再探湿法球磨工艺的节能途径

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摘要 2000年初，笔者对湿法球磨工艺的节能途径进行了初步探讨，时隔八年，绿色环保节能陶瓷装备和节能工艺发生了重大变化，笔者将从装备制作、设备安装、生产管理、原料管理等几方面来重新对湿法球磨工艺的节能途径进行探讨和研究。

关键词 陶瓷机械，湿法球磨工艺，生产管理，节能管理

1前 言

至2007年末，以佛山陶瓷总部经济为核心的泛珠三角最紧密型陶瓷生产基地群已初具规模。到今年年底，广东清远、广东河源、广东肇庆、广东江门、湖南岳阳、湖南衡阳、云南易门、广西北流、贵州遵义和江西宜春、江西丰城、江西高安、江西景德镇、江西九江等陶瓷生产基地的产量总和可能是原佛山陶瓷基地的3～5倍。2007年陶机厂的生意也出现了有史以来最火爆的情况，全国30余家陶瓷球磨机生产商2007年的生产计划都排到了08年8月份，其中球磨机又是建陶生产企业最致命的生产装备之一。说它最致命是因为球磨机的环保性、节能性和安全性对陶瓷企业来讲至关重要，如：（1）节能性。据测定，球磨机用电占整条生产线用电的45%，占原料加工用电的85%，合占总成本的8～10%，因此节能性迫在眉捷；（2）环保性。在陶瓷生产过程中，球磨机是产生噪音最大的装备，噪音不仅污染环境而且消耗能量，因此球磨机的噪音污染是目前迫切需要解决的问题；（3）安全性。球磨机越来越大，球磨机的安全就是整个生产的安全，如果一台球磨机发生故障，全厂就得停产，就得白白消耗人力、资源和能量，因此球磨机的安全系数要绝对可靠。因此，重新探讨湿法球磨工艺的节能途径就显得非常有必要。

2制作期的节能工艺管理

2.1 球磨机的节能设计工艺

(1) 球磨机基本参数的节能设计

球磨机的基本参数包括：球磨机筒体直径、球磨机筒体长径比和球磨机的转速。其中，球磨机筒体直径和转速决定了球内介质的运动方式，也是球磨机能否节能的关键因素。由于球磨机筒壁的扬料作用和泥浆的团聚作用，料总向中心聚拢，所以球磨机直径和球磨机的长径比不仅决定了球磨机的装料量，也是球磨机能否节能的一个决定因素。笔者认为球磨机筒体的长径比在1.6～2.0内最佳，过小的话，球石之间的撞击内耗过大，过大的话，又容易出现死角。也有人提出变径球磨机的设想，将中心附近的直径加大，据使用过的企业介绍效果显著。

在球磨机直径一定时，转速决定了介质的运动方式，实际上的运动方式有三种：当在最顶端离心力大于或等于重力时，磨介将做离心运动，离心运动将失去粉碎作用；当抛物点在球磨机最高点至球磨机水平中线点之间时，磨介将做抛落运动，主要靠撞击方式粉碎；当抛物点在球磨机水平中线点以下时，磨介将做泻落运动，主要靠研磨方式粉碎。此外，球磨机加料不足或球磨机加料顺序有变都会使球磨机重心严重偏离球磨机中心，而固定转速则会产生过大的力矩，从而使球磨机的负荷过大，球磨机电机、整个电网、轴承、轴头及波箱齿轮的安全性就受到威胁。因此，生产中迫切需要使用变频调速的方式来调整球磨机的转速。广州市珠峰电器公司就根据这个原理开发出了一种节电器，据使用者反映，起动电流可降低4～7倍，增大了起动安全系数，电机功率因数可降至80%以下，节电器功率因数可高达99%以上，对球磨过程可进行微机跟踪、微机处理、微机调控，对电机电流也进行了微机跟踪、微机管理、微机保护，从而实现了总体节电15%左右的可能。

(2) 传动方式的节能设计。球磨机的传动方式有三种：中心传动、齿轮传动、皮带传动。三种传动方式中，齿轮传动、皮带传动都位于球磨机的一侧，传动时筒体、主轴承、主轴头、传动轴、三角带都会受到扭力，而扭力的产生就会产生噪音和不一致的磨损。噪音和磨损既浪费能量又对轴头、轴承、皮带、皮带轮、传动轴、电机产生安全隐患，所以笔者建议采用中心传动。佛山有一家公司采用中心传动和中心增厚工艺，38吨球磨机已经可以用90千瓦电机运转，节约了18%左右的电力能源。

(3) 球磨机材料的节能设计。从安全性和环保性来讲，材料的选用非常关键。有些公司设计的球磨机为了节省材料，就将长径比搞得很大，筒厚度是省下来了，但却不能节能。有些公司为了节省轴头和轴承材料，设计的轴头在端盖轴头孔处粗，其它两头细，甚至干脆冒险用小直径轴头，轴头的强度和刚度降低了，却埋下了断轴头毁轴承的安全隐患。此外，材料的刚度和强度不够，在球磨机运转时，会使筒壁、机身发出噪音，噪音声波的产生会消耗大量的电力能源，更是得不偿失。因此、球磨机的轴头、传动轴、皮带轮，以及轴承在大小、刚度、强度方面必须符合设计的要求，球磨机主筒体钢板、三角带传动区钢板、端头及筋板钢板在厚度、刚度、强度方面也必须符合设计要求。

(4) 球磨机附件的节能设计。球磨机加料口的直径和位置会影响加料的时间和均匀度，也会影响球磨机的起动电流、加料量，从而间接影响球磨机的研磨效率；球磨机的放浆口影响球磨机放浆时间、浆的温度、稠度，也会影响放浆的质量，从而也间接影响球磨机的研磨效率。

2.2 球磨机的节能制作工艺

(1) 球磨机冷加工机件的节能制作。冷加工工艺中的卷、切、冲、车在球磨机制作中都有对应，端头等大件的冲压一般机械厂没有能力加工，冷加工的工件包括：球磨机主筒体的卷板加工；球磨机主轴头、传动轴和三角带传动区的车床加工，以上三者都要求对中度高和精度高。尤其是主轴头的加工和成品端盖的加工，要经过多道工艺流程方可满足对中度和精度的要求。有些公司工艺少且没有质量保证体系，就不能满足对中度和精度的要求，从而在生产中产生磨擦、磨损和震动，满足不了节能的要求，也没有安全感，且寿命很短。

(2) 球磨机热加工机件的节能制作。热加工的工件包括：主轴头、传动轴承等异型件的热浇铸，焊接件的焊接，端盖的热焖火处理等制作工艺。热浇铸件既要保证浇铸尺寸，也要保证浇铸质量，不能有砂眼、熔洞等缺陷。焊接件包括：主轴头、筋板、端盖板与端盖头的热保护焊接；主筒体与端头的焊接和加料口、放浆口的热保护焊接等。有些机械厂，焊接没有用保护气体、也没有热焖火处理，就会造成焊接缝的氧化脱落和冷裂，这些问题会在使用中产生震动，震动的结果既浪费了能量，又失去了使用的安全性，更降低了使用寿命。

3安装期的节能工艺管理

(1) 球磨机地基

球磨机的地基处理是否得当关系到基础施工质量和使用质量，也是保证沉降量和沉降差的根本前提。笔者认为其中有三点非常重要：1)强度即地基载力应足以承受基础传来的压力，地基承受基础压力的能力也叫地耐力，地耐力的测定应用专门的仪器并经综合计算而确定，球磨机地基的地耐力应是基础压力的3～5倍；2)变形:在南方无霜冻地区，我们只需考滤地基的沉降即沉降量和沉降差保证在允许的范围内即可；而在有霜冻期的北方，因地基的冻结和消融会产生地基变形，从而会对基础产生影响，所以基础必须置于冰冻线以下。3）经济:尽可能选择天然地基。球磨机基础荷载预算完毕后，如果土地还没有购进的话，可以选择地耐力比较高的土地，这方面的资料可以从工业区开发办或工业区其它已建公司处获取相关参考的地质资料。在珠江三角洲地区，地势低洼的开发区原本是鱼塘，不少地方回填土和淤泥等软弱土层都在5～15m以上，且地下水较丰富，如果土地选择不当，将大大增加投入，使人工地基造价大大提高。

(2) 球磨机基础的不一致沉降会严重影响球磨机的和谐传动，并产生噪音污染和浪费能量；同时也使球磨机安全性和使用寿命大打折扣。因此，球磨机基础的设计要杜绝设计基础的不一致沉降和过度沉淀。为了满足这些要求，具体设计要求如下：1）在基础强度和刚度设计方面要求球磨机的基础既要能承受来自球磨机的重力，又要能承受来自地基的反作用力；此外基础也要能满足抵抗来自地下水位变化和地质地震变化所产生的爆发冲击力。设计时钢筋的大小、布局务必要满足强度和刚度的要求；2）由于基础是埋于地下的隐蔽工程，在地下长期受水侵蚀且建成后很难观察、维修和加固，所以必须选择良好的石料和抗侵蚀、耐硫化的高标号水泥，以保证基础构造与球磨机的使用寿命一致；3）基础工程约占球磨机工程总造价的15～25%，降低了基础工程的投入也就降低了球磨机工程的总投入。在设计时，既要做到技术合理，也要做到尽可能降低成本。一般情况下，为了达到既科学合理又经济的要求，设计时要求必须设计成连体式，既能降低地基的荷载力，又避免了整个磨机群的不一致沉降。

(3) 球磨机基础的不一致收缩会严重影响球磨机的安装质量，从而也严重影响球磨机的传动和谐性、绿色环保性和使用安全性。对球磨机的节能性和使用寿命也会大打折扣。因此，必须加强球磨机基础施工的过程管理。具体要求如下：1)严格控制水泥的标号和混凝土料的料：砂：灰：水比，料的硬度、抗荷载强度也必须过关，严格控制混料时间。填料时，电震动棒一定要夯实；2)为了控制不一致收缩，要同时、一次性浇铸而成，不能等、停、续；3)钢筋一定要按要求均匀配置，不能偷工减料、更不能偷梁换柱；4）施工最好在无霜期内施工，要注意后期的养护，养护期内禁吊装球磨机。

(4) 球磨机安装维护保养对球磨机传动和谐性、绿色环保性和使用安全性有极大影响。人们都说“三分设计，七分养护”，设计得再好，安装得不对，维护保养不到位，照样功亏一篑。笔者认为安装养护必须做到以下三点：1）安装过程要保证“一平行一水平，一平行一对正、一紧固一密实”的作业方法，即各支承线条间平行传动地板在同一水平面，筒体轴线与传动系统皮到轴承轴线平行筒体抱皮带位置与三角皮带轮位置对正，要保证地脚罗栓与基础紧固各支承线条传动地板与基础密实；2）保养要做到“随养、定养和特养”，即对主轴头轴承、传动轴承及波箱齿轮的注油定期保养，皮带及电器设备随时保养，其它机件的事故维修特别保养。

4生产期的节能工艺管理

球磨机是陶瓷厂的耗能大户，一台球磨机总装机量可高达90～250kW，所以球磨机的节能显得非常重要。笔者认为球磨机的节能有三条途径可走：

4.1 球石管理

一般陶瓷厂球磨机所使用的球石有燧石质和中铝质两种，无论使用哪一种球石都无可厚非，但一定要选型适当、搭配适当，否则可能会达不到预期目的。球石的选择既要考虑单个球石的硬度、抗折强度、抗冲击强度、重量和比重，也要考虑球石的整体参数性质，如磨耗率和孔隙率。所以，笔者认为在球石选择上，要认真检测，对于形状不规则的天然球石就不能停留在单个球石的检测上，每次测试可用50kg为单位，其检测标准如表1。笔者根据“金字塔”原理和“黄金分割”原理以及生产实际经验来近似地确定球石颗粒级配和规格要求：直径30～50mm，质量约50～200g的球石占70.37%；直径40～70mm，质量约200～500g的球石占25.93%；直径60～100mm，质量约500～1000g的球石占3.7%。对于规则的新中铝球就十分简单：40mm球石占70.37%，60mm球石占25.93%，80mm球石占3.7%。球石的比重、磨耗、抗折强度和抗冲击强度分别以40mm江西萍乡产中铝球和30～50mm大连产天然燧石球为标准。以料：球：水比为1:1.8:0.5的标准来生产，对于15吨球磨机总装球量为27吨，则小中大比例为19:7:1。球石补充量以球磨机按比例级配的磨耗来计算，按实际消耗数加入等数量的大规格球石。

4.2 跟踪管理

首先，在原料和配方试验的基础上，加强配料、配球、配水、配减水剂和增强剂以及加料、加水、放浆、清渣、测浆、测球、测空的跟踪管理，严格配准、加净、放干、测准、数稳、清彻底的工艺要求。根据经验，球高控制在1650～1680mm之间，空高控制在600～800mm间最好。详细泥浆性能作业表见表2所示。

4.3 新工艺路线

其次，为了节约用电，可采用浸泡预溶解和错峰用电相结合的工艺管理制度；为了满足工艺要求，就要求缩短球磨周期的总时间和球磨、测试、放浆、配料、加料、起动各工艺段的时间，使有充足的时间浸泡溶解并能在特定时间段内球磨。为了缩短测试时间，细度采用150g泥浆筛余参考对照表速算、水分采用比重法参考参照表速算、烘干采用微波炉快速烘干。为了防止泥浆降温影响放浆时间和放不完浆，采用对球磨机保温、放浆管保温的保温工艺和利用干燥窑余热压力风加压加热的工艺辅助放浆及双放浆阀双管放浆工艺。为了保证减水剂、增强剂配料准和加料准，让供应商能够按照技术部的要求配重、标识，标识应明确注明使用日期和球号以备快速准确无误地使用。配泥砂石粉料时，可配完一种，趁铲车铲料时就上料，然后再清零配第二种料。同时，为了防止大块泥团进入球磨机，在喂料机下料口，皮带机下料口处应设置多道钢丝切割机对泥团、砂团进行再加工。

5总 结

如果按照未技改前的工艺，需要放浆时间2h、配料时间1h、加料时间1h、起动时间1h、测试时间1h、球磨时间12h，则总周期为18h。那么，采用球石新工艺球磨时间就可缩短为7h，采用在线切割加工和浸泡溶解工艺又可缩短为5h，加料配料同时进行，时间为1h，放浆采用保温、加热、加压和双管放浆新工艺则可在30min内完成，测浆和起动采用新装备和新工艺后也可在30min内完成，这样总周期就可控制在8小时内，不仅节电，还能保证了维修保养和浸泡溶解时间，此外，还节约了2/3的工人。

如果将装备技术与管理技术结合起来，球磨机的安全性、环保性与节能性就可实现1+1+1>3的可能，也就实现了清洁生产和环境和谐。

参考文献

1 韩复兴,李小雷.湿法球磨工艺节能途径的探讨与研究[J]. 山东陶瓷,2000 (3)

2 韩复兴.建筑陶瓷技术开发新使命[N].佛山:陶城报,2007-06-24(D3)

3 韩复兴，路庆祥，路静贤.陶瓷熔块炉的基础设计与施工[J].佛山陶瓷，2006 (1)