鋯鋁耐磨陶瓷研磨體在水泥行業(yè)粉磨中不降產(chǎn)的應(yīng)用實(shí)踐

摘 要：佛山市陶瓷研究所集團(tuán)股份有限公司（以下簡稱“佛山陶瓷研究所”）根據(jù)磨機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐特別研制開發(fā)的一種以氧化鋁材料為主料并添加改性增韌的氧化鋯加工生產(chǎn)的一種高硬度無機(jī)非金屬研磨介質(zhì)——鋯鋁耐磨陶瓷研磨體（以下簡稱“陶瓷球”），針對水泥行業(yè)陶瓷球應(yīng)用存在破碎、降產(chǎn)應(yīng)用問題施策，在江西某水泥廠探索出不降產(chǎn)的優(yōu)化粉磨。

關(guān)鍵詞：鋯鋁耐磨陶瓷研磨體（陶瓷球）;節(jié)能;低碳;環(huán)保;提質(zhì);不減產(chǎn)

1 引 言

在陶瓷行業(yè)球磨工序，各種坯料、釉料、以及水煤漿等原燃材料粉體制備，基本上都是用陶瓷球作為研磨介質(zhì)。水泥行業(yè)、水泥球磨機(jī)傳統(tǒng)研磨體為鋼球/鍛研磨體（以下簡稱“鋼球/鍛”），主電機(jī)電流高，水泥粉磨電耗較高。近年來，水泥行業(yè)受產(chǎn)能過剩、環(huán)保督查、去產(chǎn)能、協(xié)同生產(chǎn)、階梯電價等政策影響，使水泥企業(yè)不得不適應(yīng)形勢的發(fā)展需要主動提產(chǎn)降耗、減負(fù)增效，以求在市場上立足，陶瓷球也在新形勢下逐步應(yīng)用到水泥磨，并以其優(yōu)于傳統(tǒng)鋼球/鍛的節(jié)能、提質(zhì)、環(huán)保等明顯優(yōu)勢，佛山陶瓷研究所陸續(xù)在多家水泥企業(yè)幾百臺（套）粉磨系統(tǒng)成功應(yīng)用實(shí)施，節(jié)能效果明顯。用鋯鋁耐磨陶瓷球置換傳統(tǒng)的高鉻鋼球/鍛生產(chǎn)水泥，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效效果，成為一種受水泥粉磨客戶青睞和推崇的大趨勢。

2 陶瓷球主要參數(shù)及相比鋼球/鍛的優(yōu)勢分析

2.1陶瓷球與鋼球/鍛主要參數(shù)對比

2.2陶瓷球相比鋼球/鍛在水泥研磨中的優(yōu)勢

（1）節(jié)能降耗：陶瓷球能夠降低磨機(jī)研磨體裝載量20%以上，磨主電機(jī)電流降低20%以上，噸水泥節(jié)電15%以上，電耗降低3～6kwh/t·水泥;

（2）提質(zhì)增效：陶瓷球粉磨的水泥產(chǎn)品，改善了水泥產(chǎn)品整形效果，球形顆粒增多，顆粒組成更加合理，3～32μm顆粒含量提高1%～2%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下降1%～2%，有利于后期強(qiáng)度的提高、與混凝土外加劑更相容;

（3）降溫減噪：陶瓷球?yàn)闊o機(jī)材質(zhì)離子鍵班共價鍵，磨內(nèi)溫度可降低15℃以上，出磨水泥溫度也明顯降低，磨機(jī)滑履溫度也大幅降低，磨機(jī)噪音降低15db以上;

（4）耐磨抗碎：陶瓷球的莫氏硬度為9.0，高鉻鋼鍛的莫氏硬度為6.9。明顯硬度高過高鉻鋼球/鍛，鋯鋁耐磨陶瓷球引入ZrO2改性增韌，既保證了陶瓷球有較高的強(qiáng)度，同時又大大的降低了破碎率和磨耗，磨耗一般是鋼球/鍛的50%，約15g/噸水泥，破碎率低于3‰;

（5）綠色環(huán)保：陶瓷球不含重金屬鉻，可以有效減少重金屬污染，有利于實(shí)現(xiàn)國家標(biāo)準(zhǔn)對水泥產(chǎn)品中水溶性六價鉻含量的限值（≤10mg/kg）同時節(jié)能、低碳，切實(shí)改善工作環(huán)境，保障工人的職業(yè)健康，也減少終端客戶受六價鉻離子的危害;

（6）故障率低：陶瓷球質(zhì)輕，裝載量明顯降低，對磨機(jī)襯板、隔倉板、活化環(huán)等撞擊、磨損小，磨機(jī)襯板、隔倉板、活化環(huán)等使用壽命延長，磨主電機(jī)及減速機(jī)運(yùn)行負(fù)荷大幅下降，主機(jī)設(shè)備故障率降低，壽命顯著提高，減少了設(shè)備維護(hù)、維修的物力和人力成本;

（7）避免降產(chǎn)：由于質(zhì)輕，磨制同品種同等級質(zhì)量指標(biāo)相同的產(chǎn)品，早期客戶產(chǎn)量會略有下降，但下降幅度不大，一般在10%以內(nèi)，隨著在水泥行業(yè)使用經(jīng)驗(yàn)的積累，通過系統(tǒng)工藝及設(shè)備調(diào)整，也能達(dá)到不降產(chǎn)甚至提產(chǎn)的效果。

3 陶瓷球的節(jié)電機(jī)理

主要節(jié)電機(jī)理如下：

（1）負(fù)荷下降：應(yīng)用陶瓷研磨體后，使球磨機(jī)裝載量減少、整體負(fù)荷下降，在主電機(jī)不更換的條件下，球磨機(jī)功率減少;

（2）重心上移：應(yīng)用陶瓷研磨體后，填充率通常增加，研磨體的整體重心上移，在球磨機(jī)帶球高度不變的情況下克服重力做功減少;

（3）溫度降低：應(yīng)用陶瓷研磨體后，磨內(nèi)溫度和出磨溫度會下降，減少了電能轉(zhuǎn)化為熱能的損失;

（4）流速加快：陶瓷研磨體質(zhì)輕，堆積密度較為松散，物料流速變快，減少阻力。

4 陶瓷球替代鋼球/鍛的適應(yīng)性

4.1入磨物料條件

要嚴(yán)格控制入磨物料的綜合水分≤1.5%，一般來說，物料平均水分再增加1%，磨機(jī)產(chǎn)量就會降低8%～10%，平均水分≥5%，干法磨機(jī)就不能工作了，參見產(chǎn)量、電耗與水分之間的回歸方程關(guān)系：

（1）產(chǎn)量與水分回歸方程：Y=20.06-1.4X

其中：Y：產(chǎn)量 t/h，X：綜合水分%

（2）電耗與水分回歸方程：Y=11.67+6.1X

其中：Y：單位水泥粉磨電耗 kwh/t，X：綜合水分% 。

4.2粉磨系統(tǒng)設(shè)備條件

優(yōu)先選擇輥壓機(jī)-球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng);開路系統(tǒng)優(yōu)先選擇3倉球磨機(jī)，閉路系統(tǒng)優(yōu)先選擇2倉球磨機(jī);入磨物料平均粒徑≥1mm時，頭倉需要帶球能力強(qiáng)的襯板;入磨物料平均粒徑≤1mm時，頭倉需要帶球能力弱的襯板;頭倉長度應(yīng)≥3.5m，尾倉長度應(yīng)≥7.5m;球磨機(jī)優(yōu)先選擇螺旋進(jìn)料方式。

4.3陶瓷球質(zhì)量要求

優(yōu)選密度≥3.6g/cm3，容重≥2.2t/m3，莫氏硬度≥8的耐磨氧化鋁球;粉磨PO42.5水泥，工業(yè)運(yùn)行3600h以上，單倉碎球率≤0.3%，每噸水泥單倉球耗≤15g;沖擊韌性≥1.3J/cm2（落球沖擊疲勞試驗(yàn)按GB/T17445附錄A的規(guī)定進(jìn)行）。

5 陶瓷球替代鋼鍛不減產(chǎn)的應(yīng)用實(shí)踐

佛山陶瓷研究所創(chuàng)新研發(fā)的水泥研磨專用陶瓷球，滿足了水泥生產(chǎn)節(jié)能降耗的要求，省電耗、高耐磨、研磨溫度低、無污染、有效消除靜電吸附。針對陶瓷易碎的缺點(diǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用了獨(dú)特的增韌配方，提高了陶瓷球的韌性和耐撞擊力，降低破碎率。隨著水泥價格持續(xù)上揚(yáng)、居高不下，陶瓷球置換鋼球/鍛的應(yīng)用對臺時產(chǎn)量的要求越發(fā)重要，不減產(chǎn)和提產(chǎn)成了陶瓷球生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)共同追求的目標(biāo)。2019年3月我司鋯鋁耐磨陶瓷球在江西某水泥企業(yè)置換鋼鍛，經(jīng)調(diào)試，臺時產(chǎn)量持平，助磨劑恢復(fù)使用后（應(yīng)用前使用助磨劑），臺時略有增長。

5.1存在問題

（1）輥壓機(jī)配置不大，HFCG500×1200型，且比較陳舊;

（2）隔倉板卸料孔直徑較大，陶瓷球置換鋼鍛后，出現(xiàn)料、球面高過卸料口的現(xiàn)象，不能滿足陶瓷球相應(yīng)填充率的提高;

（3）出料壁板出現(xiàn)糊料現(xiàn)象;

（4）對打散機(jī)篩網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)兩處漏洞，影響分級效果;

（5）入磨拉鏈機(jī)設(shè)計能力不足，制約磨機(jī)產(chǎn)能的提高;

（6）助磨劑停用及熟料質(zhì)量（粉磨站熟料供應(yīng)質(zhì)量）的影響。

5.2改善措施

（1）對輥壓機(jī)輥皮磨損定期對焊修復(fù)，確保輥壓機(jī)輥面有效做功;

（2）對隔倉板卸料孔直徑相應(yīng)縮小，滿足填充率升高10%～15%的需要，避免因填充率的增高，造成陶瓷球進(jìn)入隔倉板磨穿隔倉板致使研磨體串倉風(fēng)險;

（3）陶瓷球置換鋼球后，磨內(nèi)溫度下降，物料流速加快，改善了磨內(nèi)通風(fēng)，降低磨機(jī)出料壁板糊料現(xiàn)象;

（4）對打散機(jī)漏洞及時修復(fù)，確保高效正常工作;

（5）根據(jù)廠內(nèi)實(shí)際情況，擇期技改;

（6）根據(jù)公司整體部署，實(shí)現(xiàn)助磨劑申報手續(xù)，臺時產(chǎn)量進(jìn)一步提高，熟料供應(yīng)也業(yè)已實(shí)驗(yàn)集團(tuán)內(nèi)部調(diào)撥，確保熟料的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

5.3級配調(diào)整優(yōu)化方案（見表7）

級配調(diào)整優(yōu)化見表7

5.4應(yīng)用效果

研磨過程中無碎球，極大地改善了水泥產(chǎn)品的性能，該公司最關(guān)注的細(xì)度、比表面積達(dá)到了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

我司專心致力于新材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用，專業(yè)生產(chǎn)氧化鋁研磨球、襯磚，產(chǎn)品優(yōu)異的性價比使其在原料的連續(xù)球磨、各種球磨中得到廣泛使用，在原料加工的節(jié)能、降耗、增產(chǎn)特點(diǎn)得到消費(fèi)者的認(rèn)可。金剛集團(tuán)將繼續(xù)以科技創(chuàng)新為發(fā)展之本，堅(jiān)持多元化發(fā)展，不斷研發(fā)新產(chǎn)品，應(yīng)用新領(lǐng)域，與客戶實(shí)現(xiàn)合作雙贏！

6 應(yīng)用陶瓷球效益分析

以最近置換鋼鍛應(yīng)用陶瓷球生產(chǎn)水泥的江西D水泥客戶為例，Φ3.2m×13m水泥磨應(yīng)用前電耗>30kwh/t水泥，應(yīng)用后就見成效，PO42.5水泥和PC32.5R水泥電耗平均低26.5kwh/t水泥，助磨劑恢復(fù)正常效果更加明顯，降低4kwh/t水泥，甚至更多，產(chǎn)能50萬t/a，平均電價按0.55元/kwh計，則陶瓷球置換后僅節(jié)電效益每年就達(dá)110萬元：

50萬t/a×4kwh×0.55元/kwh=110萬元

7 總 結(jié)

（1）陶瓷球在水泥行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有幾年的探索經(jīng)驗(yàn)，陶瓷球本身的改善和陶瓷球在水泥磨的應(yīng)用技術(shù)都積累了很多經(jīng)驗(yàn)。

（2）陶瓷球在水泥企業(yè)的應(yīng)用之前存在兩個困惑：破碎和降產(chǎn)。陶瓷球破碎已經(jīng)解決，能夠穩(wěn)定控制在可控范圍，通過對磨機(jī)不降產(chǎn)的應(yīng)用探索，陶瓷球在水泥磨中應(yīng)用不降產(chǎn)也慢慢的得以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張德強(qiáng).鋯鋁耐磨陶瓷研磨體在水泥粉磨中不減產(chǎn)的應(yīng)用探索[J].水泥，2020（5）：43-45/39