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陶瓷研磨体对水泥粉磨无球化的质疑
来源:韦德1946游戏官网 发布日期:2016-06-04  点击:  次

编辑:贾华平
可能让读者感到意外,笔者在前几年也曾为水泥粉磨无球化推波助澜,现在又怀疑无球化的必要性。但这就是中庸之道、这就是辩证法,正所谓孔子的“叩其两端而竭焉”,同时向两个相反的方向探索,才能使大家的路子越走越宽。
最近十多年来在市场需求的拉动下,所谓“新型干法”工艺在我国获得突飞猛进的发展,众多的新线高度集中在一个时间段建设,无需思考、无需论证、无需创新,抢的就是建设时间,绝大多数新线接纳了现成的、成熟的东西。在水泥粉磨环节,“辊压机+球磨机”的双闭路联合粉磨工艺,事实上已成为目前国内水泥粉磨系统的主流工艺。  
由于球磨机具有结构简单可靠、对物料的适应性强、对产物的适应性广等诸多优点,所以一直被水泥行业广泛接纳。即使在节能粉磨工艺、装备大发展的今天,包括现在主推的水泥联合粉磨系统、正在探索的辊压机半终粉磨系统,球磨机仍然是水泥粉磨系统的重要设备之一。  
尽管出于节能目的,对水泥粉磨新工艺、新设备的研究一直没有中断,而且已经取得了不小的进展,但时至今日接纳者依然为数不多。人们对这些新的粉磨工艺还需要一个认识过程,还存在对水泥颗粒分布、颗粒形状、需水量大小、使用性能好坏等顾虑。  
在这种情况下,大家不禁要反问一句,大家强调了这么多年的“水泥无球化粉磨”到底有没有必要、“无球化粉磨水泥”的目的又是什么?  
  一、水泥粉磨无球化的目的与必要性
大家想淘汰球磨机的原因是其粉磨电耗高,目前多数专家将电耗高的原因归结为:“在球磨机粉磨系统中,对物料的粉磨是以无数次的打击与摩擦混杂进行的,其中不乏钢球之间、钢球与磨体衬板之间的冲撞,做了不少无用功,原理上导致了粉磨效率低下、单位电耗高”。  
球磨机仍然未被淘汰出局的原因,是它的粉磨更适合水泥性能的要求,准确点说,是球磨机的粉磨原理更适合在辊压机预破碎、预粉碎之后对水泥的研磨,所以联合粉磨系统才有了今天的地位。既然是它更适合,就不该说它是落后的,那些“不乏钢球之间、钢球与磨体衬板之间的冲撞”起码也不是主要问题,谈不上“做了不少无用功”,其粉磨原理并不是粉磨效率低下的原因。  
那么球磨机电耗高的原因又是什么呢?大家把电耗细分一下就会发现,球磨机粉磨系统的电耗主要在主电机功率上。搞过球磨机管理的都知道,其主电机的运行功率受研磨体装载量的影响非常之大,说明球磨机的自重(包括筒体、衬板、隔仓板,主要是研磨体)才是电耗高的主要原因。  
如果有朝一日,在不改变球磨机结构和粉磨原理的情况下,能把球磨机的这些“自重”降下来,主要是把研磨体的重量降下来(其他自重影响的主要是启动电耗),球磨机的粉磨电耗(运行电耗和启动电耗)必将有一个大幅度的下降。应该强调的是,随着近几年新质料的井喷式发展,这不是没有可能!  
根据德国人对粉磨系统的研究,节电效果最好的辊压机终粉磨系统与辊压机联合粉磨系统相比,水泥粉磨电耗还能再降低5kW·h/t水泥左右。其实,这个目标并不算太高,根据目前新质料的发展情况,这个进步通过改变球磨机自身的质料,即使不包括球磨机筒体,也是有可能实现的。  
到了那个时候,辊压机联合粉磨系统将获得比辊压机终粉磨还低的电耗,大家还能说球磨机的效率低下吗?大家又不用担心水泥的性能问题,而且工艺、装备成熟,使用得心应手,大家还要强调“无球化”吗!  
事实上,这种轻质研磨体(对于超细粉研磨,由于其体积很小,也被称为陶瓷磨介),在水泥行业以外早已存在,但大部分用于价值较高产物的超细粉磨,而且球磨机的规格比水泥行业要小得多。国内某企业生产的几种陶瓷磨介及其性能如表01所列。
  

据厂家先容,这种陶瓷磨介由“经过超细研磨的亚微米级原料滚球成型再高温烧结而成”,适用于涂料、油墨、非金属矿、电子、釉料、造纸等行业,适用于卧式砂磨机、立式砂磨机、球磨机,具有磨耗低的特点,但没有提到水泥行业;其产物规格从直径0.2mm至60mm不等,一般最大可生产直径90mm的球体,而且可按用户的要求生产。从产物性能和规格来看,应该有可能找到适合水泥行业使用的产物,其不同规格的实物产物如图01所示。  

01 国内某企业生产的陶瓷磨介
如图01所示,大家的第一感觉首先是它光滑漂亮,但马上会想到如此光滑的研磨体又怎么能研磨水泥呢?甚至能否被球磨机筒体带起来都是问题。  
对于水泥粉磨用大型球磨机的研磨体,需要具备“高强耐磨、高韧抗碎、表面粗糙磨削能力强、性价比能够被低利润的水泥行业所蒙受”这些特点,正是这些综合性能的同时要求,影响了陶瓷磨介向水泥行业的拓展。  
二、强磨削轻质陶瓷研磨体的节电原理
应该说明一下,用于水泥粉磨的“陶瓷研磨体”是有特指的,与通常水泥行业所说的“陶瓷球”和超细粉行业所说的“陶瓷磨介”是有区别的。某企业生产的水泥磨用陶瓷研磨体如图02所示,至少从外观上没那么光滑。  

02 某企业生产的水泥磨用陶瓷研磨体
由于要引进水泥粉磨系统的新研磨体,具有陶瓷材质、重量轻可以节电、表面粗糙磨削能力强的特点,而且由于规格较大再称为“陶瓷磨介”已经不太合适,从功能和特性上应该定义为“强磨削轻质陶瓷研磨体”。但为了叙述方便、以及水泥行业的已有习惯,将其简称为“陶瓷研磨体”,下同。  
钢球的密度约为7.8g/cm  3左右,现用陶瓷研磨体的密度一般为3.8~3.9g/cm3,密度约减轻了一半。密度小了一半、在球磨机填充率不变的情况下,研磨体的重量就轻了一半,球磨机的负荷势必减小、电流势必下降,如果球磨机的粉磨效率不变、磨机台时产量不减,粉磨电耗势必降低。
大家知道,球磨机是靠研磨体的打击力做功的,那么,研磨体重量轻了打击力势必小了,粉磨效率和磨机的台时产量会不会降低呢?这就成为轻质研磨体能否节电的关键问题。但对球磨机来讲,粉磨功能又进一步分解为粉碎功能和研磨功能,两者对打击力的依赖水平是不同的,粉碎功能需要更大的打击力,研磨功能需要的打击力要小得多。  
问题的前提是在辊压机联合粉磨系统上应用陶瓷研磨体,由于辊压机闭路系统的存在,使球磨机的入磨粒度大幅度减小并得到有效控制,由此对球磨机粉碎功能的需求大幅度降低,粉磨功能更多的依赖于研磨功能,只要球磨机的研磨功能不降低就有节电的可能性。  
为了使陶瓷研磨体在打击力减小的情况下不减小研磨功能,陶瓷研磨体在高韧性陶瓷结构中置入了磨削能力极强的微晶矿物,从而大大强化了对物料的磋磨作用、加大了对物料的研磨能力,更适合辊压机联合粉磨系统的功能需求。也因此,通常只换球磨机细磨仓的研磨体,其效果会更好。  
从表01可见,加入氧化硅对提高研磨体的磨削作用是必要的,而且氧化硅加入得越多其磨削作用就越强。加入氧化硅虽然能显着提高研磨体的磨削作用,但同时也增加了研磨体的脆性,导致研磨体易碎裂;虽然多加氧化锆可以平衡其脆性的增加,但氧化锆又太贵了,本钱提高的太多。  
从表01可见,凡事加入了氧化硅的研磨体,确实都加入了较多的氧化锆,而且氧化硅含量越高加入的氧化锆也越多,其作用就是要平衡加入氧化硅增加的脆性。如此,本钱必然上升、价格必然上升,水泥行业能接受吗?这又是一个质价的平衡问题。  
由于置入陶瓷研磨体的微晶矿物具有仅次于金刚石的硬度,不但研磨体的消耗低,而且研磨体的功能不会受到磨蚀的影响,这是金属研磨体所不具备的。即使陶瓷研磨体在使用一段时间后,其表面看起来已经磨得很圆滑了,但在显微镜下还能见到有粗糙的微晶存在。  
同时,由于研磨体重量的减轻,为适当的提高球磨机的研磨体填充率奠定了主机负荷基础;由于研磨体的做功机理由打击为主转变为磋磨为主,不再过多的依赖于研磨体的规则性抛落,也为提高填充率从研磨机理上奠定了基础,从而使通过提高填充率以提高磨机产能成为可能。实践也表明,陶瓷研磨体的最佳填充率要高于金属研磨体。  
同时,由于陶瓷研磨体是非金属材质,大大降低了研磨过程中的静影片响;由于陶瓷研磨体重量轻了、提升研磨体的用电少了、粉磨效率高了、磨内发热少了,磨内的粉磨温度也低了。这都有利于提高粉磨效率,还可以减少对助磨剂的依赖而降低粉磨本钱、提高水泥对混凝土外加剂的适应性。  
 
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