峰電器公司就根據這個原理開發出了一種節電器，據使用者反映，起動電流可降低4～7倍，增大了起動安全系數，電機功率因數可降至80%以下，節電器功率因數可高達99%以上，對球磨過程可進行微機跟蹤、微機處理、微機調控，對電機電流也進行了微機跟蹤、微機管理、微機保護，從而實現了總體節電15%左右的可能。

(2) 傳動方式的節能設計。球磨機的傳動方式有三種：中心傳動、齒輪傳動、皮帶傳動。三種傳動方式中，齒輪傳動、皮帶傳動都位于球磨機的一側，傳動時筒體、主軸承、主軸頭、傳動軸、三角帶都會受到扭力，而扭力的產生就會產生噪音和不一致的磨損。噪音和磨損既浪費能量又對軸頭、軸承、皮帶、皮帶輪、傳動軸、電機產生安全隱患，所以筆者建議采用中心傳動。佛山有一家公司采用中心傳動和中心增厚工藝，38噸球磨機已經可以用90千瓦電機運轉，節約了18%左右的電力能源。

(3) 球磨機材料的節能設計。從安全性和環保性來講，材料的選用非常關鍵。有些公司設計的球磨機為了節省材料，就將長徑比搞得很大，筒厚度是省下來了，但卻不能節能。有些公司為了節省軸頭和軸承材料，設計的軸頭在端蓋軸頭孔處粗，其它兩頭細，甚至干脆冒險用小直徑軸頭，軸頭的強度和剛度降低了，卻埋下了斷軸頭毀軸承的安全隱患。此外，材料的剛度和強度不夠，在球磨機運轉時，會使筒壁、機身發出噪音，噪音聲波的產生會消耗大量的電力能源，更是得不償失。因此、球磨機的軸頭、傳動軸、皮帶輪，以及軸承在大小、剛度、強度方面必須符合設計的要求，球磨機主筒體鋼板、三角帶傳動區鋼板、端頭及筋板鋼板在厚度、剛度、強度方面也必須符合設計要求。

(4) 球磨機附件的節能設計。球磨機加料口的直徑和位置會影響加料的時間和均勻度，也會影響球磨機的起動電流、加料量，從而間接影響球磨機的研磨效率；球磨機的放漿口影響球磨機放漿時間、漿的溫度、稠度，也會影響放漿的質量，從而也間接影響球磨機的研磨效率。

2.2 球磨機的節能制作工藝

(1) 球磨機冷加工機件的節能制作。冷加工工藝中的卷、切、沖、車在球磨機制作中都有對應，端頭等大件的沖壓一般機械廠沒有能力加工，冷加工的工件包括：球磨機主筒體的卷板加工；球磨機主軸頭、傳動軸和三角帶傳動區的車床加工，以上三者都要求對中度高和精度高。尤其是主軸頭的加工和成品端蓋的加工，要經過多道工藝流程方可滿足對中度和精度的要求。有些公司工藝少且沒有質量保證體系，就不能滿足對中度和精度的要求，從而在生產中產生磨擦、磨損和震動，滿足不了節能的要求，也沒有安全感，且壽命很短。

(2) 球磨機熱加工機件的節能制作。熱加工的工件包括：主軸頭、傳動軸承等異型件的熱澆鑄，焊接件的焊接，端蓋的熱燜火處理等制作工藝。熱澆鑄件既要保證澆鑄尺寸，也要保證澆鑄質量，不能有砂眼、熔洞等缺陷。焊接件包括：主軸頭、筋板、端蓋板與端蓋頭的熱保護焊接；主筒體與端頭的焊接和加料口、放漿口的熱保護焊接等。有些機械廠，焊接沒有用保護氣體、也沒有熱燜火處理，就會造成焊接縫的氧化脫落和冷裂，這些問題會在使用中產生震動，震動的結果既浪費了能量，又失去了使用的安全性，更降低了使用壽命。

3安裝期的節能工藝管理

(1) 球磨機地基

球磨機的地基處理是否得當關系到基礎施工質量和使用質量，也是保證沉降量和沉降差的根本前提。筆者認為其中有三點非常重要：1)強度即地基載力應足以承受基礎傳來的壓力，地基承受基礎壓力的能力也叫地耐力，地耐力的測定應用專門的儀器并經綜合計算而確定，球磨機地基的地耐力應是基礎壓力的3～5倍；2)變形:在南方無霜凍地區，我們只需考濾地基的沉降即沉降量和沉降差保證在允許的范圍內即可；而在有霜凍期的北方，因地基的凍結和消融會產生地基變形，從而會對基礎產生影響，所以基礎必須置于冰凍線以下。3）經濟:盡可能選擇天然地基。球磨機基礎荷載預算完畢后，如果土地還沒有購進的話，可以選擇地耐力比較高的土地，這方面的資料可以從工業區開發辦或工業區其它已建公司處獲取相關參考的地質資料。在珠江三角洲地區，地勢低洼的開發區原本是魚塘，不少地方回填土和淤泥等軟弱土層都在5～15m以上，且地下水較豐富，如果土地選擇不當，將大大增加投入，使人工地基造價大大提高。

(2) 球磨機基礎的不一致沉降會嚴重影響球磨機的和諧傳動，并產生噪音污染和浪費能量；同時也使球磨機安全性和使用壽命大打折扣。因此，球磨機基礎的設計要杜絕設計基礎的不一致沉降和過度沉淀。為了滿足這些要求，具體設計要求如下：1）在基礎強度和剛度設計方面要求球磨機的基礎既要能承受來自球磨機的重力，又要能承受來自地基的反作用力；此外基礎也要能滿足抵抗來自地下水位變化和地質地震變化所產生的爆發沖擊力。設計時鋼筋的大小、布局務必要滿足強度和剛度的要求；2）由于基礎是埋于地下的隱蔽工程，在地下長期受水侵蝕且建成后很難觀察、維修和加固，所以必須選擇良好的石料和抗侵蝕、耐硫化的高標號水泥，以保證基礎構造與球磨機的使用壽命一致；3）基礎工程約占球磨機工程總造價的15～25%，降低了基礎工程的投入也就降低了球磨機工程的總投入。在設計時，既要做到技術合理，也要做到盡可能降低成本。一般情況下，為了達到既科學合理又經濟的要求，設計時要求必須設計成連體式，既能降低地基的荷載力，又避免了整個磨機群的不一致沉降。

(3) 球磨機基礎的不一致收縮會嚴重影響球磨機的安裝質量，從而也嚴重影響球磨機的傳動和諧性、綠色環保性和使用安全性。對球磨機的節能性和使用壽命也會大打折扣。因此，必須加強球磨機基礎施工的過程管理。具體要求如下：1)嚴格控制水泥的標號和混凝土料的料：砂：灰：水比，料的硬度、抗荷載強度也必須過關，嚴格控制混料時間。填料時，電震動棒一定要夯實；2)為了控制不一致收縮，要同時、一次性澆鑄而成，不能等、停、續；3)鋼筋一定要按要求均勻配置，不能偷工減料、更不能偷梁換柱；4）施工最好在無霜期內施工，要注意后期的養護，養護期內禁吊裝球磨機。

(4) 球磨機安裝維護保養對球磨機傳動和諧性、綠色環保性和使用安全性有極大影響。人們都說“三分設計，七分養護”，設計得再好，安裝得不對，維護保養不到位，照樣功虧一簣。筆者認為安裝養護必須做到以下三點：1）安裝過程要保證“一平行一水平，一平行一對正、一緊固一密實”的作業方法，即各支承線條間平行傳動地板在同一水平面，筒體軸線與傳動系統皮到軸承軸線平行筒體抱皮帶位置與三角皮帶輪位置對正，要保證地腳羅栓與基礎緊固各支承線條傳動地板與基礎密實；2）保養要做到“隨養、定養和特養”，即對主軸頭軸承、傳動軸承及波箱齒輪的注油潤滑定期保養，皮帶及電器設備隨時保養，其它機件的事故維修特別保養。

4生產期的節能工藝管理

球磨機是陶瓷廠的耗能大戶，一臺球磨機總裝機量可高達90～250kW，所以球磨機的節能顯得非常重要。筆者認為球磨機的節能有三條途徑可走：

4.1 球石管理

一般陶瓷廠球磨機所使用的球石有燧石質和中鋁質兩種，無論使用哪一種球石都無可厚非，但一定要選型適當、搭配適當，否則可能會達不到預期目的。球石的選擇既要考慮單個球石的硬度、抗折強度、抗沖擊強度、重量和比重，也要考慮球石的整體參數性質，如磨耗率和孔隙率。所以，筆者認為在球石選擇上，要認真檢測，對于形狀不規則的天然球石就不能停留在單個球石的檢測上，每次測試可用50kg為單位，其檢測標準如表1。筆者根據“金字塔”原理和“黃金分割”原理以及生產實際經驗來近似地確定球石顆粒級配和規格要求：直徑30～50mm，質量約50～200g的球石占70.37%；直徑40～70mm，質量約200～500g的球石占25.93%；直徑60～100mm，質量約500～1000g的球石占3.7%。對于規則的新中鋁球就十分簡單：40mm球石占70.37%，60mm球石占25.93%，80mm球石占3.7%。球石的比重、磨耗、抗折強度和抗沖擊強度分別以40mm江西萍鄉產中鋁球和30～50mm大連產天然燧石球為標準。以料：球：水比為1:1.8:0.5的標準來生產，對于15噸球磨機總裝球量為27噸，則小中大比例為19:7:1。球石補充量以球磨機按比例級配的磨耗來計算，按實際消耗數加入等數量的大規格球石。

4.2 跟蹤管理

首先，在原料和配方試驗的基礎上，加強配料、配球、配水、配減水劑和增強劑以及加料、加水、放漿、清渣、測漿、測球、測空的跟蹤管理，嚴格配準、加凈、放干、測準、數穩、清徹底的工藝要求。根據經驗，球高控制在1650～1680mm之間，空高控制在600～800mm間最好。詳細泥漿性能作業表見表2所示。

4.3 新工藝路線

其次，為了節約用電，可采用浸泡預溶解和錯峰用電相結合的工藝管理制度；為了滿足工藝要求，就要求縮短球磨周期的總時間和球磨、測試、放漿、配料、加料、起動各工藝段的時間，使有充足的時間浸泡溶解并能在特定時間段內球磨。為了縮短測試時間，細度采用150g泥漿篩余參考對照表速算、水分采用比重法參考參照表速算、烘干采用微波爐快速烘干。為了防止泥漿降溫影響放漿時間和放不完漿，采用對球磨機保溫、放漿管保溫的保溫工藝和利用干燥窯余熱壓力風加壓加熱的工藝輔助放漿及雙放漿閥雙管放漿工藝。為了保證減水劑、增強劑配料準和加料準，讓供應商能夠按照技術部的要求配重、標識，標識應明確注明使用日期和球號以備快速準確無誤地使用。配泥砂石粉料時，可配完一種，趁鏟車鏟料時就上料，然后再清零配第二種料。同時，為了防止大塊泥團進入球磨機，在喂料機下料口，皮帶機下料口處應設置多道鋼絲切割機對泥團、砂團進行再加工。

5總 結

如果按照未技改前的工藝，需要放漿時間2h、配料時間1h、加料時間1h、起動時間1h、測試時間1h、球磨時間12h，則總周期為18h。那么，采用球石新工藝球磨時間就可縮短為7h，采用在線切割加工和浸泡溶解工藝又可縮短為5h，加料配料同時進行，時間為1h，放漿采用保溫、加熱、加壓和雙管放漿新工藝則可在30min內完成，測漿和起動采用新裝備和新工藝后也可在30min內完成，這樣總周期就可控制在8小時內，不僅節電，還能保證了維修保養和浸泡溶解時間，此外，還節約了2/3的工人。

如果將裝備技術與管理技術結合起來，球磨機的安全性、環保性與節能性就可實現１+１+１>3的可能，也就實現了清潔生產和環境和諧。

參考文獻

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