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一種以實驗數據為基礎的陶瓷球級配方法研究
萍鄉順鵬新材料有限公司
陶瓷球作為水泥粉磨研磨體的一種新型耐磨材料，具有節能降耗的顯著特點，它的出現引發了水泥粉磨技術界的一次革命。但由于陶瓷球供應廠家水平參差不齊，沒有給用戶提供量身定制的粉磨系統調整特別是級配調整服務，導致了陶瓷球至今沒有得到很好的推廣。萍鄉順鵬新材料有限公司是集研發、設計、生產、銷售、服務為一體、生產氧化鋁、氧化鋯陶瓷制品的高新技術企業。順鵬經過多次試驗，總結出一套行之有效的操作方案。在此和水泥企業用戶們分享。讓我們先從鋼球的級配談起。
一 水泥行業級配的基本公式（平均球徑法）：Dc=28*f
式中：
dc入磨物料的平均粒度（以物料中80%能通過的篩孔孔徑表示）
Km物料的易磨性系數
f磨機單位容積物料通過量影響系數(實際上是反映了料層厚度對級配的影響）
f=1+0.01K,
K=Q(1+L)/V(t/hm3)
Q磨機產量(t/h)
L循環負荷率
V磨機級配倉的有效容積（m3)
在實際使用中由于無論是生料磨或是水泥磨，進入磨內的物料均為各種物料的混合物，由于各種物料的易磨性不同，故對混合物易磨性Km的測定沒有一個可供操作的方法，導致公式無法在實際工作中使用。
二 鋼球在粗碎倉的級配方法
1測出各種物料的粒度分布
2對于粗碎倉來說，這里需要的是沖擊而不是研磨，故一倉級配要設法測出物料的“硬度”。
3有了物料的粒度分布和“硬度”的數據才可以進行級配的計算。
可參考《國際先進水泥工藝與裝備手冊》中的斯坦納（Steiner)曲線變換成的表1中的數據
表1物料的粒度，硬度與球徑的關系
|
球徑 |
∮120 |
∮100 |
∮90 |
∮80 |
∮70 |
∮60 |
∮50 |
∮40 |
|
高硬 |
24 |
17 |
15 |
12 |
10 |
8 |
6 |
4 |
|
中硬 |
35 |
25 |
21 |
17 |
14 |
10 |
8 |
6 |
|
低硬 |
|
40 |
33 |
25 |
20 |
15 |
12 |
8 |
4“硬度”的測量方法
a在化驗室的0.5x0.5m小磨上測量物料的“硬度”
準備100mm的鋼球100kg,
15-20mm的物料18kg,
b在運轉中到一定時間后每隔一分鐘取樣一次，測量其物料中大于2.5mm的篩余百分數R2.5+
c當其篩余百分數R2.5+=1%左右時實驗結束，記錄所用的時間t(min)
表2部分水泥廠熟料硬度測定結果
|
時間(min) |
A |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
H |
I |
|
9 |
1% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
1% |
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
|
|
1% |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
1% |
1% |
1% |
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
|
1% |
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
1% |
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1% |
從中可知熟料大部分在14min，故可取中硬物料為14min,而將10min設為低硬，18min設為高硬。
5示例：已測定物料“硬度”為14min，屬中硬，當物料粒度最大為24mm時，鋼球的最大球徑應為100mm。在此基礎上再進行級配。
此方法以在無輥壓機配置的球磨機一倉使用，均取得較好效果。
三 鋼球（段）在細磨倉的級配方法
隨著輥壓機的應用，目前的球磨機基本上已是以研磨為主了。
1物料粒度相同，但由于易磨性不同，故所對應的最佳球徑不同。
以配有V選的輥壓機系統為例，進入球磨機的物料一般均小于1mm。屬于研磨階段了。但各廠一倉最大球徑有的40mm，有的只有25mm。
表3各廠0.2-0.9mm熟料所對應的最佳球徑
|
T(min) |
A |
B |
C |
|
16 |
Φ20mm |
|
|
|
21 |
|
|
Φ25mm |
|
26 |
|
Φ15mm |
|
注：在化驗室小磨實驗物料用10kg,研磨體100kg。物料磨至0.2mm篩余1%時實驗結束。
2如何確定物料每個粒級的最佳球徑
為了找到最佳球徑應至少采用三種不同的球徑進行實驗。
表4某廠0.2-0.9mm礦渣所對應的最佳鋼段尺寸
|
T(min) |
|
R 0.2 |
R 0.08 |
R 0.045 |
|
22 |
Ф20*30 |
2.5% |
46.3% |
65.6% |
|
Ф18*18 |
1.9% |
44.7% |
69.4% |
|
|
Ф16*16 |
2.5% |
48.8% |
68.4% |
|
|
Ф14*14 |
1.3% |
43.6% |
65.3% |
|
|
Ф12*12 |
3.1% |
49.2% |
67.5% |
|
|
Ф10*10 |
2.1% |
47.0% |
67.5% |
|
|
Ф8*8 |
22.6% |
64.6% |
80.8% |
從中可知對這種礦渣（各廠礦渣易磨性不同）的0.2-0.9mm粒度的最佳鋼段綜合看Ф14*14效果較好。同時還應找到對這個粒級效果明顯變壞的是Ф8*8的鋼段，如果是礦渣磨如細磨倉入口的物料有0.2mm以上的物料，則Ф8*8的鋼段就要慎用。
3對物料的基礎數據進行綜合，做出級配方案。
a收集廠方的相關數據
表5 YT廠各種物料的各粒級所對應的最佳球徑
|
T(min) |
0.2-0.9mm |
0.08-0.2mm |
0.045-0.08mm |
||||||
|
|
熟料 |
增鈣渣 |
尾礦 |
熟料 |
增鈣渣 |
尾礦 |
熟料 |
增鈣渣 |
尾礦 |
|
8 |
|
|
15mm |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
12mm |
|
|
|
|
16 |
20mm |
|
|
|
|
|
|
|
10mm |
|
25 |
|
|
|
12mm |
|
|
10mm |
|
|
|
30 |
|
15mm |
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|
|
|
|
12mm |
|
|
10mm |
|
脫硫石膏可不考慮。
表6物料配比
|
熟料 |
脫硫石膏 |
尾礦 |
增鈣渣 |
|
87% |
5% |
5% |
3% |
表7Φ4.2*13m磨的二倉級配
|
Φ20mm |
Φ15mm |
|
56t |
87t |
表8二倉入口物料細度
|
|
R0.045 |
R0.08 |
R0.2 |
|
2*1 |
65% |
24 % |
1.49% |
b確定級配方案
1）最大球徑的確定
由于二倉入口有大于0.2mm物料故最大球應為Φ20mm。
2）如何確定Φ20mm的比例？
不能過大，10%即可。（因大于0.2mm的物料僅有1.49%）
3）至少要增加Φ12mm鋼球以利于研磨。
其用量視物料在0.08-0.2mm間的百分比而定。
4）若想更精確些，則要對物料的各粒級進行全分析，計算出每粒級物料中的配比。
表9由水泥成品R0.045篩余物全分析計算篩余物構成
|
|
燒失量 |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
篩余物 |
|
熟料 |
0.46 |
22.43 |
3.18 |
5.23 |
66.23 |
1.11 |
80% |
|
氟石膏 |
1.88 |
0.52 |
0.24 |
0.21 |
41.93 |
0.24 |
1% |
|
本地沸石 |
2.71 |
78.25 |
1.3 |
12.28 |
0.76 |
0.66 |
2% |
|
石灰石 |
42.25 |
2.53 |
0.51 |
0.44 |
53.45 |
0.58 |
1% |
|
爐渣 |
4.19 |
61.52 |
3.89 |
18.12 |
6.35 |
1.13 |
16% |
|
成品R0.045篩余 |
1.54 |
29.25 |
3 |
7.3 |
53.84 |
1.28 |
|
工廠由于資金問題，只增加了Φ12mm的鋼球15t，改后出磨物料細度變化如下；
表10級配變化對出磨物料細度與比表面積的影響
|
|
原來 |
改后 |
||
|
測量次數 |
R0.045 |
S |
R0.045 |
S |
|
1 |
42% |
146 |
29 % |
157 |
|
2 |
46% |
142 |
46% |
152 |
|
3 |
41 % |
166 |
31% |
183 |
|
4 |
37% |
255 |
20% |
263 |
|
平均值 |
41% |
177 |
32% |
189 |
圖1YT水泥廠工藝流程圖
四 陶瓷球的級配方法
由于陶瓷球用于細磨倉，故級配方法與鋼球在細磨倉的級配方法相同。只不過由于它的比重僅為鋼球的二分之一左右，故它對物料的水分，細度，易磨性要求更高。
1如果認為本廠原來的鋼球級配沒有問題，可以按單個研磨體重量相等的方案換算。
表11陶瓷球與金屬研磨體重量對照表
|
陶瓷球 |
G(g) |
鋼段 |
G(g) |
鋼球 |
G(g) |
|
Φ25 |
29.4 |
18*18 |
35.7 |
Φ20 |
32.7 |
|
Φ20 |
15.1 |
16*16 |
25.1 |
Φ17 |
20.1 |
|
Φ17 |
9.3 |
14*14 |
16.8 |
Φ15 |
13.8 |
|
Φ15 |
6.4 |
12*12 |
10.6 |
Φ12 |
7.1 |
|
Φ13 |
4.1 |
10*10 |
6.1 |
Φ10 |
4.1 |
|
Φ10 |
1.9 |
8*8 |
3.1 |
|
|
從表中可知，Φ10的陶瓷球太輕，一般工況下不宜使用。
2對各種物料的各粒級進行實驗找出所對應的陶瓷球最佳球徑
表12YT水泥廠熟料的各粒級所對應的最佳陶瓷球直徑
|
0.2-0.9mm |
|||||
|
T(min) |
R0.2 |
R0.08 |
R0.045 |
R0.03 |
D |
|
23 |
1% |
47% |
67% |
|
Φ25 |
|
4% |
49% |
68% |
|
Φ20 |
|
|
0.08-0.2mm |
|||||
|
46 |
|
4% |
40% |
57% |
Φ20 |
|
|
2% |
38% |
52% |
Φ17 |
|
|
|
3% |
42% |
57% |
Φ15 |
|
|
0.045-0.08mm |
|||||
|
70 |
|
|
9% |
41% |
Φ15 |
|
|
|
6% |
37% |
Φ13 |
|
表13YT水泥廠礦渣的各粒級所對應的最佳陶瓷球直徑
|
0.2-0.9mm |
|||||
|
T |
R0.2 |
R0.08 |
R0.045 |
R0.03 |
D |
|
50 |
0.36% |
38% |
62% |
|
Φ25 |
|
10% |
52% |
71% |
|
Φ20 |
|
|
0.08-0.2mm |
|||||
|
80 |
|
4% |
38% |
51% |
Φ25 |
|
|
4% |
37% |
50% |
Φ20 |
|
|
|
5% |
40% |
53% |
Φ17 |
|
|
0.045-0.08mm |
|||||
|
100 |
|
|
10% |
29% |
Φ17 |
|
|
|
11% |
34% |
Φ15 |
|
|
|
|
10% |
36% |
Φ13 |
|
注：無論是熟料還是礦渣各廠的數據均不相同。
將各種物料的各粒級所對應的最佳陶瓷球徑找到后便可進行級配了，方法與鋼球的細磨倉級配相同。
3可將上述方法簡化為水泥一種物料。
此時應進入磨內取得細磨倉入口的物料進行實驗
表14JY廠水泥0.045-0.08mm所對應的陶瓷球最佳球徑
|
T(min) |
R0.045 |
R0.03 |
D |
|
52 |
11.1% |
33.6% |
Φ15 |
|
9.3% |
27.6% |
Φ13 |
五 小磨實驗數據應用于生產大磨機注意事項
1實驗小磨與生產大磨區別
小磨物料不流動，不通風，無襯板。會使小磨效率下降。
2但對細磨倉來講又極為相近，都是研磨。兩者之間應有一個修正系數，應在生產中逐步摸索。
3小磨實驗一般模擬開路磨。
但當結果應用于閉路時，由于生產大磨中回料的存在，料層可能較厚，故所得平均球徑要加大10%以上為好。或將球徑提高一個級別。
六使用陶瓷球時應注意的其他事項
1鋼球填充率一般在30%，陶瓷球在40%。使用陶瓷球后可在前倉將填充率加大5%，以防止產量下降幅度過大。至于最佳的補球量，就需要順鵬的技術人員進行現場的測量和調試了。對于尾倉陶瓷球的裝載量，順鵬也有一套技術規范，這個需要技術人員根據每臺磨機的不同情況進行相應的調整。
2前倉的級配也應按前述方法檢查。
3陶瓷倉的活化環高度要適當加高。
4對陶瓷倉的料球比要進行調整，防止其過低。
圖2使用陶瓷球后的三倉料球比
圖3調整后的三倉料球比
5另外，解決粉磨系統的臺時產量降低問題，還涉及到入磨粒度的控制、隔倉板及出磨篩板的改造、磨機通風的控制等諸多問題。每一次面對新的情況，順鵬的技術人員都不會選擇逃避，我們會積極地去面對，積極地為客戶解決問題。應用順鵬的陶瓷球，已經可以實現水泥粉磨系統的臺時產量不會降低或僅僅略有降低。
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