陶瓷研磨体在水泥粉磨系统的应用

・　４６　・　陶瓷　Ｃｅｒ锄ｉｃＳ　（生产应用）２０１７年１　１月　陶瓷砜磨傩在水泥粉磨系统响应用　于　晟　（天津水泥工业设计研究院有限公司　天津摘要３００４００）　非金属陶瓷研磨体，与传统的金属研磨体相比，具有密度小，耐高温，硬度高耐磨蚀等特点，此外还不含铬离子，　生产出的水泥铬离子含量更低，更环保。在相同的填充率下，陶瓷研磨体的填充量仅为金属研磨体的５Ｏ　～６Ｏ　，可以大　幅度降低磨机整体负荷，有助于降低球磨机粉磨电耗。因此在水泥粉磨系统上采用陶瓷研磨体取代传统金属研磨体的试　验和应用得到不断推广。笔者结合陶瓷研磨体和金属研磨体的特点、主流水泥粉磨系统的特点，对陶瓷研磨体在水泥粉　磨系统的应用进行了探讨。　关键词　陶瓷研磨体水泥粉磨　中图分类号：ＴＱ１７２．６３２文献标识码：Ｂ文章编号：１００２—２８７２（２０１７）１１—００４６—０４　的球磨机系统实现大型化的同时，挤压粉磨技术也得　前言　目前国内水泥产能已经达到了２４亿ｔ／年，远高于　市场需求，如何节能降耗、降低生产成本已成为水泥生　产企业关注的焦点。目前国内企业水泥粉磨电耗量在　２５４４０　ｋＷｈ／ｔ，水泥粉磨工序是水泥制造的最后一道　工序，也是耗电量最大的工序。如何降低水泥粉磨电　耗，已成为水泥企业提高竞争能力的关键。在目前现　状下，提出了用陶瓷研磨体取代合金研磨体的观点。　到了充分的发展，球磨机粉磨技术和挤压粉磨技术呈　现并驾齐驱之势，新的粉磨系统更有将这二者相融合，　取长补短的趋势。相应的，粉磨系统从传统的球磨机　开路粉磨系统，发展到球磨机闭路粉磨系统，再到辊压　机＋球磨机联合粉磨系统，到近几年新兴的辊压机或　立磨终粉磨系统，粉磨技术在装备大型化、系统完善　性、提高破碎研磨效率方面取得了长足的进步。其中　干法开路球磨机技术因存在大量过粉磨的现象，且产　品质量不好控制，在大中型水泥生产企业已经被淘汰。　笔者在此只介绍几款有代表性的主流水泥粉磨系统。　但是如何在水泥粉磨领域应用陶瓷研磨体，实现降低　电耗的目的，还有很多方面需要考虑。笔者结合了国　内水泥粉磨系统的现状、特点和陶瓷研磨体的特点进　行了如下分析：　１．１球磨机闭路粉磨系统　该系统以球磨机单独作为主要粉磨设备，物料出　磨后经过选粉机系统选出产品，粗粉返回磨机再进行　球磨。该系统可以减少过粉磨现象、提高产量、降低电　耗、产品细度容易控制，但是设备投资大，操作维护较　国内主流水泥粉磨系统　水泥粉磨系统的主要功能在于将水泥熟料（即缓　凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（即细度、比　表面积等表示），形成一定的颗粒级配，当增大其水化　为复杂。此类型的水泥粉磨系统主要存在于２００２年　前投产的水泥生产企业，目前部分企业已经将其改造　为辊压机预破碎的球磨机粉磨系统或辊压机加球磨机　联合粉磨系统。　１．２辊压机（或立磨）联合粉磨系统　面积，加速水化速率，可满足水泥浆体凝结，硬化要求。　自２０世纪９Ｏ年代起，在传统利用冲击粉磨技术　辊压机联合粉磨系统，是在物料进入球磨机粉磨　前，先经过以辊压机作为主要设备的预粉磨系统，然后　＊作者简介：于晟（１９７４一），双大专，工程师；主要从事机械制造工艺及设备的研究工作。　（生产应用）２０１７年１　１月　经分级符合要求的细料进入球磨进行终粉磨，采用这　种方式的粉磨效率更高，而且最后由球磨机进行终粉，　颗粒级配及颗粒表面形状好。　陶瓷　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　・４７・　此类挤压加研磨的联合粉磨系统与闭路球磨机粉　磨系统相比，虽产量更高，能耗更低，但设备投资更大，　操作系统更复杂。该系统多出现在２００２年后投产的　水泥企业，辊压机＋球磨机的联合粉磨系统（见图１）　要多于立磨＋辊压机的联合粉磨系统。　立磨联合粉磨系统就是用立磨取代上述的辊压机　系统。立磨先对物料进行预粉磨，然后使分级符合要　求的细料进入球磨进行终粉磨。　去　泥　１一循环提升机２一辊压机３一Ｖ型选粉机４一球磨机５一出磨提升机６一选粉机７一主袋收尘器８一主排风机　图１辊压机联合粉磨系统示意图　１．３立磨终粉磨系统　该系统是以立磨单独作为主要粉磨设备从而达到　最终粉磨效果的粉磨系统。这种方式比球磨机粉磨系　统效能高，但生成的成品由于是完全靠挤压生成，颗粒　级配不太理想，而且颗粒表面形状也影响配制的混凝　土的流动性和和易性，因而不被终端用户所接受。目　２　主流水泥粉磨系统对研磨体的要求　２．１球磨机闭路粉磨系统　球磨机闭路粉磨系统一般采用细长管磨，双仓布　局，分为粗磨仓和细磨仓两种仓。粗磨仓物料粒度大，　需要冲击和研磨的双重作用，以冲击破碎为主，目的是　使物料粒度迅速降低，要求研磨体直径大、质量大，这　样可以在抛落时具有更大的冲击势能，对破碎大颗粒　物料非常有利，所以粗磨仓内部一般装有阶梯衬板，内　前这种系统在水泥行业的应用还不多。因此类系统除　磨辊和磨盘外，不再需要其他研磨介质，所以笔者在此　不再过多介绍。　１．４辊压机终粉磨系统　该系统是指以辊压机单独作为主要粉磨设备从而　达到最终粉磨效果的粉磨系统。它与立磨终粉系统相　比效能更高，但其缺点和立磨终粉系统类似，产品颗粒　级配及表面形状不理想，目前实际应用并不太多，且采　装较大尺寸不同规格钢球，依靠磨机简体转动产生离　心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击破　碎作用。细磨仓主要是将更细的小颗粒物料研磨至所　需粒径尺寸，为保证良好的粉磨效果，该仓内镶有分级　衬板或平衬板，靠规格很小的钢球或钢段与物料的相　用该工艺生产的水泥的应用便利性也存在一定争议，　加之此类系统除磨辊外，不再需要其他研磨介质，所以　笔者不再介绍。　互摩擦冲击和物料颗粒之间的摩擦将物料进一步研磨　・　４８　・　陶瓷　Ｃｅｒ锄ｉｃｓ　（生产应用）２０１７年１１月　了，而陶瓷研磨体正好可以充分发挥密度低研磨能力　强的优势，充分满足联合粉磨系统中球磨机对研磨体　的要求，所以联合粉磨系统的球磨机最适合采用陶粒　研磨体。　至所需要的粒度。　对于这种粉磨工艺，在粗磨仓的研磨体对物料的　冲击粉碎作用要远大于研磨作用，在磨机运转工程中，　大直径钢球处于带起一抛落一再带起的运动状态，这　些钢球在抛落过程中既有落在物料上的情况，也有直　接落在坚硬的衬板上，还有落在其他钢球上的情况。　对于抗冲击韧性差的研磨体，反复砸落在坚硬的衬板　３　传统钢球研磨体和陶瓷研磨体的比　较　或其他研磨体上，很容易破损，因此粗磨仓不适合采用　抗冲击韧性差的陶瓷球。因质量较轻的陶瓷球抛落时　的冲击势能小，也不适宜于破碎。　研磨体就是把喂入磨内的块状物料击碎并磨成细　在细磨仓中，物料颗粒已经研磨的很细，研磨作用　对粉磨的贡献要远大于冲击破碎的作用。因次磨机内　部一般配置分级纹衬板或平衬板，令物料与研磨体随　粉的研磨介质。传统的研磨体从形状上可分为钢球、　钢段，其材质一般都是合金铸铁，具有较高的耐磨性和　耐冲击性，根据含铬量的不同有高铬和低铬之分。如　高铬铸铁是一种含铬量高的合金白口铸铁，其特点是　耐磨、耐热、耐腐蚀，并具有较好的韧性。低铬铸铁含　有的铬元素较少，虽韧性较高铬铸铁差，但其具有良好　的耐磨性，用作小球、钢段及细磨仓的衬板较为适宜。　高铬合金钢球的密度一般为７．８　ｇ／ｃｍ。，容重为４．５　ｔ／　ｍ。，磨机运转呈圆周运动状态，更多地依靠物料与研磨体、　物料与衬板和物料与物料之间的摩擦研磨作用进一步　降低物料的细度。在这种条件下，硬度高、耐磨蚀的陶　瓷研磨体就可以满足研磨的要求，且陶瓷球堆积密度　小，还有助于减小磨机的总体负荷，在保证研磨效果的　同时降低磨机主电机耗电，从而实现节电的目的。因　冲击韧性≥４　Ｊ／ｃｍ　。　不再有研磨体抛落的现象出现，陶瓷研磨体抗冲击韧　性差的缺点也就不再成为使用陶瓷球的阻碍了。　２．２辊压机（或立磨）＋球磨机的联合粉磨系统　辊压机（或立磨）通过挤压作用完成了对大颗粒物　料的预破碎，经分选后进入球磨机的物料粒度已经非　常小了，比表面积甚至可以达到１５０～２００　ｍ。／ｋｇ，球　陶瓷研磨体是非金属研磨体，与传统的金属研磨　体相比，密度小、硬度高、耐高温、耐磨蚀。水泥行业所　用的陶瓷研磨体密度一般在３．５～４．０　ｇ／ｃｍ。，容重为　２．２　ｔ／ｍ。，冲击韧性≤１．５　Ｊ／ｃｍ　，其质量平均比钢球要　轻５０　左右。　陶瓷研磨体的优点是：不含铬离子，生产出的水泥　铬离子含量更低，更环保；缺点是：韧性较差，抗冲击破　损能力弱。　利用实验室实验磨机粉磨水泥熟料，对两种不同　磨机内很难对过细的物料依靠冲击原理进行破碎，且　人磨物料经过辊压机（或立磨）的多重高压挤压破碎，　在颗粒内部已经形成大量的微裂纹。在这种情况下，　球磨机需要的是很强的研磨作用，无需考虑破碎作用　研磨体进行了对比实验，相关数据如表１所示。　表１相同装载量、相同粉磨时间、粉磨效果对比　填充率（　）　装填量（ｋｇ）　粉磨时间（ａｉｒｎ）　比表面积（ｍ　／ｋｇ）　（生产应用）２０１７年１１月　从上述对比数据可以得出如下结论：　在小磨粉磨纯熟料过程中，在相同装载量和相同　粉磨时间的情况下，钢球研磨体和陶瓷研磨体的粉磨　效果基本相同；在填充率相同的情况下（陶瓷研磨体的　陶瓷　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　・　４９　・　间，陶瓷球的装填率要比钢球增加１０　～２０　。无论　球磨机闭路系统还是辊压机联合粉磨系统，陶瓷球的　填充率都要高于钢球，以确保物料流速平衡和足够的　停留时间。　４．２陶瓷研磨体的级配　水泥球磨机的钢球级配是根据粉磨系统的工艺流　程、设备配置、人磨物料粒度、并结合磨内通风量及出　磨成品水泥的细度等参数来计算级配。但目前在水泥　球磨机用陶瓷球级配方面还没有统一且明确的结论，　一装载量是钢球的５５　左右），达到同样的粉磨效果，陶　瓷球要耗用更多的研磨时间（大约要多８ｏ　左右）。　一般来说，应用陶瓷研磨体可以使球磨机研磨体　装载量降低，减少磨机整体负荷。理论和实验都证明，　在不改变球磨机结构和粉磨原理的情况下。通过减少　研磨体装载量，既可降低磨机整体总负荷，也可使球磨　机主电机电耗有明显的下降，这是陶瓷研磨体有助于　粉磨降低电耗的主要机理。但是过低的装载量也会导　致粉磨系统产量降低，因此建议使用陶瓷研磨体细磨　仓时，要适当提高填充率来避免系统产量降低太多。　般在配球时还是要参考钢球的配球原则。如参考最　大钢球径计算原则确定最大陶瓷球径、前后仓级配交　叉一级的原则。同时还要考虑陶瓷球填充率要略高的　情况，统筹考虑隔仓板的结构与形式。　４．３选取优质的陶瓷研磨体　研磨体的质量直接影响了粉磨效率。目前市面上　４　在水泥粉磨系统上应用陶瓷研磨体　有各种各样的陶瓷球供应，从成形方法可以分为压制　球和滚制球两种。它们由于工艺差异导致焙烧后的球　石内部晶体结构不同，密实度和抗冲击能力也不一样，　经反复实验发现，在粉磨水泥熟料过程中，在材质规格　的注意事项　４．１填充率的界定　相同的条件下，压制球破损率低于滚制球。因此要尽　量选择压制成形的并采取了增韧措施的陶瓷研磨体才　钢球在设计填充率时主要根据粉磨系统流程，来　确定多仓球磨机各仓研磨体的装填形式、填充率和级　配。陶瓷球因为材质轻且仅适合于球磨机的细磨仓，　就无需过多考虑整个粉磨系统的工艺流程。但陶瓷球　密度低，在磨机内运动轨迹更不规范，会产生较钢球更　为松散的活动空间。相同填充率的情况下，装填陶瓷　球时物料流动速度更快。为保证充足的磨内停留时　能有效避免过高的破损率。　随着陶瓷研磨体在水泥粉磨领域的应用的不断增　多，随着陶瓷研磨体对最佳球径、合理级配及其与衬板　的匹配等技术的不断探索，陶瓷研磨体会在不久的将　来完全取代合金研磨体在球磨机细磨仓的应用，为陶　瓷企业带来广阔的新市场。　内　ｅ　Ｅ　Ｒ　Ａ　Ｍ　Ｉ　ｃ　ｓ　惠　１牖｝　事　《陶瓷》杂志主要内容包括建筑卫生陶瓷、工业陶瓷、日用陶瓷、电子陶瓷及陶瓷机械等无机非金属材料工业的新技术、新工艺、新产　品、新设备等的研制和应用，辟有“专家论坛　、“综述”、“研究与开发”、“陶瓷机械与设备”、“窑炉与热工　、“色釉料”、“生　产与应用　、“经营与管理”、“标准与检测”、　爱。　技术讲座”、“读者信箱”及“信息荟萃”等面向读者、贴近市场的栏目，广受读者喜　‘陶瓷》杂志不仅反映国内外业界的最新研究成果和技术发展动态，同时注重介绍报道生产一线研发设计与生产管理人员的各种开发应　用和创新设计思想．力争成为既有丰富产品技术信息。又有先进实用设计应用实例、贴近生产一线工程技术人员的全国优秀刊物。　为扩大‘陶瓷》杂志的影响力，更好地为读者服务，（ＰＮ瓷》杂志真诚欢迎业界专业技术人员与专家学者为本刊撰稿，共同把刊物办　好。征稿内容主要包括：①与建筑卫生陶瓷、工业陶瓷、日用陶瓷、工艺美术陶瓷、电子陶瓷及陶瓷设备等无机非金属材料有关的应用性研　究论文及理论研究；⑦科研与生产中的经验总结及应用报告；③窑炉热工、压机等陶瓷机械的设计与应用：④陶瓷行业技术考察报告、企业　地址：跌西省戚阴市渭阳西路３５号《陶瓷》杂志社　投稿　箱：ｔｃｚｚｓ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｒｎ　邮政编码：７１２０００