改善水泥粉磨用陶瓷研磨體性能的措施

  陶瓷研磨體的出現(xiàn)引發(fā)了水泥粉磨技術(shù)的一次革新。作為水泥粉磨用研磨體的一種新型耐磨材料，陶瓷研磨體具有節(jié)能降耗的顯著特點。隨著這種新型耐磨材料在水泥粉磨上的推廣及應(yīng)用，一些水泥企業(yè)也從最初的半信半疑開始慢慢轉(zhuǎn)變，并逐步接受了陶瓷研磨體這項新技術(shù)。

  雖然陶瓷研磨體對比傳統(tǒng)金屬研磨體有其獨特的天然優(yōu)勢，如比重低、單位研磨效率高、有效降低出磨物料溫度、噪音低、節(jié)能環(huán)保、提高水泥與混凝土外加劑的相容性等，但為什么該產(chǎn)品在水泥企業(yè)推廣應(yīng)用的速度快不起來呢？究其原因，陶瓷研磨體較高的破碎率是制約其應(yīng)用的主要因素。經(jīng)過對多家陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)及其在水泥粉磨應(yīng)用中的成功案例進行調(diào)研，筆者整理出水泥干法粉磨應(yīng)用陶瓷研磨體磨耗及破碎問題的影響因素，并從配料、成型、燒成角度，提出了部分應(yīng)對措施，供相關(guān)企業(yè)參考。

  首先我們先來了解一下陶瓷研磨體為什么會出現(xiàn)破碎。雖然陶瓷材料的眾多優(yōu)點是其他材料所不能比擬的，但是它的致命弱點也很明顯，那就是它的脆性。陶瓷材料的脆性在很大程度上影響了材料性能的可靠性和一致性，這些特點同樣也會出現(xiàn)在耐磨陶瓷研磨體上，脆性是導(dǎo)致研磨體破碎的主要因素。脆性是相對塑性而言的，一般指材料未發(fā)生塑性變形而斷裂的趨勢，即材料抗拉強度低于屈服強度時，材料呈現(xiàn)脆性。而韌性則是體現(xiàn)材料強度與塑性的一個綜合指標，韌性好的材料有著較高的強度和較好的塑性，可以認為它是有著較高的屈服強度，同時又有較高的延展性。

  水泥粉磨用陶瓷研磨體因其使用環(huán)境及工況相對苛刻，導(dǎo)致普通陶瓷材料是不能夠勝任的。為保證陶瓷研磨體性能能夠滿足水泥粉磨工況條件，就必須對其生產(chǎn)做出嚴格要求，專門針對干法水泥粉磨開發(fā)一種特殊的耐磨陶瓷產(chǎn)品，不僅具有高強度高耐磨性能，又能具備較好的抗沖擊韌性。只有這樣的陶瓷研磨體，在干法水泥粉磨應(yīng)用上才能滿足低磨耗、低破碎率的性能要求。下面筆者簡單總結(jié)了一下陶瓷研磨體在實際生產(chǎn)中的幾種增強耐磨性能、減少破碎率的措施：

  1.合理引進陶瓷材料增韌技術(shù)

  在生產(chǎn)上進行改進增加制品韌性，在保持陶瓷研磨體強度的前提下增加其韌性性能。陶瓷增韌的方法可以分為以下幾種：相變增韌、顆粒增韌、纖維增韌、自增韌、彌散韌化、微裂紋增韌、復(fù)合增韌、納米增韌。理論上可以應(yīng)用到Al2O3耐磨陶瓷研磨體上的有顆粒增韌、纖維增韌、彌散增韌、復(fù)合增韌和納米增韌。其中，Al2O3基陶瓷顆粒彌散增韌、Al2O3基陶瓷自增韌、Al2O3基陶瓷晶須（纖維）增韌在氧化鋁耐磨陶瓷研磨體生產(chǎn)上已經(jīng)得到實際應(yīng)用。經(jīng)過增韌技術(shù)改進后，陶瓷研磨體在強度基本保持不變的情況下，大大增加了抗沖擊性能。

  2.選擇合適的成型工藝

  成型工藝的選擇對陶瓷研磨體破碎率指標至關(guān)重要。目前，陶瓷研磨體主要成型方式分為滾制成型和壓制成型。滾制成型使用旋轉(zhuǎn)滾球機先加入預(yù)制的球坯晶種，然后邊旋轉(zhuǎn)噴水霧邊添加陶瓷粉體，粉體不斷黏附于晶種表面逐漸長大，最終得到所需尺寸的球坯。壓制成型是將經(jīng)過塑化造粒制備成流動性好、粒度合適的粉料裝入模具內(nèi)，通過壓機施以外在壓力使粉體壓制成型的一種成型方式。

  兩種成型方式相比，壓制成型在生坯致密度、均勻度、孔隙率等指標上均優(yōu)于滾制成型。原因就在于，壓制成型可以根據(jù)實際需要控制壓制力大小來控制生坯致密度等質(zhì)量指標。兩種不同成型方式制成的陶瓷研磨體在水泥粉磨應(yīng)用和實驗室內(nèi)均做過大量對比實驗，總結(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)，筆者得出如下結(jié)論：在相同條件下，壓制成型無論在破壞性實驗中還是在水泥粉磨應(yīng)用中，成品抗壓強度、破碎率等性能指標均優(yōu)于滾制成型。

  3.建立合理的燒成制度

  燒成是陶瓷制造工藝過程中最重要的工序之一，坯體必須經(jīng)過高溫煅燒才能形成一定的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，從而賦予陶瓷材料的特殊性能。合理的燒成工藝制度，是保證陶瓷研磨體材料性能的關(guān)鍵。

  燒成制度不合理會造成燒成缺陷，例如開裂、起泡、針孔、生燒和過燒等，這些都會對陶瓷研磨體耐磨及耐沖擊性能造成不可逆的影響。開裂的主要原因是預(yù)熱升溫過程太快致使水分沒有及時排出，或者是冷卻過程降溫過快導(dǎo)致制品內(nèi)外收縮不均。另外，坯體有內(nèi)傷、致密度不均、粘結(jié)不良也會造成開裂。防止開裂的主要措施有：減少入窯坯體水分，坯體成型均勻，謹慎裝窯，合理的升降溫速率等。

  針孔的形成對研磨體磨耗指標影響很大，主要成因是坯體中含有的有機物、碳素等燒失物含量過多，升溫過程燒失物未能完全燒盡揮發(fā)而到后期高溫階段才溢出，所以在材料表面形成微小凹痕和小孔。生燒則是在燒結(jié)過程中未達到燒成溫度或達到燒成溫度但保溫時間不夠所致，生燒制品吸水率高、致密度差、強度低，會嚴重影響陶瓷研磨體耐磨性能。超過燒成溫度時稱之為過燒，過燒會導(dǎo)致制品致密度降低。燒結(jié)是個致密化與晶粒長大同時進行的過程，燒結(jié)后期一般都會有正常的晶粒長大，且由晶界遷移引起，晶界遷移本身是一個熱激活的機制。如果溫度過高，導(dǎo)致晶粒長大過快，氣孔就來不及排出燒結(jié)體而被“埋”在晶粒內(nèi)部，導(dǎo)致致密度下降。一般來說，這種情況下氣孔會以閉孔為主，而且這種情況下晶粒一般較大，因而過燒同樣會影響陶瓷研磨體的耐磨性能。

  綜上所述，陶瓷研磨體生產(chǎn)技術(shù)及工藝條件在很大程度上決定了研磨體性能（磨耗及破碎率）指標的優(yōu)劣。優(yōu)化合適的增韌方法、選擇正確的成型方式、建立合理的燒成制度能夠有效提高陶瓷研磨體的使用性能，使陶瓷研磨體具備更好的強度耐磨及韌性抗沖擊性能，從而更好地滿足干法水泥粉磨應(yīng)用上的要求，服務(wù)于廣大水泥粉磨企業(yè)。