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一种以实验数据为基础的陶瓷球级配方法研究
萍乡顺鹏新材料有限公司
陶瓷球作为水泥粉磨研磨体的一种新型耐磨材料，具有节能降耗的显著特点，它的出现引发了水泥粉磨技术界的一次革命。但由于陶瓷球供应厂家水平参差不齐，没有给用户提供量身定制的粉磨系统调整特别是级配调整服务，导致了陶瓷球至今没有得到很好的推广。萍乡顺鹏新材料有限公司是集研发、设计、生产、销售、服务为一体、生产氧化铝、氧化锆陶瓷制品的高新技术企业。顺鹏经过多次试验，总结出一套行之有效的操作方案。在此和水泥企业用户们分享。让我们先从钢球的级配谈起。
一 水泥行业级配的基本公式（平均球径法）：Dc=28*f
式中：
dc入磨物料的平均粒度（以物料中80%能通过的筛孔孔径表示）
Km物料的易磨性系数
f磨机单位容积物料通过量影响系数(实际上是反映了料层厚度对级配的影响）
f=1+0.01K,
K=Q(1+L)/V(t/hm3)
Q磨机产量(t/h)
L循环负荷率
V磨机级配仓的有效容积（m3)
在实际使用中由于无论是生料磨或是水泥磨，进入磨内的物料均为各种物料的混合物，由于各种物料的易磨性不同，故对混合物易磨性Km的测定没有一个可供操作的方法，导致公式无法在实际工作中使用。
二 钢球在粗碎仓的级配方法
1测出各种物料的粒度分布
2对于粗碎仓来说，这里需要的是冲击而不是研磨，故一仓级配要设法测出物料的“硬度”。
3有了物料的粒度分布和“硬度”的数据才可以进行级配的计算。
可参考《国际先进水泥工艺与装备手册》中的斯坦纳（Steiner)曲线变换成的表1中的数据
表1物料的粒度，硬度与球径的关系
|
球径 |
∮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”的测量方法
a在化验室的0.5x0.5m小磨上测量物料的“硬度”
准备100mm的钢球100kg,
15-20mm的物料18kg,
b在运转中到一定时间后每隔一分钟取样一次，测量其物料中大于2.5mm的筛余百分数R2.5+
c当其筛余百分数R2.5+=1%左右时实验结束，记录所用的时间t(min)
表2部分水泥厂熟料硬度测定结果
|
时间(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% |
从中可知熟料大部分在14min，故可取中硬物料为14min,而将10min设为低硬，18min设为高硬。
5示例：已测定物料“硬度”为14min，属中硬，当物料粒度最大为24mm时，钢球的最大球径应为100mm。在此基础上再进行级配。
此方法以在无辊压机配置的球磨机一仓使用，均取得较好效果。
三 钢球（段）在细磨仓的级配方法
随着辊压机的应用，目前的球磨机基本上已是以研磨为主了。
1物料粒度相同，但由于易磨性不同，故所对应的最佳球径不同。
以配有V选的辊压机系统为例，进入球磨机的物料一般均小于1mm。属于研磨阶段了。但各厂一仓最大球径有的40mm，有的只有25mm。
表3各厂0.2-0.9mm熟料所对应的最佳球径
|
T(min) |
A |
B |
C |
|
16 |
Φ20mm |
|
|
|
21 |
|
|
Φ25mm |
|
26 |
|
Φ15mm |
|
注：在化验室小磨实验物料用10kg,研磨体100kg。物料磨至0.2mm筛余1%时实验结束。
2如何确定物料每个粒级的最佳球径
为了找到最佳球径应至少采用三种不同的球径进行实验。
表4某厂0.2-0.9mm矿渣所对应的最佳钢段尺寸
|
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% |
从中可知对这种矿渣（各厂矿渣易磨性不同）的0.2-0.9mm粒度的最佳钢段综合看Ф14*14效果较好。同时还应找到对这个粒级效果明显变坏的是Ф8*8的钢段，如果是矿渣磨如细磨仓入口的物料有0.2mm以上的物料，则Ф8*8的钢段就要慎用。
3对物料的基础数据进行综合，做出级配方案。
a收集厂方的相关数据
表5 YT厂各种物料的各粒级所对应的最佳球径
|
T(min) |
0.2-0.9mm |
0.08-0.2mm |
0.045-0.08mm |
||||||
|
|
熟料 |
增钙渣 |
尾矿 |
熟料 |
增钙渣 |
尾矿 |
熟料 |
增钙渣 |
尾矿 |
|
8 |
|
|
15mm |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
12mm |
|
|
|
|
16 |
20mm |
|
|
|
|
|
|
|
10mm |
|
25 |
|
|
|
12mm |
|
|
10mm |
|
|
|
30 |
|
15mm |
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|
|
|
|
12mm |
|
|
10mm |
|
脱硫石膏可不考虑。
表6物料配比
|
熟料 |
脱硫石膏 |
尾矿 |
增钙渣 |
|
87% |
5% |
5% |
3% |
表7Φ4.2*13m磨的二仓级配
|
Φ20mm |
Φ15mm |
|
56t |
87t |
表8二仓入口物料细度
|
|
R0.045 |
R0.08 |
R0.2 |
|
2*1 |
65% |
24 % |
1.49% |
b确定级配方案
1）最大球径的确定
由于二仓入口有大于0.2mm物料故最大球应为Φ20mm。
2）如何确定Φ20mm的比例？
不能过大，10%即可。（因大于0.2mm的物料仅有1.49%）
3）至少要增加Φ12mm钢球以利于研磨。
其用量视物料在0.08-0.2mm间的百分比而定。
4）若想更精确些，则要对物料的各粒级进行全分析，计算出每粒级物料中的配比。
表9由水泥成品R0.045筛余物全分析计算筛余物构成
|
|
烧失量 |
SiO2 |
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
筛余物 |
|
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% |
|
炉渣 |
4.19 |
61.52 |
3.89 |
18.12 |
6.35 |
1.13 |
16% |
|
成品R0.045筛余 |
1.54 |
29.25 |
3 |
7.3 |
53.84 |
1.28 |
|
工厂由于资金问题，只增加了Φ12mm的钢球15t，改后出磨物料细度变化如下；
表10级配变化对出磨物料细度与比表面积的影响
|
|
原来 |
改后 |
||
|
测量次数 |
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 |
图1YT水泥厂工艺流程图
四 陶瓷球的级配方法
由于陶瓷球用于细磨仓，故级配方法与钢球在细磨仓的级配方法相同。只不过由于它的比重仅为钢球的二分之一左右，故它对物料的水分，细度，易磨性要求更高。
1如果认为本厂原来的钢球级配没有问题，可以按单个研磨体重量相等的方案换算。
表11陶瓷球与金属研磨体重量对照表
|
陶瓷球 |
G(g) |
钢段 |
G(g) |
钢球 |
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 |
|
|
从表中可知，Φ10的陶瓷球太轻，一般工况下不宜使用。
2对各种物料的各粒级进行实验找出所对应的陶瓷球最佳球径
表12YT水泥厂熟料的各粒级所对应的最佳陶瓷球直径
|
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水泥厂矿渣的各粒级所对应的最佳陶瓷球直径
|
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：无论是熟料还是矿渣各厂的数据均不相同。
将各种物料的各粒级所对应的最佳陶瓷球径找到后便可进行级配了，方法与钢球的细磨仓级配相同。
3可将上述方法简化为水泥一种物料。
此时应进入磨内取得细磨仓入口的物料进行实验
表14JY厂水泥0.045-0.08mm所对应的陶瓷球最佳球径
|
T(min) |
R0.045 |
R0.03 |
D |
|
52 |
11.1% |
33.6% |
Φ15 |
|
9.3% |
27.6% |
Φ13 |
五 小磨实验数据应用于生产大磨机注意事项
1实验小磨与生产大磨区别
小磨物料不流动，不通风，无衬板。会使小磨效率下降。
2但对细磨仓来讲又极为相近，都是研磨。两者之间应有一个修正系数，应在生产中逐步摸索。
3小磨实验一般模拟开路磨。
但当结果应用于闭路时，由于生产大磨中回料的存在，料层可能较厚，故所得平均球径要加大10%以上为好。或将球径提高一个级别。
六使用陶瓷球时应注意的其他事项
1钢球填充率一般在30%，陶瓷球在40%。使用陶瓷球后可在前仓将填充率加大5%，以防止产量下降幅度过大。至于最佳的补球量，就需要顺鹏的技术人员进行现场的测量和调试了。对于尾仓陶瓷球的装载量，顺鹏也有一套技术规范，这个需要技术人员根据每台磨机的不同情况进行相应的调整。
2前仓的级配也应按前述方法检查。
3陶瓷仓的活化环高度要适当加高。
4对陶瓷仓的料球比要进行调整，防止其过低。
图2使用陶瓷球后的三仓料球比
图3调整后的三仓料球比
5另外，解决粉磨系统的台时产量降低问题，还涉及到入磨粒度的控制、隔仓板及出磨筛板的改造、磨机通风的控制等诸多问题。每一次面对新的情况，顺鹏的技术人员都不会选择逃避，我们会积极地去面对，积极地为客户解决问题。应用顺鹏的陶瓷球，已经可以实现水泥粉磨系统的台时产量不会降低或仅仅略有降低。
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