結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體應(yīng)用案例介紹

  陶瓷材料的應(yīng)用，其發(fā)展歷程是人類社會(huì)文明進(jìn)步的展現(xiàn)。陶瓷的發(fā)展大致經(jīng)過(guò)陶器→炻器→瓷器→傳統(tǒng)陶瓷或普通陶瓷→先進(jìn)陶瓷等幾個(gè)階段。對(duì)于先進(jìn)陶瓷的稱謂，在文獻(xiàn)中也在使用技術(shù)陶瓷、現(xiàn)代技術(shù)陶瓷、工程陶瓷的稱謂，本文擬使用工程陶瓷的稱謂。工程陶瓷則是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能，通過(guò)嚴(yán)格的成份配比和生產(chǎn)工藝控制及使用相應(yīng)的設(shè)備而制造出來(lái)的高性能材料。

  工程陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）分為結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷。

  結(jié)構(gòu)陶瓷分為氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷與玻璃陶瓷。

  氧化物與非氧化物主要分為以下兩類：

  第一類，氧化物陶瓷：主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、 其他氧化物陶瓷如莫來(lái)石陶瓷、氧化鎂陶瓷、氧化鈹陶瓷及復(fù)相氧化物增韌陶瓷等。

  第二類，非氧化物陶瓷：

  氮化物陶瓷：氮化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷、氮化硼陶瓷。

  碳化物陶瓷： 碳化硅陶瓷、 碳化硼陶瓷、碳化鈦陶瓷。

  硼化物陶瓷：主要有硼化鈦陶瓷、硼化鋯陶瓷等。

  其他非氧化物陶瓷：二硼化鋯陶瓷、二硅化鉬陶瓷。

  同金屬材料相比，陶瓷的最大優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)異的高溫機(jī)械性能、耐化學(xué)腐蝕、耐高溫氧化、高強(qiáng)度耐磨損抗沖刷、比重?。s為金屬的1/3~2/3），因而在許多場(chǎng)合逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應(yīng)用到金屬材料根本無(wú)法勝任的場(chǎng)合，如在原材料工業(yè)的礦山、冶金、化工、有色、石油、建筑、建材、水泥等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中成為不可或缺的設(shè)備部件防護(hù)材料與制成產(chǎn)品的工具與介質(zhì)。但是，亦應(yīng)注意到，陶瓷材料的最大缺點(diǎn)是脆性，在傳統(tǒng)陶瓷的應(yīng)用中成為致命的弱點(diǎn)，即使目前工程陶瓷的脆性有很大的改善，但其脆性仍是其在高應(yīng)力磨料磨損工作環(huán)境在是無(wú)法規(guī)避的弱項(xiàng)。

  眾所周知，大多數(shù)陶瓷材料與金屬材料相比，其塑性變形能力差、對(duì)應(yīng)力集中和裂紋敏感。顯然，用陶瓷作為粉磨水泥的研磨體，其可靠性比金屬材料差，即使是質(zhì)地較為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷，在使用中也會(huì)出現(xiàn)異常情況，如研磨體碎裂，對(duì)沖擊力較大工作環(huán)境的不適應(yīng)等。故此陶瓷球不適宜用于依靠沖擊力做功粉碎物料的水泥管磨機(jī)的頭倉(cāng)，即使在二倉(cāng)（對(duì)于三倉(cāng)磨）或尾倉(cāng)（對(duì)于雙倉(cāng)磨），陶瓷球的碎球現(xiàn)象也有出現(xiàn)的記錄。粉磨水泥出現(xiàn)的碎球現(xiàn)象，反映兩方面問(wèn)題：一是陶瓷球質(zhì)量，二是粉磨工藝與操作。陶瓷球質(zhì)量由其技術(shù)性能即機(jī)械性能與物理、化學(xué)性能來(lái)體現(xiàn)的。對(duì)決定用于粉磨水泥的結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體（球）質(zhì)量的技術(shù)性能，以下幾項(xiàng)：密度、硬度、耐壓強(qiáng)度、剛度、斷裂韌性的影響較大。我們知道，結(jié)構(gòu)陶瓷的硬度、耐壓強(qiáng)度比耐磨金屬高的多，而密度、剛度（彈性模量）、斷裂韌性的改進(jìn)完善，是提高結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量和使用效果的關(guān)鍵。

  研磨類陶瓷球是用于球磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)等細(xì)粉碎設(shè)備的研磨體。研磨類陶瓷球具有硬度高、體積密度大、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體有常用的氧化鋁、碳化硅、氮化硅等。氧化鋁陶瓷研磨體，根據(jù)其Al2O3含量的不同，研磨陶瓷球微晶中鋁研磨陶瓷球、高鋁研磨陶瓷球等。

  氧化鋁球具有高耐磨性、高硬度、高強(qiáng)度等優(yōu)良特性，是球磨機(jī)、震動(dòng)磨機(jī)等設(shè)備的研磨介質(zhì)。氧化鋁球的特點(diǎn)：白度高，對(duì)被研磨物料的品質(zhì)沒(méi)有影響；磨耗低，能夠大大延長(zhǎng)磨體的使用壽命；比重大，提高了研磨效率，降低研磨時(shí)間；耐高溫、耐酸、耐堿和耐腐蝕。其外觀是直徑0.5到120毫米不等的白色球狀，已經(jīng)包含水泥粉磨用研磨體的規(guī)格。

  以下試舉幾個(gè)結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體應(yīng)用案例。

  1. （HSCF）1號(hào)磨試驗(yàn)Ф3.2×13m開路球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

  2臺(tái)Ф3.2×13m開路球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，磨前配置有輥壓機(jī)和打散分級(jí)機(jī)。1號(hào)磨改用陶瓷研磨體前，入磨物料細(xì)度為80um篩余＜20％，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量約150t/h左右，粉磨工序電耗約25kWh/t左右，將一二倉(cāng)全部改用陶瓷研磨體，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量平均為140噸，比原來(lái)的150噸下降了10噸左右；工序電耗由原來(lái)的25度下降為19.5度。

  2號(hào)磨試驗(yàn)Φ3.2m×13.0m

  HSCF水泥：輥壓機(jī)規(guī)格1800×1600，額定功率2800Kw;v型選粉機(jī)HFV5000;高效選粉機(jī)水泥磨機(jī)Φ3.2m×13.0m功率1600Kw；研磨體為陶瓷球。水泥產(chǎn)量質(zhì)量指標(biāo)：入磨粒度80μm篩篩余15%，出磨粒度80μm篩篩余小于2%，比表面積370m2/kg，PC32.5水泥臺(tái)時(shí)產(chǎn)量128t/h. 去年8月份水泥粉磨工序電耗19.65kWh/t水泥。比公司26.8 kWh/t水泥低7.15 kWh/t水泥。

  HS水泥56臺(tái)水泥磨機(jī)使用陶瓷球，其效果是降低水泥磨機(jī)主機(jī)電耗，工序電耗因此降低。磨機(jī)降低4~7 Kwh/t噸水泥，工序降低3~4Kwh/t噸水泥。水泥磨機(jī)產(chǎn)量降低11%左右。

  2.（SSD）Φ3.2×13m聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，水泥磨二倉(cāng)試用陶瓷研磨體研磨體。使用陶瓷研磨體后，水泥磨主電機(jī)電流由105A降至70A，水泥粉磨電耗的降低十分明顯。其中P·O42.5R降低4.39kWh/t、P·II42.5R降低7.84kWh/t、P·O52.5R降低8.9kWh/t。臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低范圍在10%以內(nèi)，而且經(jīng)過(guò)適應(yīng)性調(diào)整已基本達(dá)到恢復(fù)；質(zhì)量方面，在其它條件不變的情況下，各品種水泥都表現(xiàn)出45μm篩余和比表面積同時(shí)降低、3天強(qiáng)度略有降低、28天強(qiáng)度略有上升的現(xiàn)象。在試驗(yàn)期間，進(jìn)磨檢查，所用陶瓷研磨體基本沒(méi)有破損發(fā)現(xiàn)，從而驗(yàn)證了該研磨體確實(shí)具有高強(qiáng)、韌性好、耐磨等特點(diǎn)。

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  3.（NXZ）￠3.6m×13m帶輥壓機(jī)雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

  磨機(jī)系統(tǒng)：1#和2#，帶輥壓機(jī)雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。磨機(jī)為三倉(cāng)磨。綜合1#和2#兩臺(tái)磨機(jī)的情況，綜合分析如下：

  1）、熟料入磨比表一直偏低，基本在130~160m2/kg之間。而正常數(shù)據(jù)應(yīng)在180~220m2/kg之間。而對(duì)于陶瓷球的應(yīng)用，要求從輥壓機(jī)出來(lái)的物料細(xì)度越小，則越利于后面陶瓷球的工作。

  2）、從兩次倒出的陶瓷球來(lái)看，都存在糊球現(xiàn)象。時(shí)測(cè)入磨水份0.9%,出磨溫度90℃。陶瓷球如果用不好，磨內(nèi)條件得不到優(yōu)化，作為無(wú)機(jī)材料的陶瓷研磨體照樣會(huì)糊球。

  3）、在使用陶瓷球時(shí)，用戶應(yīng)適當(dāng)提高裝載量，其填充率是鋼球填充率的1.2~1.3倍，即37%~41%之間為宜。

  4）、為提高陶瓷球的應(yīng)用成功率，必須提前全面研究整個(gè)粉磨系統(tǒng)的工藝狀況、產(chǎn)質(zhì)量以及能耗等信息。否則，任何一個(gè)小的變量都會(huì)影響到整體的使用效果，造成種種被動(dòng)。

  5）、陶瓷球在這個(gè)案例里面，破碎率極低。完全沒(méi)有因?yàn)槠扑槎绊懙疆a(chǎn)品在磨機(jī)的使用。

  4.（ZYN）Φ4.2×13m聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，水泥磨二倉(cāng)，試用陶瓷研磨體情況。二倉(cāng)鋼球設(shè)計(jì)裝載量為160t，改裝 69t陶瓷研磨體。二倉(cāng)裝載量：由160t→下降到69t；二倉(cāng)填充率：由32%→下降到27.6%；球磨機(jī)電流：由171A→下降到101A；平均臺(tái)時(shí)：由216.35t/h→下降到169.14t/h；比表面積：由約380m2/kg→增加到＞400m2/kg；平均電耗：由27.36kWh/t→25.86kWh/t水泥。

  水泥磨二倉(cāng)改用80t陶瓷研磨體后，球磨機(jī)主機(jī)電流110A，系統(tǒng)的平均粉磨電耗PC32.5水泥降低了4.08kWh/t、PO42.5水泥降低了5.03kWh/t。

  5.球磨機(jī)（SDJXFL）Φ4.2×13m閉路磨粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)。

  應(yīng)用陶瓷研磨體效果：噸水泥粉磨電耗降低5kWh；水泥顆粒球形度得到提高，3~32μm的顆粒占比提高1~3個(gè)百分點(diǎn)；出磨水泥溫度降低20℃以上；水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低；水泥與外加劑適應(yīng)性變好；使水泥能夠達(dá)到《水泥中水溶性鉻（Ⅵ）的限量及測(cè)定方法》（GB31893-2015）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。單位水泥產(chǎn)量研磨體消耗，一倉(cāng)金屬研磨體9.23g/t，二倉(cāng)陶瓷研磨體6.03g/t，合計(jì)15.26g/t。

  結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體使用案例說(shuō)明：

  （1）水泥磨機(jī)規(guī)格：Φ3.0×13.0 m，Φ3.2×13.0m，Φ3.8×13.0m，Φ4.2×12.5m，Φ4.2×13.0m，Φ4.6m×14.5m，雖然最后規(guī)格磨機(jī)目前還沒(méi)有詳實(shí)的資料，但是案例包括了水泥工業(yè)磨機(jī)的主流規(guī)格。

  （2）磨機(jī)填裝陶瓷研磨體有三倉(cāng)或后兩倉(cāng)、雙倉(cāng)或尾倉(cāng)。但是以雙倉(cāng)磨頭倉(cāng)鋼球尾倉(cāng)陶瓷研磨體的形式較好。應(yīng)用陶瓷研磨體，要求入磨物料粒度細(xì)小，磨機(jī)設(shè)置兩倉(cāng)較為適宜。

  （3）使用鋼球鋼鍛的磨機(jī)也有設(shè)置單倉(cāng)的案例，使用陶瓷研磨體的單倉(cāng)磨可以進(jìn)行理論探討與實(shí)踐。

  （4）陶瓷研磨體倉(cāng)磨機(jī)填充率一般不低于40%，而雙倉(cāng)磨頭倉(cāng)研磨體的填充率應(yīng)與之匹配，其粉磨能力與效果為陶瓷研磨體粉磨、研磨提供細(xì)小顆粒的條件。

  （5）水泥粉磨系統(tǒng)雙循環(huán)聯(lián)合流程在幾種粉磨系統(tǒng)中，占有優(yōu)勢(shì)。設(shè)備配置有輥壓機(jī)、v型選粉機(jī)、磨機(jī)、選粉機(jī)。案例中不乏開流磨的配置。陶瓷研磨體僅是磨機(jī)一個(gè)倉(cāng)的研磨介質(zhì)。研究粉磨系統(tǒng)的的協(xié)調(diào)出力，是全局，陶瓷研磨體是系統(tǒng)、磨機(jī)、磨機(jī)內(nèi)的一個(gè)環(huán)節(jié)。細(xì)節(jié)決定成敗，對(duì)此環(huán)節(jié)從案例中體現(xiàn)出精細(xì)化管理的理念。

  （6）應(yīng)用陶瓷研磨體的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)，規(guī)避注意的生產(chǎn)技術(shù)、陶瓷研磨體質(zhì)量性能、市場(chǎng)等問(wèn)題，在案例中有很多敘述，尤其是一些文獻(xiàn)資料也有詳細(xì)深入 論述，本文不再一一列出。

  陶瓷材料在水泥行業(yè)的使用，范圍逐步擴(kuò)大，作用也在凸顯，水泥行業(yè)對(duì)此的重視程度與日俱增。陶瓷研磨體作為粉磨硅酸鹽水泥的研磨介質(zhì)，自2014年起，風(fēng)生水起，是粉磨工藝與研磨體材質(zhì)選用一次重大技術(shù)改進(jìn)。陶瓷材料的脆性即靠強(qiáng)韌化技術(shù)的創(chuàng)新來(lái)提高，也要靠水泥生產(chǎn)的工藝規(guī)范、操作管理實(shí)現(xiàn)最佳使用效果。陶瓷研磨體粉磨技術(shù)方興未艾，節(jié)能減排降耗降本顯現(xiàn)，是水泥企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新一種有效模式。