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開發有限公司 山東 東阿 252218)(2 青島科技大學 山東 青島 266061)

前言

目前濕法球磨機仍然是國內陶瓷生產企業普遍采用的粉磨設備，該粉磨工藝最大的優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，一般陶瓷生產企業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，是企業降低生產成本提高效益的一個關鍵問題[1]。TH公司專業生產水泥行業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所需的料漿?，F就傳統的濕法粉磨工序生產過程中如何優化粉磨工藝、降低粉磨工序電耗及生產綜合成本進行探討。

筆者結合粉磨工作原理及TH公司生產經驗，從球磨機填充率、研磨體級配、研磨體的質量和分散劑等幾個方面，對提高濕法磨機的產量、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 原材料化學成分及入磨粒度

從球磨機節能方面考慮，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為修正系數與陶瓷球磨機的規格型號、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關系，在研磨初期短時間內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，甚至產生團聚現象，對研磨體的懸浮力也相應增強，研磨體的回落速度減緩，造成進一步細磨料漿變得困難，此時需要添加相應的分散劑來繼續細磨。

3 裝載量

球磨機填充率大小對料漿粒度和產量均有影響，一般來說，在一定的粉磨范圍內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中可以看出，如果裝載過多，研磨體最內層半徑(磨機運轉時，靠近磨機中軸線的研磨體界面弧線的半徑)小于某一數值時，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加工能力和降低單位能耗都起著至關重要的作用。

根據實際生產的經驗，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為球磨機有效內徑(m)；L為倉內有效長度(m)。

4 研磨體級配

依據入磨物料的粒度、硬度、易磨性以及對產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，選用陶瓷球徑應小些。

圖2 球柱結合體研磨體

根據生產經驗，陶瓷研磨體的級配一般設計為4～5級，盡量減小研磨體間的空隙率。傳統球狀研磨體(見圖3)和研磨體與內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質量，降低了粉磨耗能。

合理的研磨體級配是保證粉磨系統良好的需要，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，中間規格的研磨體多)，大規格研磨體拋落后沖擊力較大，有利于粗顆料物料的破碎，小規格研磨體拋沖擊力小，可以細顆粒物料進行研磨，中間規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。在生產中對研磨體級配進行不斷的優化，合理調整研磨體級配級數，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整前后(粗球磨機與細球磨機)對照表

調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生作用阻止互相團聚，使漿料的流動性操作順利進行，反映漿料流體的參數準確性和必要性。

當漿料研磨到一定時間和細度時，經常會出現團聚或難磨現象，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，由于靜電穩定和空間位阻作用，發揮著稀釋減水和穩定分散作用。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。目前陶瓷生產中常用的分散劑制作有傳統法和新型法。傳統法生產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、作用復雜，必須通過驗證對原料(漿料)適應性，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%時適應料漿的粉磨特性，摻加量增加或減少都對細度和粘度產生影響,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襯磚溫度，能保證分散劑發揮較高性能，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，可根據現場不同料漿質量要求進行適當調整。

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生成新的復合相，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。滾制成形是傳統的成形方法，生產率高、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，研磨體內部性能和顯微結構均勻，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 結語

綜上所述如需提高濕法球磨機研磨效率應注意以下幾點：

(1)入磨前物料處理是關鍵，應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揮和系統節能進行。

(2)磨內磨細是根本，充分發揮級配與料漿濃度關系，注意研磨體與磨內襯磚工作面接觸面積以及對料漿的研磨能力。選擇不同質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，根據原料(漿料)的變化及時調整高效分散劑的使用品種及摻加量，并驗證其效果。磨內高溫會減弱分散劑的性能，需對陶瓷磨筒體采取相應降溫措施。