二次球磨工艺的探讨

赵光岩　吴敏

摘 要：本文根据破碎机理将传统的一次球磨工艺分为粗磨和细磨两个球磨过程，并通过调整球石级配、球磨时间和球磨机速度等一系列实验，探索到一个较为理想的二次球磨工艺，达到降低球磨能耗的效果。二次球磨工艺的推广使用对建筑陶瓷行业实现节能降耗方面具有重要的意义。

关键词：粗磨；细磨；球石级配；转速；细度

1 前言

球磨是建筑陶瓷生产中一个重要工序，目前建筑陶瓷生产厂家的球磨绝大部分采用间断式的一次性湿法球磨工艺来加工原材料。球磨是将原材料和水加入球磨机内，在球石的冲击、挤压和研磨作用下把大颗粒的原材料变成粒度适中浆料的过程。球磨是一个高耗能的工序，球磨工序的用电量是陶瓷厂家的主要能耗之一，根据笔者所在厂统计，球磨工序的用电量占整个公司用电量的16%左右。如何降低球磨工序的用电量成为摆在众多陶瓷厂家面前的重要问题。笔者所在公司尝试采用二次球磨的方法取得了一定成果，根据连续6个月用电量的统计，采用二次球磨工艺可以使得球磨工序的用电量降低18%左右。

在球磨过程中，初期原料的颗粒比较大，主要依靠球石的冲击力对原材料进行粉碎，球石的冲击力越大，破碎效果就越好，相同材质的球石尺寸规格越大产生的冲击力就越大，越容易将较粗的原料击碎，粉碎效率越高。在球磨过程中，随着原料颗粒的细度变小，球石的冲击力产生的破碎效率开始降低，球石之间的研磨的粉碎效率逐渐提高。当浆料达到一定细度时，这时球石的冲击对原料的破碎效果开始小于球石之间研磨产生的破碎效果。球石的研磨是滚动过程在球石接触面上产生的作用力将原料破碎的过程。在研磨过程中，球石之间的接触面越大产生的球磨效果越好，而球石规格越小产生的接触面就越大，球磨效率就越高。根据原料破碎的理论，笔者设计了二次球磨的球磨工艺。在原料的球磨过程中 ，首先采用装有较多大尺寸的球石将原材料进行初级破碎，当浆料达到一定的细度后，再将浆料转到装有较多小规格球石的球磨机中对原材料进行球磨。通过在不同阶段采用不同规格的球石对原料进行球磨，球磨初期充分发挥大规格球石的冲击粉碎作用，球磨后期充分发挥小规格球石的研磨粉碎作用，将二者有机组合后产生理想的效果。

2 实验内容

2.1 实验设备和原料

实验设备主要包括佛山兴达60 t球磨机、福建晋江茂兴搅拌机、咸阳陶瓷研究院的柱塞泵、日本日立的变频器、江西昌远的中铝球石、浙江上虞250目筛。所用原料为建筑陶瓷生产所需的常规原材料（泥、砂和石粉按规定比例搭配）。

2.2二次球磨流程

一次球磨工艺流程示意图如图1所示。

在实验中，我们按照图1中的流程进行实验，先将原料投入以大规格球石为主的球磨机中；然后加水后进行粗磨；粗磨结束后，把浆料放入有搅拌机不停搅拌的浆池中，再用柱塞泵将经过粗磨的浆料抽入以小规格球石为主的球磨机中进行细磨；达到细度标准后，球磨完成，放入浆池备用。

3 粗磨实验内容

3.1 球石级配

传统球磨（一次球磨）投料后一次性原料磨到标准细度，在传统球磨中我们按照25%、35%、25%和25%的比例对规格为Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中铝球石进行搭配，球石总重量为60 t（60 t球磨机）。在二次球磨的粗磨中，我们仍然采用规格为Ф30、Ф40、Ф50和Ф60中铝球石，减少Ф30和Ф40规格的球石量，增加Ф50和Ф60大规格球石量。在实验中，我们采用不同的球石级配，相同的球磨时间和原料组成观察球磨后浆料细度（浆料不能通过250目筛的比例），通过检测粗磨后的浆料细度来判断球磨效果（见表1）。从表1中，我们可以看出实验三的球石级配取得比较好的效果，据此我们把粗磨中Ф30：Ф40：Ф50：Ф60规格的球石比例设定为15%：20%：30%：35%。

3.2 粗磨时间确定

在粗磨时间设定上，我们采用实验三（见表1）的球石级配对原料进行球磨，用250目筛的筛余的大小来表征浆料的粗细程度。在实验中，我们分别检测不同球磨时间的浆料细度（见图2），通过对浆料细度和所用的时间对比来确定粗磨的球磨时间。从图2中，可以看出在7 h前浆料的细度减小比较快，7 h后下降速度越来越慢。根据图2所示，我们得出粗磨的时间定为7 h会获得较好的球磨效果。在随后的实验中，时间为7 h的粗磨刚开始未见异常，当连续球磨几次后，我们发现粗磨浆料的细度不断增大，同时我们发现在球石中有比较多小石粒，这说明7h球磨不能完全将石粉磨细，导致小石粒在球磨机越集越多，造成球磨效率下降。通过实验发现，粗磨时间为8 h的球磨机没有小石粒聚集，球磨时间基本上稳定，说明在实际生产过程中粗磨时间设定为8 h比较合适。

3.3 球磨机转速对球磨效率的影响

在粗磨时，原料的颗粒比较大，球石的冲击作用具有较好的粉碎效果，为了实现球石产生较大的球磨作用，需要球石在沿着球磨机的壁筒刚好上升到最高点落下来才可以实现，这就需要球磨机具有合适的转动速度。在实验中，我们通过调整变频器的频率来实现对球磨机转速的控制。在实验中，我们采用相同的原料，相同的球石级配，让球磨机在不同的频率下运行8 h，然后检测粗磨后浆料的细度，细度越小表示球磨效果越好。从图3上可以看出当球磨频率为46 Hz时，球磨效率最高.由此我们在后面的实验中将粗磨的球磨机频率设定为46 Hz。

4 细磨实验内容

4.1 细磨球石级配

经过粗磨后，浆料的细度基本上在8%～10%之间，浆料中原料的颗粒比较小。当原料颗粒小时，球石之间的研磨起到主要破碎作用，研磨效率的高低受到球石之间接触面的大小影响。在相同的条件下，接触面越大，同一时间受到碾磨的原料就越多，球磨效率越高。在实际操作中，考虑原料的颗粒大小不同和球石之间的填充效果，通常采用不同规格的球石进行组合来提高球磨效率。

在细磨时，我们选择Ф20、Ф30和Ф40规格的球石进行实验，把粗磨后的浆料放入大浆池充分混合均匀，然后把浆料抽入不同级配的球磨机中进行细磨，细磨后浆料细度必须达到0.8%到1.0%的范围内。根据球磨时间的时间来判断球磨效率高低，所用时间越少，则说明球磨效率越高。从表2中，我们可以得出实验五的球石配比的取得的效果比较好。因此，我们把细磨Ф20：Ф30：Ф40球石级配设定为65%﹕20%﹕15%。

4.2 细磨球磨机的转速

细磨时，球石之间的研磨作用是原料破碎的主要因素，球石之间的冲击作用对原料的破碎效果处于次要因素。在细磨阶段，需要减少球石之间的冲击作用，增加球石之间研磨作用，这就需要降低球磨机的运转速度，使得球石沿着球磨机内壁上升到约一半的高度就落下来，增加球石之间的研磨作用，提高球磨效率。表3是我们采用Ф20 、Ф30和Ф40规格球石按照65%、20%和15%的比例进行组合，用同一浆池粗磨浆料，采用不用的频率球磨4 h的实验结果。从表3中，我们可以看出当频率为42 Hz时综合效果比较好。

5 二次球磨工艺在生产中的应用情况

实验结束后，笔者公司开始批量使用二次球磨工艺，图4是笔者在4月～9月期间，对二次球磨和传统球磨的平均电耗统计情况。从图4中我们可以看出，采用二次球磨后，电耗有明显的降低，根据我们统计的数据计算采用二次球磨比传统球磨电耗减少18.8%。

6 二次球磨工艺中出现的问题及解决方法

在粗磨的过程中，有时会出现积砂现象（石粒或砂未磨碎），经过跟踪调查，发现产生积砂的主要原因有两方面：球磨时水或助磨剂的添加量不足造成浆料的流速过慢导致球磨效率降低；球磨时球石磨损造成球石量不足，造成球磨效率降低。

针对上述原因造成的积砂现象，首先通过增加球磨时间将球磨机中积砂除去，然后严格保证加水量和助磨剂的添加量，避免出现流速过慢现象。在解决球石磨损方面，我们通过每磨一球，补加100 kg规格为Φ60的球石的方法进行生产。通过上述措施实施后，积砂现象没有再出现，粗磨后细度和球磨电耗处于稳定的状态。

7 结论

（1） 粗磨时，当规格为Ф30、Ф40 、Ф50和Ф60球石级配比为15%：20%：30%：35%时，球磨时间在8 h以内时具有较高的球磨效果。

（2） 细磨时，采用规格为Ф20、Ф30、Ф40球石级配为65%：20%：15%时，具有较高的球磨效率。

（3） 球磨机的转速对球磨效率也有一定影响，粗磨时球磨机变频设在46 Hz球磨效率高；细磨时球磨机变频设在42 Hz有较高的效率。

（4） 二次球磨比传统一次球磨减少电耗18.8%，具有明显的节能效果。