二次球磨工藝的探討

趙光巖　吳敏

摘 要：本文根據(jù)破碎機理將傳統(tǒng)的一次球磨工藝分為粗磨和細(xì)磨兩個球磨過程，并通過調(diào)整球石級配、球磨時間和球磨機速度等一系列實驗，探索到一個較為理想的二次球磨工藝，達到降低球磨能耗的效果。二次球磨工藝的推廣使用對建筑陶瓷行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗方面具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：粗磨；細(xì)磨；球石級配；轉(zhuǎn)速；細(xì)度

1 前言

球磨是建筑陶瓷生產(chǎn)中一個重要工序，目前建筑陶瓷生產(chǎn)廠家的球磨絕大部分采用間斷式的一次性濕法球磨工藝來加工原材料。球磨是將原材料和水加入球磨機內(nèi)，在球石的沖擊、擠壓和研磨作用下把大顆粒的原材料變成粒度適中漿料的過程。球磨是一個高耗能的工序，球磨工序的用電量是陶瓷廠家的主要能耗之一，根據(jù)筆者所在廠統(tǒng)計，球磨工序的用電量占整個公司用電量的16%左右。如何降低球磨工序的用電量成為擺在眾多陶瓷廠家面前的重要問題。筆者所在公司嘗試采用二次球磨的方法取得了一定成果，根據(jù)連續(xù)6個月用電量的統(tǒng)計，采用二次球磨工藝可以使得球磨工序的用電量降低18%左右。

在球磨過程中，初期原料的顆粒比較大，主要依靠球石的沖擊力對原材料進行粉碎，球石的沖擊力越大，破碎效果就越好，相同材質(zhì)的球石尺寸規(guī)格越大產(chǎn)生的沖擊力就越大，越容易將較粗的原料擊碎，粉碎效率越高。在球磨過程中，隨著原料顆粒的細(xì)度變小，球石的沖擊力產(chǎn)生的破碎效率開始降低，球石之間的研磨的粉碎效率逐漸提高。當(dāng)漿料達到一定細(xì)度時，這時球石的沖擊對原料的破碎效果開始小于球石之間研磨產(chǎn)生的破碎效果。球石的研磨是滾動過程在球石接觸面上產(chǎn)生的作用力將原料破碎的過程。在研磨過程中，球石之間的接觸面越大產(chǎn)生的球磨效果越好，而球石規(guī)格越小產(chǎn)生的接觸面就越大，球磨效率就越高。根據(jù)原料破碎的理論，筆者設(shè)計了二次球磨的球磨工藝。在原料的球磨過程中 ，首先采用裝有較多大尺寸的球石將原材料進行初級破碎，當(dāng)漿料達到一定的細(xì)度后，再將漿料轉(zhuǎn)到裝有較多小規(guī)格球石的球磨機中對原材料進行球磨。通過在不同階段采用不同規(guī)格的球石對原料進行球磨，球磨初期充分發(fā)揮大規(guī)格球石的沖擊粉碎作用，球磨后期充分發(fā)揮小規(guī)格球石的研磨粉碎作用，將二者有機組合后產(chǎn)生理想的效果。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗設(shè)備和原料

實驗設(shè)備主要包括佛山興達60 t球磨機、福建晉江茂興攪拌機、咸陽陶瓷研究院的柱塞泵、日本日立的變頻器、江西昌遠(yuǎn)的中鋁球石、浙江上虞250目篩。所用原料為建筑陶瓷生產(chǎn)所需的常規(guī)原材料（泥、砂和石粉按規(guī)定比例搭配）。

2.2二次球磨流程

一次球磨工藝流程示意圖如圖1所示。

在實驗中，我們按照圖1中的流程進行實驗，先將原料投入以大規(guī)格球石為主的球磨機中；然后加水后進行粗磨；粗磨結(jié)束后，把漿料放入有攪拌機不停攪拌的漿池中，再用柱塞泵將經(jīng)過粗磨的漿料抽入以小規(guī)格球石為主的球磨機中進行細(xì)磨；達到細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)后，球磨完成，放入漿池備用。

3 粗磨實驗內(nèi)容

3.1 球石級配

傳統(tǒng)球磨（一次球磨）投料后一次性原料磨到標(biāo)準(zhǔn)細(xì)度，在傳統(tǒng)球磨中我們按照25%、35%、25%和25%的比例對規(guī)格為Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中鋁球石進行搭配，球石總重量為60 t（60 t球磨機）。在二次球磨的粗磨中，我們?nèi)匀徊捎靡?guī)格為Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中鋁球石，減少Ф30和Ф40規(guī)格的球石量，增加Ф50和Ф60大規(guī)格球石量。在實驗中，我們采用不同的球石級配，相同的球磨時間和原料組成觀察球磨后漿料細(xì)度（漿料不能通過250目篩的比例），通過檢測粗磨后的漿料細(xì)度來判斷球磨效果（見表1）。從表1中，我們可以看出實驗三的球石級配取得比較好的效果，據(jù)此我們把粗磨中Ф30：Ф40：Ф50：Ф60規(guī)格的球石比例設(shè)定為15%：20%：30%：35%。

3.2 粗磨時間確定

在粗磨時間設(shè)定上，我們采用實驗三（見表1）的球石級配對原料進行球磨，用250目篩的篩余的大小來表征漿料的粗細(xì)程度。在實驗中，我們分別檢測不同球磨時間的漿料細(xì)度（見圖2），通過對漿料細(xì)度和所用的時間對比來確定粗磨的球磨時間。從圖2中，可以看出在7 h前漿料的細(xì)度減小比較快，7 h后下降速度越來越慢。根據(jù)圖2所示，我們得出粗磨的時間定為7 h會獲得較好的球磨效果。在隨后的實驗中，時間為7 h的粗磨剛開始未見異常，當(dāng)連續(xù)球磨幾次后，我們發(fā)現(xiàn)粗磨漿料的細(xì)度不斷增大，同時我們發(fā)現(xiàn)在球石中有比較多小石粒，這說明7h球磨不能完全將石粉磨細(xì)，導(dǎo)致小石粒在球磨機越集越多，造成球磨效率下降。通過實驗發(fā)現(xiàn)，粗磨時間為8 h的球磨機沒有小石粒聚集，球磨時間基本上穩(wěn)定，說明在實際生產(chǎn)過程中粗磨時間設(shè)定為8 h比較合適。

3.3 球磨機轉(zhuǎn)速對球磨效率的影響

在粗磨時，原料的顆粒比較大，球石的沖擊作用具有較好的粉碎效果，為了實現(xiàn)球石產(chǎn)生較大的球磨作用，需要球石在沿著球磨機的壁筒剛好上升到最高點落下來才可以實現(xiàn)，這就需要球磨機具有合適的轉(zhuǎn)動速度。在實驗中，我們通過調(diào)整變頻器的頻率來實現(xiàn)對球磨機轉(zhuǎn)速的控制。在實驗中，我們采用相同的原料，相同的球石級配，讓球磨機在不同的頻率下運行8 h，然后檢測粗磨后漿料的細(xì)度，細(xì)度越小表示球磨效果越好。從圖3上可以看出當(dāng)球磨頻率為46 Hz時，球磨效率最高.由此我們在后面的實驗中將粗磨的球磨機頻率設(shè)定為46 Hz。

4 細(xì)磨實驗內(nèi)容

4.1 細(xì)磨球石級配

經(jīng)過粗磨后，漿料的細(xì)度基本上在8%～10%之間，漿料中原料的顆粒比較小。當(dāng)原料顆粒小時，球石之間的研磨起到主要破碎作用，研磨效率的高低受到球石之間接觸面的大小影響。在相同的條件下，接觸面越大，同一時間受到碾磨的原料就越多，球磨效率越高。在實際操作中，考慮原料的顆粒大小不同和球石之間的填充效果，通常采用不同規(guī)格的球石進行組合來提高球磨效率。

在細(xì)磨時，我們選擇Ф20、Ф30和Ф40規(guī)格的球石進行實驗，把粗磨后的漿料放入大漿池充分混合均勻，然后把漿料抽入不同級配的球磨機中進行細(xì)磨，細(xì)磨后漿料細(xì)度必須達到0.8%到1.0%的范圍內(nèi)。根據(jù)球磨時間的時間來判斷球磨效率高低，所用時間越少，則說明球磨效率越高。從表2中，我們可以得出實驗五的球石配比的取得的效果比較好。因此，我們把細(xì)磨Ф20：Ф30：Ф40球石級配設(shè)定為65%﹕20%﹕15%。

4.2 細(xì)磨球磨機的轉(zhuǎn)速

細(xì)磨時，球石之間的研磨作用是原料破碎的主要因素，球石之間的沖擊作用對原料的破碎效果處于次要因素。在細(xì)磨階段，需要減少球石之間的沖擊作用，增加球石之間研磨作用，這就需要降低球磨機的運轉(zhuǎn)速度，使得球石沿著球磨機內(nèi)壁上升到約一半的高度就落下來，增加球石之間的研磨作用，提高球磨效率。表3是我們采用Ф20 、Ф30和Ф40規(guī)格球石按照65%、20%和15%的比例進行組合，用同一漿池粗磨漿料，采用不用的頻率球磨4 h的實驗結(jié)果。從表3中，我們可以看出當(dāng)頻率為42 Hz時綜合效果比較好。

5 二次球磨工藝在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況

實驗結(jié)束后，筆者公司開始批量使用二次球磨工藝，圖4是筆者在4月～9月期間，對二次球磨和傳統(tǒng)球磨的平均電耗統(tǒng)計情況。從圖4中我們可以看出，采用二次球磨后，電耗有明顯的降低，根據(jù)我們統(tǒng)計的數(shù)據(jù)計算采用二次球磨比傳統(tǒng)球磨電耗減少18.8%。

6 二次球磨工藝中出現(xiàn)的問題及解決方法

在粗磨的過程中，有時會出現(xiàn)積砂現(xiàn)象（石粒或砂未磨碎），經(jīng)過跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生積砂的主要原因有兩方面：球磨時水或助磨劑的添加量不足造成漿料的流速過慢導(dǎo)致球磨效率降低；球磨時球石磨損造成球石量不足，造成球磨效率降低。

針對上述原因造成的積砂現(xiàn)象，首先通過增加球磨時間將球磨機中積砂除去，然后嚴(yán)格保證加水量和助磨劑的添加量，避免出現(xiàn)流速過慢現(xiàn)象。在解決球石磨損方面，我們通過每磨一球，補加100 kg規(guī)格為Φ60的球石的方法進行生產(chǎn)。通過上述措施實施后，積砂現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)，粗磨后細(xì)度和球磨電耗處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

7 結(jié)論

（1） 粗磨時，當(dāng)規(guī)格為Ф30、Ф40 、Ф50和Ф60球石級配比為15%：20%：30%：35%時，球磨時間在8 h以內(nèi)時具有較高的球磨效果。

（2） 細(xì)磨時，采用規(guī)格為Ф20、Ф30、Ф40球石級配為65%：20%：15%時，具有較高的球磨效率。

（3） 球磨機的轉(zhuǎn)速對球磨效率也有一定影響，粗磨時球磨機變頻設(shè)在46 Hz球磨效率高；細(xì)磨時球磨機變頻設(shè)在42 Hz有較高的效率。

（4） 二次球磨比傳統(tǒng)一次球磨減少電耗18.8%，具有明顯的節(jié)能效果。