二次球磨工藝的探討

趙光巖，吳敏

（佛山歐神諾陶瓷股份有限公司，佛山 528138）

二次球磨工藝的探討

趙光巖，吳敏

（佛山歐神諾陶瓷股份有限公司，佛山 528138）

本文根據破碎機理將傳統的一次球磨工藝分為粗磨和細磨兩個球磨過程，并通過調整球石級配、球磨時間和球磨機速度等一系列實驗，探索到一個較為理想的二次球磨工藝，達到降低球磨能耗的效果。二次球磨工藝的推廣使用對建筑陶瓷行業實現節能降耗方面具有重要的意義。

粗磨；細磨；球石級配；轉速；細度

1 前言

球磨是建筑陶瓷生產中一個重要工序，目前建筑陶瓷生產廠家的球磨絕大部分采用間斷式的一次性濕法球磨工藝來加工原材料。球磨是將原材料和水加入球磨機內，在球石的沖擊、擠壓和研磨作用下把大顆粒的原材料變成粒度適中漿料的過程。球磨是一個高耗能的工序，球磨工序的用電量是陶瓷廠家的主要能耗之一，根據筆者所在廠統計，球磨工序的用電量占整個公司用電量的16%左右。如何降低球磨工序的用電量成為擺在眾多陶瓷廠家面前的重要問題。筆者所在公司嘗試采用二次球磨的方法取得了一定成果，根據連續6個月用電量的統計，采用二次球磨工藝可以使得球磨工序的用電量降低18%左右。

在球磨過程中，初期原料的顆粒比較大，主要依靠球石的沖擊力對原材料進行粉碎，球石的沖擊力越大，破碎效果就越好，相同材質的球石尺寸規格越大產生的沖擊力就越大，越容易將較粗的原料擊碎，粉碎效率越高。在球磨過程中，隨著原料顆粒的細度變小，球石的沖擊力產生的破碎效率開始降低，球石之間的研磨的粉碎效率逐漸提高。當漿料達到一定細度時，這時球石的沖擊對原料的破碎效果開始小于球石之間研磨產生的破碎效果。球石的研磨是滾動過程在球石接觸面上產生的作用力將原料破碎的過程。在研磨過程中，球石之間的接觸面越大產生的球磨效果越好，而球石規格越小產生的接觸面就越大，球磨效率就越高。根據原料破碎的理論，筆者設計了二次球磨的球磨工藝。在原料的球磨過程中，首先采用裝有較多大尺寸的球石將原材料進行初級破碎，當漿料達到一定的細度后，再將漿料轉到裝有較多小規格球石的球磨機中對原材料進行球磨。通過在不同階段采用不同規格的球石對原料進行球磨，球磨初期充分發揮大規格球石的沖擊粉碎作用，球磨后期充分發揮小規格球石的研磨粉碎作用，將二者有機組合后產生理想的效果。

2 實驗內容

2.1 實驗設備和原料

實驗設備主要包括佛山興達60 t球磨機、福建晉江茂興攪拌機、咸陽陶瓷研究院的柱塞泵、日本日立的變頻器、江西昌遠的中鋁球石、浙江上虞250目篩。所用原料為建筑陶瓷生產所需的常規原材料（泥、砂和石粉按規定比例搭配）。

2.2 二次球磨流程

一次球磨工藝流程示意圖如圖1所示。

圖1 二次球磨流程

在實驗中，我們按照圖1中的流程進行實驗，先將原料投入以大規格球石為主的球磨機中；然后加水后進行粗磨；粗磨結束后，把漿料放入有攪拌機不停攪拌的漿池中，再用柱塞泵將經過粗磨的漿料抽入以小規格球石為主的球磨機中進行細磨；達到細度標準后，球磨完成，放入漿池備用。

3 粗磨實驗內容

3.1 球石級配

傳統球磨(一次球磨)投料后一次性原料磨到標準細度，在傳統球磨中我們按照25%、35%、25%和25%的比例對規格為Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中鋁球石進行搭配，球石總重量為60 t（60 t球磨機）。在二次球磨的粗磨中，我們仍然采用規格為Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中鋁球石，減少Ф30和Ф40規格的球石量，增加Ф50和Ф60大規格球石量。在實驗中，我們采用不同的球石級配，相同的球磨時間和原料組成觀察球磨后漿料細度 （漿料不能通過250目篩的比例），通過檢測粗磨后的漿料細度來判斷球磨效果（見表1）。從表1中，我們可以看出實驗三的球石級配取得比較好的效果，據此我們把粗磨中Ф30:Ф40:Ф50: Ф60規格的球石比例設定為15%:20%:30%:35%。

表1 粗磨球石配比與細度的影響

3.2 粗磨時間確定

在粗磨時間設定上，我們采用實驗三（見表1）的球石級配對原料進行球磨，用250目篩的篩余的大小來表征漿料的粗細程度。在實驗中，我們分別檢測不同球磨時間的漿料細度（見圖2），通過對漿料細度和所用的時間對比來確定粗磨的球磨時間。從圖2中，可以看出在7 h前漿料的細度減小比較快，7 h后下降速度越來越慢。根據圖2所示，我們得出粗磨的時間定為7 h會獲得較好的球磨效果。在隨后的實驗中，時間為7 h的粗磨剛開始未見異常，當連續球磨幾次后，我們發現粗磨漿料的細度不斷增大，同時我們發現在球石中有比較多小石粒，這說明7h球磨不能完全將石粉磨細，導致小石粒在球磨機越集越多，造成球磨效率下降。通過實驗發現，粗磨時間為8 h的球磨機沒有小石粒聚集，球磨時間基本上穩定，說明在實際生產過程中粗磨時間設定為8 h比較合適。

3.3 球磨機轉速對球磨效率的影響

在粗磨時，原料的顆粒比較大，球石的沖擊作用具有較好的粉碎效果，為了實現球石產生較大的球磨作用，需要球石在沿著球磨機的壁筒剛好上升到最高點落下來才可以實現，這就需要球磨機具有合適的轉動速度。在實驗中，我們通過調整變頻器的頻率來實現對球磨機轉速的控制。在實驗中，我們采用相同的原料，相同的球石級配，讓球磨機在不同的頻率下運行8 h，然后檢測粗磨后漿料的細度，細度越小表示球磨效果越好。從圖3上可以看出當球磨頻率為46 Hz時，球磨效率最高.由此我們在后面的實驗中將粗磨的球磨機頻率設定為46 Hz。

圖2 球磨時間和細度的趨勢圖

圖3 球磨機轉速對細度的影響

4 細磨實驗內容

4.1 細磨球石級配

經過粗磨后，漿料的細度基本上在8%～10%之間，漿料中原料的顆粒比較小。當原料顆粒小時，球石之間的研磨起到主要破碎作用，研磨效率的高低受到球石之間接觸面的大小影響。在相同的條件下，接觸面越大，同一時間受到碾磨的原料就越多，球磨效率越高。在實際操作中，考慮原料的顆粒大小不同和球石之間的填充效果，通常采用不同規格的球石進行組合來提高球磨效率。

在細磨時，我們選擇Ф20、Ф30和Ф40規格的球石進行實驗，把粗磨后的漿料放入大漿池充分混合均勻，然后把漿料抽入不同級配的球磨機中進行細磨，細磨后漿料細度必須達到0.8%到1.0%的范圍內。根據球磨時間的時間來判斷球磨效率高低，所用時間越少，則說明球磨效率越高。從表2中，我們可以得出實驗五的球石配比的取得的效果比較好。因此，我們把細磨Ф20:Ф30:Ф40球石級配設定為65%∶20%∶15%。

表2 細磨球石配比與細度的影響

4.2 細磨球磨機的轉速

細磨時，球石之間的研磨作用是原料破碎的主要因素，球石之間的沖擊作用對原料的破碎效果處于次要因素。在細磨階段，需要減少球石之間的沖擊作用，增加球石之間研磨作用，這就需要降低球磨機的運轉速度，使得球石沿著球磨機內壁上升到約一半的高度就落下來，增加球石之間的研磨作用，提高球磨效率。表3是我們采用Ф20、Ф30和Ф40規格球石按照65%、20%和15%的比例進行組合，用同一漿池粗磨漿料，采用不用的頻率球磨4 h的實驗結果。從表3中，我們可以看出當頻率為42 Hz時綜合效果比較好。

5 二次球磨工藝在生產中的應用情況

表3 變頻器頻率與球磨細度和電耗的關系

實驗結束后，筆者公司開始批量使用二次球磨工藝，圖4是筆者在4月～9月期間，對二次球磨和傳統球磨的平均電耗統計情況。從圖4中我們可以看出，采用二次球磨后，電耗有明顯的降低，根據我們統計的數據計算采用二次球磨比傳統球磨電耗減少18.8%。

6 二次球磨工藝中出現的問題及解決方法

圖4 傳統球磨和二次球磨的電耗

在粗磨的過程中，有時會出現積砂現象（石粒或砂未磨碎），經過跟蹤調查，發現產生積砂的主要原因有兩方面：球磨時水或助磨劑的添加量不足造成漿料的流速過慢導致球磨效率降低；球磨時球石磨損造成球石量不足，造成球磨效率降低。

針對上述原因造成的積砂現象，首先通過增加球磨時間將球磨機中積砂除去，然后嚴格保證加水量和助磨劑的添加量，避免出現流速過慢現象。在解決球石磨損方面，我們通過每磨一球，補加100 kg規格為Φ60的球石的方法進行生產。通過上述措施實施后，積砂現象沒有再出現，粗磨后細度和球磨電耗處于穩定的狀態。

7 結論

（1）粗磨時，當規格為Ф30、Ф40、Ф50和Ф60球石級配比為15%:20%:30%:35%時，球磨時間在8 h以內時具有較高的球磨效果。

（2）細磨時，采用規格為Ф20、Ф30、Ф40球石級配為65%:20%:15%時，具有較高的球磨效率。

（3）球磨機的轉速對球磨效率也有一定影響，粗磨時球磨機變頻設在46 Hz球磨效率高；細磨時球磨機變頻設在42 Hz有較高的效率。

（4）二次球磨比傳統一次球磨減少電耗18.8%，具有明顯的節能效果。