淺析連續(xù)球磨機(jī)工藝控制要點(diǎn)

張歡樂(lè)，高名恒，張建東，羅濤，徐由強(qiáng)，錢正平

（山西東鵬新材料有限公司，運(yùn)城044000 ）

1 計(jì)算理論產(chǎn)量

球磨機(jī)的理論產(chǎn)量怎么算？這個(gè)問(wèn)題可能會(huì)難倒很多從業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)操經(jīng)驗(yàn)豐富的原料車間主任。他們大多會(huì)說(shuō)，皮帶秤每小時(shí)顯示的入球原料數(shù)量就是球磨的產(chǎn)量，具體怎么計(jì)算，沒(méi)有詳細(xì)研究。其實(shí)可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，具體如下：

（1）首先把連續(xù)球當(dāng)做一個(gè)間歇球，看成一個(gè)圓柱體。按照?qǐng)A柱體體積計(jì)算公式，圓柱體體積=底面積×高=π×R2×h，π 是圓周率，一般取3.14，R 是圓柱底面半徑，h 為圓柱的高，如下圖。

圖1 圓柱體體積計(jì)算公式

（2）其次要考慮連續(xù)球體里面裝有球旦和漿料，球旦一般占球體體積的一半，也就是說(shuō)球空高度等于球旦高度，各占50%。以下圖為例，單個(gè)球磨機(jī)長(zhǎng)6.2m，高3.5m，球空高度就是總高度的一半（50%），即1.75m。砂泥漿料距離筒體高度一般為40cm，實(shí)際利用率沒(méi)有100%，保證留有一定空隙，球旦隨著球磨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做拋物線運(yùn)動(dòng)，提高球內(nèi)漿料及球旦流動(dòng)性，從而提高球磨效率，同時(shí)在球旦漿料轉(zhuǎn)動(dòng)、摩擦、撞擊過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，裝量太多容易漲磨，發(fā)生危險(xiǎn)。

圖2 單個(gè)連續(xù)球體尺寸

（3）最后計(jì)算這個(gè)連續(xù)球的單位時(shí)間產(chǎn)量，產(chǎn)量（重量）=體積×密度×體積利用率×（單位時(shí)間/出漿周期），密度可以約等于漿料比重（約1.68），球磨出漿時(shí)間按照50分鐘計(jì)算，每小時(shí)球磨周期=60 分鐘/50 分鐘=1.2，

故：每小時(shí)產(chǎn)量=漿料比重×球磨機(jī)的體積×體積利用率×（單位時(shí)間/出漿周期）=3.14×（3.5/2）2×6.2×50%*（1.75-0.4）/1.75×1.68×60/50=46.36 噸。

這種算法只是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，理論上是有漏洞，因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中，球磨機(jī)體是橫放，而非豎放，那么利用高度差計(jì)算體積利用率就不太嚴(yán)謹(jǐn)。雖然理論比較粗糙，但不失為一種量化產(chǎn)量的計(jì)算方法，經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)實(shí)際電子稱產(chǎn)量對(duì)比，差異不大。這只是單個(gè)球的產(chǎn)量，后面的球都在重復(fù)前面的動(dòng)作，不論幾連續(xù)球，都以最終出漿時(shí)間為準(zhǔn)。故連續(xù)球的產(chǎn)量可以按照以上數(shù)學(xué)模型計(jì)算。

2 球旦配比控制要點(diǎn)

每個(gè)陶瓷廠會(huì)根據(jù)自身產(chǎn)品類別、窯爐產(chǎn)量配置相應(yīng)的連續(xù)球磨機(jī)，比如生產(chǎn)瓷片的陶瓷廠，由于產(chǎn)品吸水率高（10%-17%）、所需漿料細(xì)度大，一般配置三連體或者四連體連續(xù)球；生產(chǎn)拋釉磚的陶瓷廠，產(chǎn)品吸水率低（≤3%），要求漿料細(xì)度小，一般配置四連體或者五連體的連續(xù)球磨機(jī)。連續(xù)球磨機(jī)筒體數(shù)量越多、建造成本越高。所以一定要因地制宜，結(jié)合自身實(shí)際需要配置連續(xù)球磨機(jī)。以筆者所在陶瓷廠的五連體球磨機(jī)為例，討論球旦配比。五連體連續(xù)球機(jī)布局圖如下：

圖3 五連體連續(xù)球機(jī)布局圖

粉料從中轉(zhuǎn)倉(cāng)開(kāi)始進(jìn)入1 號(hào)球球磨，隨著球體轉(zhuǎn)動(dòng)成為漿料，流向2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)、5 號(hào)，最后進(jìn)入地池。這也是漿料從粗到細(xì)的不斷球磨過(guò)程，每個(gè)球的球旦配比也就不同。首先進(jìn)入1 號(hào)球的是砂泥固體顆粒，一般粒徑≤0.6cm，砂泥、水及減水劑混合轉(zhuǎn)動(dòng)形成液體狀態(tài)的漿料。這里的球旦就需要直徑大的，與大顆粒的砂泥進(jìn)行碰撞做功。一般情況每個(gè)球配三種規(guī)格的球旦即可，如果有條件，也可以配四種規(guī)格。隨后的2 號(hào)球比1 號(hào)球的規(guī)格減少一個(gè)級(jí)別，以此類推，直至5 號(hào)球。一般配比如下。

表1 球旦配比

該球旦配比是個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不同的數(shù)量的連續(xù)球可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行匹配，最關(guān)鍵的是要求球旦堆積密度最大，球旦縫隙最小。此外還要考慮球旦的鋁含量，白度、磨耗等指標(biāo)，因?yàn)殇X含量影響磨耗，磨耗影響成本；白度由鐵含量決定，鐵是有害雜質(zhì)。

3 球磨篩板控制要點(diǎn)

每個(gè)連續(xù)球磨好的泥漿通過(guò)球磨篩板過(guò)濾，避免粗顆粒及球旦進(jìn)入下一個(gè)連續(xù)球，篩板像篩子一樣過(guò)濾掉不符合粒徑要求的漿料及球旦。由于每個(gè)球的漿料細(xì)度是遞進(jìn)關(guān)系，即第一個(gè)球里的漿料細(xì)度最粗，第二個(gè)細(xì)度減小，以此遞進(jìn)，最后一個(gè)球的漿料細(xì)度符合工藝技術(shù)要求。一般瓷片為200g 漿過(guò)250 目篩，篩余3.0%-4.0%，拋釉為200g 漿過(guò)250 目篩，篩余1.0%-2.0%，這里可能還要區(qū)分高吸拋釉磚和低吸拋釉磚，吸水率越低，燒成溫度越高，漿料細(xì)度越細(xì)，料的比表面積越大，越有利于燒成和氧化。也可以選擇325 目篩，不論250 目還是325目，只要掌握規(guī)律，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。篩板的形狀如下圖所示，多個(gè)篩板拼接成一個(gè)圓形，從而起到過(guò)濾作用。

圖4 篩板的形狀

篩板的排布同泥漿的細(xì)度一致，逐級(jí)變小，正常情況，第一個(gè)球的篩板尺寸最大，比如，可以選擇8mm×24mm，后面的4 個(gè)球選擇8mm×12mm，也可以逐個(gè)選擇更小的，根據(jù)自身工藝要求確定即可。需要注意的是襯板也會(huì)磨損，孔徑變大，需要定期更換。

另外需要注意的是由于球旦在球體里面長(zhǎng)期磨損，直徑變小，如果停球不進(jìn)行挑選的話，磨損后的小球旦可以通過(guò)孔徑進(jìn)入下一個(gè)球體，長(zhǎng)期不注意清理孔徑中的球旦，日積月累容易造成堵球。

表2 連續(xù)球磨機(jī)工藝參數(shù)記錄表

4 球磨用水控制要點(diǎn)

球磨用水的水質(zhì)常常被原料車間管理者忽略，他們常常會(huì)把漿料性能不好的問(wèn)題推到砂泥配方流動(dòng)性不行或者減水劑解膠效果差等方面。正常情況下，如果使用地下水或者河水作為球磨用水的話可以這么推卸責(zé)任，但是現(xiàn)在環(huán)保要求異常嚴(yán)格，陶瓷廠在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的污水，比如拋光污水、脫硫塔污水等，這些污水不能外排，必須自產(chǎn)自銷，實(shí)現(xiàn)零排放，同時(shí)降低用水成本。所以現(xiàn)在陶瓷廠就會(huì)修建水處理沉淀池，將水沉淀凈化后入球磨機(jī)使用，也就是俗稱的環(huán)保水。使用環(huán)保水，這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大風(fēng)險(xiǎn)，需要格外注意。

因?yàn)樵谖鬯幚沓恋磉^(guò)程中，單純的物理沉淀效率非常低，必須添加化學(xué)絮凝劑，才能提高污水沉淀效率。常用的化學(xué)絮凝劑分別是有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺（俗稱PAM）和無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁（俗稱PAC），這兩種絮凝劑混合使用水處理效果最佳，沉淀速度最快，成本最低，操作簡(jiǎn)單，陶瓷廠均在使用。污水經(jīng)過(guò)絮凝凈化后清澈透明，稱為環(huán)保水，達(dá)到循環(huán)使用的效果。這種水會(huì)被直接抽到球磨機(jī)里使用，正常情況與地下水或者河水效果一致，但是大家常常忽略一個(gè)細(xì)節(jié)。如果絮凝劑加入量超過(guò)污水沉淀所需量，那么沉淀后的環(huán)保水就成了聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁的溶液，這兩種化學(xué)藥劑能以任意比例溶于水，水溶液為均勻透明的液體，一旦進(jìn)入球磨機(jī)，將會(huì)在球磨機(jī)中發(fā)生絮凝反應(yīng)，泥漿會(huì)變成豆腐腦狀，流動(dòng)性極差，造成堵球。即便使用三聚磷酸鈉水溶液也無(wú)法解膠，必須人工使用清水沖洗干凈才行。筆者工作的陶瓷廠就反復(fù)發(fā)生過(guò)類似情況，我們一度懷疑砂泥配方流動(dòng)性不行或者減水劑失效。然而在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證怎么也不是配方或者減水劑的原因，直到有一天作者看著水處理池清澈見(jiàn)底的環(huán)保水沉思，才領(lǐng)悟出其中的奧妙?？刂莆鬯恋沓鼗瘜W(xué)絮凝劑的使用量后，連續(xù)球磨機(jī)再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)此類堵球情況。所以在此特別提醒陶瓷同行注意此問(wèn)題。

5 球磨過(guò)程其它注意事項(xiàng)

球磨過(guò)程就是一個(gè)漿料逐級(jí)加工，不斷變細(xì)達(dá)到使用要求的過(guò)程。所以要關(guān)注過(guò)程中的一些工藝細(xì)節(jié)。

（1）球與球之間要監(jiān)控漿料細(xì)度，比如漿料從1 號(hào)球流到2 號(hào)球的細(xì)度是多少，2 號(hào)流到3 號(hào)的細(xì)度，以此類推，直至5 號(hào)球出漿符合工藝要求。如果4 號(hào)球出漿細(xì)度已經(jīng)達(dá)到工藝要求，那么5 號(hào)球就在做無(wú)用功，需要降低4 號(hào)球的變頻，降低球磨轉(zhuǎn)速，發(fā)揮5 號(hào)球的作用，同時(shí)達(dá)到節(jié)能效果。

（2）變頻器和電機(jī)的匹配也要關(guān)注，有的公司為了降低連續(xù)球的成本，選用變頻器功率可能同球磨電機(jī)功率一致，這樣變頻的效果不佳，甚至?xí)霈F(xiàn)燒掉變頻的情況，這里建議變頻器功率應(yīng)略大于球磨電機(jī)功率。

（3）相比于間歇球，連續(xù)球?qū)ι佰柙系牧６燃坝捕纫筝^高，考慮到連續(xù)球的球磨周期較短，很可能會(huì)出現(xiàn)粒度小、硬度低的原料達(dá)到細(xì)度要求進(jìn)入漿池，而部分粒度較大且硬度高的原料被篩網(wǎng)過(guò)濾出來(lái)，從而改變了砂坭配方，影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此連續(xù)球需要配備破碎系統(tǒng)對(duì)砂坭原料進(jìn)行加工，通常要求破碎后砂坭粒度小于0.6cm，此外黑泥、膨潤(rùn)土土類原料也需要通過(guò)化漿系統(tǒng)進(jìn)入連續(xù)球使用。

（4）報(bào)表管理

連續(xù)球磨機(jī)是一個(gè)自動(dòng)化的過(guò)程，前面出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)造成后續(xù)工序均出現(xiàn)問(wèn)題，也就是所謂的蝴蝶效應(yīng)。再加上連續(xù)球磨機(jī)停機(jī)成本較高，出現(xiàn)問(wèn)題很難馬上停機(jī)查找原因。所以必須對(duì)整個(gè)過(guò)程中的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行記錄，長(zhǎng)期積累形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從而避免陷入拍腦袋做決策的誤區(qū)。推薦報(bào)表格式如表2 所示。

綜上所述，以上五點(diǎn)連續(xù)球磨機(jī)工藝控制要點(diǎn)，是筆者在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中不斷犯錯(cuò)、不斷求教、不斷創(chuàng)新而積累的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)或者說(shuō)方法工具，希望能夠?qū)υ宪囬g管理者提供一些可以借鑒的知識(shí)。俗話說(shuō)：天下難事必作于易，天下大事必作于細(xì)。希望通過(guò)本文可以讓大家明白，連續(xù)球磨機(jī)既復(fù)雜又簡(jiǎn)單，只要關(guān)注細(xì)節(jié)，理論結(jié)合實(shí)際，必定可以攻堅(jiān)克難，提高球磨效率。