張永偉 陳永鋒 簡潤桐 何永堅 趙自榮

(廣東薩米特陶瓷有限公司 廣東 肇慶 526124)

隨著近年來原材料價格上漲,能源、資源和環(huán)境的瓶頸約朿日益突出,節(jié)能減排成為建筑陶瓷行業(yè)一項長期而艱巨的任務(wù)。優(yōu)質(zhì)的原礦泥越來越少,原材料價格、運費,不斷上漲,導(dǎo)致企業(yè)原材料成本激增。能源成本特別是電費成本成了建筑陶瓷企業(yè)的最大負擔(dān)之一,其中原料球磨制漿用電最多,占企業(yè)用電的31.12%[1]。傳統(tǒng)的濕式制漿方法,采用球磨機直接將陶瓷原料加入一定量的水研磨成含水率32%～38%的泥漿。這種傳統(tǒng)的濕式制粉方法球磨時間長,球磨效率低,漿料質(zhì)量穩(wěn)定性較差。近幾年,行業(yè)內(nèi)推行干法制粉應(yīng)用技術(shù),干法制粉除了對原料水分的要求高以外,最大的問題仍是均化和穩(wěn)定性,缺點是配料的品種不能太多?；谝陨蠁栴},如何在提高球磨機的利用效率,縮短球磨時間,增加原料的穩(wěn)定性,實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化連續(xù)處理顯得非常重要且關(guān)鍵。因此,研究一種球磨高效率、低能耗,粉料成分穩(wěn)定、白度高、成本低的節(jié)能高效制漿優(yōu)化技術(shù),將傳統(tǒng)原材料生產(chǎn)工藝由單一的間隙式球磨,改進為經(jīng)過化漿加立磨的粗加工,再間隙式球磨的新的生產(chǎn)工藝尤為重要。

1 新工藝技術(shù)研究

陶瓷原料節(jié)能高效制漿工藝技術(shù),采用立磨、化漿與間歇式球磨相結(jié)合的新粉磨工藝。球磨的原料進入球磨機從粗獷的直接混合進料,改成砂石類原材料先立磨處理,配合原礦泥化漿再入球磨機。項目實施前后工藝流程如圖1、圖2所示。

圖1 原有單純球磨機處理陶瓷原料的粉磨工藝

圖2 改進后陶瓷原料節(jié)能高效制漿工藝技術(shù)

新工藝與傳統(tǒng)工藝相比較,新工藝把砂石料和原礦泥分開入球,砂石料要經(jīng)過立磨機研磨預(yù)破碎,成粉片狀,細度微小,部分細小顆粒以片條狀存在,研磨過程擠壓內(nèi)部也產(chǎn)生了裂紋,這樣的物料進入球磨更容易研磨。而傳統(tǒng)工藝是把原材料用鏟車在喂料機料斗配好后才入球磨機,物料顆粒大,細度不一,甚至還有大部分大塊沙石料進入球磨機,經(jīng)過長時間研磨才能達到生產(chǎn)漿料細度的要求。從生產(chǎn)工藝對比分析,該工藝技術(shù)完全避開了物料在球磨初磨階段(重負荷階段)直接進入研磨階段,球磨時間由原來的15～16 h縮減至7～8 h,另外采取錯峰用電降低成本,經(jīng)濟效益明顯。原來球磨機的給礦粒度<15 mm,而全新立磨系統(tǒng)的給礦粒度<60 mm,增強了原材料的適應(yīng)性;立磨工作中,磨輥與磨盤不直接接觸,比原來球磨噪音降低約20～25 d B[2]。

其次新工藝與舊工藝比較,由于原礦泥水分含量在28%左右,含砂量為30%以上,不能直接破碎,因其里面有泥和砂,陶瓷料只需用泥料里的泥,所以當(dāng)加入泥料時,泥粉料里面的砂會影響球磨時間,從而與之前的粗破碎有原理的沖突。使用化漿技術(shù)把原礦泥制備成穩(wěn)定的泥漿,化漿系統(tǒng)的運行中,需要處理的原料,經(jīng)過攪拌、分離、過濾等程序后,將原漿料和里面的木渣、沙石分離,得到純度很高的原料漿,如圖3所示。

圖3 新型陶瓷原料預(yù)破碎立磨加工工藝

2 結(jié)果與討論

2.1 立磨產(chǎn)量與砂石原料水分的影響

本項目采用的立磨破碎設(shè)備,不用加熱風(fēng)爐,不用入磨350℃的熱風(fēng),也能把物料篩選出來。如圖4所示,立磨的產(chǎn)量因砂石原料的水分增加而減少,在原材料水分大于8%時,產(chǎn)量急速下降。立磨的產(chǎn)能與原料的水分關(guān)系密切,當(dāng)在相同的設(shè)備條件下,降低原料水分,可提高立磨產(chǎn)量,降低單位產(chǎn)品電消耗。特別是在南方多雨潮濕的月份,連續(xù)的多雨影響原料的品質(zhì)。建設(shè)大型的原料棚堆放場有利于設(shè)備的高效運行。

圖4 立磨產(chǎn)量與砂石原料水分的影響(篩網(wǎng)用10目篩)

2.2 立磨產(chǎn)量與篩網(wǎng)目數(shù)的影響

本工藝技術(shù)研制采用的砂石專用立磨破碎設(shè)備,在立磨破碎過程中,成品不能被高速氣流吹起,變成直排出料方式,成品和排渣一起排出;采用調(diào)節(jié)擋料環(huán)的高度控制出料量和細度。物料通過磨盤碾磨,部分粗粉與合格粉由落料環(huán)處掉入磨盤下部的排渣室內(nèi),借助固定在磨盤座上的刮板將其刮至排渣口排出磨外成為外循環(huán)料,再經(jīng)過篩分后,不合格粗粉重新入磨循環(huán)粉磨,滿足細度要求的合格細粉進入球磨機進行二次碾磨。

如圖5所示,隨篩網(wǎng)目數(shù)增加,立磨產(chǎn)量不斷下降,在10目以上,產(chǎn)量急速下降。原材料水分在8%,篩網(wǎng)使用10目篩,立磨產(chǎn)能約60 t/h。當(dāng)在相同的原料水分下,根據(jù)生產(chǎn)陶瓷磚產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整,可以適當(dāng)減小篩網(wǎng)目數(shù)來過篩,可有效提高立磨產(chǎn)量,降低單位電耗。

圖5 立磨產(chǎn)量與篩網(wǎng)目數(shù)的影響(砂石原料水分8%)

2.3 球磨時間與立磨粉料細度的影響

如圖6所示,球磨時間因立磨后過篩目數(shù)增加而減少,10目以下下降明顯,10～20目球磨時間減少量變少,且過篩率不高,造成立磨產(chǎn)量降低,能耗增加。

圖6 球磨時間與立磨粉料細度的影響

2.4 原礦泥化漿后氧化鋁含量與篩網(wǎng)目數(shù)的影響

如表2以及圖7所示,原礦泥過100目篩下氧化鋁含量接近理論值32%,其它成分接近球土。原礦泥化漿處理后,氧化鋁含量隨著篩網(wǎng)過篩目數(shù)的增加而增加。白度隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加而減少,主要原因為:隨著泥純度增加,氧化鐵含量增加。TiO2、K2O、Na2O微量成分基本沒有變。根據(jù)生產(chǎn)實踐證明,可以有效地控制底面料水洗泥的工藝指標(biāo),制定原礦泥過60目篩為基礎(chǔ),化漿泥可與高嶺土任意比例搭配,原礦泥直接化漿壓縮了生產(chǎn)球土利潤中間環(huán)節(jié),同時不用壓濾,有效降低生產(chǎn)成本。本工藝減少原礦泥含砂的不穩(wěn)定性,減少坯體分層和開裂現(xiàn)象,大幅提高坯體強度;由于減少了原礦泥中的有機物,有利于產(chǎn)品的氧化,減少了磚坯黑心及針孔的產(chǎn)生,保證了生產(chǎn)穩(wěn)定性、有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖7 原礦泥化漿處理過篩篩下目數(shù)與化漿泥氧化鋁成分的影響

表2 原礦泥化漿過20目、30目、40目、60目、100目實驗結(jié)果

3 節(jié)能測試分析

為評價工藝實際的節(jié)能效果,廣東薩米特陶瓷有限公司委托佛山市特種設(shè)備能效測試研究院對項目進行節(jié)能測試,來確定以下3種工藝條件下的能耗水平。

(1)原生產(chǎn)工藝,即只經(jīng)球磨工序研磨制漿方式為“制漿工藝1”(簡稱“工藝1”);

(2)經(jīng)“化漿+球磨”制漿方式,稱為“制漿工藝2”(簡稱“工藝2”);

(3)新生產(chǎn)工藝,即“立磨+化漿+球磨”制漿方式,稱為“制漿工藝3”(簡稱“工藝3”)。

3.1 測試結(jié)果

(1)化漿工序?；瘽{系統(tǒng)的單位干料電耗為4.93 k W·h/t;

(2)立磨工序。立磨系統(tǒng)的單位干料電耗為8.08 k W·h/t;

(3)球磨工序。本次測試安排3臺球磨機代表不同的工藝條件:9#球磨按照“工藝1”條件生產(chǎn),10#球磨按照“工藝2”條件生產(chǎn),33#球磨按照“工藝3”條件生產(chǎn)。各球磨測試結(jié)果為:9#球磨單位干料電耗為37.70 k W·h/t;10#球磨單位干料電耗為38.08 k W·h/t;33#球磨單位干料電耗為20.53 k W·h/t。

表3 工藝1條件生產(chǎn)(9#球磨機)

續(xù)表3

表4 工藝2條件生產(chǎn)(10#球磨機)

表5 工藝2條件生產(chǎn)(33#球磨機)

續(xù)表5

3.2 能耗指標(biāo)

(1)“工藝1”單位干料電耗?！肮に?”是所有原材料經(jīng)球磨工序研磨制漿方式,其單位產(chǎn)品能耗(記為A1)即為9#球磨單位干料電耗:37.70 k W·h/t。

(2)“工藝2”單位干料電耗。“工藝2”是“化漿+球磨”制漿方式,其單位干料電耗(記為A2)根據(jù)下表,可得“工藝2”單位產(chǎn)品能耗A2=38.08 k W·h/t。

(3)“工藝3”單位干料電耗。“工藝3”是“化漿+立磨+球磨”制漿方式,其單位干料電耗(記為A3)根據(jù)下表,可得“工藝3”單位產(chǎn)品能耗A3=20.53 k W·h/t。

3.3 節(jié)能率計算

(1)“工藝2”節(jié)能率。從各工藝的單位干料電耗計算結(jié)果可知,“工藝2”單位產(chǎn)品能耗為38.08 k W·h/t,略高于“工藝1”37.70 k W·h/t單位產(chǎn)品能耗,沒有節(jié)能效果。

(2)“工藝3”節(jié)能率。節(jié)能率=(A3-A1)÷A1×100%=(20.53-37.70)÷37.70×100%=-45.54%

由此可見,化漿立磨制漿工藝相比傳統(tǒng)制漿工藝,節(jié)能率達45.54%。

4 結(jié)論

(1)本工藝技術(shù)是在現(xiàn)有球磨制漿工藝基礎(chǔ)上進行改造,由球磨與立磨、化漿相結(jié)合得到的高效制漿工藝技術(shù),確定砂石料水分控制在8%以下,立磨產(chǎn)量達60 t/h,立磨粉料細度控制在10目篩。

(2)原礦泥化漿處理后,其氧化鋁含量隨著篩網(wǎng)過篩目數(shù)的增加而增加,制定原礦泥化漿處理過60目篩為基礎(chǔ),與高嶺土任意比例搭配,有效節(jié)約生產(chǎn)成本,保證生產(chǎn)穩(wěn)定性、有效地提升產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)經(jīng)過節(jié)能測試結(jié)果:化漿系統(tǒng)的單位干料電耗為4.93 k W·h/t,立磨系統(tǒng)的單位干料電耗為8.08 k W·h/t;采用傳統(tǒng)球磨制漿工藝,即所有原材料經(jīng)球磨工序研磨制漿方式,單位干料電耗為37.70 k W·h/t;采用立磨化漿節(jié)能高效工藝新技術(shù),單位干料電耗為20.53 k W·h/t,節(jié)能率達45.54%。

(4)本工藝可以高效提高資源利用效率,降低單位產(chǎn)品的能耗量,實現(xiàn)本行業(yè)技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,提高本行業(yè)在市場上的競爭力,促進國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展,而且具有良好的社會和環(huán)保效益。

表6 “工藝2”單位干料電耗計算表

表7 “工藝3”單位干料電耗計算表