淺談影響球磨效率的因素

檀瑞超

摘 要：傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)中，球磨機內(nèi)襯和研磨介質(zhì)一般采用天然的隧石襯和鵝卵石球，球磨時間長、球磨效率低，同時由于研磨介質(zhì)的硬度低，會導(dǎo)致磨耗增加，從而影響釉面質(zhì)量。據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)球磨機的耗電量約占陶瓷企業(yè)耗電總量的50% 左右，本課題從球磨機內(nèi)襯和研磨體的材質(zhì)、球磨機裝載總量、研磨體的級配以及料漿的比重和粘度等諸多方面因素探討對球磨效率的影響，最終確定球磨效率最優(yōu)的方式，最大限度地提高陶瓷原料的球磨細碎效率，對陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等具有深遠而重要的意義。

關(guān)健詞：球磨機；研磨介質(zhì)；球磨效率

1 前言

球磨機是目前廣泛采用的粉磨機械，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及條件的不同，有種種不同規(guī)格型號的球磨機。在陶瓷行業(yè)球磨機的規(guī)格是以裝載干物料的噸位計， 普遍采用濕法粉磨。到目前為止， 它是陶瓷行業(yè)唯一的濕法細磨設(shè)備， 也是耗電量最大的機械設(shè)備。據(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)， 球磨機的耗電量約占陶瓷企業(yè)耗電總量的50% 左右。傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)， 球磨機內(nèi)襯和研磨介質(zhì)一般采用天然的隧石襯和鵝卵石球。由于天然隧石內(nèi)襯較厚， 表面凸凹不平， 鑲砌后灰縫較大， 天然鵝卵石球的比重和硬度較小，磨耗大， 難以達到較高的效率， 而且由于化學(xué)組分的不確定性， 其磨耗污染料漿嚴重影響著陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量， 特別是釉面質(zhì)量， 給生產(chǎn)的質(zhì)量控制帶來許多不確定的因素， 既使高檔釉料也難以得到理想的釉面。本課題從球磨機內(nèi)襯和研磨體的材質(zhì)、球磨機裝載總量、研磨體的級配以及料漿的比重和粘度等諸方面因素探討對球磨效率的影響。通過研究和探討陶瓷原料的球磨細碎的影響因素，能最大限度地提高陶瓷原料的球磨細效率，節(jié)約能源，對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益及陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等具有深遠而重要的意義。

2 實驗

2.1 實驗研究方案

2.1.1總體技術(shù)方案

通過對研磨體的運動軌跡進行分析，對同一球磨機的不同研磨介質(zhì)加入量，同一研磨介質(zhì)采用不同大中小比例，不同的加水量，不同的球磨機磨襯及同一電機的不同轉(zhuǎn)速等因素進行對比實驗，最終找出以達到同一細度及粒度、釉面正常為前提，耗電量最少的途徑。

2.1.2實驗工藝流程

2.1.3實驗研究方法

本實驗采用逐輪次改變單一因素進行對比試驗的方法，試圖找出影響球磨效率的影響因素并確定出各影響因素最佳的數(shù)值。通過對球磨時間、球磨細度、顆粒級配、球磨后釉漿的物理性狀，燒成后的釉面效果進行系統(tǒng)的檢測，綜合比較各影響因素，最終得出球磨效率最高的各因素的組合。

2.2 實驗原料及設(shè)備

2.2.1試驗用原料

本實驗所用的主要原料包括鉀長石、鈉長石、石英、氧化鋁、方解石、白云石、氧化鋅、熔塊、煅燒高嶺土及CMC添加劑等。

2.2.2試驗用設(shè)備

設(shè)備清單見表1。

3 實驗過程

首先將釉漿配方原料的種類及比例固定，定位生產(chǎn)現(xiàn)用的釉漿配方，具體的釉漿配方見下表2，以下的實驗均是在此配方基礎(chǔ)上進行的，若無特殊說明實驗球磨機內(nèi)襯均為石頭質(zhì)（高硅質(zhì)）。

方案一，當球磨介質(zhì)為鵝卵石時，改變鵝卵石在30 kg球磨機中的比例，其它外部因素保持不變，統(tǒng)計此時的球磨效率，具體數(shù)據(jù)見表3。

方案二，改變研磨介質(zhì)的材質(zhì)（用高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)），保持其它外部因素不變，用方案一中的研磨介質(zhì)的同等比例來檢驗球磨材質(zhì)對球磨效率的影響，具體情況見表4。

方案三，其它外部因素保持一致，取不同直徑的高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)，以同樣的總質(zhì)量不同的比例加入到球磨機中，來尋求球磨效率最高的配比組合，具體情況見表5。

方案四，按方案三中研磨效率最高的研磨介質(zhì)配比，單獨改變配方中CMC的添加量，保持其它外部因素不變，驗證CMC對研磨效率的影響，具體數(shù)據(jù)見表6。

方案五，按方案三中研磨效率最高的研磨介質(zhì)配比，單獨改變釉漿的濃度，保持其它外部因素一致，驗證釉漿濃度的高低對釉漿研磨效率的影響，具體數(shù)據(jù)見表7。

方案六，分別將球磨機內(nèi)磨襯的材質(zhì)改變?yōu)楦咪X質(zhì)、氧化鋯質(zhì)、瑪瑙質(zhì)，并用高硅質(zhì)作比較例，采用上述實驗中最優(yōu)的球石配比，最優(yōu)的濃度及CMC添加量進行裝磨實驗，保持其它外部因素不變，檢驗不同磨襯材質(zhì)對球磨效率的影響，具體情況見表8。

4 實驗結(jié)果討論與分析

（1）根據(jù)實驗條件可知，球磨的釉漿濃度、流動性、干燥速度等外界因素都是一致的，這就保證對實驗的結(jié)果的影響只是同種材質(zhì)球石的重量了。研磨體的質(zhì)量從30 kg增加到60 kg，同一濃度下的研磨間由13.5 h減小到11 h，整體上縮短了磨時2.5 h，可見在這一段區(qū)間內(nèi)嚴磨體的增加是大大提高了研磨效率，充分發(fā)揮了研磨體的碰擊及摩擦的作用了。當研磨體的質(zhì)量增加到75 kg時研磨時間為12 h，結(jié)果已經(jīng)顯示，研磨介質(zhì)的繼續(xù)增加沒有減少磨時，反而增加了磨時，說明過多的球磨介質(zhì)只是增加了介質(zhì)之間的相互碰撞，降低了球磨效率，當球磨介質(zhì)繼續(xù)增加到90 kg時，球磨時間已經(jīng)達到了19 h，但是球磨的細度為0.52%，粒度為55.6%還沒有到達與上述幾種情況一樣細的粒度及細度，表中數(shù)據(jù)說明當加入90 kg研磨介質(zhì)時，球磨機內(nèi)的空間已將非常的狹小，研磨介質(zhì)之間的空隙非常的多，然而研磨介質(zhì)已經(jīng)失去了應(yīng)該發(fā)揮的碰擊及摩擦的作用，從而導(dǎo)致研磨效率非常之底，同時還不能將釉漿完全粉碎。

（2）表4中高鋁質(zhì)及氧化鋯質(zhì)研磨介質(zhì)由30 kg增加到90 kg時，縱向比較，也就是與自己本身添加的研磨介質(zhì)比較，表現(xiàn)出來的研磨效率的趨勢與表1中完全一致，研磨介質(zhì)的添加量在60 kg時，研磨效率最高，同樣達到10 μm下60%的粒度，鵝卵石的研磨時間為11 h，而同等質(zhì)量的高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)及氧化鋯質(zhì)研磨介質(zhì)的研磨時間分別為9.5 h，8 h。氧化鋯質(zhì)研磨介質(zhì)的比重要遠大于高鋁質(zhì)研磨體的比重，同時二者又都要遠大于鵝卵石的比重，研磨介質(zhì)的直徑也要都小于鵝卵石，所以單位體積內(nèi)介質(zhì)的數(shù)目也就越多，眾所周知，運動物體的動能，可表示為E=1/2mv2，在轉(zhuǎn)速一定的情況下，若研磨介質(zhì)尺寸相同，介質(zhì)比重越大，研磨介質(zhì)所獲得的動能也就越大，研磨效果也就越好。如表4中的實驗結(jié)果，同等質(zhì)量的研磨介質(zhì)最優(yōu)，研磨效率為氧化鋯質(zhì)研磨介質(zhì)大于氧化鋁質(zhì)研磨介質(zhì)。

（3）當直徑大的研磨介質(zhì)所占的比例為總研磨介質(zhì)的33.3%以上時，球磨體內(nèi)大的研磨介質(zhì)所產(chǎn)的空隙就會逐漸的變大，作為被研磨的主體釉漿就會最大限度的填充到這些空隙之中，使得研磨介質(zhì)不能或用很低的研磨效率對他做工，如表5中的16#、19#、22#；由于釉漿研磨后所呈現(xiàn)的粒度分布為正態(tài)分布曲線，也就是說被研磨體的中等粒徑所占的比例為主體，如果球磨機內(nèi)研磨介質(zhì)的主體為小球，雖然孔隙率較大球的要小的多，但是理論上大球主要靠沖擊和壓碎對粗粒產(chǎn)生粉碎作用；而小球主要靠研磨和打擊次數(shù)將細礦粒磨細，形成大球打大粒，小球磨小粒的狀態(tài)。故對給定的球磨機和在一定的球荷下，如果大球過大，球的個數(shù)少，總球荷表面積小，打擊礦粒的幾率小，使中等顆粒級別的物料產(chǎn)率大，就會造成磨不細的現(xiàn)象如表5中的17#，20#，只有當中等直徑的研磨體占整個研磨體的50%，小球占25%，大球占25%時，整個研磨介質(zhì)的空隙最小，同時也能滿足釉漿磨后的正態(tài)分布曲線，最大限度的發(fā)揮每個直徑研磨介質(zhì)的效率。

（4）當CMC添加量的比例在180 ～ 60 g時，釉漿的流動性分別為表中的300 s，150 s及60 s，釉漿的研磨效率總體上比較平穩(wěn)，平穩(wěn)之中略有提高，說明在研磨介質(zhì)本身固定的情況下，釉漿具有較好的流動性的前提下，釉漿通過流動可迅速填充到研磨體下并能隨球磨機的內(nèi)壁及研磨介質(zhì)拋落；當CMC添加量為240 g、300 g、360 g時釉漿的流動性逐漸的變差，最后甚至出現(xiàn)不流動的現(xiàn)象，隨著流動性的這種變化，當球磨機進行旋轉(zhuǎn)的時候，由于釉漿的高粘性，不但不能隨意的填充到研磨介質(zhì)中反而將研磨介質(zhì)緊緊的包裹在一起，隨內(nèi)壁做整圈的運動，嚴重降低了研磨介質(zhì)的碰擊及研磨作用，釉漿分不到最大限度的研磨。

（5）由表7可知釉漿的濃度由320 g / 200 ml到380 g / 200 ml逐漸上升，隨之而來的效應(yīng)就是釉漿的流動性大幅的降低，最后呈現(xiàn)出不流的狀態(tài)，當處于這一階段時，因為釉漿逐漸的不能順利的填充到研磨介質(zhì)中，并且隨嚴磨體進行拋投，所以研磨效率逐漸降低，當釉漿的濃度為300 g / 200 ml時，釉漿的研磨效率較320 g / 200 ml略有降低，說明當釉漿濃度過低時，也就是釉漿中的含水量過大時，無形中提高了釉漿的裝磨量，降低了釉漿拋投時的高度，同時也降低了被研磨體的碰擊及研磨的力度，導(dǎo)致研磨效率的下降。

（6）根據(jù)表8的統(tǒng)計結(jié)果顯示，由于不同材料的球磨機內(nèi)襯有著不同的密度，不同的摩擦系數(shù)，同時在球磨機內(nèi)襯的鑲嵌過程中殘留的磨襯與磨襯之間的縫隙的不同，還有不同材質(zhì)的磨襯的球磨損耗的不同，導(dǎo)致球磨釉漿原料時，研磨效率不同，由表8可知對提升釉漿研磨效率作用由強到弱的順序依次為瑪瑙、氧化鋯、高氧化鋁、高氧化硅。

5 結(jié)論

通過對影響濕法球磨機球磨效率諸方面因素的討論并經(jīng)過大量的實驗驗證， 得知要提高其球磨效率必須注意如下幾點：

（1）首先要根據(jù)實際的裝料量選取合理的研磨介質(zhì)裝載量，這是保證球磨效率的關(guān)鍵因素，本實驗中球磨效率最高的研磨介質(zhì)與實際轉(zhuǎn)磨量的重量比為2：1。

（2）確定研磨介質(zhì)的材質(zhì)，本實驗中氧化鋯研磨介質(zhì)的研磨效率最高，其次為高鋁質(zhì)及高硅質(zhì)，但氧化鋯質(zhì)研磨介質(zhì)的市場價格要遠遠高于其余兩種，經(jīng)綜合考慮研磨效率及材質(zhì)成本，建議采用高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)。

（3）根據(jù)實際的裝料量，選用不同直徑的高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)，采用不同的添加比例，經(jīng)過大量的實驗驗證，最終本實驗最為合理的不同直徑高鋁質(zhì)研磨介質(zhì)重量比為25 mm：40 mm：50 mm=1：2：1。

（4）由實驗可知，釉漿的濃度的高低及CMC添加劑的多少對研磨效率也會有一定的影響作用，為了提高研磨效率，縮短球磨時間必須對釉漿的濃度及CMC添加劑的用量進行嚴格的規(guī)定，考慮到釉漿的流動性等工藝參數(shù)對噴釉工序的影響，本實驗釉漿濃度控制在320 g / 200 ml，CMC添加劑的用量為裝料量質(zhì)量的0.2%。

（5）球磨機內(nèi)襯對球磨效率的影響由高到低依次為瑪瑙、氧化鋯、高氧化鋁、高氧化硅，經(jīng)過對材質(zhì)成本、研磨效率、釉漿的流動性等工藝參數(shù)的綜合考量最終建議選用高鋁質(zhì)球磨機內(nèi)襯。

總之，從產(chǎn)品的質(zhì)量、材料的經(jīng)濟性及釉漿的穩(wěn)定性來看，高鋁質(zhì)球石及高鋁質(zhì)球磨機內(nèi)襯在整個衛(wèi)浴濕法球磨機中的配套使用能給用戶提供最經(jīng)濟的技術(shù)特性和最先進的球磨工藝全過程，當然這需要一定的條件，顯然球磨工藝效果不良很少是由于原料的低劣引起的而是由于球磨工藝工程中各工藝參數(shù)的不協(xié)調(diào)造成的。只有通過系統(tǒng)分析建立認識和修改錯誤操作的簡便途，才能獲得工藝先進和經(jīng)濟適用的球磨效果。

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