丁偉敏

（廣州市越堡水泥有限公司）

0 前言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年存在200 萬噸以上的金屬材料磨損消耗，其中55%以上為磨球耗材，11%以上為襯板耗材。作為專門為干法粉磨水泥開發(fā)的產(chǎn)品，陶瓷研磨體在強(qiáng)度和韌性方面的表現(xiàn)極為優(yōu)秀，可較好服務(wù)于水泥生產(chǎn)，相較于傳統(tǒng)的高鉻鋼球、鋼段研磨體，陶瓷研磨體可較好服務(wù)于系統(tǒng)改造和技術(shù)優(yōu)化，在水泥產(chǎn)量和質(zhì)量得到保障的前提下，水泥生產(chǎn)的降耗增效、節(jié)能減排目標(biāo)也可順利實(shí)現(xiàn)。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

試驗(yàn)采用的材料包括爐渣、粉煤灰、脫硫石膏、天然石膏、熟料，采用的儀器設(shè)備包括水泥閉路粉磨系統(tǒng)、Φ3.2×11m 球 磨 機(jī)、POLYCOM15/8-5S 輥 壓 機(jī)、SEPOLSVZ250-4 選 粉 機(jī)、DESPOL GR.IV 打 散 機(jī)，以 及Φ16mm×18mm、Φ14mm×16mm、Φ12mm×14mm 的高鉻鋼段，Φ25mm、Φ20mm、Φ17mm、Φ15mm、Φ13mm 的 陶 瓷 球（高耐磨微晶陶瓷球），同時(shí)采用掃描電鏡、激光粒度儀、水泥凈漿攪拌機(jī)、水泥抗折強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、水泥抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，圖1 為水泥粉磨系統(tǒng)工藝流程示意圖[1]，圖2為高鉻鋼段和陶瓷球。

圖1 水泥粉磨系統(tǒng)工藝流程

圖2 高鉻鋼段和陶瓷球

1.2 工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)

采用雙閉路粉磨系統(tǒng)，以此研究高耐磨微晶陶瓷球代替高鉻鋼段后，水泥粉磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量、粉磨能耗、粉磨工況、水泥各項(xiàng)性能指標(biāo)變化。朝陽重型機(jī)械廠的球磨機(jī)規(guī)格為Φ3.2×11m，分為2Φ3.2×11m，正常生產(chǎn)時(shí)一倉、二倉分別為鋼球、鋼段，同時(shí)磨前配輥壓機(jī)。在物料經(jīng)輥壓機(jī)預(yù)粉磨后，進(jìn)入球磨機(jī)粉磨前由打散機(jī)分級(jí)，選粉機(jī)負(fù)責(zé)磨物料優(yōu)選，以此最終獲得水泥成品。在具體試驗(yàn)中，將球磨機(jī)二倉的全部高鉻鋼段倒出，選擇Φ25mm、Φ20mm、Φ15mm、Φ13mm 規(guī)格的高耐磨微晶陶瓷球加入二倉，輔以針對(duì)性調(diào)整，二倉高耐磨微晶陶瓷球的最終裝載量為95t，各種球的配比為Φ25mm:Φ20mm:Φ15mm:Φ13mm=20:31:30:19。在原有基礎(chǔ)上，一倉補(bǔ)加10tΦ30mm 鋼球。在運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)磨機(jī)工況在應(yīng)用前后的變化進(jìn)行對(duì)比，開展針對(duì)性取樣，明確水泥性能的變化情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶瓷球應(yīng)用前后磨機(jī)工況

在其他條件不變，將二倉鋼段替換為高耐磨微晶陶瓷球，試驗(yàn)前存在31%的二倉鋼段填充率。初步設(shè)計(jì)高耐磨微晶陶瓷球在二倉的填充率為35%，裝載量為85t，一倉鋼球裝載量不變，由此可明確球磨機(jī)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)變化。在應(yīng)用高耐磨微晶陶瓷球前，臺(tái)時(shí)電量、主機(jī)電量分別為145t/h、180A，初用時(shí)臺(tái)時(shí)電量、主機(jī)電量分別為120t/h、120A。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，初用時(shí)二倉更換高耐磨微晶陶瓷球可實(shí)現(xiàn)70t 的磨機(jī)總裝載量減少，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)顯著的磨機(jī)主機(jī)電流降低，降低幅度約為33.3%（60A），但同時(shí)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低17%（25t），此時(shí)存在非常明顯的電耗下降，但臺(tái)時(shí)產(chǎn)量會(huì)受到一定影響。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，之所以出現(xiàn)產(chǎn)量下降，主要是由于高耐磨微晶陶瓷球的容重輕，僅為鋼球的一半，裝載量減輕的研磨體因此可降低電耗。在高耐磨微晶陶瓷球粉磨作業(yè)時(shí)，孔隙率大、堆積密度小的球體需保證研磨時(shí)間更長(zhǎng)、填充率更高、入料粒度更細(xì)，這種情況下自然會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低，為充分發(fā)揮高耐磨微晶陶瓷球優(yōu)勢(shì)，需針對(duì)性調(diào)整系統(tǒng)[2]。

基于初用結(jié)果分析可以了解到，為實(shí)現(xiàn)預(yù)期的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量目標(biāo)，需繼續(xù)增強(qiáng)一倉和二倉粉磨能力，并同時(shí)設(shè)法提高選粉機(jī)的選粉能力，因此采取了三方面針對(duì)性措施。第一，增加10t 鋼球于一倉。第二，加入10tΦ15mm的高耐磨微晶陶瓷球，以提高二倉填充率，第三，對(duì)選粉機(jī)使用情況進(jìn)行檢查和微調(diào)，提升選粉效率。調(diào)整后一倉、二倉裝載量分別為63t、95t，填充率分別為30%、39%，臺(tái)時(shí)電量、主機(jī)電量分別為144t/h、130A。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后磨機(jī)總裝載量實(shí)現(xiàn)了24%（50t）的降低，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量基本持平鋼段粉磨，主機(jī)電流降低約27.8%（50A）。通過調(diào)整，初始使用鋼段粉磨時(shí)水泥生產(chǎn)的工藝指標(biāo)基本達(dá)到，而在進(jìn)行1 個(gè)月試驗(yàn)后開展針對(duì)性統(tǒng)計(jì)，可確定高耐磨微晶陶瓷球的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)5.2kWh/t 的噸水泥電耗節(jié)約，節(jié)能效果極為優(yōu)秀。

2.2 水泥物理性能試驗(yàn)對(duì)比

在水泥物理性能試驗(yàn)中，分別取高耐磨微晶陶瓷球應(yīng)用前后、調(diào)整前后運(yùn)行生產(chǎn)的水泥，以此對(duì)標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、水泥顆粒級(jí)配、強(qiáng)度、比表面積進(jìn)行檢測(cè)，分析對(duì)比物理性能。基于分析可以確定，使用高耐磨微晶陶瓷球后并調(diào)整系統(tǒng)后，生產(chǎn)可獲得比表面積略有降低的水泥，同時(shí)水泥28d 抗壓強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)些許提升，水泥3d 抗壓強(qiáng)度基本不變，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了0.8%的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量降低，表1 直觀展示了水泥物理性能變化。

表1 水泥物理性能變化

2.3 水泥顆粒形貌對(duì)比

開展針對(duì)性的SEM 分析，分析圍繞P·O42.5 水泥展開，對(duì)比分別使用鋼段和高耐磨微晶陶瓷球粉磨水泥的顆粒形貌。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，高耐磨微晶陶瓷球應(yīng)用可得到球形度更好的水泥顆粒，這是由于規(guī)則球體的高耐磨微晶陶瓷球應(yīng)用中粉磨水泥為點(diǎn)接觸，而鋼段則為線接觸，前者可獲得球形度好的水泥顆粒，后者可獲得線狀或針狀多角形貌的水泥顆粒形貌，在球形度方面的差異明顯。

2.4 水泥顆粒級(jí)配對(duì)比

采用激光粒度儀圍繞P·O 42.5 水泥展開分析，分別檢測(cè)使用鋼段和高耐磨微晶陶瓷球粉磨水泥的顆粒級(jí)配。開展針對(duì)性對(duì)比可以確定，在鋼段由高耐磨微晶陶瓷球代替后，存在基本持平的≤60μm 顆粒含量，以及含量增加的3μm～32μm 顆粒，含量減少的≤3μm顆粒。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，高耐磨微晶陶瓷球使用后，水泥顆粒級(jí)配的合理性有所提升。

2.5 磨機(jī)噪音、水泥溫度和水泥中水溶性鉻（Ⅵ）含量對(duì)比

水泥產(chǎn)品中水溶性六價(jià)鉻含量采用二苯碳酰二肼分光光度法進(jìn)行檢測(cè)，出磨水泥的溫度采用水銀溫度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，在距離磨機(jī)1m 遠(yuǎn)處采用數(shù)字式聲級(jí)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)合檢測(cè)可以確定，采用高耐磨微晶陶瓷球后，水泥水溶性鉻（Ⅵ）含量、出磨水泥溫度、磨機(jī)噪音分別降低5.5mg/kg、21℃、15dB(A)，可見陶瓷球應(yīng)用后能量損失得以減少，且外加劑與水泥適應(yīng)性改善獲得較為積極影響，同時(shí)降低的磨機(jī)噪音和水溶性鉻（Ⅵ）含量對(duì)環(huán)境保護(hù)和工人健康也帶來了積極影響。

2.6 水泥與外加劑適應(yīng)性對(duì)比

為對(duì)比鋼段生產(chǎn)水泥、高耐磨微晶陶瓷球生產(chǎn)水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性，水泥凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)嚴(yán)格基于《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB/T8077－2000）開展，以此對(duì)外加劑與水泥的適應(yīng)性進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，高耐磨微晶陶瓷球粉磨的水泥在1h 保留流動(dòng)度、初始凈漿流動(dòng)度方面均優(yōu)于鋼段研磨水泥，結(jié)合顆粒級(jí)配數(shù)據(jù)和SEM 圖片可以確定，高耐磨微晶陶瓷球粉磨的水泥擁有更佳的顆粒級(jí)配和顆粒球形度，因此外加劑與最終水泥成品的適應(yīng)性可有效優(yōu)化。

3 結(jié)論

綜上所述，陶瓷研磨體生產(chǎn)工藝的節(jié)能降耗需基于陶瓷球優(yōu)選和針對(duì)性系統(tǒng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)。結(jié)合本文研究涉及的陶瓷球應(yīng)用前后磨機(jī)工況、水泥物理性能試驗(yàn)對(duì)比、水泥顆粒形貌對(duì)比、水泥顆粒級(jí)配對(duì)比、水泥與外加劑適應(yīng)性對(duì)比等內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，高耐磨微晶陶瓷球粉磨的應(yīng)用可有效降低能耗及金屬材料損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色環(huán)保目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)成本節(jié)約也需要得到重視。