新型陶瓷球在立式攪拌磨上的應(yīng)用

張輝

（淄博啟明星新材料股份有限公司，淄博 250000）

1 引言

攪拌磨機(jī)研磨介質(zhì)的質(zhì)量直接決定了它對物質(zhì)的粉碎效果。而新型陶瓷球比傳統(tǒng)的合金球硬度更高，意味著它對物質(zhì)的磨碎能更加徹底。抗磨蝕性也比合金球高出好幾倍，這說明它的消耗成本不高。新型陶瓷球的種種性能都足以證明它的優(yōu)越性，所以將新型陶瓷球應(yīng)用在立式攪拌磨機(jī)上的應(yīng)用前景應(yīng)該也是很廣泛的。

2 立式攪拌磨機(jī)的工作原理

立式攪拌磨機(jī)是一種廣泛應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)、水泥攪拌、礦山等行業(yè)中的設(shè)備，主打的是節(jié)能環(huán)保，而且比傳統(tǒng)的球磨機(jī)、粉磨機(jī)更加的高效，操作也簡單許多，壽命相比之下更長，這極大滿足了人們的需要。世界上第一臺(tái)立式攪拌磨機(jī)是由德國制造出來的，此后經(jīng)過幾十年的發(fā)展，立式攪拌磨機(jī)的種類是越來越多，如德國萊歇公司的LM 立式攪拌磨機(jī)、山東淄博的啟明星LJM 系列立式攪拌磨機(jī)等都是人們信賴的品牌。以LGM 濕法立式攪拌磨機(jī)為例它的結(jié)構(gòu)大抵如圖1 所示：

圖1 LJM 濕法立式攪拌磨結(jié)構(gòu)

如圖所示，LJM 立式攪拌磨機(jī)主要筒體、傳動(dòng)主軸裝置、電機(jī)和上機(jī)體裝配等部件組成。機(jī)器采用先進(jìn)的粉磨原理，設(shè)計(jì)獨(dú)特、無污染、噪音小、高效雙冷卻、壽命長。具體還采用了雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)襯聚氨酯（氧化鋁或氧化鋯），配循環(huán)泵循環(huán)研磨，與物料接觸部分均為聚氨酯、耐磨陶瓷或不銹鋼材質(zhì)無污染。合理的棒型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速能將物料研磨到1μm，下頂料循環(huán)方式研磨室實(shí)際利用率100%，可以配混料桶循環(huán)生產(chǎn)，更經(jīng)濟(jì)。

粉磨原理就是當(dāng)啟動(dòng)機(jī)器后，研磨介質(zhì)在筒體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性和離心力作用下一起旋轉(zhuǎn)，并被帶到一定的高度，在這樣的高度并在一定的轉(zhuǎn)速及重力作用下，像拋射線運(yùn)動(dòng)一樣落下，物料因此被擊碎。此外研磨介質(zhì)受到別的力產(chǎn)生滑動(dòng)和滾動(dòng)，使研磨介質(zhì)、襯板、被攪拌物質(zhì)三者之間產(chǎn)生粉碎和研磨作用，使物料磨細(xì)，直至成粉末，最終完成粉磨作業(yè)。

3 新型陶瓷球有哪些種類

能作為立式研磨機(jī)新興的一種研磨介質(zhì)，新型陶瓷球必定是有它的過人之處。新型陶瓷球與傳統(tǒng)材料相比在常溫下更具有硬度高、韌性好、耐磨性能好、耐高溫、耐腐蝕、流動(dòng)性好，研磨效率高等優(yōu)點(diǎn)。最主要的其磨礦效果更好，磨耗及使用成本也低了很多。所以才受到人們的青睞。隨著近年來的研究發(fā)展，新型陶瓷球的種類也越來越多，下文介紹幾種。

3.1 氧化鋯陶瓷球

氧化鋯陶瓷球形狀如圖2 所示。本身密度為6.00g/cm3，在常溫下具有高的強(qiáng)度和高韌性、耐磨性好、耐高溫耐腐蝕、剛度高、不導(dǎo)磁、電絕緣。而且哪怕溫度達(dá)到600℃也不會(huì)改變它的強(qiáng)度以及硬度。自身重量較輕，所以旋轉(zhuǎn)起來不會(huì)輕易破壞承載殼體。氧化鋯陶瓷球自身對苛性堿、熔融金屬、有機(jī)溶劑和大多數(shù)酸會(huì)展現(xiàn)一個(gè)化學(xué)惰性的狀態(tài)，而且在受到壓力時(shí)還能增加它的韌性，這些使得它成為立式攪拌磨機(jī)研磨介質(zhì)的首選。

圖2 氧化鋯陶瓷球

氧化鋯陶瓷球也是有缺點(diǎn)的，就是它因自身組成成分原因無法抵抗氫氟酸和硫酸的侵蝕，堿性太高的地方也不適合保存。

3.2 氮化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球形狀如圖3 所示。整體以炭黑色為主，是世界上最堅(jiān)硬的材質(zhì)之一。氮化硅陶瓷球是在非氧化氣氛中高溫?zé)Y(jié)的精密陶瓷，具有高強(qiáng)度, 高耐磨性,耐高溫,耐腐蝕、耐酸、堿、可在海水中長期使用，并具有絕電絕磁的良好性能。在800℃時(shí)，強(qiáng)度、硬度幾乎不變，其密度為3.20g/cm3，幾乎是軸承鋼的1/3.重量，這意味著它旋轉(zhuǎn)時(shí)能有效抑制高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力. 可以實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)而不傷承載殼體。還具有自潤滑性，它可以使用到無潤滑介質(zhì)的環(huán)境中。這也使它成為陶瓷軸承,混合陶瓷球軸承的首選材質(zhì)。

圖3 氮化硅陶瓷球

圖4 碳化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球的缺點(diǎn)是比較致命的，就是它的斷裂韌性系數(shù)低，相比其它陶瓷球更加容易碎裂，消耗的成本也會(huì)相對高一點(diǎn)。

3.3 碳化硅陶瓷球

碳化硅陶瓷球形狀如圖2.3 所示。碳化硅陶瓷球產(chǎn)品性能穩(wěn)定，所有新型陶瓷球中當(dāng)屬它的綜合性能最佳。與鋼比較，質(zhì)量比鋼輕，摩擦系數(shù)小，運(yùn)動(dòng)性能佳，彈性模量比鋼大50%，熱膨脹系數(shù)小于鋼的25%，高溫下在1000℃以前能保持高強(qiáng)度和硬度，耐腐蝕，不生銹，無磁性，可在無油潤滑條件下工作。有數(shù)據(jù)表明碳化硅陶瓷球的耐磨性相當(dāng)于266 倍的錳鋼或者相當(dāng)于1741 倍的高鉻鑄鐵，耐磨性上面是非常好的。

碳化硅陶瓷球的缺點(diǎn)也是斷裂韌性系數(shù)低，脆性高，所以如果拿來當(dāng)復(fù)合材料也是很好的選擇，加入一些增加韌性和強(qiáng)度的物質(zhì)，效果會(huì)好很多。

目前市場上新型陶瓷球就這三個(gè)種類的陶瓷球，相信在以后的研究中也會(huì)有更多的陶瓷球問世，它們的性能也會(huì)一代比一代的更出色，而且會(huì)廣泛的運(yùn)用到更多的行業(yè)中，推動(dòng)各自行業(yè)更高效的發(fā)展。

4 新型陶瓷球的應(yīng)用分析

究竟新型陶瓷球應(yīng)用到立式攪拌磨機(jī)上有什么效果，舉例分析：

在吉林某銅礦再磨作業(yè)中采用的是先分級再磨礦的工藝。攪拌磨機(jī)采用的是立式攪拌磨機(jī)。一開始工作還能順利進(jìn)行，可隨著工作的深入問題就逐漸顯現(xiàn)出來。首先就是原銅礦中所需要的黃銅與其它礦物質(zhì)密切共生，嵌布粒度非常細(xì)，這就導(dǎo)致比較難正在磨碎中分離出來。其次就是成本消耗太高，光是作為研磨介質(zhì)的鋼球就要更換好幾次。基于這些問題，項(xiàng)目部引進(jìn)了新型陶瓷球來作為立式攪拌磨機(jī)的研磨物質(zhì)，結(jié)果就是黃銅里面其他礦物質(zhì)含量大幅降低，完全達(dá)到了一開始定下的技術(shù)指標(biāo)。所以接下來就具體數(shù)據(jù)來分析下新型陶瓷球應(yīng)用到立式攪拌磨機(jī)中的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。

4.1 節(jié)能降耗優(yōu)勢明顯

如表1 所示，引進(jìn)前使用鋼球作為研磨介質(zhì)的用電單耗是1.8 kw·h/t，單位成本是0.53 元/噸。引進(jìn)新型陶瓷球作為研磨介質(zhì)后的用電單耗是0.8 kw·h/t，單位成本是0.53 元/噸。引進(jìn)前和引進(jìn)后對比分別就下降了1.0 kw·h/t 和0.27 元/噸。引進(jìn)新型陶瓷球的節(jié)能降耗效果可謂十分明顯。

表1 引進(jìn)前后能耗對比

4.2 成本消耗低

如表2 所示，引進(jìn)前使用鋼球作為研磨介質(zhì)的日產(chǎn)補(bǔ)球量是60 kg/d，介質(zhì)單耗是0.053 kg/t，單位成本是0.261 元/噸.引進(jìn)新型陶瓷球后立馬就降下來了，日常補(bǔ)球量降到了2 kg/d，單位成本更是降到了0.044 元/噸。從數(shù)據(jù)來看新型陶瓷球要比鋼球耐磨損，而且初始的裝球量比鋼球的低，每天補(bǔ)球量也不用多，起到的效果卻比鋼球要好，最主要就是成本消耗降低了，這也是人們引進(jìn)后最希望改善的一點(diǎn)。

表2 引進(jìn)前后研磨介質(zhì)使用情況對比

4.3 研磨效果更好

如表3 所示，在研磨相同濃度的礦石中采用新型陶瓷球的要比采用鋼球的合格產(chǎn)率更高，意味著新型陶瓷球的研磨效率要比鋼球好。在研磨過程中也少出現(xiàn)過粉碎現(xiàn)象。

表3 引進(jìn)前后研磨效果對比

4.4 噪音小

噪音有明顯的減小。采用鋼球研磨時(shí)所產(chǎn)生的噪音很大，達(dá)不到國家規(guī)定的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，還經(jīng)常惹得居民投訴。引進(jìn)新型陶瓷球后，噪音有了明顯降低，已經(jīng)在國家規(guī)定噪音的標(biāo)準(zhǔn)線內(nèi)。因?yàn)樘沾汕虮旧磔^輕，硬度高，在高速旋轉(zhuǎn)下能快速粉碎被攪拌物質(zhì)，摩擦系數(shù)低，所以發(fā)出的噪音不會(huì)很大。

4.5 縮短檢修時(shí)間

因?yàn)槊看瘟⑹綌嚢枘C(jī)研磨后都要停下來檢修下，這時(shí)候需要把研磨介質(zhì)取出來。因?yàn)殇撉蚺c被攪拌物質(zhì)混合后變得形狀不一，不規(guī)則，很難快速排除承載體外。而新型陶瓷球就不一樣了，本身硬度高，所以碰撞后仍可以保持圓滑形態(tài)，就很容易排除來，這樣就不會(huì)把時(shí)間浪費(fèi)在檢修上，影響進(jìn)度。

4.6 減少對產(chǎn)品的污染

研磨礦石還好說，要是研磨別的物質(zhì)的話，鋼球易磨損，一磨損就容易釋放鐵元素，鐵元素作為雜質(zhì)就會(huì)依附在產(chǎn)品上，產(chǎn)家還要給產(chǎn)品做除鐵處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)人又費(fèi)錢。用新型陶瓷球就不會(huì)出現(xiàn)這種情況了，健康無污染，主打環(huán)保衛(wèi)生就是這么來的。

4.7 延長設(shè)備壽命

新型陶瓷球自身耐磨蝕。所以消耗成本不高，關(guān)鍵它對部件的壽命長短也起到?jīng)Q定作用。例如螺旋攪拌器采用鋼球作為研磨介質(zhì)時(shí)攪拌磨機(jī)的壽命只能維持一年，一個(gè)月要維修一次。換成新型陶瓷球后壽命至少還能延長多達(dá)七個(gè)月左右，這就節(jié)省了一比費(fèi)用，效率還高。

以上就是在立式攪拌磨機(jī)中應(yīng)用新型陶瓷球的種種好處，二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，混合在一起就會(huì)產(chǎn)生令人滿意的效果，以后可能會(huì)有更先進(jìn)的設(shè)備被生產(chǎn)出來，但是也要按照這個(gè)方向去設(shè)計(jì)，力求更簡便更高效，所以在立式攪拌磨機(jī)中應(yīng)用新型陶瓷球的應(yīng)用前景一片坦途。

5 部分立式攪拌磨機(jī)無法應(yīng)用新型陶瓷球

目前新型陶瓷球想要在立式攪拌磨機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋還是有困難的。因?yàn)楝F(xiàn)在市場多數(shù)立式攪拌磨機(jī)采用的磁性橡膠板來作為支撐研磨介質(zhì)和物質(zhì)碰撞的耐磨材料。其自身優(yōu)勢是當(dāng)研磨物質(zhì)是鋼球時(shí)可以吸附一定數(shù)量的鋼球充當(dāng)保護(hù)層，這樣可以延長自己本身的壽命，降低消耗成本。但替換成陶瓷球后。無法吸收鋼球補(bǔ)充保護(hù)層。等到原先的鋼球保護(hù)層磨損后無法吸附新的補(bǔ)充，自身襯板就會(huì)暴露在研磨過程中。一旦自身襯板遭受磨損壽命就會(huì)大幅降低，而且磁性橡膠板本身制作價(jià)格昂貴，替換陶瓷球后性價(jià)比就低了。目前針對這一情況就重新進(jìn)行了研究創(chuàng)新，研究出了聚氨酯襯板等新型襯板來代替原先的磁性橡膠襯板，而且實(shí)驗(yàn)效果是良好的。就是還沒有大力推廣，沒這么大影響力，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，終有一天會(huì)有更多人使用這個(gè)新型襯板搭配新型陶瓷球的組合方式的。

6 結(jié)語

將新型陶瓷球應(yīng)用于立式攪拌磨機(jī)中，從上述應(yīng)用分析來看，新型陶瓷球由于耐磨蝕所以自身消耗不大，設(shè)備的消耗成本也隨之降低。但新型陶瓷球想要在立式攪拌磨機(jī)領(lǐng)域全覆蓋還是要經(jīng)過慢慢摸索的，雖然有方向，但有問題還是要解決。因?yàn)樘沾汕颥F(xiàn)在的硬度標(biāo)準(zhǔn)就那樣，能適合使用的行業(yè)比較少，遇到一些密度比較大的被攪拌物質(zhì)就不好研磨了；合理級配陶瓷球也是個(gè)問題；而且原先使用的磁性襯板不在適合新型陶瓷球的應(yīng)用。所以解決這些問題的關(guān)鍵還是要?jiǎng)?chuàng)新。創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，也是能成為推動(dòng)新型陶瓷球在立式攪拌磨機(jī)應(yīng)用方向的動(dòng)力。有了這些終有一天會(huì)實(shí)現(xiàn)投入低，成效高的目的。