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如何在水泥球磨机中正确使用新型陶瓷研磨体

发布时间:2022-05-20 10:43人气:

前水泥行业的现状不容乐观,摆在面前的问题是产能过剩,市场需求疲软,利润空间下滑,环保压力加大,水泥市场的竞争日益加大。如何在传统技改举措已经到位后再次降低生产成本、提高企业竞争力,成为摆在行业面前的首要任务。

众所周知,当前球磨机粉磨仍然是水泥粉磨的主要方式,水泥粉磨电耗和钢球钢段等金属研磨体的磨损占据着水泥粉磨成本的重要部分。作为水泥粉磨研磨体,高铬铸球、段的使用使得水泥粉磨的磨耗和成本下降很多,并且得到行业的认可。但因其质量大,造成磨机拖动功率大,运行电流高,粉磨能耗高,是粉磨作业的固有难题。

近年来,一种优质耐磨的新型氧化铝陶瓷研磨体顺势而生,这种新型研磨体的推出在业界无疑是一道亮光,改变了长期以来水泥球磨机研磨体依靠金属研磨材料的现状,为水泥粉磨的节能环保注入了新鲜活力,既响应了国家节能减排号召,又降低了企业生产成本,也提高了企业经济效益和社会效益。在目前水泥行业不太景气的大环境下,备受水泥粉磨作业青睐,成为目前行业内热门的课题。

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1 氧化铝陶瓷研磨体的效能

新型氧化铝陶瓷研磨体目前通常指的是氧化铝含量约为92%的高温陶瓷烧结体,有球形(研磨球)和柱形(研磨段)。这种氧化铝陶瓷烧结体具有耐高温、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、低膨胀系数、高导热性、质量轻、脆性大等特性。

作为研磨介质,其高硬度、高耐磨性是应有属性;而质量轻是节能的前提,又是研磨效率偏低的原因;脆性大是其突出的缺点,破损率大。

球磨机使用新型氧化铝陶瓷研磨体后,相对于高铬钢球主要有以下优势:

1)降低水泥粉磨电耗

降低球磨机装载量30%以上,磨机主机电流可降低20%以上,吨水泥用电量降低15%以上。以Φ4.2 m×13 m水泥球磨机为例:用钢球、钢段研磨体,磨机产量在210 t/h左右,水泥的平均电耗约30 kWh/t。而用新型氧化铝陶瓷研磨体后,磨机的平均电耗可降低到25 kWh/t以下。若电费按0.6元/kWh计算,吨水泥制造成本可节约3.0元,按每年磨机产量100万吨水泥计算,节约成本约300万元。

2)利于设备安全运行

新型氧化铝陶瓷研磨体磨耗低、维修周期延长。金属研磨体的磨耗在30~40 g/t水泥。而新型氧化铝陶瓷研磨体的磨耗是金属研磨体的50%左右,使用寿命加长,维修工作量大幅度减少;磨机的整体质量减轻,滑履轴瓦的摩擦减小,温度降低,有利于磨机设备的安全运行及延长使用寿命。

3)水泥与外加剂相容性能好

使用新型氧化铝陶瓷研磨体后出磨水泥温度降低20 ℃以上,过粉磨现象减轻,颗粒分布得到优化,≤1 μm颗粒减少,3~32 μm颗粒增加,水泥的标准稠度用水量降低,水泥与混凝土外加剂的相容性得到改善,为下游混凝土业所欢迎,有利于市场销售。

4)有利于环保

新型氧化铝陶瓷研磨体不带入铬离子,利于环保,生产绿色水泥,适应GB 31893—2015国家标准要求。

2 氧化铝陶瓷研磨体的应用方法

传统的陶瓷研磨体在湿法粉磨上已经使用多年。因其有脆性大、韧性低、易破碎等固有的缺点,用在水泥粉磨上往往出现破损大、研磨效率低的问题,还处于一个摸索阶段。对于耐磨材料,通常情况下越硬的材料越耐磨,但是耐磨性与硬度不完全成正比例关系。作为陶瓷研磨体还要考虑其韧性情况,硬度与韧性是一对矛盾的统一体,韧性小硬度大的常规氧化铝耐磨材料一般都易碎。共价键晶相结构组织是氧化铝陶瓷脆性的根源。如何提高韧性(增韧)是研究的重点,但目前也仅能做到少许改善。所以,硬度大、易碎是氧化铝陶瓷材料的本性所在;同时,生产工艺过程对材料的使用性能影响亦较大,如配比、粉磨细度、成型方法、煅烧制度等。例如成型方法,可分为压制成型和滚制成型,经测试,两种相同材质、相同规格的陶瓷研磨体,压制成型的破损率低于滚制成型的。

目前,具有专业制造水泥粉磨用陶瓷研磨体产品能力的企业并不多,且行业内使用时间相对较短,使用过程中出现的问题还有待解决,不能拿普通的陶瓷研磨体一哄而上地装填水泥球磨机。因为新型氧化铝陶瓷研磨体对磨机设备和入磨物料有一定的选择性,这些问题的存在,如果不能很好地解决,都会影响新型氧化铝陶瓷研磨体的推广和应用。使用原来的湿法粉磨研磨体直接装入水泥磨机,将导致研磨体严重破碎,破碎率超过2.0%,剥落的碎片直接堵塞在出磨篦板的篦缝上,造成通风阻力加大,成品不能及时排出,很大程度上影响了台时产量和磨机的正常生产运行。

2.1 陶瓷研磨体的适应性

新型氧化铝陶瓷研磨体对于球磨机和入磨物料有一定选择性。应该注意氧化铝陶瓷研磨体不同于金属研磨体的地方是在低应力、小角度磨损工况下有着钢球不可比拟的优异耐磨性,但是对于大冲击力,正面冲击的工况下破碎率会增大,与金属研磨体特性相反。据资料统计,高铬钢球冲击韧性≥4 J/cm2,而陶瓷球的冲击韧性≤1.5 J/cm2,因此,如果把陶瓷球用在以破碎为主的一仓,也会引起过高的破损率。这也是目前新型氧化铝陶瓷研磨体适用于以泻落方式为主的多仓球磨机尾仓,而不适合用于以抛落方式为主的球磨机一仓的主要原因。即使目前新型陶瓷研磨体添加了多种增韧材料,陶瓷研磨体也仅较好适应于有辊压机等磨前预破碎设备的磨机系统中,要求入磨粒度80 μm筛筛余<40%。经多次试验验证新型氧化铝陶瓷研磨体更适合于高炉矿渣、粉煤灰和石灰石的粉磨,粉磨效率高于金属研磨体。

2.2 磨机的调整

新型氧化铝陶瓷研磨体在水泥行业的推广和使用并不是一装了之那么简单的工作,需系统地对磨机结构、研磨体、工艺参数、粉磨物料等参数进行统计整理、研究分析,并进行相应的调整,才能发挥新型研磨体的应有效果。

要做好对水泥球磨机情况的考察工作,对原材料易磨性、粉磨主辅机设备、工艺流程、中控室运行参数、成品品质指标进行详尽了解与掌握,总结整理。磨机的考察项目主要有:

1)辊压机系统工艺:设备规格型号、主机功率、标称产量、实际产量;原料粒度、入磨粒度、原料水分、入磨水分、产品粒度等。

2)磨机系统工艺(双闭路):主机规格型号、主机功率、标称产量;选粉设备类型、主机电流、主机功率、实际功率;有效内径和仓长、各仓级配、总装载量、隔仓板形式等。

3)工艺参数:产品品种;80 μm和45 μm筛筛余、比表面积、台时产量、单位电耗;矿渣和钢渣配比等。

首先对磨机系统运行参数进行标定,包括台时产量、辊压机运行情况、入磨物料粒度、磨内物料流速、风速、进出口负压、选粉机选粉效率和循环负荷率;对磨机填充率、最大球径和平均球径进行详细测量;对磨机衬板、隔仓板和出料篦板的形式进行统计整理。以此来确认磨机系统是否适合使用新型氧化铝陶瓷研磨体,不适合的磨机不要勉强试用。当然,大多数磨机是适应的。之后根据物料筛余曲线变化数据进行研磨体级配调整,确认研磨体填充率和各级球径的级配。目前,新型陶瓷研磨体主要适用于磨机尾仓,要做好和前仓级配的匹配。采用辊压机等磨前预粉碎设备的入磨物料粒度通常<3 mm,甚至<1 mm。由于入磨物料粒度减小,球磨机磨内研磨体的平均球径必然要随之减小。一般来说,一仓最大球的球径不要超过Φ60 mm。合理的级配是让进入尾仓的颗粒能够被新型研磨体充分研磨,而且应根据磨机的入磨颗粒粒度适时调整隔仓板位置,增大细磨仓长度。经试验,一般情况下尾仓应该较金属研磨体填充率提高3%~6%,最大球径需要大一个规格,装载量是原来金属研磨体的60%左右,要使得更换后的研磨体总表面积不能低于金属研磨体,以保证足够的研磨性能。加入新型陶瓷研磨体前,在仓内铺撒一部分粉煤灰或者矿渣微粉,作为一种开机缓冲。

磨机正常运行后要密切关注各系统参数的变化,主机电流、磨机进出料口等处负压、出磨气体温度等参数会出现较大幅度的变化,应根据磨况变化及时进行调整。粉磨设备的工艺参数应与之前相适应或者接近,确保磨机系统安全运行。同时岗位操作工尽快适应新的粉磨工况,在稳定水泥粉磨系统产、质量的前提下,节电降耗。因新型研磨体非金属组织结构特性,更换研磨体后静电吸附减少或者消失,磨内物料流速往往会加快甚至失控,由于物料在磨内没有足够停留时间,物料得不到充分研磨,如果解决不好,会导致选粉机循环负荷加大,磨内物料急剧增加,料球比失调,出磨提升机电流上升,出磨成品率和成品提升机电流下降,反复恶性循环,使磨机系统无法正常运行,影响生产。现场调试时允许磨内物料流速有所变化、选粉机循环负荷稍高、台时产量波动的情况出现,只要能够稳定磨机各参数和台时产量,成品质量指标达到控制要求,就可以逐步调整和调试。如果经过磨机系统调整后仍然有不可控制的情况,就要与工厂设备管理人员进行交流沟通,对磨内活化衬板、隔仓篦板、出料篦板进行改造,分析出现的原因,拿出切实可行的改造方案,以适应磨况变化。只有对磨机设备系统充分了解,才能够充分发挥新型氧化铝陶瓷研磨体的效果,从而达到节能降耗的目的。

3 实例

某水泥公司配备有Φ3.8 m×13 m双闭路磨机,与辊压机组成联合粉磨系统,主要生产P·O42.5R、P·O42.5和P·C32.5R水泥。系统主机设备配置见表1,系统工艺流程见图1。由表1及图1可见,该系统为辊压机预粉碎带V型选粉机和球磨机配O-Sepa选粉机组成的两仓双闭路水泥粉磨系统。

表1 磨机系统参数

图1 粉磨系统工艺流程

按试用计划,在进行了磨机系统的标定后制定了陶瓷研磨体的使用方案。因辊压机辊面磨损偏重,表明有不稳定的大颗粒入磨,在确定不改变磨机一仓球径配比的同时增加Φ40 mm金属研磨体5 t,保证对入磨部分大颗粒有足够的冲击力;二仓陶瓷研磨体装载量是金属研磨体质量的56%,球径为Φ13 mm~Φ25 mm。2016年6月11日开始更换使用新型氧化铝陶瓷研磨体。使用初期,磨机主机电流下降明显,但是出现了出磨细度跑粗、选粉机电流和磨尾提升机电流升高、选粉机循环负荷加大现象,初步判断为更换陶瓷研磨体后静电吸附现象减轻,细粉聚集现象消除,磨内物料流速偏快,研磨不充分所致。据此,确定从磨机参数调整和适当改变磨机出料系统着手,以适应陶瓷研磨体的粉磨特性。由于磨内风速直接影响物料流速,通过调整磨内循环风阀门开度、选粉机一、二次风阀门开度和转速,可有效减缓磨内物料流速;同时采取减小部分隔仓板和磨尾出料篦板篦缝的措施,让磨内物料保持足够的粉磨停留时间。经过调整优化后,磨机系统运行指标变化情况见表2,磨内状况见图2。

表2 磨机系统技术指标(P·O42.5水泥)

图2 磨内状况照片

由表2可看出,研磨体装载量大幅度减少,磨机主机电流和磨尾出口温度下降幅度较大,表征磨机功率能耗下降明显。

使用新型氧化铝陶瓷研磨体后水泥成品颗粒组成与金属研磨体的对比见表3。由表3可见,新型氧化铝陶瓷研磨体出磨水泥颗粒分布中,特征粒径、中位粒径减小,<1 μm的颗粒量减少,即过粉磨现象减轻。对水泥强度贡献大的3~25 μm颗粒增多,粉体颗粒分布状态得到改善,这对水泥后期强度发挥有利。

表3 水泥颗粒组成

表4和表5是使用新型氧化铝陶瓷研磨体后粉磨水泥配制的混凝土塌落度测试。可见混凝土塌落度显著增加,塌落度经时损失明显减小。因为,磨内温度的降低,水泥颗粒组成的优化,可以降低水泥标准稠度用水量,增加水泥流动性,减少对混凝土外加剂的吸附,改善了水泥和混凝土外加剂相容性。如此,实现了水泥性能的进一步提升,让下游客户有更好的选择。

表4 C30混凝土物料配比

表5 混凝土塌落度测试(2016年6月)

4 结束语

目前使用新型氧化铝陶瓷研磨体时间不长,各水泥企业工艺配置不同,没有固定的可遵循的调整措施,要根据不同情况采取相应措施,最终达到节能降耗、延长设备维修周期、减少维修成本和环保生产的目的,最大程度地发挥新型氧化铝陶瓷研磨体的效能。

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