動立磨二段快磨工藝技術的探討和應用

劉桂桐，劉國俊，劉衛(wèi)東

（1.廣州華同科技開發(fā)公司，廣州510641 2.華南理工大學，廣州510641）

動立磨二段快磨工藝技術的探討和應用

劉桂桐1，劉國俊1，劉衛(wèi)東2

（1.廣州華同科技開發(fā)公司，廣州510641 2.華南理工大學，廣州510641）

本文詳細介紹了陶瓷工業(yè)原材料粉磨加工工藝，并重點闡述了一種新型二段快磨工藝技術的應用，同時對二段快磨工藝中一段粗磨系統(tǒng)所采用的球磨、立磨、動立磨技術作了詳細的分析對比；使用動立磨技術作一段粗磨，具有很大的優(yōu)勢，節(jié)能減排、環(huán)保及生產(chǎn)管理、經(jīng)濟效益和社會效益將會更加明顯，效果突出。

二段快磨；動立磨；高效節(jié)能；環(huán)保；升級

1 引言

我國是陶瓷生產(chǎn)大國，僅建筑陶瓷墻地磚產(chǎn)量就約占世界總量的60%以上，而陶瓷行業(yè)一直被認為是 “三高”行業(yè)，在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中，原料制備所耗費的電力和勞動力占比重較大，50%以上，但目前仍存在效率低、功耗大的問題，不能適應日益發(fā)展的新工藝要求，急需改革和創(chuàng)新。所以節(jié)能減排，尤其是能耗較大的粉磨生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有利可圖。另外，實現(xiàn)節(jié)能減排、增加效益、企業(yè)設備升級換代、智能控制，是時代賦予我們的使命，更是企業(yè)求生存、求發(fā)展的需要和保證。

2 陶瓷生產(chǎn)中原材料的粉磨加工

粉碎作業(yè)特別是粉磨作業(yè)，在陶瓷原料的制備中，對于改善物料的工藝性能（如可塑性、結合性、漿料的懸浮性能等）、提高物料的反應速度、不同組分物料的均勻混合、除去物料中有害雜質(zhì)等方面有重要的意義。

2.1 傳統(tǒng)球磨工藝

目前，陶瓷工業(yè)的原材料粉磨絕大部分仍是使用傳統(tǒng)球磨機。傳統(tǒng)球磨工藝如圖1所示，先用鏟車把石料、泥料等陶瓷原料按配比鏟入喂料機中，再送入球磨機內(nèi)，然后由球磨機內(nèi)4～6種不同尺寸的研磨體進行研磨，粉磨時在14～16 h左右，最后得到泥漿狀的陶瓷原料，這通常稱為“單段粉磨”工藝。

圖1 傳統(tǒng)球磨單段工藝流程圖

原料中的瘠性料（如長石、石英、滑石等）經(jīng)細碎后物料尺寸多在1～35 mm間，而軟質(zhì)料（泥料）粒度一般在0.3 mm以下。實踐證明，在磨機內(nèi)粉磨物料，大部分（尤其是易磨性好、粒度小的泥料）在較短的時間內(nèi)就能達到細度的要求，只有少部分粒度大且易磨性差的硬質(zhì)料需要經(jīng)較長時間的粉磨才能達到細度的要求，而為了一次卸出，需繼續(xù)粉磨，易粉磨過度。這些過度粉磨的物料會包圍大顆粒物料，就象包上了一層彈性墊襯，致使粉磨效果大大降低、生產(chǎn)效率降低、單位電耗增大。

2.2 一種新型的二段快磨工藝

為避免過度粉磨、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、增加效益，現(xiàn)有廠家采用了新的粉磨工藝——“二段快磨”工藝，即把單段粉磨分為粗磨和細磨兩個階段進行 （有些企業(yè)稱為“神工快磨”技術）。工藝流程見圖2。

圖2 二段工藝流程圖

二段快磨工藝就是把原材料中的硬質(zhì)料先作第一級粗磨，使物料顆粒達到0.3 mm（≥50目）以下，然后與軟質(zhì)料（泥料）一起進入第二級的球磨進行細磨。由于硬質(zhì)物料顆粒與軟質(zhì)泥料顆粒尺寸相近，甚至于更細小，使物料的均勻性和易磨性得到很好的搭配，物料進入到球磨內(nèi)粉磨，研磨體與物料顆粒的面接觸赿來越大，在粉磨過程中得到均勻粉磨，粉磨效果越來越好。這樣，過度粉磨的現(xiàn)象明顯減少，生產(chǎn)效率得到顯著提高，能耗大幅下降。從目前采用這一新工藝的廠家得知，生產(chǎn)效果良好，料漿的粉磨時間由16 h縮短到10～12 h，節(jié)省了4～6 h，電耗降低了20%以上。

2.3 二段快磨工藝采用的粗磨設備

目前陶瓷行業(yè)二段快磨工藝，在初段（一段）粗磨中，使用了兩種設備。第一種仍是傳統(tǒng)的球磨機，眾所周知，球磨機具有結構簡單、堅固、操作可靠、維護管理簡單、能長期運轉等優(yōu)點，但缺點是：1）工作效率低。陶瓷廠用于粉磨作業(yè)的電量占企業(yè)用電量的40%以上，每噸料漿耗電不低于40千瓦時，電能利用率低，球磨有用功僅占約2%，大部分電能轉化為熱能消失，致使生產(chǎn)成本高、經(jīng)濟效益低；2）研磨體和襯板消耗量很大；3）操作時噪音大。采用二段快磨工藝后，即使綜合電耗有所下降，但幅度有限（10～18%），遠未達到節(jié)能降耗、環(huán)保的要求。

第二種是經(jīng)過改裝后的碾磨機（環(huán)輥磨、中速磨、又稱立磨），改裝僅是去掉了用（熱）空氣流進行烘干兼輸送部分的裝置，主體粉磨機構仍無大的改變，物料從上部加料口均勻加入，通過溜槽撒落在磨盤上，在離心力的作用下被甩到磨盤的凹槽及邊緣，在彈簧壓力或油壓力以及由磨輥本身產(chǎn)生的重力作用下，將物料擠壓和研磨，磨碎后的物料從下部排出，然后通過皮帶機輸送到一滾筒篩進行分級，粗料被送回重新粉磨，細料約10目（約2.0 mm）左右的料被送到二段（球磨）與軟質(zhì)泥料一起磨成漿料。

碾磨（立磨）機和球磨相比的優(yōu)點：1）結構緊奏，體積小、占地面積少，約為球磨的50%左右，基建投資省，約為球磨的70%；2）入磨物料粒度大，可達20～35 mm；3）噪音??；4）比球磨節(jié)能約30～40%；

碾磨機和球磨機相比的缺點：1）只適于粉磨中等硬度的物料，不適宜粉磨硬度大的物料（如石英等）；2）輥子對物料的磨蝕性很敏感，磨損大；3）制造要求較高，輥套一旦損壞一般不能自給，需由制造廠提供，而且更換費工、要求高，影響運轉率；4）操作管理要求嚴格，不允許空磨啟動和停車，物料太干時還需噴水進行潤濕物料，否則物料太松散而“咬”不進輥子與磨盤之間進行粉磨，一般要求用測振儀來指示磨機的操作情況，當振動超過規(guī)定允許值時就得停磨；5）由于去掉了氣流抽送出料，物料在磨內(nèi)的停留時間長，磨細了的物料不能及時排出，使到有過度粉磨現(xiàn)象出現(xiàn)，因此粉磨時間不能太長、細度不能太細，細度赿小過度粉磨越大，同時輥子磨損赿大，二次鐵污染就赿嚴重，目前使用廠家一般控制在10目（2.0 mm）左右（與泥料的細度約0.3 mm還有一定距離）；6）碾磨機所有的工作件都是鋼鐵制品，原料受鐵污染嚴重，必然增加后續(xù)除鐵工序的負擔，這個問題在生產(chǎn)選型時是需要充分考慮的。

3 快磨神器“動立磨”技術

動立磨（簡稱：“劉氏磨”）是一種最新發(fā)明（專利號：ZL201320024132.9）的全新理念的粉磨新設備，他解決了傳統(tǒng)磨機復雜、笨重、生產(chǎn)能力低、能耗高、磨損大、環(huán)保差等技術難題，可謂是最新的節(jié)能減排環(huán)保的粉磨機。

動立磨是以物料粉碎《裂紋理論》與《綜合粉碎理論》精髓為理念而設計的創(chuàng)新設備，它使被粉碎的物料在高速高頻率的沖撞應力作用下產(chǎn)生變形引起裂紋，從而被裂解粉碎，這種最直接的物料粉碎過程，使得輸入的功全部或絕大部分作用在對物料的變形上，有用功的利用率高達35%以上，粉碎效率高、相應能耗較低。

動立磨的工作原理如圖3所示，是利用磨機的獨特葉輪反擊機構把物料帶起并高速運轉，在離心力的作用下，物料形成為一股料流并高速向外噴射出，撞擊筒壁并反彈回來，料流連續(xù)射出，使得物料顆粒相互沖擊，同時在氣流作用下，在簡體的周邊物料顆粒被氣流帶起形成自下而上的一道環(huán)形物料墻幕，作高速旋流運動。物料不斷加入，又不斷地拋射出，不斷地撞擊料墻和反彈回來。如此，料粒作復雜運動而受高速高頻的相互撞擊和摩擦作用，致使物料在應力作用下一個或多個斷面上的裂紋并不斷擴大、加深和延伸，從而使物料裂解成微粒，最終被粉碎。它集沖擊、擠壓、剪切、摩剝于一身，充分展現(xiàn)了裂紋理論在粉碎過程中的應用。

圖3 動立磨的工作原理圖

動立磨的結構如圖4所示，由進料口、機體、粉碎工作腔、傳動裝置（含轉子及傳動軸、電機等）、出料口、機座等構成。物料從頂部加入，直至轉子部位，電機帶動主軸及轉子旋轉，在離心力的作用下，物料被高速拋射出，同時隨著氣流高速運動，物料在工作腔內(nèi)受到充分的沖擊、碰撞、摩剝等而被粉碎；在工作時無需加入任何研磨體，也沒有用作擠壓研磨物料的輥子和磨盤等構件，純粹是物料相互作用的粉碎過程。

動立磨與球磨及立磨相比的優(yōu)點：1）節(jié)能。有用功達35%以上（球磨僅約2%左右），比球磨節(jié)電45～60%，比普通立磨節(jié)電30～40%；2）環(huán)保低炭。無粉塵冒出，可潔凈生產(chǎn)（系統(tǒng)微負壓循環(huán)操作），粉磨工作中僅是物料小顆粒（≤10 mm）間的碰撞，所以操作時噪音很低，約30～60分貝；3）因為是無介粉磨，又沒有磨輥磨盤等構件，同時轉子及簡體可裝設剛玉等無機非金屬耐磨材料，可避免二次污染，為制備高純高性能陶瓷原料提供良好的條件，也為陶瓷干法生產(chǎn)工藝打下良好的基礎；4）結構簡單緊湊，占地面積少，僅為球磨的25～30%，立磨的50%左右；5）產(chǎn)品物料顆粒外形好（球形狀），粒徑分布范圍窄；

圖4 動立磨結構圖

4 動立磨（HTDM-2A）粉磨系統(tǒng)與工藝流程

4.1 動立磨粉磨系統(tǒng)及流程

采用動立磨作陶瓷原材料（硬質(zhì)料）的粗磨（快磨）加工工藝流程，如圖5所示。物料從原料庫1卸出，通過自動皮帶稱2加入到提升機3，提升到動立磨4的頂部，從上部進料口進入到動立磨內(nèi)進行粉磨，粉磨后的物料從磨機底部卸出直接進入第二斗提機5，再提升送到直線篩6進行分選，粗料由皮帶機8送回重磨，形成了一圈流粉磨系統(tǒng)，系統(tǒng)配備一除塵器7，以保證潔凈生產(chǎn)，細料（≥50目）的作為第一段粗磨半成品，然后與軟質(zhì)料（泥料）按配比進入到第二段的球磨內(nèi)粉磨成漿料，就這樣完成了原材料的二段快磨。

4.2 動立磨粉磨系統(tǒng)的主要技術參數(shù)

圖5 動立磨快磨工藝流程圖

表1 動立磨系列的主要技術參數(shù)

（1）主機（動立磨）4配備功率為：90 kW；

（2）3、5斗式提升機功率：5.5×2=11 kW；

（3）直線篩6功率：2.2 kW、20 t/h（50目）；

（4）除塵器（系統(tǒng)）功率：12.1 kW；

（5）皮帶機8、9功率：2.2x2=4.4 kW；

總功率：119.7 kW，處理能力（≥50目）：20 t/h；

單位電耗（粗磨）：5.99 kWh/t（比立磨系統(tǒng)節(jié)電40%以上）。

4.3 動立磨系列的主要技術參數(shù)

動立磨系列的主要技術參數(shù)見表1。

5 結束語

陶瓷原材料加工采用二段快磨新工藝，有效地避免了物料在球磨機的初始粉磨階段混磨所消耗的大量能量，降低了球磨機的能耗，同時還可大大縮短物料在整個粉磨過程的所耗費的時間，從而在原材料制備工序達到了較好的節(jié)能效果，得到了企業(yè)及廠家的認可和贊賞。據(jù)查，第一段粗磨加工中采用球磨機的二段球磨快磨工藝，比一段球磨工藝減少電耗約15～18%；采用立磨作一段粗磨后，二段球磨時間縮短了25～35%左右，綜合電耗節(jié)省了25～30%，節(jié)能比球磨進了一步；

根據(jù)前面的對比分析，如二段快磨工藝的一段粗磨采用動立磨，則更具有優(yōu)勢：

（1）節(jié)能效果更明顯、使用管理更好；動立磨不但可使粗磨物料細度磨得更細（≥50目），且與軟質(zhì)泥料的細度更相近，使得二段球磨更加合理，而且動立磨單位電耗比普通立磨節(jié)電40%以上，考慮到這兩方面的因素，二段磨綜合電耗應更低，經(jīng)濟效益應更好。

（2）避免二次鐵污染，對于產(chǎn)品質(zhì)量來說是個很好的保證，動立磨作為一段粗磨，是一個最佳的選擇。

（3）投資省、占地面積少、環(huán)保、操作管理維護容易、生產(chǎn)成本低。

（4）可以與連續(xù)球磨工藝配套使用，生產(chǎn)更具優(yōu)勢，綜合電耗會進一步降低。

（5）從動立磨的粉碎原理知，主要是通過物料的相互撞擊而被粉碎，越硬越脆的物料粉碎效果越佳，而陶瓷廢舊、邊角料就是這種性質(zhì)的物料；如果把廢舊料回收粉磨加工后，作原料重新利用，是非常有成效的事情，也是節(jié)能減排上的創(chuàng)新，對陶瓷企業(yè)的升級改造起到很大的積極意義。

（6）按工藝及生產(chǎn)的需求，動立磨機也可配置成生產(chǎn)80～325目的產(chǎn)品，在這一階段更加凸顯動立磨突出的性能優(yōu)勢，這將會為陶瓷干法工藝生產(chǎn)提供良好的基礎。

［1］劉桂桐，劉國俊.華同動立磨技術在陶瓷行業(yè)中的應用及優(yōu)勢［J］.佛山陶瓷，2015，25（2）：3～34.

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劉桂桐，廣州人，1946年生，男，教授級高工，從事材料科學與工程的教學及科研設計工作。