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陶瓷原料粉體制備新技術及未來趨勢展望(一) |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-06-05 10:41:29 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)我國是世界陶瓷生產的第一大國, 在陶瓷生產的過程中,原料加工所消耗的能源占了很大的比例,同時原料加工技術也決定著陶瓷產品的質量。球磨設備是陶瓷廠的主要機械設備之一, 它的電耗占陶瓷廠總電耗的30%左右。因此如何提高球磨機的效率、降低能耗、減少生產成本, 對企業的發展至關重要。
隨著陶瓷行業的迅速發展,在瓷磚產品的推陳出新之余,陶瓷機械設備企業、原料化工企業倒逼升級進步的迫切感愈發強烈。只有原料制備技術的不斷革新, 才能推動陶瓷行業向高新技術產業發展。
目前陶瓷行業的粉磨裝備主要是球磨機。球磨機是最早出現且應用最為普遍的粉磨設備, 國內建筑衛生陶瓷行業球磨制漿生產工序主要使用鋁球石或天然鵝卵石作為球磨機球磨介質,與投磨原料按比例進行一次研磨,存在球磨機運行效率低、時間長、產量低、電耗高和球石損耗大等缺點,增加了生產經營成本,進而影響行業的進一步發展。
國內外對提高球磨機研磨效率和節能做了大量的工作,研究結果表明,球磨機的機械效率僅為2%~5%。球磨機雖然已經過多年的不斷改進、發展,并且已經開發出大型球磨機和連續球磨機,但總體看來,從機械結構方面提升球磨機的機械效能幾乎已經達到了技術的極限。
1 陶瓷行業原料制備技術現狀
多年來, 我國陶瓷生產企業的原料制備普遍存在工藝流程落后,裝備幾十年不變,能源利用率低,能耗巨大這一嚴峻而現實的問題。特別是陶瓷原料的制備一直采用間隙式球磨工藝,幾十年沿用至今幾乎沒有改變,該工藝最大優點是能夠確保陶瓷原料的配比在球磨前后不會發生變化,物料混合得非常均勻,正由于間隙式球磨機具有這一優點, 在陶瓷行業原料的粉磨工序中占據了不可動搖的地位。然而這一球磨工藝的最大缺點是,物料在粉磨過程中不可避免地會出現“過度粉碎”現象,使粉碎機生產能力降低,單位功耗增加。而國外早已經開始采用連續式球磨機,連續式球磨機具有顯著的節能效果,但該技術國內卻一直沒有推廣開來。一個主要的問題是國內陶瓷原料難以達到標準化,且原料的種類繁多,水份差異較大,無法實現自動給料和配料。
球磨機是目前陶瓷行業原材料加工環節中最常用的物料粉磨設備,具有粉碎比大,結構堅固,單機產量高和氣密性好等優點,但球磨機球磨工藝相對落后,球磨時間長、能耗物耗大。多年來,陶業人對球磨效率的研究從未停止,漸漸總結出了影響球磨效率的因素,包括: 磨機轉速、填料系數、研磨介質、料球水的比例、解膠劑、加料方法、入料粒度等。
在陶瓷行業節能呼聲愈來愈高的今天, 針對陶瓷行業原材料加工環節中單一的球磨工藝球磨時間長、能耗物耗大的現狀,采用先進的粉磨設備,研究、制造出適合我國陶瓷原料配方工藝與陶瓷生產技術的粉磨設備,已成為行業亟需解決的重要問題。這幾年,一直沒有什么變化的原料加工工藝和加工設備受到了一些企業的重視,經過多年的研究和實踐,有了新的變化和新的思路,針對中國的陶瓷原料的現實, 尋找到可以操作的工藝路線和新型的粉磨設備,并取得了一定的成效。
2 陶瓷原料制備新技術
近年來,為了適應陶瓷行業發展的需求,陶瓷行業原料與制備企業不斷地探討,針對陶瓷生產與應用的現狀,研發出一系列新型、高效、節能的陶瓷原料專用設備,用于解決傳統陶瓷生產工藝流程中球磨環節能耗巨大,耗量成本高的缺點, 在原材料的快磨系統, 連續球磨新技術、干法制粉等方面取得了很大的成功。
2.1 神工快磨系統
佛山市博暉機電有限公司研發的神工快磨系統采用“快磨機”與“球磨機”相組合的二段粉磨流程,有效地避免了物料在球磨機的初始粉碎階段所消耗的大量的能量,降低了球磨機的能耗,同時還可以極大地縮短物料的整個球磨過程所耗費的時間, 從而達到了在原料制備階段的節能。
神工快磨節能原理分析
所謂“神工快磨”,其實是立式磨的一種改革。其粉磨機理屬于“料床粉磨”,或稱之為“料床擠壓粉磨”,優點是有用功多、機械效率高。神工磨與球磨機在陶瓷原料粉磨中的聯合應用,是針對當前陶企普遍使用的陶瓷原料(砂石料和泥料)用“傳統單一球磨”的加工工藝進行的一種陶瓷原料加工工藝的創新。
先對粒徑較大的砂石料進行粗破碎,使物料成粉片狀,達到非常微小的細度( ≤10 目篩),部分細小顆粒以片條狀存在,研磨過程擠壓內部也產生了裂紋, 這樣的物料進入球磨更容易研磨; 然后經過處理的碎砂石料與別的泥類料按一定的配比配好料再入球磨機, 然后由球磨機內的3 種不同尺寸的球石進行研磨, 由于物料粒徑都很小, 在球磨機中物料可以直接進入細磨階段,然后經過8 h 左右的球磨過程,最后得到泥漿狀的陶瓷物料。此工藝大大降低了球磨機能耗、縮短了球磨時間,,從而達到了在原料制備階段的節能。
神工快磨工藝節能的主要原因:
(1) 神工快磨工藝的入球(硬質) 物料粒徑在2 mm(10 目)以下,物料間粒徑差異很??;傳統球磨工藝的入球物料粒徑在15 mm 以下,且物料間粒徑差異很大。
(2) 神工快磨破碎后, 物料的礦物結構出現微裂,易于球磨機研磨加工。
(3) 神工快磨工藝改變了球磨機球石級配,增加球石與物料的接觸面,提高研磨效率。
傳統球磨研磨最長時間為16 h, 而神工快磨由于入磨粒徑是一致的,這樣可以減少過磨縮短球磨時間。如南莊新明珠陶瓷有限公司,從14 h 變為8 h,綜合耗電從38 kW·h降到26 kW·h。高明貝斯特,從14 h 降為8 h,有時候能降到7 小時,耗電是從43 到29.8 kW·h。湖南兆邦陶瓷有限公司,從原來的22 h 降到14 h,耗電是從39 kW·h 降到27.9 kW·h。
傳統球磨工藝與神工快磨工藝在節能方面比較如下:
(1) 神工快磨節約的成本:約520 萬元/年;
(2) 神工運行每天產量: 1000 t,每噸電耗7.6 kW·h,磨輥磨耗約2.9 元/t ;
(3) 神工破碎料占磨球配方料的62%; 球磨每天可以處理1600 t 配方料,每年以300 天計算;
(4) 神工快磨新工藝,球磨單位電耗約21.18kW/t,單位電費以0.79 元/kW·h 計算,球石磨耗約7.5 元/t,球襯磨耗約1.4 元/t;
(5) 傳統工藝,球磨單位電耗約35.12 kW/t,球石磨耗約12 元/t,球襯磨耗約2 元/t;
(6) 傳統工藝每天需要40 臺球磨機(40 t 球)加工,神工快磨工藝由于球磨時間縮短至8 h, 即只需要20 臺球磨機;從而神工快磨工藝可以節省20 臺球磨機,即節省600 萬元。
2.2 神工快磨與傳統球磨工藝比較
新的球磨工藝相對于傳統球磨工藝有兩大突破之處:其一,將粗細不同的大粒徑的砂石料用立磨破碎成均勻的小粒徑物料( ≤10 目篩),此過程相當于球磨機里面的粗磨階段, 但是立磨所用的能耗大大低于球磨機的粗磨能耗;
其二,優化球磨機球石級配,由于新工藝入磨物料粒徑都很小, 可以直接進入細磨階段, 不需要大粒徑的(如: D50 /D60 /D70 )球石來粗磨,因而可以增加小粒徑球石(如: D20 /D30 /D40 )特別是增加D20球石的用量,以增加球石與物料的接觸,提高研磨效率。傳統球磨工藝中球石級配( D30﹕D40﹕D50﹕D60﹕D70 )在整個球磨階段(粗磨與細磨)是不變的, 在粗磨階段主要是用到了D70 /D60 /D50等級配的球石,而細磨階段主要是用到了D30/D40等級配的球石,球石級配中的不充分利用會極大的影響球磨效率, 增加球磨時間球磨能耗。神工快磨工藝與傳統球磨工藝的節能對比如圖1 所示。神工快磨工藝與傳統球磨工藝的原料入磨粒徑對比如圖2 所示。
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