陶瓷研磨體在水泥球磨機的應用，是一項剛剛起步尚未成熟的技術、是一項一哄而起市場混亂的技術、是一項使大部分水泥人迷茫、觀望的技術。

  對于陶瓷研磨體，我們首先來建立兩個觀念：1）理論上講得通的技術在實踐中不一定都能成功，但理論上講不通的技術在實踐中成功的概率極?。?）任何在某一方面越是突出的技術，其適應的范圍就越是窄，所需要的條件就越是多。所以，我們有必要先談談陶瓷研磨體應用于水泥球磨機上的理論依據和使用條件。

  一、陶瓷研磨體的節(jié)電原理和使用效果

  鋼球的密度約為7.6～7.8g/cm³左右，現用陶瓷研磨體的密度一般為3.6～3.8g/cm³，密度約減輕了一半。密度小了一半、在球磨機填充率不變的情況下，研磨體的重量就輕了一半，球磨機的負荷勢必減小、電流勢必下降，如果球磨機的粉磨效率不變、磨機臺時產量不減 或少減，粉磨電耗勢必降低。

  球磨機是靠研磨體的沖擊和磋磨做功的，研磨體重量輕了其沖擊力和磋磨力勢必要減小，粉磨效率和磨機的臺時產量能不降低嗎？這就成為輕質研磨體能否節(jié)電的關鍵問題。

  球磨機對入磨物料承擔著粉碎和研磨兩大功能，粉碎（主要在一倉）依賴于沖擊、研磨（主要在二倉、或三倉）依賴于磋磨，實現兩大功能的機理是不同的。

  兩大功能被封閉在一個流程內分先后完成，流程能力取決于兩者的短板，要想發(fā)揮出流程的最大能力，就必須根據入磨物料的粒度和易碎性、易磨性，分別進行單項功能供需平衡和兩大功能的等效平衡。

  在目前不改變球磨機內部結構的情況下，對磨內研磨體的簡單置換，研磨體重量輕了沖擊力和磋磨力勢必小了，而且兩者減小的程度不同，沖擊力減小的更多些。這就會導致粉碎功能的供需失衡、以及兩大功能的等效失衡，兩種失衡的疊加勢必導致臺時產量的大幅度下降。

  如果不想改變磨內結構建立新的平衡，沖擊力小了就會導致粉碎能力供給側不足，但可以從需求側調整，通過降低入磨物料的粒度來實現，就是加強對入磨物料的預粉碎。

  好在大部分的水泥粉磨系統配置有輥壓機，而且輥壓機的效率比球磨機高許多，這是一種正能量的利用。

所以，強調使用陶瓷研磨體的粉磨系統必須前置有輥壓機、而且輥壓機最好是閉路系統。

  在輥壓機聯合粉磨系統上應用陶瓷研磨體，由于輥壓機閉路系統的存在，使球磨機的入磨粒度大幅度減小、并得到有效控制。由此對球磨機粉碎功能的需求大幅度降低，使球磨機的粉磨功能更多的依賴于研磨功能，只要球磨機的研磨功能不降低，就有節(jié)電的可能性。

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  至于研磨功能的供需失衡，主要是增加供給側的調整。

  1）通過增大研磨倉的填充率彌補研磨功能的下降；

  2）通過減小一倉的平均球徑，將部分粉碎功能轉化為研磨功能。

  好在研磨功能的下降不是很大，填充率的增加無須太多，一般增大10%左右，就可以恢復到原有的臺時產量上。

  事實上，目前多數企業(yè)在使用陶瓷研磨體后，填充料只增加了6%左右，臺時產量有所下降是必然的。實際上，在采用陶瓷研磨體之后，球磨機的結構強度和傳動系統，產生了約50%研磨體的 富余能力，可以承受約60%的研磨體填充率。

  為了使陶瓷研磨體在沖擊力減小的情況下，不減小或少減小研磨功能，強調了陶瓷研磨體 在高韌性陶瓷結構中，微晶礦物存在的必要性。在這方面陶瓷研磨體比金屬研磨體更有潛力。

  具有強磨削能力的微晶礦物，能強化對物料的磋磨作用、加大對物料的研磨能力，更適合輥壓機聯合粉磨系統的功能需求。由于陶瓷研磨體的微晶礦物具有僅次于金剛石的硬度，不但研磨體的消耗低，而且研磨體的功能不會受到磨蝕的影響，這是金屬研磨體所不具備的。

  即使陶瓷研磨體在使用一段時間后，其表面看起來已經磨得很圓滑了，但在顯微鏡下還能見到有粗糙的微晶存在。同時，由于研磨體重量的減輕，為適當的提高球磨機的研磨體填充率 奠定了主機負荷基礎；由于研磨體的做功機理由沖擊為主轉變?yōu)榇枘橹?，不再過多的依賴于研磨體的規(guī)則性拋落，也為提高填充率從研磨機理上奠定了基礎。從而使通過提高填充率 以提高磨機產能成為可能。

  同時，由于陶瓷研磨體是非金屬材質，大大降低了研磨過程中的靜電影響：由于陶瓷研磨體重量輕了、提升研磨體的用電少了、粉磨效率高了、磨內發(fā)熱少了，磨內的粉磨溫度也低了。這都有利于提高粉磨效率。還可以減少對助磨劑的依賴而降低粉磨成本、提高水泥對混凝土外加劑的適應性。

  鑒于應用陶瓷研磨體技術具有“零投資、零風險、高回報”的特點，雖然總體上大磨試用時間還不長、應用案例還不多、還缺乏基本的使用經驗，但國內的大型水泥集團，已經經不住誘惑、開始了自己的大磨試用，甚至在短期試用后 即開始了全面推廣，而且取得了不錯的業(yè)績。

  所謂“零投資”，指金屬研磨體也是用、陶瓷研磨體也是用，而且陶瓷研磨體的磨耗要低得多，直接的投資不大；

  所謂“零風險”，也是說風險很小，即使失敗了，也不過是兩次清倉裝球的成本；

  所謂“高回報”，目前使用效果好的，只換研磨倉可節(jié)電3～5kWh/t水泥,整磨更換的可節(jié)電6～7kWh/t水泥，其節(jié)電效益非常明顯。

  案例一：

  2015年7月23日～9月30日，Z水泥集團在其YN公司、￠4.2×13m聯合粉磨系統中、水泥磨二倉，試用D公司的陶瓷研磨體情況。

  原二倉鋼球設計裝載量為160t，改裝陶瓷研磨體按設計裝載量的60%算應為96t(填充率將增大約1.2倍)，按填充率不變算應裝約80t（密度小了一半），但為防止串倉起見，7月22日只裝了69t陶瓷研磨體。

  該廠已經配套了能源管理系統，各種粉磨參數（包括系統電耗）隨時可見，從7月23日至26日生產PC 32.5水泥的情況看，取得如下使用效果：

  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。

  分析臺時產量降低的主要原因是裝載量嚴重不足。進磨測量，球面距中心孔邊沿還有約150mm空高，填充率只有27.6%，原鋼球填充率約為32%，計劃進一步增大裝載量；由于換球后水泥細度仍按原有9.0±3%控制，實際比表面積已經＞400m²/kg，比原有比表面積增大了約20m2/kg，計劃下一步將水泥細度放寬到12～13%。

  在之后的7月底和8月初，又逐步進行了2次加球試驗，為防止往雙層隔倉板的卸料倉里竄球，用不銹鋼篩板做了一個喇叭筒，把卸料口邊緣加高了60mm。在保證質量的前提下，臺時產量恢復到192.58t/h。換球后生產PC32.5水泥的情況見表1。

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表1 換用陶瓷研磨體生產PC32.5水泥的情況

  從7月底開始，在陶瓷研磨體裝載量73噸的情況下，交替生產PO42.5水泥，磨機電流與所生產的水泥品種關系不大，沒有明顯變化；臺時產量由原來金屬研磨體的平均192.06t/h降到171.27t/h；系統粉磨電耗由平均30.45kWh/t下降到28.10kWh/t。

  8月底利用檢修時間，又將雙層隔倉板卸料口的喇叭筒改為篩板倒錐，徹底將竄球通道封閉了起來，在解決了竄球后顧之憂后，又加了3噸球；9月初開磨繼續(xù)生產PO 42.5水泥，截止到9月底，磨機電流變化不大，但平均臺時產量已經達到190.80t/h，系統粉磨電耗已經下降到25.42kWh/t。

  總之，￠4.2×13m聯合粉磨系統、水泥磨二倉改用陶瓷研磨體，進行的PC32.5和PO42.5水泥生產試驗，盡管是初步試驗，盡管臺時產量有所下降，已經取得了明顯的節(jié)電效果，初步試驗的總體情況見表2。

表2 換用陶瓷研磨體生產水泥的總體情況

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  由表2可見，對于這臺φ4.2×13m聯合粉磨系統來講，在水泥磨二倉由160t金屬研磨體改用80t陶瓷研磨體后，球磨機主機電流由171A下降到110A，在系統臺時產量略有降低的情況下，系統的平均粉磨電耗PC32.5水泥降低了4.08kWh/t、PO42.5水泥降低了5.03kWh/t。

  從理論分析上看，還有進一步增加研磨體的空間，YN公司的試驗仍在繼續(xù)，臺時產量有望進一步提高、粉磨電耗有望進一步降低，讓我們拭目以待。

  案例二：

  2015年11月初～12月中旬，浙江的H水泥集團，在其φ4.2×13m聯合粉磨系統水泥磨二倉、在其φ3.2×13m聯合粉磨系統水泥磨一二倉整磨，試用J公司的陶瓷研磨體的情況，僅在取得初步成功后，即決定在其集團內不同規(guī)格的水泥粉磨系統上全面推廣應用。

  該公司共有84臺水泥粉磨系統，截止到2016年6月底，推廣使用陶瓷研磨體的水泥磨已達50多臺，而且剩余的水泥粉磨系統多數是不具備使用條件的，有的輥壓機不閉路、有的干脆就沒有輥壓機。

  該公司的推廣速度不謂不快，應該積累了不少的經驗。但可能是由于商業(yè)機密的需要，該公司不大情愿對外宣傳，所以筆者也缺乏詳細的推廣資料，這里只能就側面了解的一些情況給大家作一介紹。

  2015年11月初，試用第一臺，φ4.2×13m水泥磨，只在第二倉上試用，在試用了10天后的總結顯示：生產PO 42.5水泥，臺時產量降了約5t/h左右，節(jié)電達4kWh/t水泥以上。

  2015年12月初，試用第二臺，CF公司的φ3.2×13m水泥磨，生產PC 32.5水泥，將一二倉全部更換為陶瓷研磨體，在試用了10天后的總結顯示：粉磨電耗比試驗前降低了6kWh/t左右，達到了＜20kWh/t水泥的高水平。

  CF公司有2臺Ф3.2×13m開路球磨機聯合粉磨系統，磨前配置有輥壓機和打散分級機，將1號磨作為陶瓷研磨體試驗磨。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的目標確定為粉磨工序電耗降到20kWh/t水泥以下。

  試驗自2015年12月初開始，經過幾次適應性調整，到2016年1月份取得了如下結果：在比表面積基本不變的情況下，臺時產量平均為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。到目前為止，該磨機換用陶瓷研磨體后，已正常運行了半年多，陶瓷研磨體磨損很小，至今沒有補球必要。

  值得一提的是，該粉磨系統在使用陶瓷研磨體前的電耗就只有25kWh/t左右，生產PO 42.5水泥，這在國內外都已經是非常先進的指標。何以如此，主要是將入磨細度控制得較細（80um篩余＜20%），一般在17%～19%左右。

  入磨細度80um篩余＜20%，是一個什么概念？這不是誰都能隨便做到的，這不僅體現了使用者對輥壓機系統的節(jié)電作用有充分的認識，而且系統的設計和裝備要具備相應的能力，說明我們在輥壓機系統的設計上還有潛力可挖，這一點值得大家深思。

  案例三：

  2015年3月13日～4月12日，S水泥集團在其SD公司、￠3.2×13m聯合粉磨系統中、水泥磨二倉試用S公司的輕質研磨體情況。

  試用前后球磨機內的研磨體裝載量與級配見表3,試用前后粉磨系統與所生產水泥的主要技術指標見表4。

表3 試用前后研磨體的裝載量與級配（mm\t\%）

表4 試用前后系統與水泥的主要技術指標

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  由表4可見，使用陶瓷研磨體后，在填充率略有提高的情況下，由于裝載重量的減少，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。

  產能方面，盡管臺時產量有所降低，但都在10%以內，而且經過適應性調整已基本達到恢復；質量方面，在其它條件不變的情況下，各品種水泥都表現出45um篩余和比表面積同時降低、3天強度略有降低、28天強度略有上升的規(guī)律，說明減少了過粉磨現象、水泥的顆粒級配更趨合理。  

  關于對水泥使用性能的影響，從顆粒級配的組成來看，生產的三個水泥品種都反映出，≤3μm和≥32μm的顆粒有所減少、而3～32μm的顆粒增加明顯，使水泥的需水量有所減少，出磨水泥溫度明顯降低，同時減少了助磨劑的用量，這都是減少了過粉磨的結果，使水泥與混凝土外加劑的適應性得到進一步改善，因此受到了混凝土企業(yè)的歡迎。

  在試驗期間，該公司利用檢修機會進磨檢查，所用陶瓷研磨體基本沒有破損發(fā)現，從而驗證了該研磨體確實具有高強、增韌、耐磨等特點，從而解除了我們對非金屬研磨體降產量、增磨耗、易碎裂等的顧慮。

  二、陶瓷研磨體的使用現狀和注意事項

  在水泥球磨機上使用陶瓷研磨體，總體上是成功的，但失敗的也不少。

  現實的情況可概括為以下三點：

  1）生產投放陶瓷研磨體的廠家雜亂、而且是嚴重混亂，嚴重影響了陶瓷研磨體的形象和推廣速度。

  2）陶瓷研磨體的應用還處于初期起步階段，多數供需雙方都缺乏使用經驗，而且從技術上缺乏陶瓷生產和水泥粉磨雙方的供需融合。

供方為推銷產品盲目承擔了現場的應用調試，需方為回避責任缺乏主動的溝通指導，而且雙方還沒有關注到陶瓷研磨體的磨削能力，導致臺時產量下降得過多而節(jié)電有限。甚至有的公司將陶瓷研磨體水磨得非常光滑，不知其到底是什么目的？

  3）就陶瓷研磨體的使用量來講，成功的多于失敗的；就陶瓷研磨體的供應商來講，失敗的遠多于成功的；就水泥生產線來講，成功的多余失敗的；就水泥企業(yè)來講，失敗的遠多于成功的。失敗的影響遠大于成功的影響，成功的效益又遠多于失敗的損失，導致大部分水泥人處在迷茫觀望之中。

  南方某公司已經有50多臺水泥磨在使用陶瓷研磨體，除了該公司以外，目前在全國試用或使用陶瓷研磨體的水泥磨，加起來也達不到這個數，你能說陶瓷研磨體不成功、沒有推廣價值嗎？只能說我們在推廣應用中出了這樣那樣的問題！

  陶瓷研磨體在使用中的注意事項：

  1）陶瓷研磨體與金屬研磨體相比，重量輕了降低了粉碎和研磨功能、但表面磨削能力強了增強了研磨功能。更強調對入磨粒度的控制（是篩余，不是比表面積），要加強輥壓機系統的管理，要重視邊料效應的影響，輥壓機系統也要閉路。在只更換研磨倉時，最好將入磨細度控制在80μm篩余60%以下，50%以下更好。

  2）陶瓷研磨體的效果 主要體現在研磨倉上，以研磨倉比粉碎倉（一倉）的效果更好。但這要看入磨粒度的控制情況，入磨粒度控制得好，也是充分挖掘輥壓機節(jié)電效果的需要，如果入磨80μm篩余＜25%，粗磨倉（一倉）也是可以更換陶瓷研磨體的，以獲取更大的節(jié)電效果。

  3）由于陶瓷研磨體重量減輕，大幅度降低了球磨機的承載負荷和運行負荷，從機械結構和動力設備上為加大研磨體裝載量創(chuàng)造了負荷條件；由于粉磨原理更多的依賴于研磨功能，對研磨體的規(guī)則性拋落需求降低，為適當提高填充率創(chuàng)造了空間條件。

  為了充分發(fā)揮球磨機的潛力，利用好已有磨內空間，陶瓷研磨體的填充率要比原用金屬研磨體大一些。

  試驗表明，在不改變磨內結構的情況下，陶瓷研磨體的最佳填充率應該在36%～38%；如果能解決研磨體的串倉問題，比如給隔倉板的中心孔加篩網，最佳填充率可能更高。但由于各粉磨系統的工況不同，建議填充率從32%起步進行逐步增加試驗，尋找自己的最佳值。

  4）由于陶瓷研磨體的重量較輕，從做工機理上其“沖擊力”比其“表面積”的重要性上升了；由于研磨功能的增強，為適當提高物料流速打下了基礎。

  注意：沒有擋料環(huán)的磨，一般不需要增大磨內流速！

  在配球方案上，平均球徑（或段的規(guī)格）比原用金屬研磨體要適當大一些，配球級數可以適當少一些，更有利于減少過粉磨、提高粉磨效率。

  試用初期，可以仍按原有金屬研磨體配球方案執(zhí)行；然后在使用中，根據磨內篩余曲線和出磨比表面積，逐步加大平均球徑、減少配球級數，尋求其最佳值。對于研磨倉，一般用Ø15mm、Ø20mm、Ø25mm三種規(guī)格的研磨體配球也就足夠了。

  5）由于陶瓷研磨體的重量輕了、平均球徑大了、配球級數少了、靜電效應弱了、粉磨溫度低了，這些因素都會導致磨內流速的加快、對磨機通風的需求降低。因此，為了防止磨內流速過快，確保物料有足夠的磨內停留時間，對磨尾排風機的閥板開度要適當關小一些（甚至有個案顯示 需要關小一半左右）。由于各生產線的工況不同，具體在運行中自己摸索。

  6）由于陶瓷研磨體重量較輕、表面相對光滑，而且填充率的提高，使球磨機筒體的帶球效果會差一些。試驗表明，球磨機的活化環(huán)能起到一定的改善作用，活化環(huán)的存在更有利于進一步加大研磨體的填充率。

  由于陶瓷研磨體的填充料更高，為了適應對活化能力的需要，球磨機內已有的活化環(huán)，有可能需要適當加高、加密。

  需要說明的是，球磨機研磨倉已有的這種環(huán)，有的叫活化環(huán)、有的叫擋料圈。名字不同、結構不同、作用也是不同的，要同時兼顧活化和擋料兩種功能。

  7）由于研磨體的填充率提高得較多，位于一二倉之間的隔倉板、以及磨尾的出磨篩板，需要作相應的改造，以解決相應的倒球串倉、磨尾跑球、出磨跑粗等問題。特別是中心部位的通風孔，或者是改造篦板縮小面積、或者是補加篩板阻止研磨體的通過。

  8）試驗表明，陶瓷研磨體的使用效果，粉磨低標號水泥 比粉磨高標號水泥要差一些，臺時產量降的較多、節(jié)電效果也差，而且節(jié)電效果差 也主要受臺時產量下降的影響。

  試驗同時表明，在球磨機使用陶瓷研磨體后，對物料的入磨水分更敏感一些。低標號水泥摻加的混合材較多，入磨水分相對較大，陶瓷研磨體 又大幅度降低了磨內溫度，等于降低了對水分的烘干能力，影響了磨機產量。所以，在使用陶瓷研磨體后，要更加重視對入磨物料水分的控制。必要時可考慮引入窯系統的熱風、或加一個簡單的熱風爐。

  9）由于粉磨溫度下降的較多，會影響到天然石膏的脫水，會影響到水泥的凝結時間和早期強度，這一點要給予關注。石膏有多種形態(tài)，它們的溶解度和溶解速率各不相同，勢必影響到水泥水化早期 水泥顆粒表面 鈣礬石晶體的形成，繼而影響到水泥的流變性和需水量。不過也有例外，粉磨溫度的變化對脫硫石膏的溶解影響不大。

  石膏的形態(tài)通常有生石膏(CaSO₄·2H₂O)、天然硬石膏(CaSO₄)、半水石膏(CaSO₄·1/2H₂O)、可溶性硬石膏(CaSO₄)，其溶解度和溶解速率是不同的，詳見表5。粉磨溫度的變化會影響石膏的脫水程度，繼而影響到其溶解度和溶解速率。

表5 不同形態(tài)石膏的溶解度和溶解速率

  10）有的企業(yè)只有一臺水泥磨，又不愿意廢掉換出的金屬研磨體，可以在陶瓷研磨體中添加10%左右的金屬研磨體混合使用。陶瓷研磨體與鋼球、或鋼鍛混裝使用，由于其密度不同、運動軌跡不同，可以在一定程度上強化磋磨效果，從產能和能耗上沒有太大副作用，只是金屬研磨體的消耗將有所增大而已。

  11)按鋼球重量的60%加裝陶瓷研磨體后（填充料約為原金屬研磨體的1.2倍），粉磨系統的臺時產量試驗有增有減不等，但多數都可控制在±10%以內。這里特別強調對入磨細度和入磨水分的控制，要充分發(fā)揮好輥壓機閉路系統的控制作用。

  12）在陶瓷研磨體的試驗調整結束、達到最佳效果的最大填充率以后，原有球磨機的動力和傳動配置顯然是大了，可以重新選配更換合適的主電機以及減速機，獲取進一步的節(jié)電效果。

  以￠4.2×13m聯合粉磨系統為例，主電機功率為3550kW，在更換球磨機二倉研磨體后，一般可減小主電機功率1200kW，換用小電機可解決大馬拉小車問題，這本身就是一項節(jié)電措施。

  13）仍以￠4.2×13m聯合粉磨系統為例，對于只有1套粉磨系統的粉磨站，一般（如天瑞鴨河）最大用電負荷在7200kVA左右，主變壓器的容量為10000kVA。

  在更換主電機的同時減小了系統的裝機容量和用電負荷，還可以考慮改用小一點的進廠主變，降低變壓器的無功損耗和基本電價。

  在球磨機主電機減小1200kW以后，粉磨站的最大用電負荷可減小到6000kVA左右，變壓器的容量可減小至8000kVA。

  按以變壓器容量核算基本電費的方式，一般基本電費為20元/kVA·月，每年又可以節(jié)約基本電費：20×（8000-6000）×12＝48萬元。

  14）關于陶瓷研磨體的磨耗：多數供貨商承若單倉研磨體磨耗保證值為30g/t。實際上，這是一個保守的估值，由于總體試用時間太短，還沒有具體的統計數據出來，但可以肯定比現有的金屬研磨體小得多（當然，首先是不能破碎）。實際上，陶瓷研磨體在使用一個月后，用卡尺測量其大小，沒有測出變化來。

  15）關于破損率：在開發(fā)初期曾遇到過較高的破損率問題，這與原料、成型和燒結工藝有關，這一問題在部分供貨廠家已經解決?，F有質量好的陶瓷研磨體，保證破損率≤5‰已經沒有問題了，關鍵是你要選對供貨商。金屬研磨體的破損率一般保證≤5‰，多數陶瓷研磨體也沿用了這一保證值，但也沒有取得具體的統計數據。關鍵是大家都在保證，實際上多數供貨商做不到。

  16）關于節(jié)電效果：由于不同工藝、不同規(guī)格的粉磨系統，對于不同的粉磨物料，主機電耗占系統電耗的比例不同，故節(jié)電效果的百分率差別較大，一般以粉磨系統球磨機主機的粉磨電耗降低15%為考核指標。

  試驗表明：球磨機的規(guī)格越大系統的節(jié)電效果越好，水泥控制的比表面積越高節(jié)電效果越好，所磨水泥的標號越高節(jié)電效果越好。

  17）關于性價比：為了使這項新技術得以在水泥行業(yè)推廣應用，考慮到低利潤水泥行業(yè)的承受能力，生產陶瓷研磨體的廠商 在保證上述各項指標的情況下，將價格定位在 用于水泥磨的研磨體資金基本不變的價位上。

  陶瓷研磨體的重量是金屬研磨體的一半，其價格大致為金屬研磨體的兩倍，這是目前供需雙方都可以接受的價格，不要一味地追求廉價產品。高價的不一定是好產品，但價格過低的肯定不是好產品。

  18）盡管陶瓷研磨體在水泥行業(yè)的試用時間還不長，但由于其投資低、風險小、回報高的特點，具有較好的市場前景，大家都想分一塊蛋糕。目前已有多個廠家推出了自己的產品，有的干脆就是賣狗皮膏藥的皮包公司。毋容諱言的是，這些陶瓷研磨體在質量上參差不齊，有的根本就不能用，破損率極高。

  那么，如何判斷一個產品的好壞呢？

  用于水泥粉磨的陶瓷研磨體，主要是把控好“破損率和磨削能力”兩大性能。需要提醒的是，目前大家關注的焦點都集中在破損率上，磨削能力還沒有引起足夠的重視，而磨削能力直接影響到更換研磨體后的臺時產量。

  破損率和磨削能力，在陶瓷研磨體的生產上，是一對相互制約的特性，通常有利于降低破損率的措施、可能也導致磨削能力的降低，提高磨削能力的措施、可能也導致破損率的升高。

  生產商不能只強調其一而避諱其二，只有兩頭兼顧的產品才是好產品。比如原料中的SiO2含量，各生產商的控制差別很大，所以不能僅以破損率論英雄，更不能只以抗壓強度說破碎。

  某陶瓷研磨體中間商 在進過一番調研后，對部分較好的陶瓷研磨體做了抗壓強度檢測對比，見表6。雖然談不上檢測的準確性，但應該相信它的公正性。除了C公司的抗壓強度高、破損率也低以外，就A、B、D三個公司來講，很難找到其抗壓強度與破損率的對應關系。

表6  部分陶瓷研磨體的抗壓強度

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  三、陶瓷研磨體的防碎途徑和發(fā)展前景

  陶瓷研磨體在水泥粉磨中的應用，首先必須過破損率這一關。我在多次會議上稱其為“陶瓷研磨體”，而沒有叫它“陶瓷球”，不是我不知道簡單的稱謂更上口，而是在強調陶瓷研磨體的特殊性。

  陶瓷研磨體絕不是把陶瓷做成球就行了，而且目前已經有多種不同特性和不同用途的陶瓷球。陶瓷球的概念已經比較亂了，我們何必再亂上加亂呢。

  對于水泥粉磨用大型球磨機的研磨體，需要具備“高強耐磨、高韌抗碎、表面粗糙磨削能力強、性價比能夠被低利潤的水泥行業(yè)所承受”這些特點，與通常所說的“陶瓷球”和超細粉行業(yè)的“陶瓷磨介”是有區(qū)別的。

  山東某公司生產的水泥磨用陶瓷研磨體（目前使用效果比較好的一家）如圖1所示，至少從外觀上沒那么光滑；其電子掃描顯微照片如圖2、圖3所示，足見其表面粗糙的微晶結構。

圖1 某公司生產的水泥磨用陶瓷研磨體普通照片

圖2 某公司水泥磨用陶瓷研磨體電子掃描顯微照片

圖3 某公司水泥磨用陶瓷研磨體電子掃描顯微照片

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  由于要引進水泥粉磨系統的新研磨體，具有“陶瓷材質、重量輕可以節(jié)電、表面粗糙磨削能力強”的特點，而且由于規(guī)格較大再稱為“陶瓷磨介”已經不太合適。

  從功能和特性上應該定義為“強磨削輕質陶瓷研磨體”，簡稱為“陶瓷研磨體”更加上口，而且不會與其他產品混淆。 

  事實上，用于球磨機的陶瓷研磨體，在水泥行業(yè)以外早已存在，主要用于超細粉研磨的小規(guī)格球磨機，由于其體積很小，被稱為“陶瓷磨介”。

  國內某公司生產的幾種陶瓷磨介及其性能見表7所列，這是一張非常重要的參考表，其破碎和磨削問題早已解決，水泥磨用陶瓷研磨體的早期意識也萌芽于此。

表7 國內某公司生產的幾種陶瓷磨介

  這種陶瓷磨介由“經過超細研磨的亞微米級原料滾球成型再高溫燒結而成”，適用于涂料、油墨、非金屬礦、電子、釉料、造紙等行業(yè)，適用于臥式砂磨機、立式砂磨機、球磨機，具有磨耗低的特點，但沒有提到水泥行業(yè)；其產品規(guī)格從直徑0.2mm至60mm不等，而且可按用戶的要求生產。從產品性能和規(guī)格來看，應該有可能找到適合水泥行業(yè)使用的產品，我們將其改稱為陶瓷研磨體。 

  這種強磨削輕質的陶瓷研磨體，原料以剛玉粉為主，其次為氧化鋁粉，還需要加入一些氧化鋯、氧化硅等調質組分，以增加陶瓷研磨體的韌性抗碎、以增強陶瓷研磨體的磨削能力，這在表7中有明確的體現。

  生產陶瓷研磨體的原料都是微米級的超細粉，一般＜Φ30mm的球體采用滾動成型，而≥Φ30mm的球體需用模具壓制或等靜壓成型。在坯體的成型過程中，對其內部的密實度和均質性有較高的要求，內部不得存在氣泡、氣孔、砂眼等不均質現象。不均質（密度、成分）是燒成和冷卻中炸裂、以及使用中延裂破碎的主要原因之一。

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  對于傳統的滾動成球工藝，首先由人工將專用的粉料做成“種子”，然后將“種子”放到滾球機里，通過不停的添料和加水，使這些種子層層粘附滾大成球。這樣成型的料球其粘附的均質性本身就不高，而且還要包含一個不同質的“種子”，其整體的均質性較差、強度也較低。

  鑒于陶瓷研磨體的破損率，已經成為制約其推廣使用的一個關鍵問題，故預加“種子”的利弊就成為一個值得商榷的問題。從破碎的陶瓷研磨體看，有幾種現象比較普遍：

  ●種子熔縮，球體出現空腔；

  ●種子偏離，不在球體中心；

  ●球體的分層結構明顯。

  雖然尚未進行具體的研究試驗，但在調查中發(fā)現，目前少數幾個破損率低的廠家，或是壓制成型、或是在滾動成型時未加“種子”。

  從表7可見，加入氧化硅對提高研磨體的磨削作用是必要的，而且氧化硅加入得越多其磨削作用就越強。但加入氧化硅不僅是能提高其磨削作用，也同時增加了研磨體的脆性，更易碎裂、磨耗增高。再多加氧化鋯可以平衡其脆性的增加，但由于氧化鋯又太貴了，成本必然上升，低利潤的水泥行業(yè)能接受嗎？事實上，考慮到成本問題，目前幾個公司推出的陶瓷研磨體都沒有考慮加入氧化鋯。

  那么，不加氧化鋯，其破損率有保證嗎？

  陶瓷的破損率取決其機械性能，主要有“耐壓強度、抗張強度、抗沖擊強度”。

  一般陶瓷的耐壓強度容易做的很高，在靜壓下能抵抗很高的靜壓力，這一點不用擔心。但不要誤會，雖然提高耐壓強度有利于降低破損率，但耐壓強度并不是影響破損率的主要指標，耐壓強度高并不能說明其破損率就低。

  陶瓷的抗張強度較差，不能負擔較大的伸張應力，這才是影響破損率的特征指標。好在這一點除了熱脹冷縮以外，水泥磨內不存在其它的外在伸張力作用，而且水泥磨內的溫度變化幅度和變化速度也不大，其作用于陶瓷研磨體的伸張力是有限的而且是緩慢的。

  但是，對于陶瓷研磨體燒成后的冷卻過程，卻有上千度的溫差，這是需要重點關注的搞水泥的人都知道，對水泥熟料的急冷可以有效的增加其易碎性！  

  陶瓷的抗沖擊強度很差，不善于抵抗剪切力（其主要原因也源于抗張強度較差）。陶瓷易碎就是輸在抗張強度和抗沖擊強度上，不善于抵抗沖擊產生的動應力。這一點在陶瓷研磨體的制作上要引起足夠重視。

  影響陶瓷機械強度的因素包括：化學成分；各晶相的種類、含量、分布狀態(tài)；晶體缺陷、成型缺陷、密實度和均勻性。

  使用表明，如果我們在這各個方面都把控得好，其機械強度就能得到較大的提高，就能在不加氧化鋯、不過多增加成本的情況下把破損率控制下來。

  由于莫來石晶體的機械強度比玻璃相高，特別是晶體交織成 網狀的莫來石 強度更高，大量細小針狀莫來石晶體 相互交織 比個大數量少的晶體強度要高。因此，增加莫來石的含量能提高其機械強度，而且莫來石的晶體越小、瓷胎結構越均勻，機械強度就越高。在配料中保證一定的Al₂O₃，采用較高的燒成溫度，有利于形成較多的莫來石晶相，有利于機械強度的提高。但是，燒結溫度過高、保溫時間過長，會使莫來石晶體變大趨少，導致機械強度的降低。

  由此，保溫和冷卻又成為影響產品破損率的一對矛盾，需要在生產實踐中平衡把握。另外，保持原料中適量的抑晶組分（比如MgO），也是防止晶體長大的措施之一。

  氣孔的存在會降低瓷胎的致密化程度，導致其機械強度的降低，（吸水率是間接判斷其致密化程度的一個指標）。一般來說，增加坯料中的溶劑組分、提高原料的研磨細度、適當提高燒成溫度，都有利于氣孔率的降低、致密程度的提高、瓷胎強度的提高。

  氣孔是瓷坯顯微結構的氣相成分，它是燒成中 內部氣體 沒有被排除干凈 而殘留在瓷胎之內的。有的是生坯孔隙中的原有氣體，有的是坯料中碳酸鹽、硫酸鹽、高價鐵等物質在高溫中放出的氣體。生坯在未燒結前氣孔率高達35%～40%，這與成型方式有很大的關系。

  實踐表明，由于滾動成型的含水量較高、密實度較低，壓制成型或等靜壓成型的陶瓷研磨體比滾動成型的陶瓷研磨體氣孔率要低、密實度要高、機械特性要好、使用中的破損率要低。

  另外，成型時必須加入的增強劑（粘結劑）的選擇也是影響其產品密實度的原因之一，雖然專用增強劑的價格較高，但廉價增強劑在燒成中會產生較多的多余氣體，這對產品的密實度是不利的。

  隨著燒成溫度的提高、液相的產生與不斷增加，氣孔不斷被填充、減少。但有些氣體，尤其是碳酸鹽、硫酸鹽、高價鐵等高溫放出的氣體，往往被粘性較大的熔體所包裹，很難順利排出、被壓縮到最大限度封閉于瓷胎之內，最終影響到陶瓷研磨體的機械特性。所以，在原料的選取上，要盡量減小碳酸鹽、硫酸鹽、高價鐵等礦物的含量。

  另外，不加氧化鋯不等于不引入鋯離子，依據氧化鋯的相變增韌機理，已有人進行了摻加硅酸鋯粉的實驗，并獲得了一定的增韌效果。硅酸鋯粉雖然增韌效果較差，但比氧化鋯粉便宜得多，適量的摻加對陶瓷研磨體的成本影響不大，這不失為增強陶瓷研磨體抵抗沖擊動應力、解決破損問題的選項之一。

  陶瓷研磨體的發(fā)展前景：

  實際上以上的分析已經給出了答案，關鍵的破損問題是可以解決的、臺時產量的下降是可以解決的。因此，陶瓷研磨體是有發(fā)展前景的！

  即使在現有技術水平下，某公司在不到一年之內，已經推廣了50多臺水泥磨，不用問其使用效果如何，單就這個推進速度就說明了問題。更何況，在陶瓷研磨體的生產上、在陶瓷研磨體的使用上，特別在球磨機結構對陶瓷研磨體的適應性改進上，還有不少可以挖掘的潛力。

  關于陶瓷研磨體技術下一步的發(fā)展方向，應該由目前的“低臺時低功率降電耗”（臺時產量少降低、主機功率多降低，達到節(jié)電目的），轉向“同功率高臺時降電耗”（主機電流不降低、臺時產量大幅度提高，達到節(jié)電的目的），以充分發(fā)揮原有主機及其動力系統的能力。不再是臺時產量少降低的問題，而是臺時產量如何大幅度提高的問題。

  關于下一步的技術措施，至少有以下幾點可以考慮：

  1）陶瓷研磨體具有節(jié)電效果，那么陶瓷襯板、隔倉板怎么樣呢？減輕重量也有節(jié)電效果；盡管節(jié)電效果不如陶瓷研磨體，但其使用壽命會大幅延長，這也是一塊效益。而且陶瓷襯板為整體結構件，在抗碎方面比陶瓷研磨體更成熟。

  2）陶瓷研磨體降低了出磨溫度，為原來由于溫度高 而不敢采用的膠帶提升機 創(chuàng)造了使用條件。膠帶提升機比板鏈、環(huán)鏈提升機 具有明顯的節(jié)電效果，這是深化改造的又一塊效益。

  3）采用陶瓷研磨體的前提是控制入磨細度，幾乎不再需求破碎功能了。進一步講，就是球磨機的做功機理發(fā)生了根本變化，對研磨體的軌跡性拋落需求降低了，其內部結構也應該做適應性改造，改進的方向主要是將拋落性沖擊功能向滾動磨擦功能的轉變。

  對拋落性沖擊功能的需求減小，為提高研磨體的填充率創(chuàng)造了空間條件。這既是提高球磨機內空間利用率的需要（目前只有可憐的30%左右），也是充分利用原有傳動能力的需要（單從傳動能力上講，研磨體的比重減輕了一半，其填充率就可以增加一倍，應該提高到60%左右），更是向高效率的輥壓機轉移做功負荷、提高整個系統能力和效率的需要（目前，使用陶瓷研磨體的系統，多數臺時產量是下降的）。

  4）具體對球磨機磨內結構的改造，還需要在使用實踐中“摸著石頭過河”，但至少包括如下內容：

  ●球磨機的長徑比如何確定（能否縮短），

  ●高填充率的研磨體如何分倉（能否單倉），

  ●高填充率研磨體的進一步活化（包括活化環(huán)的型式和布局、包括筒體襯板的帶球能力），

  ●隔倉板、出口篩板對高填充率的適應性等。

  5）使用陶瓷研磨體后，系統的臺時產量不但不應該降低，相反應該大幅度提高才對。

當然，系統臺時產量的提高受制于其 現有輔機、特別是輥壓機系統的制約。具體提高多少，取決于對現有系統能力的再平衡，或在條件允許的情況下對系統輔機的改進程度。

  有個案顯示，有的聯合粉磨系統，能夠將入磨細度控制到20%以下，這是絕大部分聯合粉磨系統做不到的，為什么？

  6）在磨內結構改進以后，有可能由改進的活化環(huán)取代現有的隔倉板，從而降低系統的通風阻力，降低系統風機的電耗，這又是一塊節(jié)電效益。