陶瓷研磨体应用条件

经过一年多的应用实践，陶瓷研磨体在国内几十家水泥企业已被接受和认可。该项技术的节能降耗效果，在当前水泥产能过剩、市场竞争的形势下，得到了越来越多的水泥科技工作者的青睐。但是，我们还必须清醒地看到，不是所有的水泥粉磨系统都能够应用陶瓷研磨体，就我国目前3000多台水泥球磨机现状来看，可分为以下三种情况：1.工艺设备条件较适宜，可以直接在尾仓用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻；2.必须经过必要的设备技术改造，才能用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻；3.由于入磨物料粒度5mm等原因，目前还不能用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻。,球磨机水泥粉磨系统什么样的条件适合陶瓷研磨体的应用呢？现解析如下：一、球磨机设备条件1.研磨体运动状态在球磨机粉磨理论研究中，根据不同的磨机转速来确定磨内研磨体的运动状态。转速慢，研磨体处于倾泻状态，对磨内物料起研磨作用；达到适宜转速时，研磨体处于抛落状态，对磨内物料起冲击粉碎作用；达到临界转速后，研磨体处于周转状态，贴附筒壁运转、对物料不起粉磨作用。入磨物料（1mm）由大变小时，需要冲击粉碎作用；物料（1mm）由粗变细时，需要研磨作用。,然而实际水泥生产中，球磨机并没有改变转速、而是维持一个固定的转速、靠磨内各仓安装不同带球能力的衬板，分别使研磨体得到不同的运动状态，从而得到不同的粉碎作用。,2.球磨机进料口目前大型球磨机（3.8m）都采用“滑履支撑”方式；第一仓钢球填充率不超过30%，许多球磨机进料口采用了溜管加料方式。这样简化了磨头设备结构、强化了中心通风；但实践证明，这样对于提高一仓的有效利用率并非有利。因为，大磨机进料落差大，在中心通风的共同作用下，对入磨物料形成一股向前的冲力，使一仓进料端形成一个约为0.51m“空料区”，球多料少、研磨体冲击衬板和相互碰撞的几率增多，做无用功，且加快研磨体消耗。,如果采用螺旋进料方式，物料被强制推进磨内，就不会出现这样的“空料区”。尤其是应用陶瓷研磨体，需要一仓填充率适当增加，螺旋进料能够做到；而溜管进料不宜增加，否则，会引起磨头漏球、漏料。,溜管进料,螺旋进料,加料,3.球磨机的隔仓板大型球磨机常采用双层隔仓板，分隔磨内筒体的第一仓和第二仓。它由篦板和盲板组成，中间设有扬料装置，属于强制排料设施，物料流速较快，不受隔仓板前后料面的高低限制，即使是前仓的料位低，也能够顺利地让物料通过。对于调整研磨体填充率和级配都十分有利，双层隔仓板的通风阻力较大，影响磨机产质量的提高，因此，现代球磨机，都在逐步扩大其中心孔的面积，以改善磨内通风、增产节能。,但是，前仓物料进入隔仓板通过扬料板将物料提升，物料到一定高度从导料锥下落，中心风将物料吹入隔仓板后面12米处。使磨机出现空料区（研磨死区），空料区内球多料少；尤其是在使用陶瓷研磨体时，瓷球碰钢衬板，容易引起碎球。如果磨头供料不稳定，“停料不停磨”，更会引起陶瓷研磨体的“碎球”。,3.填隙率评价研磨体最佳平均尺寸的工艺参数称之为：填隙率。它是指：磨内物料的体积除以研磨体之间的空隙的比值。其计算式如下：式中：-填隙率（%）；Vw-物料体积（m3）；Vy-研磨体之间空隙（m3）在水泥粉磨过程中，填隙率是一个变量。该值取决于许多工艺参数：磨机直径、磨内风速、研磨体装载量、级配、填充率，系统循环负荷率、是否添加助磨剂等等。物料的体积随其颗粒粒径的减小而变小；各仓研磨体的平均球径变化，也会使空隙减小；尤其是一仓研磨体的运动状态，会引起空隙率发生较大的变化；而尾仓研磨体处于倾泻状态、研磨物料，空隙率变化较小；所以，优化填隙率对于尾仓粉磨状态研究，尤为重要。,经多次工业性试验结果表明，填隙率达到85%为最佳值。填隙率过低，表明磨内通过的物料量偏低、台时产量下降，甚至出现“空磨”或“断料”现象，尤其是停止加料、空转磨机时间过长，会引起研磨体与研磨体、研磨体与衬板“零距离”的碰撞和摩擦，球耗加快、撞击变形；如果是陶瓷研磨体，更会出现磨剥、开裂现象，加剧碎球率提高；不过，在实际情况下，为了提高水泥粉磨系统台时产量，往往导致物料填隙率超过85%这一比值，通常达到110%120%，这是因为磨头喂料和粗粉回料的提高、以及研磨体平均尺寸的缩小（特别是尾仓），共同导致物料填隙率的增加。当填隙率超过85%时，研磨体运行阻力加大、通风不畅，也会降低磨机的粉磨效率。必须通过工业运行试验来确定最佳物料填隙率，同时采用助磨剂可以加速物料被粉磨的速度、提高物料分散效果，降低磨内物料填隙率，从而提高粉磨效率。,二、两种研磨体的差异性1.检测数据对比陶瓷研磨体是无机非金属材料、绝缘体；而钢球、钢锻是金属材料、导体，体积密度为7.8g/cm3、容重4.5t/m3；目前使用的陶瓷研磨体常见Al2O3含量70%的耐磨氧化铝球，最高含量达到99%，其体积密度：3.63.8g/cm3、容重2.2t/m3。材料抵抗冲击载荷的能力称之为：冲击韧性；计量单位：焦耳/平方厘米（J/cm2）。高铬合金钢球冲击韧性4J/cm2，而陶瓷球的冲击韧性1.5J/cm2，抗冲击的能力有限；在入磨物料最大粒径5mm的时候,球磨机的一仓需要研磨体做抛落运动、冲击粉碎物料，难免出现撞击钢衬板的现象，会引起过高的碎球率，因而，此时一仓不宜使用陶瓷研磨体。目前来说，陶瓷研磨体仅仅适用于多仓磨的尾仓（研磨仓）；或辊压机-球磨机联合粉磨系统的球磨机研磨仓（或尾仓）。,利用实验室小磨粉磨PO42.5水泥，应用陶瓷研磨体或钢球实验数据对比如下：（1）相同装载量、相同粉磨时间、钢球与陶瓷球的产品性能差异。,（2）相同产品比表面积、相同填充率、钢球与陶瓷球的粉磨时间差异。,从以上检测数据可以看出：在相同转载量、相同粉磨时间的条件下，陶瓷研磨体与钢球的粉磨效果基本持平；但是，在相同填充率的条件下，其装载量相差一半，陶瓷研磨体需要延长一倍的粉磨时间，才能达到钢球的粉磨效果（产品比表面积相同）。,2.借力为了防止研磨体“窜仓”和增大通风阻力，在水泥球磨机操作规程中，填充率的极限值为50%；同时，干法球磨机是一种“加料-粉磨-出料”连续进行的设备,物料在磨内停留的时间有限，一般为：1820分钟；尽管陶瓷研磨体的硬度和耐磨性能都高于钢球，但由于粉磨时间不能延长，填充率又不能超限，目前的球磨机内部结构都是为金属研磨体为参照物而制造的；因此，更换陶瓷研磨体之后，表现出对物料的粉磨效果不及钢球、钢锻。,为了满足出磨物料达到水泥粉磨工艺要求的目标值（开路系统R0.081%、闭路系统R0.0810%），必须要向前仓的钢球、甚至到预粉碎系统（辊压机）“借力”，即：进入尾仓（陶瓷球仓）的物料粒度要比原来装钢球、钢锻的时候更细，不然就会引起水泥粉磨系统“减产”。解决“减产”的有效途径就是“借力”：一方面要增加前仓钢球的装载量、调整级配设计方案；另一方面就是要适当地添加助磨剂、改善磨内物料的易磨性。生产实践证明：在球磨机节能降耗工作中，助磨剂与陶瓷研磨体不是相克，而是相辅相成。,某厂4.213m联合粉磨系统工业运行数据对比,3.陶瓷研磨体的级配原则目前，我国干法水泥球磨机都是以钢球为研磨体而设计的。因此，陶瓷研磨体的级配设计原则也要参照钢球级配的设计原则来确定。二者的主要区别如下：（1）陶瓷研磨体最大球径的确定。按最大钢球直径的计算公式：依据入磨物料最大粒径，先计算出最大钢球球径；然后确定陶瓷球的最大球径，要比计算的钢球球径大一级。如果前仓使用钢球，后仓使用陶瓷球，则遵循前、后仓级配交叉一级的原则，并考虑陶瓷球质量轻的因素，选择陶瓷球的最大球径应比前一仓的最小钢球球径大一级，这样有利于实现前后仓的粉磨能力平衡。,（2）陶瓷球采用四级配球，陶瓷球的各级装载量不能平均分配。陶瓷球一般采用四级配球，各级装载量要兼顾紧密堆积的原则，使其空隙率尽量减小，提高陶瓷球与物料的接触机会和研磨效率，有利于对水泥颗粒的球化造粒，改善水泥使用性能；经过多次工业性试验，我们发现各级陶瓷球的装载量，不宜采用平均分配的原则，而采用“前少后多”的分配方案（如：20%:20%:30%:30%）效果较好，即：大球所占比例略低于小球的比例。,（3）陶瓷球填充率与工艺流程无关钢球级配设计时，要考虑按粉磨系统流程，来确定多仓磨的各仓研磨体装填形式：以便控制磨内物料流速和出磨物料细度。由于陶瓷球材质轻，在球磨机运转过程中，陶瓷球会产生较松散的活动空间；相比钢球、钢锻的研磨仓，其物料流速快、通风阻力小；无论是开路粉磨系统，还是闭路粉磨系统，陶瓷球仓的填充率都应该高于前面的钢球（或钢锻）仓。如果前仓装钢球、后仓装陶瓷球，后仓应增加填充率2%3%，多装陶瓷研磨体，才能保持前、后仓物料流速基本平衡，并有利于控制出磨物料的细度值。,三、陶瓷研磨体节电机理一般来说，应用陶瓷研磨体使球磨机装载量减少、整体负荷下降，因此，在主电机不更换的条件下，球磨机节电效果明显是必然的结果，这一点无可非议。但目前它又会误导人们在应用陶瓷研磨体的时候，将节电的思路引导到一个片面的方向：“似乎只有减少研磨体的装载量，才能降低水泥粉磨电耗。”后果是，球磨机降产成为了普遍现象。水泥电耗是：单位产量的耗电量，计量单位是kwh/t。换一种写法是这样：从上式可以看出：提高球磨机的台时产量，可以明显地降低水泥粉磨电耗。,在“头仓装钢球、尾仓装陶瓷球”的工业性试验中，球磨机装载量的变化，对系统产量和电流的影响如图所示：,在确保出磨细度合格的前提下，研磨体总装载量的增加，会引起台时产量和主电机电流的增加，且台时产量变化的速率，高于电流变化的速率；即：通过优选，适当增加研磨体的装载量，有利于提高磨机台时产量和降低粉磨系统电耗。工业试验证明：为实现“不减产”和“节电”效果好，前仓钢球填充率应达到37%以上、尾仓陶瓷球的填充率在40%左右为宜。,四、陶瓷研磨体应用的相关条件1.入磨物料条件（1）入磨物料最大粒径：开路磨1mm；闭路磨5mm；（2）入磨物料平均粒径：开路磨R0.0835%；闭路磨R0.0845%；（3）入陶瓷球仓（尾仓）物料平均粒径：开路磨R0.0815%；闭路磨R0.0825%；（4）入磨物料平均水分1.5%,2.粉磨系统设备条件（1）优先选择辊压机-球磨机联合粉磨系统；（2）开路系统选择3仓球磨机，闭路系统选择2仓球磨机；（3）入磨物料平均粒径1mm时，头仓需要带球能力强的衬板；入磨物料平均粒径1mm时，头仓需要带球能力弱的衬板；（4）头仓长度应3.5m；尾仓长度应7.5m；（5）球磨机优先选择螺旋进料方式，溜管进料方式需要改造；（6）磨头断料，十分钟之内必须停磨。,3.对陶瓷研磨体的质量要求：（1）优先选择等静压成型的微晶氧化铝陶瓷研磨体；密度3.6g/cm3；容重2.2t/m3；硬度（莫氏）8；冲击韧性1.3J/cm2；（落球冲击疲劳试验按GB/T17445附录A的规定进行。）（2）粉磨PO