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影响球磨机效率的因素
影响球磨机效率的因素
摘要本文结合陶瓷工业的生产实际，从原料的种类与性质、料与水的比例，球磨机的构造与工作状态、研究介质、添加剂的选用等几个方面分析论述了影响间歇式球磨机研磨效率的因素，提倡了提高球磨效率的措施。
球磨机是工业上广泛使用的粉磨设备，根据生产规模和使用条件的不同，球磨机有各种不同的型号。
对于陶瓷工业来讲，由于生产工艺的特殊性，从结构简单、操作维修方便、使用机动灵活等方面考虑，通常采用间歇式球磨机，即球磨机简体的长径比L/CX2,简称球磨机。
球磨机在陶瓷工业中的应用极广，但是在使用球磨机的过程中，会由现不稳定的情况，对工艺控制及产品质量影响很大。
笔都分析了影响球磨机效率的主要因素，并提由解决办法。
1、原料的性质对球磨机效率的影响
陶瓷工业中的原料大致分为可塑性与非可塑性两种。
因为各物料的粉碎难易程度不同，入磨前的粒度与大小也不一样，所以在装磨时若将硬质料与软质料同时入磨进行球磨，粘土的颗粒细，细粒的粘土原料会成为较粗颗粒长石、石英类原料的衬垫，在长石、石英表面形成一薄泥层，削弱了研磨介质对硬质料的研磨作用，也造成了软质料的过度粉碎，延长了球磨时间，在进行装磨操作时应先加入较难粉碎的原料球磨，一定时间后再加入易粉碎的原料，这样可以缩短研磨时间，提高球磨效率。
同外也有先将硬质料与软质料分开单独球磨，再将料浆按配方要求配比混合的工艺，不过这种工艺也有其不是之处，会由现原料混合不匀的现象。
2、物料与水的比例对球磨机效率的影响
料水比太大则料浆过于粘稠，粘稠的料浆对研磨介质有滞留作用，使其转动速度减慢，球磨效率降低。
料水比太小则料浆过于稀薄，会导致研磨介质的直接撞击，加大了研磨体的耗损，喷雾干燥过程也会使蒸发量增加,既浪费燃料又使喷雾干燥塔单位时间由粉率减小，产量降低。
通常对于含可塑性原料多的物料，料水比的值小些；对于熔性原料较多的物料，料水比的值大些。
3、转速与内衬材料对球磨机效率的影响
3.1球磨机转速的影响
球磨机内的研磨介质与物料按球磨机转速的不同，可以分为以下三种运动状态：
泻落式运动；抛落式运动；离心式运动。
球磨机正常的工作状态为抛落式或泻落式运动。
球磨机临界转速经验公式为：
D—424/D
式中：
D-球磨机的临界转速（r/min）
D简体的内径（crn）
通过实践观察，越是靠近球磨机简体，研磨介质的量越多，充分发挥最外层对物料的粉碎作用，才能使球磨机的效率最大。
由理论计算得知，当最外层研磨介质的脱离角为54.73时，可以使最外层获得最大的降落高度，对物料以最有效地粉碎。
从实际操作中发现，当球磨机的工作转速调整到临界转速的0.75-0.85时，可以使研磨机介质处于较高的降洛图度。
3.2内衬材料的影响
球磨机衬板的材质不同，对球磨效率有很大影响。
内衬材料要求具有较高的硬度与韧性。
其硬度不应低于被粉碎的物料中硬度最大都。
衬板材料中不能含有污染物料的有害成分。
目前被广泛应用的有瓷质内衬与硅石质内衬。
瓷质的内衬容易磨损，价格较贵，但是磨由的料浆质量较高，不会被内衬所含的杂质污染。
硅石质的衬板硬度较高，有一定的韧性，但是由于天然石材有其自身的结构缺陷。
如裂纹、共生有其它岩矿、含有铁钛等有害成分，也使其应用受到了一定的限制，但由于价格相对较低，仍具有较大的市场竞争力。
有机高分子耐磨内衬是新近发展起来的内衬材料。
这种材料的厚度小，耐磨性好，更换较方便，更重要的是使用较薄的高分子衬板能使磨机的有效容积增大，单磨由浆率增
大，产量提高。
有机高分子衬板自身具有反弹作用，这种作用可以减少筒体对能量的吸收，降低了噪音污染，使更多的能量用于物料的粉碎，提高了球磨机的效率。
表1球磨机内衬对比
主要参数
单位
硅石衬
橡胶衬
备注
研磨介质密度
/—2
g/cm
2.23.8
进料粒径
mm6
6
物料装载量
L2
2.5
连续运行18个月后硅石衬
转速
r/min22
13
磨薄，装料量增加到2.6t
功率
w33120
44160
研磨周期
h20
13
出料粒径
um
V14.60%
<14.6%
料浆密度
g/cm3
1.61.7
内衬寿命
year2
7-8
表1是英国某种型号的球磨机采用不同内衬的对比表。
从表中可知：
采用橡胶内衬不仅能取得较好的经济效益，而且橡胶内衬的使用寿命也比硅质内衬长得多。
但是橡胶内衬在较高的工作温度下，容易老化，直接影响衬板的使用寿命，一般橡胶内衬的工作温度控制在80C以下。
国产的球磨机使用耐高温、耐磨损、耐老化的橡胶内衬，工作温度在100c
以下使用寿命可达三年以上，工作温度在70C以下使用寿命可达五年以上。
在生产中为控制磨内温度不超过80C,以达
到提高效率、延长内衬使用寿命，可采用降低转速、增大电机功率与选用高密度研磨介质等措施。
4、研磨介质对球磨机效率的影响
研磨介质对球磨机效率的影响是多方面的，下面从研磨介质的材料、装填量、形状、大小、级配、补充量等方面加以说明。
研磨介质的材料对球磨机效率的影响
从工艺角度看，首先，要求研磨介质不能含有铁钛等有害杂质；其次，要求介质呈白色或浅灰色，以免制成的料浆被污染，在生产白色制品时这一点尤为重要，从提高研磨的效率来看，应尽量选用比重大、硬度高、有韧性、耐磨性好的材料。
高铝质、高硅质、氧化性质等磨损较小、质地坚硬。
密度较大，是较理想的研磨介质材料。
燧石、鹅卵石等研磨材料，价格相对便宜。
在实际生产中从经济效益与工艺控制上综合考虑，选取适宜的研磨介质。
研磨介质的装填量对球磨机效率的影响
为了充分利用球磨的有效容积，陶瓷原料、水与研磨介质应占筒内有效容积的80%左右为好。
由于物料是被研磨体的碰击与碾压作用而粉碎的，研磨介质的装填量越多，对物料的粉碎作用越剧烈，球磨机的效率也越高。
但是从球磨机内物料与研磨介质的运动状态来分析，如果装填量过多，会发生研磨体的直接碰撞，损失能量,球磨效率降低。
由于介质本身被提升也会造成能量的损失，装填量少，介质对物料的冲击次数与粉磨面积减小，粉磨效率也低。
一般填充量①=0.5左右时有较高的研磨效率，即在球磨机内研磨介质面到加料口的距离大约为球磨机内径的一半。
装填量与球磨机的转速也有一定的关系，一般转速高时，装
填量要比转速低时的装填量小一些。
研磨介质的形状对球磨机的效率的影响
目前普遍使用的研磨个质形状有球形、短柱形、棒形等
球形介绍与物料研磨的过程，是点接触，应力集中，使物料容易粉碎，所以大颗粒物料用球形介质冲击的方式，粉碎效果比较好。
柱状的研磨介质，彼此之间是线接触，接触面积较大，比较适合细小物料的粉磨。
另有资料介绍：
扁平状的研磨体也有相当的作用，这主要是由于扁平状的研磨体同时具有点接触与线接触两种方式，研磨体的表面还要有一定的粗糙度，表面有凹坑的研磨体不宜使用。
研磨介质的大小对球磨机效率的影响
从球磨机的粉磨过程来看，主要是物料受到研磨介质的碰撞及研磨介质表面对物料的碾压作用。
根据这一粉磨过程，可通过提高研磨介质与物料的接触面积来提高研磨效率。
在球磨机内研磨介质装填量一定的条件下，研磨介质的尺寸越小，则数量越多，比表面积越大，物料的研磨效率越高，这就是所谓的“小球球磨原理”。
当然研磨介质不能太
小，太小的研磨介质被抛落时，冲击力小反而会导致球磨效率的降低。
在实际生产中，不能只用小研磨介质，在粉碎粗物料时需要有较大的冲击力，这说要求研磨介质自身具有一定的大小与质量，即研磨介质尺寸的大小也应根据被粉碎物料的粒
径来确定。
它们之间有如下关系：
d-60dm
式中d-研磨介质的平均直径（cm）
dm-未被粉碎物料的平均直径（cm）
研磨介质与球磨机的直径有如下关系：
d＜（1/18-1/24）D
式中D-球磨机有效内径（cm）
或d=3.8D
式中d球磨机的外径（cm）
在这两个公式中，由于一个是依据被研磨物体直径，一个是依据球磨机的尺寸，所以计算由来的研磨介质尺寸数值也有相当的差距，在实际工作中可以利用这两组数据，把数值较大的作为选用研磨介质的上限，把数值较小的作为选用的下限，这样在确定研磨体大小时便有了一个可供参考的范围，对实际工作有很大的帮助作用。
研磨介质的补充
研磨介质在研磨物料的同量自身也受到研磨作用，直径也在逐渐变小，因而原来的装填量与级配都会发生变化。
在生产中如发现球磨机的料浆细度达不到要求时，说明介质的装填量不足或磨耗大，此时应该添加介质。
在实际生产中常用下列方法来确定研磨介质的补充：
根据球磨机的产量和介质消耗量补充有如下公
式：
m=（A+2B-C）/M
式中：
m-单位产量介质的消耗量（kg/t）
A-球磨机第一次装入介质总重量（kg）
2B-每隔一定时间向球磨机内补充介质的总重量（kg）
C-更换介质时向磨中倒由的介质量（不包括碎球、过小
的球等）（kg）
M-从开始操作到更换介质这一段时间内所粉磨物料的重量（t）
根据球磨机主电机的电流表读数补充
按球磨机主电机的电流表读数降低补充，每次补充后都应记录电流表读数，以便算由补加每吨介质所升高电流的数值，介质调整后，在球磨机运转正常时记下主电机的电流表读数，作为电动机负荷的标准值。
球磨机运转一段时间后，由于介质的磨损而减轻了电机的负荷，补充介质后球磨机的主电机电流应与原来的基准相等。
根据球磨机内研磨介质面的降低补充
球磨机加入研磨介质后，让球磨机转数圈，然后停机使加料口朝上，打开加料盖，用钢卷尺测量研磨介质而到加料口的高度，以此高度值作为标准值，当研磨一段时间后，测量这个高度值与标准值相差多少，补充研磨介质直至达到标准面高度为止。
在生产实际中，球磨机工作一定时间以后（一般为三个月），需对球磨机进行迅仓清磨处理，把磨中的介质全部倒由，剔除碎裂的与过小的研磨介质，分级后重新按级配加入研磨介质。
5添加剂的使用对球磨机效率的影响
实践证明，球磨机加入适量的添加剂，能起到提高球磨机效率的作用。
添加剂具有助磨作有，可以增强球磨机的粉碎性能，添加剂还有润湿作用，在颗粒表面形成一层均匀的薄膜，能够阻止微小颗粒分子内聚力的作用下形成聚集体，从而提高球磨效率。
下面介绍常用的几种添加剂：
三聚磷酸钠
三聚磷酸钠一般用来提高坯釉料浆的流动性，使料浆中的水分含量减少，流动性增加，不凝聚沉淀，便于操作，即起解跤与稀释料浆的作用。
对于喷雾干燥用的料浆，加入三聚磷酸钠，由于含水率的降低，使干燥能耗降低，提高单位时间由粉率，对于釉浆则可防止絮凝，在保证工艺要求的情况下，使水分减少，这对要求釉料比重大，囤含最高的莫些产品来说特别重要。
三聚磷钠一般加入最为0.1-0.5%。
竣甲基纤维素
竣甲基纤维素是一种纤维絮醍，为纤维素的一种衍生
物，实际上是溶于水的钠盐，即竣甲基纤维素一钠，简写为
NaCMC
竣甲基纤维素-钠一般多用在釉浆中，具有粘结、稀释、保水、防止釉料絮凝、提高釉料悬浮性等作用。
竣甲基纤维素是高分子链结构，使用时一般先制成溶液，在水中缓慢溶解成为均匀溶液，然后再加入釉料中一起球磨，可以提高研磨机的效率，在施釉操作时可以避免流釉、釉薄、缺釉等缺陷。
加入CMCfc可以增强釉与坯体之间的结合力，加大釉层厚度，改善釉面质量。
腐植酸钠
腐植酸钠是大分子的有机物，在水中易溶解，在生产中使用其钠盐即腐植酸钠。
腐植酸钠的作用机型：
腐植酸钠在水中能按下式离解由钠离子
________+
R-COONa*R-COO+Na
起保护粘土胶体电层厚度的作用，削弱因胶团布朗运动与固相间引力而导致的凝集倾向，R—COO勺络合作用，使游
离的镁、钙等离子大大减少，起去聚凝作用。
由于高分子链结构可以吸附附近的粘土粒子形成网络结构，阻止它们互相结合，防止沉淀的产生，在粘土一水系统中，这种网络结构使粘土成坯时可以得到较致密的坯体。
腐植酸钠含量越高，腐植酸根会形成网上加网的立体式结构，使生坯强度明显提
高。
因此，腐植酸钠具有增加可塑性、提高结合性、防止颗粒凝聚的作用。
在使用添加剂时应注意以下问题：
（a）无机添加剂的使用常会引入一部分碱性金属离子,这对料浆性能有一定的影响。
添加剂的加入量不同，其作用也不同，有时甚至会起到负面作用，所以添加剂并不是加入越多越好，要根据生产中的实际情况确定添加剂的用量。
（b）有机高分子添加剂在球磨机中起功磨、稀释、防止釉料絮凝、提高釉料悬浮性等作用时，在磨内的釉料细度等参数经检测达到要求后，放浆时不能过太细要求，可同时使用两种或多种添加剂，生产中有把两种或多种无机添加剂同时使用的，有把无机添加剂与有机添加剂同时使用的，也有把两种或多种有机添加剂同时使用的，但多种添加剂同时使用必须坚持一个原则，即同时使用的添加剂不能相互作用生成沉淀或其它影响釉料性能的物质。
结语
从原料的性质、物料与水的比例、球磨机工作状态与内衬材料、研磨介质、添加剂的使用等几个方面的综合分析可知，影响球磨机效率的因素是多方面的。
在生产实践中应根据实际情况，及时调整，使球磨机处于良好的工作状态，节约能耗，提高产浆量，增加效益。
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