陶瓷研磨體在水泥行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

  近年來，水泥行業(yè)產(chǎn)能過剩嚴(yán)重，市場(chǎng)競(jìng)爭激烈，水泥生產(chǎn)企業(yè)為提高競(jìng)爭力不斷通過各種途徑實(shí)現(xiàn)降本增效。在此背景下，陶瓷研磨體用于水泥粉磨漸漸成為熱點(diǎn)。本文將就陶瓷研磨體在水泥行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景展開探討。

  陶瓷研磨體應(yīng)用現(xiàn)狀

  陶瓷研磨體具有硬度高、密度大、磨損率低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于白水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料、涂料、油漆等行業(yè)的原材料的粉磨中。在水泥粉磨方面，國內(nèi)上世紀(jì)50年代曾嘗試用陶瓷研磨體磨水泥，但由于當(dāng)時(shí)陶瓷研磨體生產(chǎn)工藝較差、韌性不足、水泥粉磨工藝粗獷等原因，未能推廣普及。近年來，陶瓷研磨體制備工藝、產(chǎn)品性能日益提高，水泥粉磨工藝精細(xì)化特別是輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，導(dǎo)致球磨機(jī)破碎功能需求弱化而主要以研磨功能為主，這也使得陶瓷研磨體在水泥粉磨中的應(yīng)用成為可能。

  目前的水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體適用于干法水泥終粉磨球磨機(jī)系統(tǒng)工藝流程，尤其是輥壓機(jī)-球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

  陶瓷研磨體相對(duì)于金屬研磨體具有以下優(yōu)點(diǎn)：

  1.節(jié)電。由于陶瓷研磨體較金屬研磨體密度小，磨機(jī)研磨體裝載量降低約20%、主機(jī)電流降幅超過20%、噸水泥節(jié)電普遍超過4kWh，最佳案例節(jié)電甚至接近10kWh。

  2.耐磨。陶瓷研磨體由于其特性，球耗比金屬研磨體低50%左右，使用壽命是金屬研磨體的2~3倍。

  3.顆粒優(yōu)化。使用陶瓷研磨體后水泥顆粒組成更加合理，3~32μm顆粒含量提高2%以上，球形顆粒增多，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量下降1%~2%，與混凝土外加劑的相容性改善。

  4.降低水泥出磨溫度，降幅超過20℃。

  5.環(huán)保。磨機(jī)噪音顯著降低，不含重金屬。

  6.磨機(jī)壽命延長。陶瓷研磨體比金屬研磨體重量輕接近一半，因此其對(duì)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。

  水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)主要分布在山東，包括山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司、淄博賽納、淄博鼎美、聊城天匯、聊城眾鑫等眾多相關(guān)企業(yè)。水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體主要化學(xué)成分為Al2O3，另外有添加氧化鋯等改性增韌材料。其成型工藝主要分為兩類：壓制成型和滾制成型。原料上，通過選用超細(xì)高純氧化鋁粉作為原料，添加氧化鋯等增韌材料制備的陶瓷研磨體強(qiáng)度及韌性均已滿足水泥粉磨工況要求；成型工藝上，壓制成型和滾制成型各有優(yōu)點(diǎn)，一般來說壓制成型破球率更低，滾制成型耐磨性更好。

  其中，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司早在2006年就已研發(fā)出適用于水泥粉磨的陶瓷研磨體產(chǎn)品，經(jīng)過不斷完善優(yōu)化，近年來已在中材、海匯集團(tuán)浮來水泥廠等成功應(yīng)用。另外，山水、中聯(lián)、南方、紅獅等水泥集團(tuán)及眾多小型水泥企業(yè)均已應(yīng)用不同陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)的陶瓷研磨體產(chǎn)品，這當(dāng)中成功及失敗的案例均有，究其原因主要是：兩個(gè)行業(yè)相互較為陌生，沒能做到“選好球”、“用好球”。失敗的案例主要是由于選用了不符合水泥粉磨工況要求的低品質(zhì)陶瓷研磨體，以及磨機(jī)粉磨工藝未能針對(duì)陶瓷研磨體作相應(yīng)調(diào)整造成的。

  陶瓷研磨體現(xiàn)有不足及解析

  “破球”和“減產(chǎn)”是當(dāng)前水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體在實(shí)際應(yīng)用失敗案例中所表現(xiàn)出的兩大不足，這還是和上文所提到的沒能做到“選好球”、“用好球”有關(guān)。行業(yè)不景氣的情況下，若能穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)能效果明顯，即使小幅度減產(chǎn)（10%以內(nèi)），對(duì)大多數(shù)水泥企業(yè)來說尚可接受，但若是因破球?qū)е掠绊懻Ｉa(chǎn)則是水泥企業(yè)最懼怕接受陶瓷研磨體的原因。水泥企業(yè)選用陶瓷研磨體時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

  1.選好球

  （1）陶瓷球?qū)贌o機(jī)非金屬材料，它的硬度、耐磨性較金屬研磨體高，但韌性不足。特別是當(dāng)陶瓷研磨體與磨機(jī)金屬襯板發(fā)生碰撞時(shí)，質(zhì)量不高的陶瓷研磨體就會(huì)出現(xiàn)破球現(xiàn)象。一旦破球率達(dá)到一定程度，產(chǎn)生的高強(qiáng)度碎片棱角與好球相互碰撞會(huì)導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，進(jìn)一步加劇破球現(xiàn)象。水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體選用高純超細(xì)氧化鋁粉作為原料，才能為其品質(zhì)提供基本保障。此外，還可通過加入微量元素（如氧化鋯等）實(shí)現(xiàn)改性增韌，使其不僅強(qiáng)度高，而且還具備足夠的韌性。需要注意的是，由于氧化鋯等增韌原料成本較高及生產(chǎn)工藝的差別，各家產(chǎn)品摻加比例不盡相同。

  （2）陶瓷研磨體成型方法常見壓制成型和滾制成型兩種。由于工藝過程的差異，導(dǎo)致成型、焙燒后的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)不同，密實(shí)程度和抗沖擊的能力也不一樣。一般情況下，相同材質(zhì)、相同規(guī)格的陶瓷球，壓制成型破損率低于滾制成型，但由于燒成工藝控制差別，有的滾制成型產(chǎn)品破損率也較低，不可一概而論。

  2.用好球

  （1）目前情況下，球磨機(jī)一倉不太適用陶瓷研磨體。

  當(dāng)入磨物料粒度≥5mm時(shí)，球磨機(jī)一倉需要研磨體處于拋落狀態(tài)，以沖擊粉碎作用為主，將大塊物料粉碎成細(xì)顆粒。這一過程難免會(huì)發(fā)生研磨體與襯板及物料等的劇烈相互碰撞，對(duì)韌性低于金屬研磨體的陶瓷研磨體會(huì)造成破球率較高現(xiàn)象的發(fā)生。

  （2）首次裝填陶瓷研磨體時(shí)，應(yīng)防止陶瓷研磨體直接撞擊襯板。

  可先在磨機(jī)中裝填部分水泥，防止陶瓷研磨體從較高高度直接沖擊襯板出現(xiàn)微裂紋，影響陶瓷球的使用壽命。

  （3）避免按金屬研磨體使用經(jīng)驗(yàn)來使用陶瓷研磨體。

  從目前成功的案例來看，直徑3米以內(nèi)的磨機(jī)較適合使用陶瓷研磨體。隨著陶瓷研磨體技術(shù)的不斷完善，不久的將來大直徑磨機(jī)應(yīng)用陶瓷研磨體也將不成問題；擁有工況良好的輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)的水泥磨更適合使用陶瓷球，通過降低入磨粒度，充分發(fā)揮陶瓷研磨體擅長的研磨能力，弱化沖擊破碎需求，預(yù)粉磨越完全，整體節(jié)電效果越明顯，產(chǎn)量降幅也較小。

  陶瓷研磨體因其密度低于金屬研磨體的50%，在球磨機(jī)同一倉位內(nèi)，陶瓷球一般做不到與鋼球、鋼鍛有“相同裝載量”；如果裝載量相同，陶瓷球的體積（或填充率）就得是鋼球、鋼鍛的2倍以上。由于現(xiàn)階段一倉依然使用金屬研磨體，為保證走料順暢，陶瓷研磨體填充率應(yīng)比金屬研磨體略高，但不可能達(dá)到2倍。這就導(dǎo)致陶瓷研磨體在節(jié)電的同時(shí)，不可避免地帶來產(chǎn)量的下降，降低幅度約在10%左右，目前最成功的案例已將降幅控制在4%以內(nèi)。同時(shí)，使用陶瓷研磨體時(shí)，磨機(jī)襯板、隔倉板、轉(zhuǎn)速、通風(fēng)量等也都需做相應(yīng)調(diào)整，通過系統(tǒng)整體優(yōu)化，可減小產(chǎn)量降幅。

  推廣面臨的阻礙

  1.行業(yè)間存在信息孤島

  以目前的技術(shù)條件，陶瓷研磨體企業(yè)生產(chǎn)出符合水泥粉磨需求的產(chǎn)品已不成問題。但兩個(gè)行業(yè)間互相缺乏了解溝通，陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)對(duì)水泥粉磨工藝缺乏足夠的認(rèn)識(shí)；水泥企業(yè)對(duì)陶瓷研磨體這一新的研磨材料缺乏足夠的了解，應(yīng)用陶瓷研磨體后，磨機(jī)等生產(chǎn)工藝需做的調(diào)整及具體操作要求不甚清楚，導(dǎo)致該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不能最大限度發(fā)揮，相互間仍處于相互了解、相互磨合階段。

  2.標(biāo)準(zhǔn)缺乏

  水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體標(biāo)準(zhǔn)目前仍在制定過程中，具體的抗壓強(qiáng)度、耐磨性、韌性等指標(biāo)及與水泥粉磨工藝的契合沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。不同企業(yè)的產(chǎn)品各有所長又各有不足，仍處于探索總結(jié)階段。

  3.市場(chǎng)仍需規(guī)范

  陶瓷球生產(chǎn)企業(yè)眾多，有的企業(yè)工藝技術(shù)不過關(guān)，或?yàn)閴嚎s成本偷工減料、以次充好，通過夸大宣傳進(jìn)入水泥磨機(jī)用陶瓷研磨體市場(chǎng)領(lǐng)域。水泥企業(yè)用戶對(duì)產(chǎn)品難以甄別選擇，許多企業(yè)盲目聽信虛假宣傳采購劣質(zhì)產(chǎn)品，導(dǎo)致破球率高等問題出現(xiàn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)及對(duì)陶瓷研磨體的市場(chǎng)評(píng)價(jià)。如今，市場(chǎng)仍處于優(yōu)勝劣汰階段。

  前景展望

  目前，全國水泥行業(yè)適用陶瓷研磨體的磨機(jī)約有3000臺(tái)，按每臺(tái)100t裝填量估計(jì)，約需要300000噸陶瓷研磨體，考慮到磨耗每年約需補(bǔ)充50000噸陶瓷研磨體，市場(chǎng)前景廣闊。

  未來隨著技術(shù)的進(jìn)步，陶瓷研磨體應(yīng)用可能在以下領(lǐng)域取得進(jìn)展：

  1.磨機(jī)襯板由金屬襯板替換為橡膠襯板或陶瓷襯板，以更好地發(fā)揮陶瓷研磨體的效能。

  2.陶瓷研磨體性能進(jìn)一步提高，球磨機(jī)一倉亦可更換為陶瓷研磨體，屆時(shí)陶瓷研磨體填充率可進(jìn)一步優(yōu)化，減產(chǎn)問題有望徹底解決。

  3.由于水泥出磨溫度降低，提升機(jī)有更換為膠帶提升機(jī)的可能性，若實(shí)現(xiàn)節(jié)電，效果將更加突出。

  總體來說，現(xiàn)階段陶瓷研磨體用于水泥粉磨完全可行，但仍有待優(yōu)化完善，未來前景廣闊。