如何解决陶瓷球应用的两大难题

  “破球”和“减产”是陶瓷球在通用硅酸盐水泥应用中最常见的两大难题。尽管陶瓷球容重轻、运行节电、磨内发热少、磨温低，有利于提高粉磨效率和水泥产品对混凝土外加剂的适应性，倍受许多水泥企业集团青睐；但这两大难题，又使许多有心人望而止步、心有余悸，成为陶瓷球推广应用中的潜在障碍。“减少陶瓷球的破损，是推广陶瓷球的必备前提；遏制球磨机减产，是水泥企业的必然要求”；当前急需大家齐心协力，规范市场，推进供给侧结构性改革，为水泥企业用好陶瓷球，实现节能降耗，献计献策。

  1.降低陶瓷球“破损率”的途径

  根据一年来“陶瓷球应用技术”研发工作的体会，简介如下：

  （1）配料方案中添加“增韧”元素：陶瓷球属无机非金属材料，当它的硬度、耐磨性达到一定程度后，韧性不足的弱点就显现无疑了。球磨机内部的衬板和构件，目前都是铸钢材质；球磨机内部研磨体和粉磨物料的运动状态，也是在滚动、滑动、冲击、碰撞等错综复杂、变换交替地进行着；因此，陶瓷球在粉磨物料的同时，本身也受到了不同形式、不同方向、不同大小的反作用力。此时除耐磨、抗蚀之外，抗冲击的韧性，就显得十分重要。专门针对干法水泥粉磨而开发的陶瓷球产品，必须加入微量元素（如：氧化锆等）改性增韧，才能保证它不仅强度高，而且还具备较好的韧性。

  （2）优选成型方法：陶瓷球成型方法常见压制球和滚制球两种。由于工艺过程的差异，导致成型、焙烧后的球石内部晶体结构不同，密实程度和抗冲击的能力也不一样，通过多次、反复的破坏性试验，我们发现：在研磨水泥物料的过程中，相同材质、相同规格的陶瓷球，压制球破损率低于滚制球。

  （3）陶瓷球不宜用在球磨机的冲击粉碎仓：在水泥粉磨过程中，当入磨物料粒度≥5mm时，球磨机的第一仓，需要研磨体处于抛落状态，以冲击粉碎作用为主、将大块物料粉碎成细颗粒；此时，研磨体不仅受到强大的“反作用力”，而且也难免碰撞到磨内密布的铸钢衬板、隔仓板及其它构件上；所以，这样的工况，不适合韧性有限的陶瓷球工作；否则，会出现较高的破损率。

  （4）空仓装磨时，先加料、后加球：我国水泥行业已经强制性地淘汰了φ3米以下的球磨机；各企业在研磨体装磨时，都采用电动葫芦吊装卸球，此时的落差都在3米以上，陶瓷球卸落到铸钢衬板上，会使球体内部产生不同程度的微裂纹，影响陶瓷球的使用寿命。所以，空仓装磨时应先加进2～3吨物料（或散装水泥），缓解冲撞力，保护陶瓷球。

  2.解决粉磨系统台时产量降低的途径

  在水泥企业，许多人都错误的认为：“陶瓷球应用没什么技术，不就是把球磨机尾仓的钢锻倒出来、换上陶瓷球吗？”实际上，这么做的后果，就只能把粉磨系统的台时产量一降再降。原因很简单，不降低产量，出磨物料中合格的水泥成品含量太少，要保证水泥产品质量（细度、比表面积）达到内控指标，就得降低产量。好多在水泥粉磨车间工作十几年或几十年的员工，开始都不相信这个现实，按使用钢球、钢锻的“经验”，对待陶瓷球的应用，球磨机台时产量一下子就降了20%～30%；再多加陶瓷球，问题也得不到解决。只有此时，各位才不得不承认：“应用陶瓷球，既要粉磨系统节电、又不能降低水泥的产、质量，同志还需努力！”这正是陶瓷球应用技术的科技含量所在。

  陶瓷球的硬度、耐磨性能，都不亚于钢球，我们通过多次小磨试验，都证实了这一点：“在相同规格、相同装载量、相同粉磨时间”的条件下，陶瓷球与钢球粉磨水泥的产、质量，基本持平。为什么进了大磨，差异就显现出来呢？究其原因主要有两点：

  （1）陶瓷球容重为2.2t/m³,而钢球容重为4.5t/m³；在球磨机同一仓位内，陶瓷球一般做不到与钢球、钢锻有“相同装载量”；如果装载量相同，陶瓷球的体积（或填充率）就得是钢球、钢锻的2倍。然而，球磨机磨内填充率的限值：必须小于50%；所以，容重轻，是陶瓷球节电的“本钱”，同时又是“不可超限”的弊端。

  （2）干法粉磨水泥的球磨机，是磨头加料、磨尾出料的连续性工作设备；物料从进口到出口，一般在磨内停留时间只有18～20分钟；大型球磨机的尾仓长度为8～9米，物料最长的停留时间都在10～15分钟之内；陶瓷球受填充率所限、装载量无法增加，粉磨时间又不可能延长，要想把物料磨细、符合企业内控指标要求，这就是难题：陶瓷球的研磨能力与钢球、钢锻不在一个数量级上；换句话说，陶瓷球不能与钢球、钢锻在“同一起跑线上”比赛，必须要向前仓的钢球、甚至延伸到磨前的预粉碎（辊压机）系统“借力”，让进入尾仓的物料比装钢球、钢锻时更细；没有前面的帮助，它在尾仓必然“掉链子”。应用陶瓷球之前，如果这两点没看清、没想通，球磨机“减产”，那就在意料之中。

  在陶瓷球应用之前，我们一定要打开磨门，进入球磨机内，测量一下各仓研磨体的实际填充率（计算实际装载量），做到心中有数；经过多次大磨试验，在入磨粒度≤5mm的水泥粉磨系统，我们摸索出一套简单的解决办法：“空高操作法”；即：在使用陶瓷球的前一仓（钢球仓）内、按平均球径基本不变的原则补球，直至仓内的高径比H/Di（研磨体表面的空间高度H与有效内径Di之比）达到适宜的目标范围：0.55（上限）～0.60（下限），它所对应的填充率上限约为43%，下限约为37%；过低无力，过高无益。这样之后，只要尾仓陶瓷球的装载量，达到原来尾仓钢锻（或小钢球）装载量的60%～70%，预期目标就会实现，水泥粉磨系统的台时产量就不会降低或仅仅略有降低（≤5%原产量）。

  有些水泥企业反映，他们的球磨机钢球填充率超过30%后，球加不进去。那怎么办呢？原因在于：部分国产球磨机和大型的滑履磨的设计参数中，都是以金属研磨体（钢球、钢锻）为参照物，一仓装载量要服从冲击粉碎的需要，填充率一般都不超过30%，否则，钢球形不成抛落状态，冲击力达不到工艺要求。因此，没有考虑今后填充率提高的需要，磨头进料口设计尺寸偏大。如果是这样的磨机，那么就应该在使用陶瓷球之前，对进料口适当进行改造，增加一段进料螺旋、缩小进料口尺寸，就可以加进钢球了。

  对水泥企业来说，目前陶瓷球应用技术闯出了一条水泥粉磨节能的新途径；在创新驱动的新形势下，遇到一点小波折，也是难免的。只要我们精心操作、认真总结，一定能在最短的时间内，把这项经济实惠的技术学会、弄懂、掌握好，为企业节支降耗、增光添彩。

  9月22-23日，中国水泥网将在安徽芜湖主办2016第四届中国水泥节能环保技术交流大会，邀请国家相关部门领导、知名专家，水泥企业，科研院所，水泥服务商，就当前节能环保行业的政策走向、技术发展、装备研发、应用问题等多方面进行深入的探讨，会议也将针对陶瓷球的应用案例、经验教训等问题展开分析解读，欢迎广大水泥企业参会交流。

  会议还将参观铜陵海螺水泥窑协同处置城市生活垃圾（CKK）系统及万吨水泥示范线。