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陶瓷球与钢球级配方案设计的差异性

  济南大学 陈绍龙

  一、研磨体级配基础知识

  1.研磨体:在球磨机筒体内以机械力粉磨物料的介质统称为研磨体。它包括钢棒、钢球、钢锻、砾石、鹅卵石、陶瓷球、陶瓷锻等。

  2.装载量:即研磨体在磨机内的实际重量,以“吨”为计量单位。
  3.填充率:即研磨体在磨内所占的体积与磨内有效容积的百分比(%),如果以小数表示,则称其为填充系数。
  4.规格与级数:钢球规格以直径(Φ)表示,计量单位mm。在我国,每10mm为一级,如Φ90、Φ80、Φ70等等。钢棒、钢锻规格以直径×长度表示,计量单位mm。
  5.研磨体级配:不同规格的研磨体配合在一起使用,称为研磨体级配。它减少了空隙率,使其与物料的接触机会增多,有利于提高能量利用率和粉磨效率。
  二、钢球(钢锻)级配设计原则
  1.根据入磨物料粒径确定磨内最大球径和平均球径

  钢球最大球径的选择可以用计算式,也可以用经验数据。计算式如下:


  各仓位平均球径的计算式如下:
  式中,D平均球径为仓位平均球径(mm);
  G为仓位钢球总装载量(t);
  D1、D2、D3、D4为各级钢球直径(mm);
  G1、G2、G3、G4为各级钢球装载量(t)。
  2.根据粉磨工艺要求确定各仓填充率和装载量
  (1)如果入磨物料最大粒径在5mm以上,一仓需要抛落钢球冲击粉碎物料,填充率不要超过30%;如果入磨物料最大粒径在5mm以下,一仓不需要抛落钢球,而需要倾泻钢球研磨物料,填充率应超过30%。
  (2)如果是开路粉磨系统,前仓填充率应低于后仓,有利于延长物料在磨内的停留时间,确保产品质量;如果是闭路粉磨系统,前仓填充率应高于后仓,有利于缩短物料在磨内的停留时间,提高台时产量。
  (3)磨机研磨体额定装载量由设备制造商(产品样本)提供,各仓装载量可参照单位仓长装载量平均分配(也可参考同类水泥厂家生产数据),然后根据各仓填充率换算结果最后确定。总装载量不得超过磨机额定装载量,以免主电机故障。
  3.确定各仓研磨体级数及其比例
  (1)钢球一般3~5级,常取4级,如Φ80、Φ70、Φ60、Φ50。
  (2)钢锻一般2~4级,常取3级,如Φ25×20、Φ20×17、Φ17×15。
  (3)为了保证相邻两仓粉磨速度平衡,前后两仓配球应交叉一级,即前仓最小球径与后仓最大球径相同。如一仓Φ80、Φ70、Φ60、Φ50,二仓Φ50、Φ40、Φ30、Φ20。

  (4)研磨体级配比例:钢球采用“两头小、中间大”的原则,即最大球和最小球占比例小一些,中间级别占比例多一些。钢锻采用平均分配原则,即如果是两级就各占一半,如果是三级就各占三分之一。


  三、陶瓷球级配设计原则
  目前,我国干法水泥球磨机都是以钢球为研磨体而设计的。因此,陶瓷球的级配设计原则也要参照钢球级配的设计原则来确定。二者的主要区别如下:
  1.陶瓷球最大球径的确定
  依据入磨物料最大粒径,先计算出最大钢球球径,然后确定陶瓷球的最大球径,即比理论计算的钢球球径大一级。
  如果前仓使用钢球、后仓使用陶瓷球,则遵循前后仓级配交叉一级的原则,并考虑陶瓷球质量轻的因素,选择陶瓷球的最大球径应比前一仓的最小钢球球径大一级,这样有利于实现前后仓的粉磨能力平衡。
  2.陶瓷球采用四级配球,陶瓷球的各级装载量不能平均分配。
  陶瓷球一般采用四级配球,各级装载量要兼顾紧密堆积的原则,使其空隙率尽量减小,提高陶瓷球与物料的接触机会和研磨效率,有利于对水泥颗粒的球化造粒,改善水泥产品的使用性能。
  经过多次工业性试验,我们发现各级陶瓷球的装载量,不宜采用平均分配的原则。而采用“前少后多”的分配方案(如20%:20%:30%:30%)效果较好,即大球所占比例略低于小球的比例。
  3.陶瓷球填充率与工艺流程无关
  钢球级配设计时,要考虑按粉磨系统流程(开路、闭路)来确定多仓磨的各仓研磨体装填形式,前仓高、后仓低,前仓低、后仓高,或前后仓持平等,以便控制磨内物料流速和出磨物料细度。由于陶瓷球材质轻,在球磨机运转过程中,处于倾斜状态的陶瓷球会产生较松散的活动空间。相比钢球、钢锻的研磨仓,其物料流速快、通风阻力小。一般情况下,陶瓷球仓适宜的装载量都要低于钢球(钢锻)仓。所以,无论是开路粉磨系统,还是闭路粉磨系统,陶瓷球仓的填充率都高于前面的钢球(或钢锻)仓。

  如果前仓装钢球、后仓装陶瓷球,后仓应增加填充率2%~3%,才能保持前、后仓物料流速基本平衡,并有利于控制出磨物料的细度值。因为,在相同粉磨时间内,钢球(钢锻)的研磨能力强、粉磨速度快。多次工业性试验证明:对于两仓球磨机,前仓钢球填充率应达到37%以上,尾仓陶瓷球的填充率在40%左右为宜。过高无益,过低无力。

(责编:幸璐)