技術 | 陶瓷球研磨體降低水泥磨電耗的機理分析及應用

前言

陶瓷球作為水泥粉磨的研磨體并不是一種新生事物，白水泥行業早期使用的鑄石球亦即低密度研磨體，和后來使用的一種人造硅石球在白水泥管磨機上的應用更可以說是陶瓷球在水泥磨應用的鼻祖。陶瓷球作為水泥粉磨系統的一種新型耐磨材料，其具有節能和降低出磨水泥溫度的顯著優勢，并已呈現取代高鉻球之勢。但是由于陶瓷球廠家和水泥生產廠對陶瓷球溝通、交流不夠，陶瓷球研磨體的應用存在以下問題：(1)陶瓷球廠家產品品質參差不齊、破碎率高，影響粉磨效果；(2)陶瓷球生產企業夸大宣傳，實際不乏陶瓷球試用失敗案例，但大多數是成功的。為此有必要從理論和實踐上對陶瓷研磨體節電機理進行分析探討。

一、高鉻球與陶瓷球性能對比

XX公司主推方向的陶瓷球的成分及與高鉻球的性能對比見表1，2。

表1 XX公司陶瓷球理化參數

表2 高鉻球與陶瓷球的物理性能對比

由表1，表2可知，陶瓷球產品有如下特點：

(1)硬度大。其洛氏硬度為HRA80～90，僅次于金剛石，遠遠超過耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能。

(2)耐磨性能極好。耐磨性相當于錳鋼的266倍，高鉻鑄鐵的171.5倍。在同等工況下，可至少延長設備使用壽命10倍以上。

(3)重量輕。其密度為3.6～3.9g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設備負荷。

2.1 粉磨工藝是關鍵

傳統不帶輥壓機的球磨機或帶輥壓機的預粉磨系統進入磨機的顆粒范圍較寬，球磨機入磨粒度0～25mm；帶輥壓機的聯合粉磨系統入磨粒度0～3mm。磨機的一倉或二倉用研磨體的單個重量大，提供一定的沖擊、破碎能力，故用密度大、直徑大鋼球做研磨體比較合適。

隨著輥壓機系統采用V型選粉機以后，靠風選的半成品粒度在1mm以下，經過一倉研磨/破碎，進入二倉的物料粒度≤0.5mm，此時研磨體可以用低密度陶瓷球來代替高鉻球作為研磨體研磨物料。所以說帶輥壓機+V型選粉機+磨機系統是使用陶瓷球的先決條件。

2.2 陶瓷球與高鉻球以傳統工藝計算方面對比

某公司ф4.2m×13m磨機為例，其二倉采用陶瓷球，裝載量為原來鋼球質量的一半左右。

(1)磨機功率前后對比。裝載量：試用前G₁=67+158=225t；試用后(二倉陶瓷球)G₂=73+84=157t。據計算公式：推算：同一臺磨機其他參數固定，功率與轉載量成0.8次方的正比關系。?？芍褂锰沾汕蚶碚撋瞎β式档捅壤秊?5％。

(2)磨機臺時產量前后對比。據計算公式：推算，同一臺磨機其他參數固定時，其臺時產量與裝載量成開平方的正比關系。，可知使用陶瓷球理論上產量下降為16.46％，假若使用高鉻球時產量是Q₁=145t/h，那么使用陶瓷球后磨機產量Q₂=121t/h，降低16.55％。

2.3 使用陶瓷球不降產的措施

同規格的磨機使用陶瓷球與使用高鉻球，采用相同的研磨體填充率，入磨物料配比及入磨粒度(細度或表面積)一樣時，陶瓷球作研磨體的磨機臺時產量必然降低，而不降低產量可采取措施不外乎以下幾點：

(1)陶瓷球的密度輕，堆積密度小，可采用適當增加二倉的研磨體重量，加大研磨體的填充率(由高鉻球的30％，提高到39％～45％左右)來彌補它的不足之處。

(2)改變磨機系統流程，由原來的開流磨生產變成閉路磨生產，閉路磨提產20％～30％來彌補原來開流磨的產量降低。

(3)采用合理的磨內結構，采用新型的控制流雙層隔倉板，優化活化環的結構和排列，延長磨機內部的停留時間。

(4)優化陶瓷球的級配，摸索出最優的級配和單位重量的研磨體表面積。

(5)提高入磨物料的表面積(嚴格控制入磨物料的粒度)，加強一倉的破碎、研磨能力，為適應二倉使用陶瓷球的破碎能力創造條件，亦即研磨效果前移，彌補研磨能力的不足。

該公司以#4線ф4.2m×12.5m開流磨作實驗，2016年6月27日二倉采用陶瓷球研磨體進行調試。2016年6月27日～7月9日，根據使用情況摸索、調整級配，二倉裝載量為93％(總量為86t)，輥壓機運轉頻繁”沖料”，擠壓效果差，臺時產量下降幅度較大，電耗下降不明顯，見表3。

表3 陶瓷球使用調試與使用前系統運行對比

根據以上情況，7月10日～7月26日對系統作出以下調整：

(1)一倉(高鉻球)，在入料舌板上增加擋板，避免物料直接沖遠進入隔倉板；調整中間隔倉板中間過料裝置，降低一倉物料流速(調至最小)，延長一倉物料停留時間；增加一倉高鉻球裝載量，提高破碎、研磨能力。

(2)二倉(陶瓷球)，補加研磨體到100％(86t)后，填充率達到39％；優化活化環，封堵活化環下部，減少通料面積，延長物料粉磨時間。經過以上措施，磨機臺時產量有所提高，工序電耗有所下降。后于8月13日再次優化調整輥壓機，改善V型選粉機的選粉效率，提高入磨物料的表面積在210m2/kg左右，以適應陶瓷球的研磨功能要求。經過8月到10月運行，系統穩定運行結果見表3。

由表3可知，試用陶瓷球后，P·O42.5R水泥工序電耗下降了4.10kWh/t，下降了11.64％；P·O42.5水泥工序電耗下降了4.49kWh/t，下降了14.40％。P·O42.5臺產提高了2.53t/11，提高了1.58％；P·O42.5R臺產降低了6.09t/h，下降了4.28％。

陶瓷球和高鉻球作為研磨體的機理相差較大，改變思維方式，為陶瓷球應用創造必要的條件，才能發揮其節能效果。但因陶瓷球對物料的適應能力差，建議嚴格控制入磨物料的水分，采用易磨性較好的物料，鋼渣及礦渣少用或禁用。根據陶瓷球使用，若高鉻球減少二倉研磨體的裝載量及減小研磨體規格，增加單位研磨體的比表面積，找出產量與電耗的最佳點，不追求高產量，也能達到降低電耗的目的。

作者：班紅建

來源：《華潤水泥(南寧)公司》

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