陶瓷研磨體對(duì)水泥粉磨無球化的質(zhì)疑

  可能讓讀者感到意外，筆者在前幾年也曾為水泥粉磨無球化推波助瀾，現(xiàn)在又懷疑無球化的必要性。但這就是中庸之道、這就是辯證法，正所謂孔子的“叩其兩端而竭焉”，同時(shí)向兩個(gè)相反的方向探索，才能使我們的路子越走越寬。

  最近十多年來在市場需求的拉動(dòng)下，所謂“新型干法”工藝在我國獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，眾多的新線高度集中在一個(gè)時(shí)間段建設(shè)，無需思考、無需論證、無需創(chuàng)新，搶的就是建設(shè)時(shí)間，絕大多數(shù)新線采用了現(xiàn)成的、成熟的東西。在水泥粉磨環(huán)節(jié)，“輥壓機(jī)＋球磨機(jī)”的雙閉路聯(lián)合粉磨工藝，事實(shí)上已成為目前國內(nèi)水泥粉磨系統(tǒng)的主流工藝。

  由于球磨機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)產(chǎn)品的適應(yīng)性廣等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以一直被水泥行業(yè)廣泛采用。即使在節(jié)能粉磨工藝、裝備大發(fā)展的今天，包括現(xiàn)在主推的水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、正在探索的輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)，球磨機(jī)仍然是水泥粉磨系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。

  盡管出于節(jié)能目的，對(duì)水泥粉磨新工藝、新設(shè)備的研究一直沒有中斷，而且已經(jīng)取得了不小的進(jìn)展，但時(shí)至今日采用者依然為數(shù)不多。人們對(duì)這些新的粉磨工藝還需要一個(gè)認(rèn)識(shí)過程，還存在對(duì)水泥顆粒分布、顆粒形狀、需水量大小、使用性能好壞等顧慮。

  在這種情況下，我們不禁要反問一句，我們強(qiáng)調(diào)了這么多年的“水泥無球化粉磨”到底有沒有必要、“無球化粉磨水泥”的目的又是什么？

  一、水泥粉磨無球化的目的與必要性

  我們想淘汰球磨機(jī)的原因是其粉磨電耗高，目前多數(shù)專家將電耗高的原因歸結(jié)為：“在球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)中，對(duì)物料的粉磨是以無數(shù)次的沖擊與摩擦混雜進(jìn)行的，其中不乏鋼球之間、鋼球與磨體襯板之間的沖撞，做了不少無用功，原理上導(dǎo)致了粉磨效率低下、單位電耗高”。

  球磨機(jī)仍然未被淘汰出局的原因，是它的粉磨更適合水泥性能的要求，準(zhǔn)確點(diǎn)說，是球磨機(jī)的粉磨原理更適合在輥壓機(jī)預(yù)破碎、預(yù)粉碎之后對(duì)水泥的研磨，所以聯(lián)合粉磨系統(tǒng)才有了今天的地位。既然是它更適合，就不該說它是落后的，那些“不乏鋼球之間、鋼球與磨體襯板之間的沖撞”起碼也不是主要問題，談不上“做了不少無用功”，其粉磨原理并不是粉磨效率低下的原因。

  那么球磨機(jī)電耗高的原因又是什么呢？我們把電耗細(xì)分一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)的電耗主要在主電機(jī)功率上。搞過球磨機(jī)管理的都知道，其主電機(jī)的運(yùn)行功率受研磨體裝載量的影響非常之大，說明球磨機(jī)的自重（包括筒體、襯板、隔倉板，主要是研磨體）才是電耗高的主要原因。

  如果有朝一日，在不改變球磨機(jī)結(jié)構(gòu)和粉磨原理的情況下，能把球磨機(jī)的這些“自重”降下來，主要是把研磨體的重量降下來（其他自重影響的主要是啟動(dòng)電耗），球磨機(jī)的粉磨電耗（運(yùn)行電耗和啟動(dòng)電耗）必將有一個(gè)大幅度的下降。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，隨著近幾年新材料的井噴式發(fā)展，這不是沒有可能！

  根據(jù)德國人對(duì)粉磨系統(tǒng)的研究，節(jié)電效果最好的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)與輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)相比，水泥粉磨電耗還能再降低5kW·h/t水泥左右。其實(shí)，這個(gè)目標(biāo)并不算太高，根據(jù)目前新材料的發(fā)展情況，這個(gè)進(jìn)步通過改變球磨機(jī)自身的材料，即使不包括球磨機(jī)筒體，也是有可能實(shí)現(xiàn)的。

  到了那個(gè)時(shí)候，輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)將獲得比輥壓機(jī)終粉磨還低的電耗，我們還能說球磨機(jī)的效率低下嗎？我們又不用擔(dān)心水泥的性能問題，而且工藝、裝備成熟，使用得心應(yīng)手，我們還要強(qiáng)調(diào)“無球化”嗎！

  事實(shí)上，這種輕質(zhì)研磨體（對(duì)于超細(xì)粉研磨，由于其體積很小，也被稱為陶瓷磨介），在水泥行業(yè)以外早已存在，但大部分用于價(jià)值較高產(chǎn)品的超細(xì)粉磨，而且球磨機(jī)的規(guī)格比水泥行業(yè)要小得多。國內(nèi)某公司生產(chǎn)的幾種陶瓷磨介及其性能如表01所列。

  據(jù)廠家介紹，這種陶瓷磨介由“經(jīng)過超細(xì)研磨的亞微米級(jí)原料滾球成型再高溫?zé)Y(jié)而成”，適用于涂料、油墨、非金屬礦、電子、釉料、造紙等行業(yè)，適用于臥式砂磨機(jī)、立式砂磨機(jī)、球磨機(jī)，具有磨耗低的特點(diǎn)，但沒有提到水泥行業(yè)；其產(chǎn)品規(guī)格從直徑0.2mm至60mm不等，一般最大可生產(chǎn)直徑90mm的球體，而且可按用戶的要求生產(chǎn)。從產(chǎn)品性能和規(guī)格來看，應(yīng)該有可能找到適合水泥行業(yè)使用的產(chǎn)品，其不同規(guī)格的實(shí)物產(chǎn)品如圖01所示。

圖01 國內(nèi)某公司生產(chǎn)的陶瓷磨介

  如圖01所示，我們的第一感覺首先是它光滑漂亮，但馬上會(huì)想到如此光滑的研磨體又怎么能研磨水泥呢？甚至能否被球磨機(jī)筒體帶起來都是問題。

  對(duì)于水泥粉磨用大型球磨機(jī)的研磨體，需要具備“高強(qiáng)耐磨、高韌抗碎、表面粗糙磨削能力強(qiáng)、性價(jià)比能夠被低利潤的水泥行業(yè)所承受”這些特點(diǎn)，正是這些綜合性能的同時(shí)要求，影響了陶瓷磨介向水泥行業(yè)的拓展。[Page]

  二、強(qiáng)磨削輕質(zhì)陶瓷研磨體的節(jié)電原理

  應(yīng)該說明一下，用于水泥粉磨的“陶瓷研磨體”是有特指的，與通常水泥行業(yè)所說的“陶瓷球”和超細(xì)粉行業(yè)所說的“陶瓷磨介”是有區(qū)別的。某公司生產(chǎn)的水泥磨用陶瓷研磨體如圖02所示，至少從外觀上沒那么光滑。

圖02 某公司生產(chǎn)的水泥磨用陶瓷研磨體

  由于要引進(jìn)水泥粉磨系統(tǒng)的新研磨體，具有陶瓷材質(zhì)、重量輕可以節(jié)電、表面粗糙磨削能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而且由于規(guī)格較大再稱為“陶瓷磨介”已經(jīng)不太合適，從功能和特性上應(yīng)該定義為“強(qiáng)磨削輕質(zhì)陶瓷研磨體”。但為了敘述方便、以及水泥行業(yè)的已有習(xí)慣，將其簡稱為“陶瓷研磨體”，下同。

  鋼球的密度約為7.8g/cm³左右，現(xiàn)用陶瓷研磨體的密度一般為3.8～3.9g/cm³，密度約減輕了一半。密度小了一半、在球磨機(jī)填充率不變的情況下，研磨體的重量就輕了一半，球磨機(jī)的負(fù)荷勢必減小、電流勢必下降，如果球磨機(jī)的粉磨效率不變、磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量不減，粉磨電耗勢必降低。

  我們知道，球磨機(jī)是靠研磨體的沖擊力做功的，那么，研磨體重量輕了沖擊力勢必小了，粉磨效率和磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量會(huì)不會(huì)降低呢？這就成為輕質(zhì)研磨體能否節(jié)電的關(guān)鍵問題。但對(duì)球磨機(jī)來講，粉磨功能又進(jìn)一步分解為粉碎功能和研磨功能，兩者對(duì)沖擊力的依賴程度是不同的，粉碎功能需要更大的沖擊力，研磨功能需要的沖擊力要小得多。

  問題的前提是在輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)上應(yīng)用陶瓷研磨體，由于輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)的存在，使球磨機(jī)的入磨粒度大幅度減小并得到有效控制，由此對(duì)球磨機(jī)粉碎功能的需求大幅度降低，粉磨功能更多的依賴于研磨功能，只要球磨機(jī)的研磨功能不降低就有節(jié)電的可能性。

  為了使陶瓷研磨體在沖擊力減小的情況下不減小研磨功能，陶瓷研磨體在高韌性陶瓷結(jié)構(gòu)中置入了磨削能力極強(qiáng)的微晶礦物，從而大大強(qiáng)化了對(duì)物料的磋磨作用、加大了對(duì)物料的研磨能力，更適合輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的功能需求。也因此，通常只換球磨機(jī)細(xì)磨倉的研磨體，其效果會(huì)更好。

  從表01可見，加入氧化硅對(duì)提高研磨體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強(qiáng)。加入氧化硅雖然能顯著提高研磨體的磨削作用，但同時(shí)也增加了研磨體的脆性，導(dǎo)致研磨體易碎裂；雖然多加氧化鋯可以平衡其脆性的增加，但氧化鋯又太貴了，成本提高的太多。

  從表01可見，凡事加入了氧化硅的研磨體，確實(shí)都加入了較多的氧化鋯，而且氧化硅含量越高加入的氧化鋯也越多，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、價(jià)格必然上升，水泥行業(yè)能接受嗎？這又是一個(gè)質(zhì)價(jià)的平衡問題。

  由于置入陶瓷研磨體的微晶礦物具有僅次于金剛石的硬度，不但研磨體的消耗低，而且研磨體的功能不會(huì)受到磨蝕的影響，這是金屬研磨體所不具備的。即使陶瓷研磨體在使用一段時(shí)間后，其表面看起來已經(jīng)磨得很圓滑了，但在顯微鏡下還能見到有粗糙的微晶存在。

  同時(shí)，由于研磨體重量的減輕，為適當(dāng)?shù)奶岣咔蚰C(jī)的研磨體填充率奠定了主機(jī)負(fù)荷基礎(chǔ)；由于研磨體的做功機(jī)理由沖擊為主轉(zhuǎn)變?yōu)榇枘橹鳎辉龠^多的依賴于研磨體的規(guī)則性拋落，也為提高填充率從研磨機(jī)理上奠定了基礎(chǔ)，從而使通過提高填充率以提高磨機(jī)產(chǎn)能成為可能。實(shí)踐也表明，陶瓷研磨體的最佳填充率要高于金屬研磨體。

  同時(shí)，由于陶瓷研磨體是非金屬材質(zhì)，大大降低了研磨過程中的靜電影響；由于陶瓷研磨體重量輕了、提升研磨體的用電少了、粉磨效率高了、磨內(nèi)發(fā)熱少了，磨內(nèi)的粉磨溫度也低了。這都有利于提高粉磨效率，還可以減少對(duì)助磨劑的依賴而降低粉磨成本、提高水泥對(duì)混凝土外加劑的適應(yīng)性。