陶瓷工業(yè)原料制備的理論和新技術(shù)

摘 要：本文就近年來陶瓷原料制備出現(xiàn)新技術(shù)從理論和實(shí)踐上進(jìn)行了簡要分析。

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-2874(2015)04-0025-02

DOI:10.13958/j.cnki.ztcg.2015.04.006

收稿日期：2015-06-05。 修訂日期：2015-06-08。通信聯(lián)系人：張柏清，男，教授。

Received date: 2015-06-05. Revised date: 2015-06-08. Correspondent author:ZHANG Baiqing, male, Professor.

E-mail:zbqxjq168@sina.com

Industrial Preparation of Ceramic Materials: Theory and New Technology

ZHANG Baiqing

(Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333001, Jiangxi, China)

Abstract:This paper introduces the newly-developed technologies for ceramic materials preparation and briefly explains their theories and applications.

Key words:crushing; ball mill; milling technology; vertical mill

1 陶瓷工業(yè)原料粉碎的現(xiàn)狀

目前，陶瓷原料的工藝基本上采用球磨工藝，而且是采用間歇式的球磨工藝進(jìn)行球磨。為什么要采用球磨工藝，采用間歇式？第一，因?yàn)樵隙喾N多樣，配比不一樣，又希望原料通過球磨以后不要發(fā)生變化。第二，通過球磨，由于存在過度粉碎，反而可以增加原料的可塑性。

間歇式球磨工藝不可避免地出現(xiàn)了“過度粉碎現(xiàn)象”。它的缺點(diǎn)就是球磨時(shí)間過長，能耗高。優(yōu)點(diǎn)就是確保陶瓷原料的配比在球磨前后不會(huì)發(fā)生變化，物料混合得非常均勻。

實(shí)際上國外推廣連續(xù)磨已經(jīng)很長時(shí)間。我們第一次接觸連續(xù)磨是在30年前，但是中國一直推廣不了，原因是大家認(rèn)為我們的原料種類太多，含水量差異太大，配料和供給難度大。所以大家多年來呼吁解決原料的標(biāo)準(zhǔn)化問題，但是到目前為止，中國原料的標(biāo)準(zhǔn)化問題仍未很好解決?，F(xiàn)在是這樣，但是以后不敢確定，因?yàn)檫@個(gè)難度太大了。

這幾年，對(duì)中國的原料粉碎大家沒有始終盯著原料的標(biāo)準(zhǔn)化問題，而是創(chuàng)造一個(gè)新的思路。這正是這兩年來，在原料粉磨工藝和技術(shù)裝備方面開始有新的轉(zhuǎn)機(jī)，就是因?yàn)檫@樣的思路，使幾十年來不變的陶瓷原料制備工藝和裝備成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)的一批致力于創(chuàng)新的科研人員，在改變傳統(tǒng)的粉磨工藝和裝備方面做了大膽的嘗試。

2 球磨和立磨的粉磨理論

將原料經(jīng)過外力作用使之變?yōu)楹撩讛?shù)量級(jí)且物料顆粒粒徑小于100 mm 的過程，稱之為破碎。而將毫米數(shù)量級(jí)的物料顆粒經(jīng)過外力作用使之變?yōu)槲⒚讛?shù)量級(jí)且物料顆粒粒徑小于0.01 mm 的過程，稱之為粉磨。一般來講，物料的粉磨過程既存在物料的破碎過程、又存在物料的粉磨過程。因此，可以將物料破碎和粉磨過程統(tǒng)稱為粉碎。陶瓷企業(yè)原料的制備過程主要是粉磨。

球磨機(jī)是最早出現(xiàn)且應(yīng)用最為普遍的粉磨設(shè)備，其粉磨機(jī)理可歸納為“料群粉磨”。料群粉磨的最大缺點(diǎn)是有用功少、效率低下。研究結(jié)果表明，球磨機(jī)所做的有用功僅為2%-5%。其余所做的功均為無用功，如產(chǎn)生熱能。

立磨粉磨理論：

自 20 世紀(jì) 20 年代德國研制出第一臺(tái)立式磨以來，它就以其獨(dú)特的粉磨原理克服了球磨機(jī)粉磨機(jī)理的諸多缺陷。

立式磨屬于“料床粉碎”的粉磨設(shè)備，不僅能量利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“料群粉磨”(“單顆粒粉碎”)的球磨機(jī)。立磨采用了非完全限定料床擠壓粉碎的原理，避免了金屬間的撞擊與磨損，立磨利用磨輥的重量和加壓裝置的壓力破碎和粉磨物料。當(dāng)物料處于磨盤的作業(yè)區(qū)時(shí)，受到壓力和研磨力的相互作用。對(duì)于大塊物料是壓碎，細(xì)顆粒則是研磨。細(xì)顆粒受擠壓后形成一層薄顆粒料層，顆粒間互相磨擦、剪切使之棱角和邊緣剝落。由于磨輥與磨盤之間不是純滾動(dòng)，厚床物料受到多向應(yīng)力作用，從而提高粉磨能力和效率。

3 陶瓷行業(yè)新的粉磨工藝

下面簡單介紹幾種新的粉磨工藝：

第一，間歇磨+間歇磨。在粉磨過程中，物料大小不一樣，對(duì)研磨體的大小、球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速要求不一樣，所以有的企業(yè)采用這種模式，也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能。筆者得到的數(shù)據(jù)，能節(jié)省15%-18%。

第二，間歇式球磨機(jī)+連續(xù)式球磨機(jī)，解決了配料和物料的輸送，克服了連續(xù)球磨在中國推廣的難點(diǎn)。這是我們中國發(fā)明的，在國外，要么是間歇磨，要么是連續(xù)磨。中國推廣連續(xù)磨找到了一個(gè)方法，通過間歇式球磨機(jī)來解決原料的配料問題。

因?yàn)椴捎瞄g歇磨是傳統(tǒng)的成熟的工藝，整個(gè)陶瓷廠原來物料配比系統(tǒng)都可以很好的使用。將通過預(yù)磨的泥漿再放到漿池里面用泵來泵到連續(xù)磨內(nèi)，解決了連續(xù)磨給料的問題，這是一種比較好的方式。

第三，神工快磨+間歇磨或神工快磨+連續(xù)磨，這個(gè)思路就是說，物料從大到小，不同顆粒大小的物料采用不同的粉磨設(shè)備進(jìn)行粉磨。這樣的組合，可以大大提高粉磨效率。而且是神工快磨+連續(xù)磨以后，可以解決原料車間主要靠人工，自動(dòng)化水平不高的現(xiàn)狀，很容易實(shí)現(xiàn)原料車間自動(dòng)化的粉碎情況。

4 陶瓷原料粉磨新技術(shù)和新裝備

第一種，連續(xù)磨，基本上采用的是多單元連續(xù)式球磨機(jī)。所謂多單元，就是將原來單個(gè)間歇球磨機(jī)串聯(lián)在一起，每一個(gè)間歇球磨機(jī)有它的傳動(dòng)方式，可以根據(jù)它的配比、轉(zhuǎn)速來運(yùn)行，也解決了大的筒體制造難度。從目前來講，這應(yīng)該是比較好的一種方案。因?yàn)椴煌耐搀w，研磨體的配比、轉(zhuǎn)速都可以調(diào)整以達(dá)到最佳的配比狀態(tài)。

第二種，神工快磨。神工磨與球磨機(jī)在陶瓷原料粉磨中的聯(lián)合應(yīng)用，是針對(duì)當(dāng)前陶企普遍使用的陶瓷原料(砂石料和泥料)用“傳統(tǒng)單一球磨”的加工工藝進(jìn)行的一種陶瓷原料加工工藝的創(chuàng)新。先將砂石料經(jīng)神工磨進(jìn)行粗粉磨處理后，再送入球磨機(jī)進(jìn)行研磨。采用二段粉磨流程，避免大的物料在球磨機(jī)初始粉碎階段的大能量消耗，極大地縮短了物料的整個(gè)球磨過程時(shí)間，大大降低了球磨機(jī)的能耗，從而達(dá)到了在原料制備階段的節(jié)能。

為什么定義為神工快磨？筆者也認(rèn)可這個(gè)名字。什么原因？因?yàn)樗胀ㄒ饬x上的立磨有區(qū)別，但是它粉碎粉磨的原理是采用了立磨的原理，但是有一部分結(jié)構(gòu)跟普通的立磨不一樣。普通的立磨粉磨物料的細(xì)度可以達(dá)到250-350目，但神工快磨達(dá)不到這個(gè)細(xì)度。從目前行業(yè)的調(diào)研情況，把磨的出料粒度定在粗磨，這樣的話，整個(gè)風(fēng)選系統(tǒng)就不需要了。這樣的話，立磨制造成本可以降低、從粉磨效率上可大大提高，在這一階段的物料加工來講，它的效率很高。

再一個(gè)，這個(gè)磨跟立磨的區(qū)別就是風(fēng)選系統(tǒng)沒有了，出料方式跟一般的立磨出料方式有較大差異。他們起了這個(gè)名稱叫神工快磨，就是追求快速的方案。粉碎原理是采用了立磨的擠壓原理破碎物料。正因?yàn)檫@樣，筆者總結(jié)了神工快磨以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(1)神工磨負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，磨輥能自動(dòng)從磨盤上提起，減少了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

(2)神工磨液壓系統(tǒng)具備自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種功能，可提高操作上的靈活性、可靠性；

(3)神工磨設(shè)有保護(hù)裝置，當(dāng)輥壓超過或低于調(diào)定范圍極限值時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并自行停磨，確保磨機(jī)安全運(yùn)行；

(4)各磨輥有獨(dú)立的液壓加壓裝置，每個(gè)液壓缸都配置了足夠的蓄能器，保證立磨運(yùn)轉(zhuǎn)中輥壓波動(dòng)最小，以使磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；

(5)磨輥輥套與輪轂之間，以及輥軸與搖臂之間分別采用錐面結(jié)構(gòu)和脹套結(jié)構(gòu)連接，拆裝方便；

(6)帶有耐磨襯板的平磨盤與錐形磨輥，采用磨輥液壓式，磨上附有翻出磨輥用的輕便型油壓裝置，方便維修；

(7)神工磨采用圈流工藝，物料不會(huì)產(chǎn)生“過度粉碎”，具有更高的研磨效率，工藝流程大大縮短，電耗降低，物料的研磨在限定壓力下進(jìn)行。