實例：結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體 承德人和礦業(yè)

伊利石可以應(yīng)用到陶瓷領(lǐng)域，今天我們就介紹一下陶瓷材料。陶瓷材料的應(yīng)用，其發(fā)展歷程是人類社會文明進步的展現(xiàn)。陶瓷的發(fā)展大致經(jīng)過陶器→炻器→瓷器→傳統(tǒng)陶瓷或普通陶瓷→先進陶瓷等幾個階段。對于先進陶瓷的稱謂，在文獻中也在使用技術(shù)陶瓷、現(xiàn)代技術(shù)陶瓷、工程陶瓷的稱謂，本文擬使用工程陶瓷的稱謂。工程陶瓷則是根據(jù)所要求的產(chǎn)品性能，通過嚴(yán)格的成份配比和生產(chǎn)工藝控制及使用相應(yīng)的設(shè)備而制造出來的高性能材料。

一、結(jié)構(gòu)陶瓷

工程陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）分為結(jié)構(gòu)陶瓷與功能陶瓷。

結(jié)構(gòu)陶瓷分為氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷與玻璃陶瓷。

氧化物與非氧化物主要分為以下兩類：

第一類，氧化物陶瓷：主要有氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、其他氧化物陶瓷如莫來石陶瓷、氧化鎂陶瓷、氧化鈹陶瓷及復(fù)相氧化物增韌陶瓷等。

第二類，非氧化物陶瓷：

氮化物陶瓷：氮化硅陶瓷、氮化鋁陶瓷、氮化硼陶瓷。

碳化物陶瓷：碳化硅陶瓷、碳化硼陶瓷、碳化鈦陶瓷。

硼化物陶瓷：主要有硼化鈦陶瓷、硼化鋯陶瓷等。

其他非氧化物陶瓷：二硼化鋯陶瓷、二硅化鉬陶瓷。

二、陶瓷研磨

同金屬材料相比，陶瓷的最大優(yōu)點是優(yōu)異的高溫機械性能、耐化學(xué)腐蝕、耐高溫氧化、高強度耐磨損抗沖刷、比重小(約為金屬的1/3~2/3)，因而在許多場合逐漸取代昂貴的超高合金鋼或被應(yīng)用到金屬材料根本無法勝任的場合，如在原材料工業(yè)的礦山、冶金、化工、有色、石油、建筑、建材、水泥等工業(yè)生產(chǎn)過程中成為不可或缺的設(shè)備部件防護材料與制成產(chǎn)品的工具與介質(zhì)。但是，亦應(yīng)注意到，陶瓷材料的最大缺點是脆性，在傳統(tǒng)陶瓷的應(yīng)用中成為致命的弱點，即使目前工程陶瓷的脆性有很大的改善，但其脆性仍是其在高應(yīng)力磨料磨損工作環(huán)境在是無法規(guī)避的弱項。

眾所周知，大多數(shù)陶瓷材料與金屬材料相比，其塑性變形能力差、對應(yīng)力集中和裂紋敏感。顯然，用陶瓷作為粉磨水泥的研磨體，其可靠性比金屬材料差，即使是質(zhì)地較為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)陶瓷，在使用中也會出現(xiàn)異常情況，如研磨體碎裂，對沖擊力較大工作環(huán)境的不適應(yīng)等。故此陶瓷球不適宜用于依靠沖擊力做功粉碎物料的水泥管磨機的頭倉，即使在二倉（對于三倉磨）或尾倉（對于雙倉磨），陶瓷球的碎球現(xiàn)象也有出現(xiàn)的記錄。粉磨水泥出現(xiàn)的碎球現(xiàn)象，反映兩方面問題：一是陶瓷球質(zhì)量，二是粉磨工藝與操作。陶瓷球質(zhì)量由其技術(shù)性能即機械性能與物理、化學(xué)性能來體現(xiàn)的。對決定用于粉磨水泥的結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體（球）質(zhì)量的技術(shù)性能，以下幾項：密度、硬度、耐壓強度、剛度、斷裂韌性的影響較大。我們知道，結(jié)構(gòu)陶瓷的硬度、耐壓強度比耐磨金屬高的多，而密度、剛度（彈性模量）、斷裂韌性的改進完善，是提高結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量和使用效果的關(guān)鍵。

研磨類陶瓷球是用于球磨機、振動磨機等細粉碎設(shè)備的研磨體。研磨類陶瓷球具有硬度高、體積密度大、耐腐蝕等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體有常用的氧化鋁、碳化硅、氮化硅等。氧化鋁陶瓷研磨體，根據(jù)其Al2O3含量的不同，研磨陶瓷球微晶中鋁研磨陶瓷球、高鋁研磨陶瓷球等。

氧化鋁球具有高耐磨性、高硬度、高強度等優(yōu)良特性，是球磨機、震動磨機等設(shè)備的研磨介質(zhì)。氧化鋁球的特點：白度高，對被研磨物料的品質(zhì)沒有影響；磨耗低，能夠大大延長磨體的使用壽命；比重大，提高了研磨效率，降低研磨時間；耐高溫、耐酸、耐堿和耐腐蝕。其外觀是直徑0.5到120毫米不等的白色球狀，已經(jīng)包含水泥粉磨用研磨體的規(guī)格。

三、結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體應(yīng)用案例

1.（HSCF）1號磨試驗Ф3.2×13m開路球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

2臺Ф3.2×13m開路球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，磨前配置有輥壓機和打散分級機。1號磨改用陶瓷研磨體前，入磨物料細度為80um篩余＜20％，臺時產(chǎn)量約150t/h左右，粉磨工序電耗約25kWh/t左右，將一二倉全部改用陶瓷研磨體，臺時產(chǎn)量平均為140噸，比原來的150噸下降了10噸左右；工序電耗由原來的25度下降為19.5度。

2號磨試驗Φ3.2m×13.0m

HSCF水泥:輥壓機規(guī)格1800×1600，額定功率2800Kw;v型選粉機HFV5000;高效選粉機水泥磨機Φ3.2m×13.0m功率1600Kw；研磨體為陶瓷球。水泥產(chǎn)量質(zhì)量指標(biāo)：入磨粒度80μm篩篩余15%，出磨粒度80μm篩篩余小于2%，比表面積370m2/kg，PC32.5水泥臺時產(chǎn)量128t/h.去年8月份水泥粉磨工序電耗19.65kWh/t水泥。比公司26.8kWh/t水泥低7.15kWh/t水泥。

HS水泥56臺水泥磨機使用陶瓷球，其效果是降低水泥磨機主機電耗，工序電耗因此降低。磨機降低4~7Kwh/t噸水泥，工序降低3~4Kwh/t噸水泥。水泥磨機產(chǎn)量降低11%左右。

2.（SSD）Φ3.2×13m聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，水泥磨二倉試用陶瓷研磨體研磨體。使用陶瓷研磨體后，水泥磨主電機電流由105A降至70A，水泥粉磨電耗的降低十分明顯。其中P•O42.5R降低4.39kWh/t、P•II42.5R降低7.84kWh/t、P•O52.5R降低8.9kWh/t。臺時產(chǎn)量降低范圍在10%以內(nèi)，而且經(jīng)過適應(yīng)性調(diào)整已基本達到恢復(fù)；質(zhì)量方面，在其它條件不變的情況下，各品種水泥都表現(xiàn)出45μm篩余和比表面積同時降低、3天強度略有降低、28天強度略有上升的現(xiàn)象。在試驗期間，進磨檢查，所用陶瓷研磨體基本沒有破損發(fā)現(xiàn)，從而驗證了該研磨體確實具有高強、韌性好、耐磨等特點。

3．(NXZ)￠3.6m×13m帶輥壓機雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

磨機系統(tǒng)：1#和2#，帶輥壓機雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。磨機為三倉磨。綜合1#和2#兩臺磨機的情況，綜合分析如下：

1)、熟料入磨比表一直偏低，基本在130~160m2/kg之間。而正常數(shù)據(jù)應(yīng)在180~220m2/kg之間。而對于陶瓷球的應(yīng)用，要求從輥壓機出來的物料細度越小，則越利于后面陶瓷球的工作。

2)、從兩次倒出的陶瓷球來看，都存在糊球現(xiàn)象。時測入磨水份0.9%,出磨溫度90℃。陶瓷球如果用不好，磨內(nèi)條件得不到優(yōu)化，作為無機材料的陶瓷研磨體照樣會糊球。

3)、在使用陶瓷球時，用戶應(yīng)適當(dāng)提高裝載量，其填充率是鋼球填充率的1.2~1.3倍，即37%~41%之間為宜。

4)、為提高陶瓷球的應(yīng)用成功率，必須提前全面研究整個粉磨系統(tǒng)的工藝狀況、產(chǎn)質(zhì)量以及能耗等信息。否則，任何一個小的變量都會影響到整體的使用效果，造成種種被動。

5)、陶瓷球在這個案例里面，破碎率極低。完全沒有因為破碎而影響到產(chǎn)品在磨機的使用。

4．（ZYN）Φ4.2×13m聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，水泥磨二倉，試用陶瓷研磨體情況。二倉鋼球設(shè)計裝載量為160t，改裝69t陶瓷研磨體。二倉裝載量：由160t→下降到69t；二倉填充率：由32%→下降到27.6%；球磨機電流：由171A→下降到101A；平均臺時：由216.35t/h→下降到169.14t/h；比表面積：由約380m2/kg→增加到＞400m2/kg；平均電耗：由27.36kWh/t→25.86kWh/t水泥。

水泥磨二倉改用80t陶瓷研磨體后，球磨機主機電流110A，系統(tǒng)的平均粉磨電耗PC32.5水泥降低了4.08kWh/t、PO42.5水泥降低了5.03kWh/t。

5．球磨機(SDJXFL)Φ4.2×13m閉路磨粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)。

應(yīng)用陶瓷研磨體效果：噸水泥粉磨電耗降低5kWh；水泥顆粒球形度得到提高，3~32μm的顆粒占比提高1~3個百分點；出磨水泥溫度降低20℃以上；水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低；水泥與外加劑適應(yīng)性變好；使水泥能夠達到《水泥中水溶性鉻（Ⅵ）的限量及測定方法》（GB31893-2015）國家標(biāo)準(zhǔn)要求。單位水泥產(chǎn)量研磨體消耗，一倉金屬研磨體9.23g/t，二倉陶瓷研磨體6.03g/t，合計15.26g/t。

結(jié)構(gòu)陶瓷研磨體使用案例說明：

（1）水泥磨機規(guī)格：Φ3.0×13.0m，Φ3.2×13.0m，Φ3.8×13.0m，Φ4.2×12.5m，Φ4.2×13.0m，Φ4.6m×14.5m，雖然最后規(guī)格磨機目前還沒有詳實的資料，但是案例包括了水泥工業(yè)磨機的主流規(guī)格。

（2）磨機填裝陶瓷研磨體有三倉或后兩倉、雙倉或尾倉。但是以雙倉磨頭倉鋼球尾倉陶瓷研磨體的形式較好。應(yīng)用陶瓷研磨體，要求入磨物料粒度細小，磨機設(shè)置兩倉較為適宜。

（3）使用鋼球鋼鍛的磨機也有設(shè)置單倉的案例，使用陶瓷研磨體的單倉磨可以進行理論探討與實踐。

（4）陶瓷研磨體倉磨機填充率一般不低于40%，而雙倉磨頭倉研磨體的填充率應(yīng)與之匹配，其粉磨能力與效果為陶瓷研磨體粉磨、研磨提供細小顆粒的條件。

（5）水泥粉磨系統(tǒng)雙循環(huán)聯(lián)合流程在幾種粉磨系統(tǒng)中，占有優(yōu)勢。設(shè)備配置有輥壓機、v型選粉機、磨機、選粉機。案例中不乏開流磨的配置。陶瓷研磨體僅是磨機一個倉的研磨介質(zhì)。研究粉磨系統(tǒng)的的協(xié)調(diào)出力，是全局，陶瓷研磨體是系統(tǒng)、磨機、磨機內(nèi)的一個環(huán)節(jié)。細節(jié)決定成敗，對此環(huán)節(jié)從案例中體現(xiàn)出精細化管理的理念。

（6）應(yīng)用陶瓷研磨體的優(yōu)勢、劣勢，規(guī)避注意的生產(chǎn)技術(shù)、陶瓷研磨體質(zhì)量性能、市場等問題，在案例中有很多敘述，尤其是一些文獻資料也有詳細深入論述，本文不再一一列出。

陶瓷材料在水泥行業(yè)的使用，范圍逐步擴大，作用也在凸顯，水泥行業(yè)對此的重視程度與日俱增。陶瓷研磨體作為粉磨硅酸鹽水泥的研磨介質(zhì)，自2014年起，風(fēng)生水起，是粉磨工藝與研磨體材質(zhì)選用一次重大技術(shù)改進。陶瓷材料的脆性即靠強韌化技術(shù)的創(chuàng)新來提高，也要靠水泥生產(chǎn)的工藝規(guī)范、操作管理實現(xiàn)最佳使用效果。陶瓷研磨體粉磨技術(shù)方興未艾，節(jié)能減排降耗降本顯現(xiàn)，是水泥企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新一種有效模式。