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助磨剂与陶瓷球在水泥球磨机节能中相辅相成

  陶瓷球在水泥行业应用并不是什么新鲜事,几十年前在白水泥和彩色水泥生产中早有实例,但在通用硅酸盐水泥生产中倒并不多见。应用陶瓷球使球磨机装载量减少、整体负荷下降,因此节电效果明显。要不是这几年水泥行情不好、利润太低,可能也没人想到节省这几元钱的吨水泥生产成本(电费)。言者无意,听者有心。这突如其来的“挑战”课题,还真就引起了笔者的关注:是应该安排几个试验,来求证一下这陶瓷球对目前并不景气的助磨剂行业来说到底是祸,还是福?

  试验从认识陶瓷球与钢球的差异性开始。

  钢球是金属材料、导体,而陶瓷球是无机非金属材料、绝缘体。目前使用的陶瓷球常见的是Al2O3含量≥70%的耐磨氧化铝球,最高含量达到99%,其体积密度为2.95~3.85g/m3,氧化铝含量越高,体积密度越高。按成型方法,可分为压制球和滚制球两种。通过多次工业性试验,我们发现相同材质、相同规格的陶瓷球,压制球破损率低于滚制球。

  材料抵抗冲击载荷的能力称之为冲击韧性,其计量单位是焦耳/平方厘米(J/cm2)。高铬合金钢球冲击韧性≥4J/cm2,而陶瓷球的冲击韧性≤1.5J/cm2,因此,在入磨物料平均粒径≥5mm时,将陶瓷球用在球磨机的冲击粉碎仓(一仓),会引起过高的破损率。所以,要选对位置,尽其所能。陶瓷球适用于多仓磨的尾仓(研磨仓),或辊压机-球磨机联合粉磨系统流程中,入磨物料平均粒径小于1mm的球磨机研磨仓(尾仓)。

  在水泥企业常用的高铬铸球的莫氏硬度一般为4.5~6.0,粉磨P·O42.5水泥时,球耗一般在40g/t左右。而陶瓷球的莫氏硬度一般为8.0~9.0,粉磨P·O42.5水泥时,球耗仅≤15g/t。

  在水泥粉磨过程中,处于倾斜状态的陶瓷球,由于其材质质量轻,会产生较松散的活动空间,相比钢锻的研磨仓,其物料流速快、通风阻力小。陶瓷球仓的适宜装载量要低于钢球(钢锻),而填充率要高于钢球(钢锻)。经多次工业性试验发现:陶瓷球仓风速高、风温低、物料流速快,如果前仓装钢球、后仓装陶瓷球,后仓要增加填充率2%~3%,才能保持前、后仓物料流速基本平衡,且有利于控制出磨物料的细度值。

  通过以上小磨试验和大磨试验证实:在球磨机还是金属衬板的条件下,为了减少破球,陶瓷球不适宜使用在第一仓,目前只能应用在研磨体运动为倾泻状态的尾仓,以它的滑动和滚动来研磨物料。水泥球磨机是一种“加料-粉磨-出料”连续进行的设备,物料在磨内停留的时间有限,一般为15~20分钟。尽管陶瓷球的硬度和耐磨性能都高于钢球,但由于时间有限,对水泥物料的粉磨效果不及钢球、钢锻。

  我们经多次工业性试验发现,在尾仓停留时间内(10~12分钟),陶瓷球粉磨80微米以下的熟料颗粒,降低细度的能力十分有限。为了满足出磨物料达到工艺要求的目标值(开路系统R0.08≤1%、闭路系统R0.08≤10%),必须要向前仓的钢球借力,即进入尾仓的物料粒度要求更细。为此,一方面要从钢球级配设计上想办法,另一方面就是要改善磨内物料的易磨性。这正是球磨机应用陶瓷球后,离不开水泥助磨剂的缘由所在。

  水泥助磨剂是在水泥粉磨过程中,为提高水泥粉磨效率而掺入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂。水泥助磨剂的表面活性作用对粉体有很好的表面改性功能,它吸附于磨内物料颗粒表面或裂缝的内表面,使其受到不同种类应力的作用后,不断地形成裂纹并加速裂纹扩展,然后使物料被粉磨得越来越细。

  目前,我们在多家水泥企业成功应用陶瓷球的实例,证实了助磨剂与陶瓷球的相辅相成作用。球磨机添加了助磨剂,一方面使进入陶瓷球仓的物料平均粒径更细、易磨性更好,另一方面使陶瓷球在磨内物料有限的停留时间内,足以研磨出合格的细度,达到粉磨系统要求的工艺指标。陶瓷球应用后,通风好、磨内温度降低,有利于助磨剂发挥出最佳的助磨作用,水泥产品颗粒组成更加合理,与混凝土外加剂的相容性更好,共同实现了水泥粉磨过程的节能高产。

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