新型陶瓷球在立式攪拌磨上的應用

張輝

（淄博啟明星新材料股份有限公司，淄博 250000）

1 引言

攪拌磨機研磨介質(zhì)的質(zhì)量直接決定了它對物質(zhì)的粉碎效果。而新型陶瓷球比傳統(tǒng)的合金球硬度更高，意味著它對物質(zhì)的磨碎能更加徹底?？鼓ノg性也比合金球高出好幾倍，這說明它的消耗成本不高。新型陶瓷球的種種性能都足以證明它的優(yōu)越性，所以將新型陶瓷球應用在立式攪拌磨機上的應用前景應該也是很廣泛的。

2 立式攪拌磨機的工作原理

立式攪拌磨機是一種廣泛應用在化學工業(yè)、水泥攪拌、礦山等行業(yè)中的設備，主打的是節(jié)能環(huán)保，而且比傳統(tǒng)的球磨機、粉磨機更加的高效，操作也簡單許多，壽命相比之下更長，這極大滿足了人們的需要。世界上第一臺立式攪拌磨機是由德國制造出來的，此后經(jīng)過幾十年的發(fā)展，立式攪拌磨機的種類是越來越多，如德國萊歇公司的LM 立式攪拌磨機、山東淄博的啟明星LJM 系列立式攪拌磨機等都是人們信賴的品牌。以LGM 濕法立式攪拌磨機為例它的結(jié)構(gòu)大抵如圖1 所示：

圖1 LJM 濕法立式攪拌磨結(jié)構(gòu)

如圖所示，LJM 立式攪拌磨機主要筒體、傳動主軸裝置、電機和上機體裝配等部件組成。機器采用先進的粉磨原理，設計獨特、無污染、噪音小、高效雙冷卻、壽命長。具體還采用了雙速電機驅(qū)動，內(nèi)襯聚氨酯（氧化鋁或氧化鋯），配循環(huán)泵循環(huán)研磨，與物料接觸部分均為聚氨酯、耐磨陶瓷或不銹鋼材質(zhì)無污染。合理的棒型結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速能將物料研磨到1μm，下頂料循環(huán)方式研磨室實際利用率100%，可以配混料桶循環(huán)生產(chǎn)，更經(jīng)濟。

粉磨原理就是當啟動機器后，研磨介質(zhì)在筒體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性和離心力作用下一起旋轉(zhuǎn)，并被帶到一定的高度，在這樣的高度并在一定的轉(zhuǎn)速及重力作用下，像拋射線運動一樣落下，物料因此被擊碎。此外研磨介質(zhì)受到別的力產(chǎn)生滑動和滾動，使研磨介質(zhì)、襯板、被攪拌物質(zhì)三者之間產(chǎn)生粉碎和研磨作用，使物料磨細，直至成粉末，最終完成粉磨作業(yè)。

3 新型陶瓷球有哪些種類

能作為立式研磨機新興的一種研磨介質(zhì)，新型陶瓷球必定是有它的過人之處。新型陶瓷球與傳統(tǒng)材料相比在常溫下更具有硬度高、韌性好、耐磨性能好、耐高溫、耐腐蝕、流動性好，研磨效率高等優(yōu)點。最主要的其磨礦效果更好，磨耗及使用成本也低了很多。所以才受到人們的青睞。隨著近年來的研究發(fā)展，新型陶瓷球的種類也越來越多，下文介紹幾種。

3.1 氧化鋯陶瓷球

氧化鋯陶瓷球形狀如圖2 所示。本身密度為6.00g/cm3，在常溫下具有高的強度和高韌性、耐磨性好、耐高溫耐腐蝕、剛度高、不導磁、電絕緣。而且哪怕溫度達到600℃也不會改變它的強度以及硬度。自身重量較輕，所以旋轉(zhuǎn)起來不會輕易破壞承載殼體。氧化鋯陶瓷球自身對苛性堿、熔融金屬、有機溶劑和大多數(shù)酸會展現(xiàn)一個化學惰性的狀態(tài)，而且在受到壓力時還能增加它的韌性，這些使得它成為立式攪拌磨機研磨介質(zhì)的首選。

圖2 氧化鋯陶瓷球

氧化鋯陶瓷球也是有缺點的，就是它因自身組成成分原因無法抵抗氫氟酸和硫酸的侵蝕，堿性太高的地方也不適合保存。

3.2 氮化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球形狀如圖3 所示。整體以炭黑色為主，是世界上最堅硬的材質(zhì)之一。氮化硅陶瓷球是在非氧化氣氛中高溫燒結(jié)的精密陶瓷，具有高強度, 高耐磨性,耐高溫,耐腐蝕、耐酸、堿、可在海水中長期使用，并具有絕電絕磁的良好性能。在800℃時，強度、硬度幾乎不變，其密度為3.20g/cm3，幾乎是軸承鋼的1/3.重量，這意味著它旋轉(zhuǎn)時能有效抑制高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力. 可以實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)而不傷承載殼體。還具有自潤滑性，它可以使用到無潤滑介質(zhì)的環(huán)境中。這也使它成為陶瓷軸承,混合陶瓷球軸承的首選材質(zhì)。

圖3 氮化硅陶瓷球

圖4 碳化硅陶瓷球

氮化硅陶瓷球的缺點是比較致命的，就是它的斷裂韌性系數(shù)低，相比其它陶瓷球更加容易碎裂，消耗的成本也會相對高一點。

3.3 碳化硅陶瓷球

碳化硅陶瓷球形狀如圖2.3 所示。碳化硅陶瓷球產(chǎn)品性能穩(wěn)定，所有新型陶瓷球中當屬它的綜合性能最佳。與鋼比較，質(zhì)量比鋼輕，摩擦系數(shù)小，運動性能佳，彈性模量比鋼大50%，熱膨脹系數(shù)小于鋼的25%，高溫下在1000℃以前能保持高強度和硬度，耐腐蝕，不生銹，無磁性，可在無油潤滑條件下工作。有數(shù)據(jù)表明碳化硅陶瓷球的耐磨性相當于266 倍的錳鋼或者相當于1741 倍的高鉻鑄鐵，耐磨性上面是非常好的。

碳化硅陶瓷球的缺點也是斷裂韌性系數(shù)低，脆性高，所以如果拿來當復合材料也是很好的選擇，加入一些增加韌性和強度的物質(zhì)，效果會好很多。

目前市場上新型陶瓷球就這三個種類的陶瓷球，相信在以后的研究中也會有更多的陶瓷球問世，它們的性能也會一代比一代的更出色，而且會廣泛的運用到更多的行業(yè)中，推動各自行業(yè)更高效的發(fā)展。

4 新型陶瓷球的應用分析

究竟新型陶瓷球應用到立式攪拌磨機上有什么效果，舉例分析：

在吉林某銅礦再磨作業(yè)中采用的是先分級再磨礦的工藝。攪拌磨機采用的是立式攪拌磨機。一開始工作還能順利進行，可隨著工作的深入問題就逐漸顯現(xiàn)出來。首先就是原銅礦中所需要的黃銅與其它礦物質(zhì)密切共生，嵌布粒度非常細，這就導致比較難正在磨碎中分離出來。其次就是成本消耗太高，光是作為研磨介質(zhì)的鋼球就要更換好幾次?；谶@些問題，項目部引進了新型陶瓷球來作為立式攪拌磨機的研磨物質(zhì)，結(jié)果就是黃銅里面其他礦物質(zhì)含量大幅降低，完全達到了一開始定下的技術(shù)指標。所以接下來就具體數(shù)據(jù)來分析下新型陶瓷球應用到立式攪拌磨機中的幾項優(yōu)點。

4.1 節(jié)能降耗優(yōu)勢明顯

如表1 所示，引進前使用鋼球作為研磨介質(zhì)的用電單耗是1.8 kw·h/t，單位成本是0.53 元/噸。引進新型陶瓷球作為研磨介質(zhì)后的用電單耗是0.8 kw·h/t，單位成本是0.53 元/噸。引進前和引進后對比分別就下降了1.0 kw·h/t 和0.27 元/噸。引進新型陶瓷球的節(jié)能降耗效果可謂十分明顯。

表1 引進前后能耗對比

4.2 成本消耗低

如表2 所示，引進前使用鋼球作為研磨介質(zhì)的日產(chǎn)補球量是60 kg/d，介質(zhì)單耗是0.053 kg/t，單位成本是0.261 元/噸.引進新型陶瓷球后立馬就降下來了，日常補球量降到了2 kg/d，單位成本更是降到了0.044 元/噸。從數(shù)據(jù)來看新型陶瓷球要比鋼球耐磨損，而且初始的裝球量比鋼球的低，每天補球量也不用多，起到的效果卻比鋼球要好，最主要就是成本消耗降低了，這也是人們引進后最希望改善的一點。

表2 引進前后研磨介質(zhì)使用情況對比

4.3 研磨效果更好

如表3 所示，在研磨相同濃度的礦石中采用新型陶瓷球的要比采用鋼球的合格產(chǎn)率更高，意味著新型陶瓷球的研磨效率要比鋼球好。在研磨過程中也少出現(xiàn)過粉碎現(xiàn)象。

表3 引進前后研磨效果對比

4.4 噪音小

噪音有明顯的減小。采用鋼球研磨時所產(chǎn)生的噪音很大，達不到國家規(guī)定的噪聲標準，還經(jīng)常惹得居民投訴。引進新型陶瓷球后，噪音有了明顯降低，已經(jīng)在國家規(guī)定噪音的標準線內(nèi)。因為陶瓷球本身較輕，硬度高，在高速旋轉(zhuǎn)下能快速粉碎被攪拌物質(zhì)，摩擦系數(shù)低，所以發(fā)出的噪音不會很大。

4.5 縮短檢修時間

因為每次立式攪拌磨機研磨后都要停下來檢修下，這時候需要把研磨介質(zhì)取出來。因為鋼球與被攪拌物質(zhì)混合后變得形狀不一，不規(guī)則，很難快速排除承載體外。而新型陶瓷球就不一樣了，本身硬度高，所以碰撞后仍可以保持圓滑形態(tài)，就很容易排除來，這樣就不會把時間浪費在檢修上，影響進度。

4.6 減少對產(chǎn)品的污染

研磨礦石還好說，要是研磨別的物質(zhì)的話，鋼球易磨損，一磨損就容易釋放鐵元素，鐵元素作為雜質(zhì)就會依附在產(chǎn)品上，產(chǎn)家還要給產(chǎn)品做除鐵處理，費時費人又費錢。用新型陶瓷球就不會出現(xiàn)這種情況了，健康無污染，主打環(huán)保衛(wèi)生就是這么來的。

4.7 延長設備壽命

新型陶瓷球自身耐磨蝕。所以消耗成本不高，關(guān)鍵它對部件的壽命長短也起到?jīng)Q定作用。例如螺旋攪拌器采用鋼球作為研磨介質(zhì)時攪拌磨機的壽命只能維持一年，一個月要維修一次。換成新型陶瓷球后壽命至少還能延長多達七個月左右，這就節(jié)省了一比費用，效率還高。

以上就是在立式攪拌磨機中應用新型陶瓷球的種種好處，二者強強聯(lián)合，混合在一起就會產(chǎn)生令人滿意的效果，以后可能會有更先進的設備被生產(chǎn)出來，但是也要按照這個方向去設計，力求更簡便更高效，所以在立式攪拌磨機中應用新型陶瓷球的應用前景一片坦途。

5 部分立式攪拌磨機無法應用新型陶瓷球

目前新型陶瓷球想要在立式攪拌磨機領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全覆蓋還是有困難的。因為現(xiàn)在市場多數(shù)立式攪拌磨機采用的磁性橡膠板來作為支撐研磨介質(zhì)和物質(zhì)碰撞的耐磨材料。其自身優(yōu)勢是當研磨物質(zhì)是鋼球時可以吸附一定數(shù)量的鋼球充當保護層，這樣可以延長自己本身的壽命，降低消耗成本。但替換成陶瓷球后。無法吸收鋼球補充保護層。等到原先的鋼球保護層磨損后無法吸附新的補充，自身襯板就會暴露在研磨過程中。一旦自身襯板遭受磨損壽命就會大幅降低，而且磁性橡膠板本身制作價格昂貴，替換陶瓷球后性價比就低了。目前針對這一情況就重新進行了研究創(chuàng)新，研究出了聚氨酯襯板等新型襯板來代替原先的磁性橡膠襯板，而且實驗效果是良好的。就是還沒有大力推廣，沒這么大影響力，但隨著經(jīng)濟發(fā)展，終有一天會有更多人使用這個新型襯板搭配新型陶瓷球的組合方式的。

6 結(jié)語

將新型陶瓷球應用于立式攪拌磨機中，從上述應用分析來看，新型陶瓷球由于耐磨蝕所以自身消耗不大，設備的消耗成本也隨之降低。但新型陶瓷球想要在立式攪拌磨機領(lǐng)域全覆蓋還是要經(jīng)過慢慢摸索的，雖然有方向，但有問題還是要解決。因為陶瓷球現(xiàn)在的硬度標準就那樣，能適合使用的行業(yè)比較少，遇到一些密度比較大的被攪拌物質(zhì)就不好研磨了；合理級配陶瓷球也是個問題；而且原先使用的磁性襯板不在適合新型陶瓷球的應用。所以解決這些問題的關(guān)鍵還是要創(chuàng)新。創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，也是能成為推動新型陶瓷球在立式攪拌磨機應用方向的動力。有了這些終有一天會實現(xiàn)投入低，成效高的目的。