一種新型原材料節能球磨方法的研究與應用

摘 要：隨著陶瓷工業的快速發展，節能降耗成為行業關注的重點。傳統的球磨工藝能耗高，影響了生產成本和環保目標的實現。本文提出了一種新型的原材料節能球磨方法，通過將傳統的一次球磨工藝改進為粗磨與細磨的二次球磨工藝，并優化球磨參數和裝載量，顯著降低了單位時間內的電耗。本文詳細介紹了該方法的工藝流程、技術優勢及實際應用效果，并通過多年的數據對比分析，展示了其節能效果和實際應用價值。

關鍵詞：節能球磨；二次球磨工藝；陶瓷生產；電耗優化

1引言

在陶瓷生產中，球磨工藝是將大顆粒原材料研磨成漿料的關鍵步驟之一。傳統的球磨工藝大多采用間斷式一次球磨，通過球石的沖擊、擠壓和研磨作用來完成這一過程。然而，這種方法的能耗較高，直接影響了生產成本的控制和環保目標的實現。為了降低能耗，提高球磨效率，研究并應用一種新型的節能球磨方法顯得尤為重要。

2 傳統工藝與新工藝相較

2.1 傳統球磨工藝

在傳統的陶瓷生產中，間斷式的一次球磨工藝被廣泛應用。具體來說，球磨機內裝載一定數量的球石和泥沙料，球石在電機帶動下，通過沖擊和摩擦將大顆粒的泥沙料研磨成符合生產要求的漿料。此過程雖簡單直接，但因球石裝載量大、電機運行頻率高，導致電能消耗較為顯著。以某陶瓷廠為例，傳統一次球磨的電耗可高達41.15度/噸。這不僅增加了生產成本，還對企業的節能減排目標構成了挑戰。

2.2 改進的二次球磨工藝

為應對傳統球磨工藝的高能耗問題，本文提出了將一次球磨工藝改進為二次球磨工藝的方法。該方法通過將球磨過程分為粗磨和細磨兩個階段，初始階段采用較大規格的球石進行粗磨，當漿料達到一定的細度后，轉入細磨階段，使用較小規格的球石進行進一步研磨。此種方式不僅提高了球磨效率，還能通過調整球石和泥沙料的裝載量，減少球磨機的摩擦阻力，從而顯著降低電耗。

3 新工藝實驗技術點及細節

3.1 技術問題的提出

傳統一次球磨工藝的高能耗問題一直困擾著陶瓷生產企業。通過對球磨工藝的深入研究和反復試驗，提出了一種新型的節能球磨方法。該方法通過調整球石與泥沙料的裝載量和電機頻率，優化球磨過程中的動能平衡，從而達到節能降耗的目的。

3.2 技術關鍵點

新型節能球磨方法的核心在于對球石與泥沙料的裝載量和電機運行頻率的優化調整。具體來說，在改進后的二次球磨工藝中：

（1）球石裝載量的調整：在傳統工藝中，60噸球磨機內的球石裝載量為55噸，而泥沙料為60噸。通過改進，球石裝載量減少至40噸，泥沙料增加至73噸。通過減少球石的裝載量，降低了球磨機內的摩擦阻力，進而降低了電耗。

（2）電機頻率的調整：為了進一步減少電耗，電機的運行頻率由原來的50Hz調整至42-47Hz之間。通過降低電機頻率，可以減少球磨機的電流消耗，從而達到節能的目的。

（3）二次球磨工藝的應用：在粗磨階段，采用較大規格的球石對泥沙料進行初破碎；在細磨階段，采用較小規格的球石進一步研磨漿料。這種兩步球磨的方法不僅能夠保證漿料的細度符合生產標準，還顯著降低了單位時間內的電耗。

3.3 技術實施細節

為確保該新型球磨方法的有效性，本文進行了多項試驗，對比分析了不同球石裝載量和電機頻率對球磨工藝的影響。在實際操作中，通過不斷調整球石與泥沙料的比例，使得球磨機在降低電耗的同時，仍能保證漿料細度達標。此外，采用的球石材質也進行了優化，由傳統的中鋁球石改為中高鋁球石，進一步提升了研磨效率。

在粗磨階段，選用密度為3.6 g/cm3，規格為20-30 mm的中高鋁球石，裝載量為40噸，粗磨時間為8h。漿料經過粗磨后，其粒度從原來的1000微米降至300微米。接著，細磨階段使用密度相同、規格為10-20 mm的小規格中高鋁球石，細磨時間為7h，最終漿料粒度達到45微米，符合生產標準。

4 實驗與分析

4.1 數據采集與分析

為了評估新型節能球磨方法的實際效果，本文對2015年至2023年間的生產數據進行了詳細分析。數據包括電能消耗、球磨時間、電機運行頻率、球磨機電流、球石裝載量以及泥沙料裝載量等關鍵指標。下表展示了各項指標在不同時期的變化趨勢。

4.2 數據可視化分析

為了更直觀地展示這些數據的變化趨勢，以下圖表展示了2015年至2023年間各項指標的變化：

從圖 1 中可以明顯看到，隨著新型節能球磨方法的逐步實施，單位電能消耗逐年下降，從2015年的41.15度/噸下降至2023年的27.91度/噸，節能效果顯著。

4.3 實驗結果討論

在本文的研究中，我們對2015年至2023年間采用傳統一次球磨工藝和新型二次球磨工藝的電能消耗、球磨時間、電機運行頻率、球磨機電流、球石裝載量、泥沙料裝載量等關鍵數據進行了詳盡分析。通過對這些數據的分析討論，可以得到以下幾個重要結論：

4.3.1 電能消耗的顯著降低

數據表明，從2015年到2023年，單位電能消耗從41.15度/噸下降至27.91度/噸，下降幅度超過32%。這種顯著的節能效果主要歸因于以下幾個方面的改進：

球磨工藝的改進：在2016年引入二次球磨工藝后，雖然電能消耗的下降在初期并不顯著，但隨著對球石和泥沙料裝載量的持續優化調整，電能消耗逐年遞減。這表明二次球磨工藝的成功實施依賴于一系列后續的持續試驗和調整。

球石裝載量的減少：在傳統工藝中，球石裝載量為55噸，而經過優化后減少至40噸。雖然球石的減少可能會影響磨漿效率，但通過增加泥沙料的裝載量，使其從60噸增加到73噸，不僅彌補了球石減少帶來的影響，還進一步降低了球磨機內的摩擦阻力，從而減少了電能消耗。

電機運行頻率的優化：隨著電機運行頻率從最初的50Hz逐步降低至42-47Hz，球磨機電流得到了有效控制。這一調整顯著減少了單位時間內的電流消耗，是實現節能的重要因素。

4.3.2 工藝效率的提升與優化

盡管在引入二次球磨工藝后，球磨時間有所增加（從2015年的12小時增加到2023年的15小時），但通過對球磨工藝的整體優化，特別是在電機頻率和球石裝載量方面的調整，最終實現了單位電能消耗的降低。通過以下方式，工藝效率得到了顯著提升：

粗磨與細磨的分階段處理：粗磨階段采用較大規格的球石（20-30 mm）對原料進行初步破碎，使漿料粒度從1000微米降至300微米；隨后在細磨階段，使用較小規格的球石（10-20 mm）對漿料進行進一步研磨，最終達到45微米的標準。分階段的處理不僅提高了研磨效率，還使得漿料的最終細度得到了更好的控制。

持續的實驗調整：盡管在二次球磨工藝引入的初期，并未見到顯著的電能消耗降低，但通過持續的實驗和參數調整，逐漸找到了最佳的工藝條件，包括球石與泥沙料的最優裝載量比例和電機運行頻率。這種持續的優化過程是實現最終節能效果的關鍵。

4.3.3 電機頻率與球磨機電流的關聯分析

實驗中觀察到，隨著電機頻率的降低，球磨機電流也呈現出逐步下降的趨勢。這種現象可以通過電機運行的基本原理來解釋：較低的運行頻率減少了電機的轉速，從而減少了機械摩擦和電能消耗。具體而言，電機頻率從50Hz降低至42-47Hz后，球磨機電流從2015年的280-300A逐步下降至2023年的180A。這一調整不僅有助于降低電能消耗，還減少了球磨機的機械磨損，延長了設備的使用壽命。

4.3.4 球石與泥沙料裝載量的最優匹配

在實驗中，通過對球石和泥沙料裝載量的多次試驗，最終確定了40噸球石與73噸泥沙料的裝載量組合。這一組合不僅達到了動能平衡，增強了球磨機的慣性效果，還有效減少了球磨機內的摩擦阻力，從而實現了電能消耗的最小化。同時，盡管球石裝載量減少，但由于泥沙料裝載量的增加，研磨效率并未受到負面影響，反而因更高的泥沙料裝載量提高了球磨工藝的整體效率。

4.3.5 實驗結果的意義與展望

總體來看，本文提出的新型節能球磨方法通過對球石裝載量、電機頻率以及工藝流程的持續優化，實現了顯著的節能效果。這不僅降低了陶瓷生產的成本，還為行業的節能減排提供了可借鑒的技術路徑。在未來的應用中，該方法有望在更廣泛的陶瓷生產領域推廣，同時，通過進一步的技術優化，可能會取得更大的節能效益。

5 結論

本文通過對傳統球磨工藝的分析，提出了一種新型的原材料節能球磨方法。該方法通過優化球石與泥沙料的裝載量、調整電機頻率以及采用二次球磨工藝，顯著降低了電耗，達到了節能減排的目的。實驗數據表明，新型球磨方法在降低能耗的同時，仍能保證漿料細度符合生產要求，具有廣泛的應用前景。

通過多年的實踐應用，新型節能球磨方法已經證明了其在陶瓷生產中的優勢。未來，隨著技術的不斷發展和優化，該方法有望在更廣泛的陶瓷生產領域得到應用，為行業的節能減排做出更大的貢獻。