陶瓷工業原料制備的理論和新技術

摘 要：本文就近年來陶瓷原料制備出現新技術從理論和實踐上進行了簡要分析。

文獻標志碼：A

文章編號：1006-2874(2015)04-0025-02

DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2015.04.006

收稿日期：2015-06-05。 修訂日期：2015-06-08。通信聯系人：張柏清，男，教授。

Received date: 2015-06-05. Revised date: 2015-06-08. Correspondent author:ZHANG Baiqing, male, Professor.

E-mail:zbqxjq168@sina.com

Industrial Preparation of Ceramic Materials: Theory and New Technology

ZHANG Baiqing

(Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333001, Jiangxi, China)

Abstract:This paper introduces the newly-developed technologies for ceramic materials preparation and briefly explains their theories and applications.

Key words:crushing; ball mill; milling technology; vertical mill

1 陶瓷工業原料粉碎的現狀

目前，陶瓷原料的工藝基本上采用球磨工藝，而且是采用間歇式的球磨工藝進行球磨。為什么要采用球磨工藝，采用間歇式？第一，因為原料多種多樣，配比不一樣，又希望原料通過球磨以后不要發生變化。第二，通過球磨，由于存在過度粉碎，反而可以增加原料的可塑性。

間歇式球磨工藝不可避免地出現了“過度粉碎現象”。它的缺點就是球磨時間過長，能耗高。優點就是確保陶瓷原料的配比在球磨前后不會發生變化，物料混合得非常均勻。

實際上國外推廣連續磨已經很長時間。我們第一次接觸連續磨是在30年前，但是中國一直推廣不了，原因是大家認為我們的原料種類太多，含水量差異太大，配料和供給難度大。所以大家多年來呼吁解決原料的標準化問題，但是到目前為止，中國原料的標準化問題仍未很好解決。現在是這樣，但是以后不敢確定，因為這個難度太大了。

這幾年，對中國的原料粉碎大家沒有始終盯著原料的標準化問題，而是創造一個新的思路。這正是這兩年來，在原料粉磨工藝和技術裝備方面開始有新的轉機，就是因為這樣的思路，使幾十年來不變的陶瓷原料制備工藝和裝備成為大家關注的熱點，行業內的一批致力于創新的科研人員，在改變傳統的粉磨工藝和裝備方面做了大膽的嘗試。

2 球磨和立磨的粉磨理論

將原料經過外力作用使之變為毫米數量級且物料顆粒粒徑小于100 mm 的過程，稱之為破碎。而將毫米數量級的物料顆粒經過外力作用使之變為微米數量級且物料顆粒粒徑小于0.01 mm 的過程，稱之為粉磨。一般來講，物料的粉磨過程既存在物料的破碎過程、又存在物料的粉磨過程。因此，可以將物料破碎和粉磨過程統稱為粉碎。陶瓷企業原料的制備過程主要是粉磨。

球磨機是最早出現且應用最為普遍的粉磨設備，其粉磨機理可歸納為“料群粉磨”。料群粉磨的最大缺點是有用功少、效率低下。研究結果表明，球磨機所做的有用功僅為2%-5%。其余所做的功均為無用功，如產生熱能。

立磨粉磨理論：

自 20 世紀 20 年代德國研制出第一臺立式磨以來，它就以其獨特的粉磨原理克服了球磨機粉磨機理的諸多缺陷。

立式磨屬于“料床粉碎”的粉磨設備，不僅能量利用率遠遠高于“料群粉磨”(“單顆粒粉碎”)的球磨機。立磨采用了非完全限定料床擠壓粉碎的原理，避免了金屬間的撞擊與磨損，立磨利用磨輥的重量和加壓裝置的壓力破碎和粉磨物料。當物料處于磨盤的作業區時，受到壓力和研磨力的相互作用。對于大塊物料是壓碎，細顆粒則是研磨。細顆粒受擠壓后形成一層薄顆粒料層，顆粒間互相磨擦、剪切使之棱角和邊緣剝落。由于磨輥與磨盤之間不是純滾動，厚床物料受到多向應力作用，從而提高粉磨能力和效率。

3 陶瓷行業新的粉磨工藝

下面簡單介紹幾種新的粉磨工藝：

第一，間歇磨+間歇磨。在粉磨過程中，物料大小不一樣，對研磨體的大小、球磨機的轉速要求不一樣，所以有的企業采用這種模式，也能夠實現節能。筆者得到的數據，能節省15%-18%。

第二，間歇式球磨機+連續式球磨機，解決了配料和物料的輸送，克服了連續球磨在中國推廣的難點。這是我們中國發明的，在國外，要么是間歇磨，要么是連續磨。中國推廣連續磨找到了一個方法，通過間歇式球磨機來解決原料的配料問題。

因為采用間歇磨是傳統的成熟的工藝，整個陶瓷廠原來物料配比系統都可以很好的使用。將通過預磨的泥漿再放到漿池里面用泵來泵到連續磨內，解決了連續磨給料的問題，這是一種比較好的方式。

第三，神工快磨+間歇磨或神工快磨+連續磨，這個思路就是說，物料從大到小，不同顆粒大小的物料采用不同的粉磨設備進行粉磨。這樣的組合，可以大大提高粉磨效率。而且是神工快磨+連續磨以后，可以解決原料車間主要靠人工，自動化水平不高的現狀，很容易實現原料車間自動化的粉碎情況。

4 陶瓷原料粉磨新技術和新裝備

第一種，連續磨，基本上采用的是多單元連續式球磨機。所謂多單元，就是將原來單個間歇球磨機串聯在一起，每一個間歇球磨機有它的傳動方式，可以根據它的配比、轉速來運行，也解決了大的筒體制造難度。從目前來講，這應該是比較好的一種方案。因為不同的筒體，研磨體的配比、轉速都可以調整以達到最佳的配比狀態。

第二種，神工快磨。神工磨與球磨機在陶瓷原料粉磨中的聯合應用，是針對當前陶企普遍使用的陶瓷原料(砂石料和泥料)用“傳統單一球磨”的加工工藝進行的一種陶瓷原料加工工藝的創新。先將砂石料經神工磨進行粗粉磨處理后，再送入球磨機進行研磨。采用二段粉磨流程，避免大的物料在球磨機初始粉碎階段的大能量消耗，極大地縮短了物料的整個球磨過程時間，大大降低了球磨機的能耗，從而達到了在原料制備階段的節能。

為什么定義為神工快磨？筆者也認可這個名字。什么原因？因為它跟普通意義上的立磨有區別，但是它粉碎粉磨的原理是采用了立磨的原理，但是有一部分結構跟普通的立磨不一樣。普通的立磨粉磨物料的細度可以達到250-350目，但神工快磨達不到這個細度。從目前行業的調研情況，把磨的出料粒度定在粗磨，這樣的話，整個風選系統就不需要了。這樣的話，立磨制造成本可以降低、從粉磨效率上可大大提高，在這一階段的物料加工來講，它的效率很高。

再一個，這個磨跟立磨的區別就是風選系統沒有了，出料方式跟一般的立磨出料方式有較大差異。他們起了這個名稱叫神工快磨，就是追求快速的方案。粉碎原理是采用了立磨的擠壓原理破碎物料。正因為這樣，筆者總結了神工快磨以下幾個特點。

(1)神工磨負荷運轉啟動時，磨輥能自動從磨盤上提起，減少了啟動轉矩；

(2)神工磨液壓系統具備自動控制和手動控制兩種功能，可提高操作上的靈活性、可靠性；

(3)神工磨設有保護裝置，當輥壓超過或低于調定范圍極限值時，自動報警并自行停磨，確保磨機安全運行；

(4)各磨輥有獨立的液壓加壓裝置，每個液壓缸都配置了足夠的蓄能器，保證立磨運轉中輥壓波動最小，以使磨機運轉平穩；

(5)磨輥輥套與輪轂之間，以及輥軸與搖臂之間分別采用錐面結構和脹套結構連接，拆裝方便；

(6)帶有耐磨襯板的平磨盤與錐形磨輥，采用磨輥液壓式，磨上附有翻出磨輥用的輕便型油壓裝置，方便維修；

(7)神工磨采用圈流工藝，物料不會產生“過度粉碎”，具有更高的研磨效率，工藝流程大大縮短，電耗降低，物料的研磨在限定壓力下進行。