動立磨二段快磨工藝技術的探討和應用

劉桂桐，劉國俊，劉衛東

（1.廣州華同科技開發公司，廣州510641 2.華南理工大學，廣州510641）

動立磨二段快磨工藝技術的探討和應用

劉桂桐1，劉國俊1，劉衛東2

（1.廣州華同科技開發公司，廣州510641 2.華南理工大學，廣州510641）

本文詳細介紹了陶瓷工業原材料粉磨加工工藝，并重點闡述了一種新型二段快磨工藝技術的應用，同時對二段快磨工藝中一段粗磨系統所采用的球磨、立磨、動立磨技術作了詳細的分析對比；使用動立磨技術作一段粗磨，具有很大的優勢，節能減排、環保及生產管理、經濟效益和社會效益將會更加明顯，效果突出。

二段快磨；動立磨；高效節能；環保；升級

1 引言

我國是陶瓷生產大國，僅建筑陶瓷墻地磚產量就約占世界總量的60%以上，而陶瓷行業一直被認為是 “三高”行業，在陶瓷工業生產中，原料制備所耗費的電力和勞動力占比重較大，50%以上，但目前仍存在效率低、功耗大的問題，不能適應日益發展的新工藝要求，急需改革和創新。所以節能減排，尤其是能耗較大的粉磨生產環節，有利可圖。另外，實現節能減排、增加效益、企業設備升級換代、智能控制，是時代賦予我們的使命，更是企業求生存、求發展的需要和保證。

2 陶瓷生產中原材料的粉磨加工

粉碎作業特別是粉磨作業，在陶瓷原料的制備中，對于改善物料的工藝性能（如可塑性、結合性、漿料的懸浮性能等）、提高物料的反應速度、不同組分物料的均勻混合、除去物料中有害雜質等方面有重要的意義。

2.1 傳統球磨工藝

目前，陶瓷工業的原材料粉磨絕大部分仍是使用傳統球磨機。傳統球磨工藝如圖1所示，先用鏟車把石料、泥料等陶瓷原料按配比鏟入喂料機中，再送入球磨機內，然后由球磨機內4～6種不同尺寸的研磨體進行研磨，粉磨時在14～16 h左右，最后得到泥漿狀的陶瓷原料，這通常稱為“單段粉磨”工藝。

圖1 傳統球磨單段工藝流程圖

原料中的瘠性料（如長石、石英、滑石等）經細碎后物料尺寸多在1～35 mm間，而軟質料（泥料）粒度一般在0.3 mm以下。實踐證明，在磨機內粉磨物料，大部分（尤其是易磨性好、粒度小的泥料）在較短的時間內就能達到細度的要求，只有少部分粒度大且易磨性差的硬質料需要經較長時間的粉磨才能達到細度的要求，而為了一次卸出，需繼續粉磨，易粉磨過度。這些過度粉磨的物料會包圍大顆粒物料，就象包上了一層彈性墊襯，致使粉磨效果大大降低、生產效率降低、單位電耗增大。

2.2 一種新型的二段快磨工藝

為避免過度粉磨、提高生產效率、降低能耗、增加效益，現有廠家采用了新的粉磨工藝——“二段快磨”工藝，即把單段粉磨分為粗磨和細磨兩個階段進行 （有些企業稱為“神工快磨”技術）。工藝流程見圖2。

圖2 二段工藝流程圖

二段快磨工藝就是把原材料中的硬質料先作第一級粗磨，使物料顆粒達到0.3 mm（≥50目）以下，然后與軟質料（泥料）一起進入第二級的球磨進行細磨。由于硬質物料顆粒與軟質泥料顆粒尺寸相近，甚至于更細小，使物料的均勻性和易磨性得到很好的搭配，物料進入到球磨內粉磨，研磨體與物料顆粒的面接觸赿來越大，在粉磨過程中得到均勻粉磨，粉磨效果越來越好。這樣，過度粉磨的現象明顯減少，生產效率得到顯著提高，能耗大幅下降。從目前采用這一新工藝的廠家得知，生產效果良好，料漿的粉磨時間由16 h縮短到10～12 h，節省了4～6 h，電耗降低了20%以上。

2.3 二段快磨工藝采用的粗磨設備

目前陶瓷行業二段快磨工藝，在初段（一段）粗磨中，使用了兩種設備。第一種仍是傳統的球磨機，眾所周知，球磨機具有結構簡單、堅固、操作可靠、維護管理簡單、能長期運轉等優點，但缺點是：1）工作效率低。陶瓷廠用于粉磨作業的電量占企業用電量的40%以上，每噸料漿耗電不低于40千瓦時，電能利用率低，球磨有用功僅占約2%，大部分電能轉化為熱能消失，致使生產成本高、經濟效益低；2）研磨體和襯板消耗量很大；3）操作時噪音大。采用二段快磨工藝后，即使綜合電耗有所下降，但幅度有限（10～18%），遠未達到節能降耗、環保的要求。

第二種是經過改裝后的碾磨機（環輥磨、中速磨、又稱立磨），改裝僅是去掉了用（熱）空氣流進行烘干兼輸送部分的裝置，主體粉磨機構仍無大的改變，物料從上部加料口均勻加入，通過溜槽撒落在磨盤上，在離心力的作用下被甩到磨盤的凹槽及邊緣，在彈簧壓力或油壓力以及由磨輥本身產生的重力作用下，將物料擠壓和研磨，磨碎后的物料從下部排出，然后通過皮帶機輸送到一滾筒篩進行分級，粗料被送回重新粉磨，細料約10目（約2.0 mm）左右的料被送到二段（球磨）與軟質泥料一起磨成漿料。

碾磨（立磨）機和球磨相比的優點：1）結構緊奏，體積小、占地面積少，約為球磨的50%左右，基建投資省，約為球磨的70%；2）入磨物料粒度大，可達20～35 mm；3）噪音小；4）比球磨節能約30～40%；

碾磨機和球磨機相比的缺點：1）只適于粉磨中等硬度的物料，不適宜粉磨硬度大的物料（如石英等）；2）輥子對物料的磨蝕性很敏感，磨損大；3）制造要求較高，輥套一旦損壞一般不能自給，需由制造廠提供，而且更換費工、要求高，影響運轉率；4）操作管理要求嚴格，不允許空磨啟動和停車，物料太干時還需噴水進行潤濕物料，否則物料太松散而“咬”不進輥子與磨盤之間進行粉磨，一般要求用測振儀來指示磨機的操作情況，當振動超過規定允許值時就得停磨；5）由于去掉了氣流抽送出料，物料在磨內的停留時間長，磨細了的物料不能及時排出，使到有過度粉磨現象出現，因此粉磨時間不能太長、細度不能太細，細度赿小過度粉磨越大，同時輥子磨損赿大，二次鐵污染就赿嚴重，目前使用廠家一般控制在10目（2.0 mm）左右（與泥料的細度約0.3 mm還有一定距離）；6）碾磨機所有的工作件都是鋼鐵制品，原料受鐵污染嚴重，必然增加后續除鐵工序的負擔，這個問題在生產選型時是需要充分考慮的。

3 快磨神器“動立磨”技術

動立磨（簡稱：“劉氏磨”）是一種最新發明（專利號：ZL201320024132.9）的全新理念的粉磨新設備，他解決了傳統磨機復雜、笨重、生產能力低、能耗高、磨損大、環保差等技術難題，可謂是最新的節能減排環保的粉磨機。

動立磨是以物料粉碎《裂紋理論》與《綜合粉碎理論》精髓為理念而設計的創新設備，它使被粉碎的物料在高速高頻率的沖撞應力作用下產生變形引起裂紋，從而被裂解粉碎，這種最直接的物料粉碎過程，使得輸入的功全部或絕大部分作用在對物料的變形上，有用功的利用率高達35%以上，粉碎效率高、相應能耗較低。

動立磨的工作原理如圖3所示，是利用磨機的獨特葉輪反擊機構把物料帶起并高速運轉，在離心力的作用下，物料形成為一股料流并高速向外噴射出，撞擊筒壁并反彈回來，料流連續射出，使得物料顆粒相互沖擊，同時在氣流作用下，在簡體的周邊物料顆粒被氣流帶起形成自下而上的一道環形物料墻幕，作高速旋流運動。物料不斷加入，又不斷地拋射出，不斷地撞擊料墻和反彈回來。如此，料粒作復雜運動而受高速高頻的相互撞擊和摩擦作用，致使物料在應力作用下一個或多個斷面上的裂紋并不斷擴大、加深和延伸，從而使物料裂解成微粒，最終被粉碎。它集沖擊、擠壓、剪切、摩剝于一身，充分展現了裂紋理論在粉碎過程中的應用。

圖3 動立磨的工作原理圖

動立磨的結構如圖4所示，由進料口、機體、粉碎工作腔、傳動裝置（含轉子及傳動軸、電機等）、出料口、機座等構成。物料從頂部加入，直至轉子部位，電機帶動主軸及轉子旋轉，在離心力的作用下，物料被高速拋射出，同時隨著氣流高速運動，物料在工作腔內受到充分的沖擊、碰撞、摩剝等而被粉碎；在工作時無需加入任何研磨體，也沒有用作擠壓研磨物料的輥子和磨盤等構件，純粹是物料相互作用的粉碎過程。

動立磨與球磨及立磨相比的優點：1）節能。有用功達35%以上（球磨僅約2%左右），比球磨節電45～60%，比普通立磨節電30～40%；2）環保低炭。無粉塵冒出，可潔凈生產（系統微負壓循環操作），粉磨工作中僅是物料小顆粒（≤10 mm）間的碰撞，所以操作時噪音很低，約30～60分貝；3）因為是無介粉磨，又沒有磨輥磨盤等構件，同時轉子及簡體可裝設剛玉等無機非金屬耐磨材料，可避免二次污染，為制備高純高性能陶瓷原料提供良好的條件，也為陶瓷干法生產工藝打下良好的基礎；4）結構簡單緊湊，占地面積少，僅為球磨的25～30%，立磨的50%左右；5）產品物料顆粒外形好（球形狀），粒徑分布范圍窄；

圖4 動立磨結構圖

4 動立磨（HTDM-2A）粉磨系統與工藝流程

4.1 動立磨粉磨系統及流程

采用動立磨作陶瓷原材料（硬質料）的粗磨（快磨）加工工藝流程，如圖5所示。物料從原料庫1卸出，通過自動皮帶稱2加入到提升機3，提升到動立磨4的頂部，從上部進料口進入到動立磨內進行粉磨，粉磨后的物料從磨機底部卸出直接進入第二斗提機5，再提升送到直線篩6進行分選，粗料由皮帶機8送回重磨，形成了一圈流粉磨系統，系統配備一除塵器7，以保證潔凈生產，細料（≥50目）的作為第一段粗磨半成品，然后與軟質料（泥料）按配比進入到第二段的球磨內粉磨成漿料，就這樣完成了原材料的二段快磨。

4.2 動立磨粉磨系統的主要技術參數

圖5 動立磨快磨工藝流程圖

表1 動立磨系列的主要技術參數

（1）主機（動立磨）4配備功率為：90 kW；

（2）3、5斗式提升機功率：5.5×2=11 kW；

（3）直線篩6功率：2.2 kW、20 t/h（50目）；

（4）除塵器（系統）功率：12.1 kW；

（5）皮帶機8、9功率：2.2x2=4.4 kW；

總功率：119.7 kW，處理能力（≥50目）：20 t/h；

單位電耗（粗磨）：5.99 kWh/t（比立磨系統節電40%以上）。

4.3 動立磨系列的主要技術參數

動立磨系列的主要技術參數見表1。

5 結束語

陶瓷原材料加工采用二段快磨新工藝，有效地避免了物料在球磨機的初始粉磨階段混磨所消耗的大量能量，降低了球磨機的能耗，同時還可大大縮短物料在整個粉磨過程的所耗費的時間，從而在原材料制備工序達到了較好的節能效果，得到了企業及廠家的認可和贊賞。據查，第一段粗磨加工中采用球磨機的二段球磨快磨工藝，比一段球磨工藝減少電耗約15～18%；采用立磨作一段粗磨后，二段球磨時間縮短了25～35%左右，綜合電耗節省了25～30%，節能比球磨進了一步；

根據前面的對比分析，如二段快磨工藝的一段粗磨采用動立磨，則更具有優勢：

（1）節能效果更明顯、使用管理更好；動立磨不但可使粗磨物料細度磨得更細（≥50目），且與軟質泥料的細度更相近，使得二段球磨更加合理，而且動立磨單位電耗比普通立磨節電40%以上，考慮到這兩方面的因素，二段磨綜合電耗應更低，經濟效益應更好。

（2）避免二次鐵污染，對于產品質量來說是個很好的保證，動立磨作為一段粗磨，是一個最佳的選擇。

（3）投資省、占地面積少、環保、操作管理維護容易、生產成本低。

（4）可以與連續球磨工藝配套使用，生產更具優勢，綜合電耗會進一步降低。

（5）從動立磨的粉碎原理知，主要是通過物料的相互撞擊而被粉碎，越硬越脆的物料粉碎效果越佳，而陶瓷廢舊、邊角料就是這種性質的物料；如果把廢舊料回收粉磨加工后，作原料重新利用，是非常有成效的事情，也是節能減排上的創新，對陶瓷企業的升級改造起到很大的積極意義。

（6）按工藝及生產的需求，動立磨機也可配置成生產80～325目的產品，在這一階段更加凸顯動立磨突出的性能優勢，這將會為陶瓷干法工藝生產提供良好的基礎。

［1］劉桂桐，劉國俊.華同動立磨技術在陶瓷行業中的應用及優勢［J］.佛山陶瓷，2015，25（2）：3～34.

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［6］范新暉，周子松，朱華.淺析“神工快磨”立磨設備的技術性能及創新特點［J］.佛山陶瓷，2014，24（4）：29～31.

［7］趙光巖，吳敏.二次球磨工藝的探討［J］.佛山陶瓷，2015，25（4）：20～23.

劉桂桐，廣州人，1946年生，男，教授級高工，從事材料科學與工程的教學及科研設計工作。