鋯鋁耐磨陶瓷研磨體在水泥行業粉磨中不降產的應用實踐

摘 要：佛山市陶瓷研究所集團股份有限公司（以下簡稱“佛山陶瓷研究所”）根據磨機生產實踐特別研制開發的一種以氧化鋁材料為主料并添加改性增韌的氧化鋯加工生產的一種高硬度無機非金屬研磨介質——鋯鋁耐磨陶瓷研磨體（以下簡稱“陶瓷球”），針對水泥行業陶瓷球應用存在破碎、降產應用問題施策，在江西某水泥廠探索出不降產的優化粉磨。

關鍵詞：鋯鋁耐磨陶瓷研磨體（陶瓷球）;節能;低碳;環保;提質;不減產

1 引 言

在陶瓷行業球磨工序，各種坯料、釉料、以及水煤漿等原燃材料粉體制備，基本上都是用陶瓷球作為研磨介質。水泥行業、水泥球磨機傳統研磨體為鋼球/鍛研磨體（以下簡稱“鋼球/鍛”），主電機電流高，水泥粉磨電耗較高。近年來，水泥行業受產能過剩、環保督查、去產能、協同生產、階梯電價等政策影響，使水泥企業不得不適應形勢的發展需要主動提產降耗、減負增效，以求在市場上立足，陶瓷球也在新形勢下逐步應用到水泥磨，并以其優于傳統鋼球/鍛的節能、提質、環保等明顯優勢，佛山陶瓷研究所陸續在多家水泥企業幾百臺（套）粉磨系統成功應用實施，節能效果明顯。用鋯鋁耐磨陶瓷球置換傳統的高鉻鋼球/鍛生產水泥，達到優質、高產、高效效果，成為一種受水泥粉磨客戶青睞和推崇的大趨勢。

2 陶瓷球主要參數及相比鋼球/鍛的優勢分析

2.1陶瓷球與鋼球/鍛主要參數對比

2.2陶瓷球相比鋼球/鍛在水泥研磨中的優勢

（1）節能降耗：陶瓷球能夠降低磨機研磨體裝載量20%以上，磨主電機電流降低20%以上，噸水泥節電15%以上，電耗降低3～6kwh/t·水泥;

（2）提質增效：陶瓷球粉磨的水泥產品，改善了水泥產品整形效果，球形顆粒增多，顆粒組成更加合理，3～32μm顆粒含量提高1%～2%，標準稠度用水量下降1%～2%，有利于后期強度的提高、與混凝土外加劑更相容;

（3）降溫減噪：陶瓷球為無機材質離子鍵班共價鍵，磨內溫度可降低15℃以上，出磨水泥溫度也明顯降低，磨機滑履溫度也大幅降低，磨機噪音降低15db以上;

（4）耐磨抗碎：陶瓷球的莫氏硬度為9.0，高鉻鋼鍛的莫氏硬度為6.9。明顯硬度高過高鉻鋼球/鍛，鋯鋁耐磨陶瓷球引入ZrO2改性增韌，既保證了陶瓷球有較高的強度，同時又大大的降低了破碎率和磨耗，磨耗一般是鋼球/鍛的50%，約15g/噸水泥，破碎率低于3‰;

（5）綠色環保：陶瓷球不含重金屬鉻，可以有效減少重金屬污染，有利于實現國家標準對水泥產品中水溶性六價鉻含量的限值（≤10mg/kg）同時節能、低碳，切實改善工作環境，保障工人的職業健康，也減少終端客戶受六價鉻離子的危害;

（6）故障率低：陶瓷球質輕，裝載量明顯降低，對磨機襯板、隔倉板、活化環等撞擊、磨損小，磨機襯板、隔倉板、活化環等使用壽命延長，磨主電機及減速機運行負荷大幅下降，主機設備故障率降低，壽命顯著提高，減少了設備維護、維修的物力和人力成本;

（7）避免降產：由于質輕，磨制同品種同等級質量指標相同的產品，早期客戶產量會略有下降，但下降幅度不大，一般在10%以內，隨著在水泥行業使用經驗的積累，通過系統工藝及設備調整，也能達到不降產甚至提產的效果。

3 陶瓷球的節電機理

主要節電機理如下：

（1）負荷下降：應用陶瓷研磨體后，使球磨機裝載量減少、整體負荷下降，在主電機不更換的條件下，球磨機功率減少;

（2）重心上移：應用陶瓷研磨體后，填充率通常增加，研磨體的整體重心上移，在球磨機帶球高度不變的情況下克服重力做功減少;

（3）溫度降低：應用陶瓷研磨體后，磨內溫度和出磨溫度會下降，減少了電能轉化為熱能的損失;

（4）流速加快：陶瓷研磨體質輕，堆積密度較為松散，物料流速變快，減少阻力。

4 陶瓷球替代鋼球/鍛的適應性

4.1入磨物料條件

要嚴格控制入磨物料的綜合水分≤1.5%，一般來說，物料平均水分再增加1%，磨機產量就會降低8%～10%，平均水分≥5%，干法磨機就不能工作了，參見產量、電耗與水分之間的回歸方程關系：

（1）產量與水分回歸方程：Y=20.06-1.4X

其中：Y：產量 t/h，X：綜合水分%

（2）電耗與水分回歸方程：Y=11.67+6.1X

其中：Y：單位水泥粉磨電耗 kwh/t，X：綜合水分% 。

4.2粉磨系統設備條件

優先選擇輥壓機-球磨機聯合粉磨系統;開路系統優先選擇3倉球磨機，閉路系統優先選擇2倉球磨機;入磨物料平均粒徑≥1mm時，頭倉需要帶球能力強的襯板;入磨物料平均粒徑≤1mm時，頭倉需要帶球能力弱的襯板;頭倉長度應≥3.5m，尾倉長度應≥7.5m;球磨機優先選擇螺旋進料方式。

4.3陶瓷球質量要求

優選密度≥3.6g/cm3，容重≥2.2t/m3，莫氏硬度≥8的耐磨氧化鋁球;粉磨PO42.5水泥，工業運行3600h以上，單倉碎球率≤0.3%，每噸水泥單倉球耗≤15g;沖擊韌性≥1.3J/cm2（落球沖擊疲勞試驗按GB/T17445附錄A的規定進行）。

5 陶瓷球替代鋼鍛不減產的應用實踐

佛山陶瓷研究所創新研發的水泥研磨專用陶瓷球，滿足了水泥生產節能降耗的要求，省電耗、高耐磨、研磨溫度低、無污染、有效消除靜電吸附。針對陶瓷易碎的缺點，研發團隊采用了獨特的增韌配方，提高了陶瓷球的韌性和耐撞擊力，降低破碎率。隨著水泥價格持續上揚、居高不下，陶瓷球置換鋼球/鍛的應用對臺時產量的要求越發重要，不減產和提產成了陶瓷球生產企業和應用企業共同追求的目標。2019年3月我司鋯鋁耐磨陶瓷球在江西某水泥企業置換鋼鍛，經調試，臺時產量持平，助磨劑恢復使用后（應用前使用助磨劑），臺時略有增長。

5.1存在問題

（1）輥壓機配置不大，HFCG500×1200型，且比較陳舊;

（2）隔倉板卸料孔直徑較大，陶瓷球置換鋼鍛后，出現料、球面高過卸料口的現象，不能滿足陶瓷球相應填充率的提高;

（3）出料壁板出現糊料現象;

（4）對打散機篩網進行檢查，發現兩處漏洞，影響分級效果;

（5）入磨拉鏈機設計能力不足，制約磨機產能的提高;

（6）助磨劑停用及熟料質量（粉磨站熟料供應質量）的影響。

5.2改善措施

（1）對輥壓機輥皮磨損定期對焊修復，確保輥壓機輥面有效做功;

（2）對隔倉板卸料孔直徑相應縮小，滿足填充率升高10%～15%的需要，避免因填充率的增高，造成陶瓷球進入隔倉板磨穿隔倉板致使研磨體串倉風險;

（3）陶瓷球置換鋼球后，磨內溫度下降，物料流速加快，改善了磨內通風，降低磨機出料壁板糊料現象;

（4）對打散機漏洞及時修復，確保高效正常工作;

（5）根據廠內實際情況，擇期技改;

（6）根據公司整體部署，實現助磨劑申報手續，臺時產量進一步提高，熟料供應也業已實驗集團內部調撥，確保熟料的質量穩定可靠。

5.3級配調整優化方案（見表7）

級配調整優化見表7

5.4應用效果

研磨過程中無碎球，極大地改善了水泥產品的性能，該公司最關注的細度、比表面積達到了內控標準。

我司專心致力于新材料的研究、開發和應用，專業生產氧化鋁研磨球、襯磚，產品優異的性價比使其在原料的連續球磨、各種球磨中得到廣泛使用，在原料加工的節能、降耗、增產特點得到消費者的認可。金剛集團將繼續以科技創新為發展之本，堅持多元化發展，不斷研發新產品，應用新領域，與客戶實現合作雙贏！

6 應用陶瓷球效益分析

以最近置換鋼鍛應用陶瓷球生產水泥的江西D水泥客戶為例，Φ3.2m×13m水泥磨應用前電耗>30kwh/t水泥，應用后就見成效，PO42.5水泥和PC32.5R水泥電耗平均低26.5kwh/t水泥，助磨劑恢復正常效果更加明顯，降低4kwh/t水泥，甚至更多，產能50萬t/a，平均電價按0.55元/kwh計，則陶瓷球置換后僅節電效益每年就達110萬元：

50萬t/a×4kwh×0.55元/kwh=110萬元

7 總 結

（1）陶瓷球在水泥行業的應用已經有幾年的探索經驗，陶瓷球本身的改善和陶瓷球在水泥磨的應用技術都積累了很多經驗。

（2）陶瓷球在水泥企業的應用之前存在兩個困惑：破碎和降產。陶瓷球破碎已經解決，能夠穩定控制在可控范圍，通過對磨機不降產的應用探索，陶瓷球在水泥磨中應用不降產也慢慢的得以實現。

參考文獻

[1] 張德強.鋯鋁耐磨陶瓷研磨體在水泥粉磨中不減產的應用探索[J].水泥，2020（5）：43-45/39