球磨机最佳工作情况研究

文章作者：admin / 发表时间：2012/7/19 / 点击： 次

球磨机最佳工作情况研究

摘要：针对陶瓷生产中球磨机效率低的问题，从工艺上讨论了研磨方式，物料的装填系数，球磨机转速，研磨时间以及助磨剂对球磨机效率的影响。

关键词：球磨机，最佳工况，粉碎机理，装填系数，物料细度

1引言

粉磨工序在化学工业，选矿工业，建材工业及陶瓷工业等领域都占有极重要的地位。据有关资料报道，陶瓷工业使用球磨机粉磨今已经有一百多年的历史，目前，国内外绝大多数陶瓷生产厂家仍然广泛采用球磨机粉磨陶瓷原料、釉料、颜料。球磨机工艺对物料的颗粒形状、尺寸、细度、物化性能、可塑性等有特别的作用，别的工艺很难替代。然而，陶瓷生产中球磨机的效率只有1%～2%，95%以上的能量白白消耗掉，所以提高球磨机效率刻不容缓。本文将对球磨机工艺中的主要技术参数进行讨论，力求使球磨机在最佳工况下运行。

2.主要技术参数

众所周知，在球磨过程中物料被粉碎的机理是球磨机内抛落的研磨体对物料进行冲击和研磨。

2.1 研磨方式

2.1.1干磨

从节能降耗的角度来看，干法研磨与温法研磨各有利弊，只有根据生产情况灵活运用才能达到目的。适用干磨法的工艺如下：
釉面砖生产中的制粉工艺。干磨可以节省大笑开支，无需喷雾干燥设备，节省能耗（干燥一公斤水约需要580千卡的热量），并能减轻对空气的污染，同时节约大量水源。
铸铁搪工业中的制粉工艺。
须要以粉末形式储存或销售的陶瓷釉料、颜料等制备工艺。
化学工业中的粉末制剂工艺等。

2.1.2 湿磨

湿磨的研磨效率较高，并且无粉尘污染，陶瓷行业大多采用这一工艺。湿磨涉及的问题之一是泥浆的粘度，即料与水的比例。一般陶瓷釉料与水的比例为1:0.45~0.55；坯料与水的比例为1:0.8~1.1.

2.2 球磨机的工作转速

在球磨机研磨粉料时，研磨体的抛落高超高，研磨效率越高，而此高度取决于球磨机的转速。工艺不同，机体直径不同，其转速也不同。这样，研磨体的运动规律可简化为三种基本形式。

研磨体在球磨机内的运动的三种形式

从上述三种基本形式可以看出，a说明转速太低；b说明转速过高，都不是最佳工况；c说明转速合适，此时抛落调试最大，研磨效率最高。一般陶瓷厂称其为最佳转速，临界转速的75%~85%，对于湿磨工艺而言，由于物料粘性所引起的滞后抛出作用，故N0和V0要低一些陶瓷厂通常取为临界值的50%～65%这样同样获得最佳抛落实高度。

2.3 球磨机的装填系数

无论干磨还是湿磨，研磨体的装载量所占磨机容积的比例是一样的，即45%～50%的磨机容积。若为球状研磨体，其尺寸与筒体直径有如下关系：
研磨体的密度不同时，其单位磨机容积所装载的球重是不同的，见表1。

表1

在最佳研磨效率情况下，球磨机中物料的装载量应根据生产工艺需要来确定。按照一般规律，物料的最小装载容积应等于研磨体之间的空隙容积。当物料装入过少时，会导致研磨体的自身碰撞，损耗过大，影响研磨效率。对于球状研磨体而言，它们的空隙容积约为其表现容积的40%，或为球磨机容积的20%左右。然而，其最大装载量也不应超过球磨机容积的43%。
日用陶瓷厂现广泛采用湿磨工艺。根据国内外资料报道，坯料的最佳重量酷毙为：料：水：球=1:(0.8~1.0):(1.5~2.3)釉料的最佳重量配比为：料:水:球=1(0.45~0.55):(1.5~2.3)。

2.4 物料细度与研磨时间的关系

当设备型号、转速、研磨体装载量与物料加入量一定时，物料的研磨细度与球磨时间成正比关系，即时间越长，物料细度越细。表2列出了物料细度随时间变化的试验结果。

表2

一般来说，物料经8小时左右的研磨后，其细度变化便趋于缓慢，研磨效率有所降低，这也许是物料已经趋于研磨极限的关系。从节能降耗角度出发，只要细度满足工艺上的要求时就应立刻停机卸料，这样效果最佳。

2.5 助磨剂

采用助磨剂也是提高球磨效率的一种有效方法。目前国内外陶瓷工业常用的助磨剂有水、有机液体、表面活性剂与无机电解质等。
湿磨比干磨效率高，是由于水的助磨作用。而水之所以能助磨，是因为物料颗粒表面上的不饱和键与水分子之间发生可逆反应的缘故。此外，由于湿磨时细颗粒物料在水中赵于悬浮状态，研磨时缓冲作用较干磨时小。
物料在有机液体中的研磨效率比在水中高。例如，以异戊醇之类有机液体助磨时，物料表面积要比在水中大12倍。陶瓷物料在四氯化碳及甲基环乙烷中研磨时其研磨速度比在氮气中还要高。在精细陶瓷粉末的研磨中，此类有机溶液常被采用。
表面活性物质也是一类有效的研磨助剂。在特种陶瓷及油厂研磨中使用过聚硅氧环，在石英及石灰石的研磨中使用过硅树脂、四氯化碳、正乙烷、有机碱、醇酸树脂等。这些由于吸附作用是防止研磨体被物料粘附和促使物料颗粒分散时，同样能够提高研磨效率。
有些无机电解质在研磨过程中也能提高研磨效率。以多价电解质作为助磨剂时，对研磨耐火型原料有较好的效果，常用的AlCl3及CuSo4就是一例。
助磨剂的助磨作用机理有两种解释：第一种是Rebinder理论，其理论基础是吸附作用能引起颗粒的表面能变小。有效的研磨作用必然包含新表面的形成过程，而形成新表面所需要能量则与所消耗的表面自由能成正比，化学助磨剂的加入应减小固体颗粒的有效表面能，从而提高球磨机效率。另一种是Westwoods提出的理论，他认为助磨剂的作用可能是因为颗粒表面处的电子状态发生了变化以及固体颗粒上的吸附作用致使状态发生了变化以及固体颗粒上的吸附作用致使出现“点”的缺陷所引起的。需要说明的一点是，许多助磨剂的用量都有一适当范围，同时还与被研磨物料的性质有关。最佳用量应结合本厂物料试验结果确定。由于助磨剂价格及来源问题，使得较贵重助磨剂的广泛应用受到了一定的限制。