陶瓷研磨体对水泥粉磨无球化的质疑

  可能让读者感到意外，笔者在前几年也曾为水泥粉磨无球化推波助澜，现在又怀疑无球化的必要性。但这就是中庸之道、这就是辩证法，正所谓孔子的“叩其两端而竭焉”，同时向两个相反的方向探索，才能使我们的路子越走越宽。

  最近十多年来在市场需求的拉动下，所谓“新型干法”工艺在我国获得突飞猛进的发展，众多的新线高度集中在一个时间段建设，无需思考、无需论证、无需创新，抢的就是建设时间，绝大多数新线采用了现成的、成熟的东西。在水泥粉磨环节，“辊压机＋球磨机”的双闭路联合粉磨工艺，事实上已成为目前国内水泥粉磨系统的主流工艺。

  由于球磨机具有结构简单可靠、对物料的适应性强、对产品的适应性广等诸多优点，所以一直被水泥行业广泛采用。即使在节能粉磨工艺、装备大发展的今天，包括现在主推的水泥联合粉磨系统、正在探索的辊压机半终粉磨系统，球磨机仍然是水泥粉磨系统的重要设备之一。

  尽管出于节能目的，对水泥粉磨新工艺、新设备的研究一直没有中断，而且已经取得了不小的进展，但时至今日采用者依然为数不多。人们对这些新的粉磨工艺还需要一个认识过程，还存在对水泥颗粒分布、颗粒形状、需水量大小、使用性能好坏等顾虑。

  在这种情况下，我们不禁要反问一句，我们强调了这么多年的“水泥无球化粉磨”到底有没有必要、“无球化粉磨水泥”的目的又是什么？

  一、水泥粉磨无球化的目的与必要性

  我们想淘汰球磨机的原因是其粉磨电耗高，目前多数专家将电耗高的原因归结为：“在球磨机粉磨系统中，对物料的粉磨是以无数次的冲击与摩擦混杂进行的，其中不乏钢球之间、钢球与磨体衬板之间的冲撞，做了不少无用功，原理上导致了粉磨效率低下、单位电耗高”。

  球磨机仍然未被淘汰出局的原因，是它的粉磨更适合水泥性能的要求，准确点说，是球磨机的粉磨原理更适合在辊压机预破碎、预粉碎之后对水泥的研磨，所以联合粉磨系统才有了今天的地位。既然是它更适合，就不该说它是落后的，那些“不乏钢球之间、钢球与磨体衬板之间的冲撞”起码也不是主要问题，谈不上“做了不少无用功”，其粉磨原理并不是粉磨效率低下的原因。

  那么球磨机电耗高的原因又是什么呢？我们把电耗细分一下就会发现，球磨机粉磨系统的电耗主要在主电机功率上。搞过球磨机管理的都知道，其主电机的运行功率受研磨体装载量的影响非常之大，说明球磨机的自重（包括筒体、衬板、隔仓板，主要是研磨体）才是电耗高的主要原因。

  如果有朝一日，在不改变球磨机结构和粉磨原理的情况下，能把球磨机的这些“自重”降下来，主要是把研磨体的重量降下来（其他自重影响的主要是启动电耗），球磨机的粉磨电耗（运行电耗和启动电耗）必将有一个大幅度的下降。应该强调的是，随着近几年新材料的井喷式发展，这不是没有可能！

  根据德国人对粉磨系统的研究，节电效果最好的辊压机终粉磨系统与辊压机联合粉磨系统相比，水泥粉磨电耗还能再降低5kW·h/t水泥左右。其实，这个目标并不算太高，根据目前新材料的发展情况，这个进步通过改变球磨机自身的材料，即使不包括球磨机筒体，也是有可能实现的。

  到了那个时候，辊压机联合粉磨系统将获得比辊压机终粉磨还低的电耗，我们还能说球磨机的效率低下吗？我们又不用担心水泥的性能问题，而且工艺、装备成熟，使用得心应手，我们还要强调“无球化”吗！

  事实上，这种轻质研磨体（对于超细粉研磨，由于其体积很小，也被称为陶瓷磨介），在水泥行业以外早已存在，但大部分用于价值较高产品的超细粉磨，而且球磨机的规格比水泥行业要小得多。国内某公司生产的几种陶瓷磨介及其性能如表01所列。

  据厂家介绍，这种陶瓷磨介由“经过超细研磨的亚微米级原料滚球成型再高温烧结而成”，适用于涂料、油墨、非金属矿、电子、釉料、造纸等行业，适用于卧式砂磨机、立式砂磨机、球磨机，具有磨耗低的特点，但没有提到水泥行业；其产品规格从直径0.2mm至60mm不等，一般最大可生产直径90mm的球体，而且可按用户的要求生产。从产品性能和规格来看，应该有可能找到适合水泥行业使用的产品，其不同规格的实物产品如图01所示。

图01 国内某公司生产的陶瓷磨介

  如图01所示，我们的第一感觉首先是它光滑漂亮，但马上会想到如此光滑的研磨体又怎么能研磨水泥呢？甚至能否被球磨机筒体带起来都是问题。

  对于水泥粉磨用大型球磨机的研磨体，需要具备“高强耐磨、高韧抗碎、表面粗糙磨削能力强、性价比能够被低利润的水泥行业所承受”这些特点，正是这些综合性能的同时要求，影响了陶瓷磨介向水泥行业的拓展。[Page]

  二、强磨削轻质陶瓷研磨体的节电原理

  应该说明一下，用于水泥粉磨的“陶瓷研磨体”是有特指的，与通常水泥行业所说的“陶瓷球”和超细粉行业所说的“陶瓷磨介”是有区别的。某公司生产的水泥磨用陶瓷研磨体如图02所示，至少从外观上没那么光滑。

图02 某公司生产的水泥磨用陶瓷研磨体

  由于要引进水泥粉磨系统的新研磨体，具有陶瓷材质、重量轻可以节电、表面粗糙磨削能力强的特点，而且由于规格较大再称为“陶瓷磨介”已经不太合适，从功能和特性上应该定义为“强磨削轻质陶瓷研磨体”。但为了叙述方便、以及水泥行业的已有习惯，将其简称为“陶瓷研磨体”，下同。

  钢球的密度约为7.8g/cm³左右，现用陶瓷研磨体的密度一般为3.8～3.9g/cm³，密度约减轻了一半。密度小了一半、在球磨机填充率不变的情况下，研磨体的重量就轻了一半，球磨机的负荷势必减小、电流势必下降，如果球磨机的粉磨效率不变、磨机台时产量不减，粉磨电耗势必降低。

  我们知道，球磨机是靠研磨体的冲击力做功的，那么，研磨体重量轻了冲击力势必小了，粉磨效率和磨机的台时产量会不会降低呢？这就成为轻质研磨体能否节电的关键问题。但对球磨机来讲，粉磨功能又进一步分解为粉碎功能和研磨功能，两者对冲击力的依赖程度是不同的，粉碎功能需要更大的冲击力，研磨功能需要的冲击力要小得多。

  问题的前提是在辊压机联合粉磨系统上应用陶瓷研磨体，由于辊压机闭路系统的存在，使球磨机的入磨粒度大幅度减小并得到有效控制，由此对球磨机粉碎功能的需求大幅度降低，粉磨功能更多的依赖于研磨功能，只要球磨机的研磨功能不降低就有节电的可能性。

  为了使陶瓷研磨体在冲击力减小的情况下不减小研磨功能，陶瓷研磨体在高韧性陶瓷结构中置入了磨削能力极强的微晶矿物，从而大大强化了对物料的磋磨作用、加大了对物料的研磨能力，更适合辊压机联合粉磨系统的功能需求。也因此，通常只换球磨机细磨仓的研磨体，其效果会更好。

  从表01可见，加入氧化硅对提高研磨体的磨削作用是必要的，而且氧化硅加入得越多其磨削作用就越强。加入氧化硅虽然能显着提高研磨体的磨削作用，但同时也增加了研磨体的脆性，导致研磨体易碎裂；虽然多加氧化锆可以平衡其脆性的增加，但氧化锆又太贵了，成本提高的太多。

  从表01可见，凡事加入了氧化硅的研磨体，确实都加入了较多的氧化锆，而且氧化硅含量越高加入的氧化锆也越多，其作用就是要平衡加入氧化硅增加的脆性。如此，成本必然上升、价格必然上升，水泥行业能接受吗？这又是一个质价的平衡问题。

  由于置入陶瓷研磨体的微晶矿物具有仅次于金刚石的硬度，不但研磨体的消耗低，而且研磨体的功能不会受到磨蚀的影响，这是金属研磨体所不具备的。即使陶瓷研磨体在使用一段时间后，其表面看起来已经磨得很圆滑了，但在显微镜下还能见到有粗糙的微晶存在。

  同时，由于研磨体重量的减轻，为适当的提高球磨机的研磨体填充率奠定了主机负荷基础；由于研磨体的做功机理由冲击为主转变为磋磨为主，不再过多的依赖于研磨体的规则性抛落，也为提高填充率从研磨机理上奠定了基础，从而使通过提高填充率以提高磨机产能成为可能。实践也表明，陶瓷研磨体的最佳填充率要高于金属研磨体。

  同时，由于陶瓷研磨体是非金属材质，大大降低了研磨过程中的静电影响；由于陶瓷研磨体重量轻了、提升研磨体的用电少了、粉磨效率高了、磨内发热少了，磨内的粉磨温度也低了。这都有利于提高粉磨效率，还可以减少对助磨剂的依赖而降低粉磨成本、提高水泥对混凝土外加剂的适应性。