氧化铝陶瓷在水泥粉磨系统应用已经三年了,风起云涌、褒贬不一,波澜不惊、历尽坎坷。它带来的节电效益,逐步得到水泥企业认可。越来越多的应用厂家,已经适应了粉磨设备的优化与调整、掌握了操作习惯的更新与适应,环保优势尤其明显、生产秩序日趋正常。供应商和用户已达成共识:这不是简单的置换,而是研磨体的一次“创新驱动”。氧化铝陶瓷使用效果的好坏,取决于两个方面:产品质量和应用技术。迫切需要一个供需双方都能接受的“验收标准”,它包括:现场验收和运行验收。然而,目前可查阅的依据,只是建材行业标准《耐磨氧化铝球》(JC/T 848.1-2010)。此标准起草之日,氧化铝陶瓷还没有在干法水泥粉磨中应用,难免有许多问题没有预料到,更没有适合的规定,本文就此谈几点粗浅看法和建议。
氧化铝陶瓷按其用途可分为填料氧化铝陶瓷、湿法研磨氧化铝陶瓷和干法研磨氧化铝陶瓷三种。改名是为了更好地区别各自的用途。
填料氧化铝陶瓷又称:惰性氧化铝陶瓷(不与酸、碱发生化学反应),广泛用于石油、化工、化肥、天然气及环保等行业,作为反应器(釜)内催化剂的覆盖支撑材料和塔填料,净化装置中对液体或气体进行过滤的介质等。它属于“静态”工作的介质,价格便宜、不能当做“动态”工作的研磨体用。
湿法研磨氧化铝陶瓷用在间歇工作的湿法球磨机内(如:氧化铝陶瓷磨机),因此,氧化铝陶瓷可以设定足够的时间来粉磨物料,而且磨机里的水,可以缓解氧化铝陶瓷之间和球与筒体内壁衬板的冲击碰撞,而不易碎球。如果把它们用于干法粉磨系统,就会出现“碎球”的尴尬场面。
“陶瓷研磨体”属于干法研磨氧化铝陶瓷,有一些在外形上与普通氧化铝陶瓷没有区别,但也有一些有明显的差异,如:段型、胶囊型、椭球形或其它异型等;从化学成分上看:除氧化铝含量很过90%之外,还添加了一部分改性增韧的微量元素:锆、锰、铜等,使陶瓷研磨体的抗冲击韧性能力大幅度提高;从生产工艺方面看,加强了计算机技术和数字化控制技术的发展,实现了烧成工艺自动化,合理调控热工制度(如:烧结温度、升温速率、保温时间、烧成气氛等),低温慢烧,阻止晶型转变,抑制晶体长大,制造出玻璃相含量低、微小晶粒为主的结构态陶瓷,从微观结构上解决了陶瓷研磨体的质量问题。
(1)增设以刚玉为主要晶相、晶粒尺寸小于6μm的微晶含量≥?%。
试验研究证明:微晶化是提高氧化铝陶瓷耐磨性的较有效途径;经扫描电镜检测,≤6μm的微晶含量越多,结构越致密,氧化铝陶瓷质量越好(见图1)。
(2)不以Al2O3含量作为产品质量分级,但陶瓷研磨体中Al2O3含量应≥85%。
试验研究证明:Al2O3含量是影响陶瓷研磨体产品质量的重要因素;含量越高,制造成本越高。优化生产工艺:原料铝粉很细粉磨(≤0.5μm),采用等静压成型方法,低温致密化慢速烧结(烧成温度≤1 350℃、烧成时间18h),利用工业废弃物代替部分高温铝粉、降低烧成温度等,可以实现优质、低成本制备。
(3)更换有害成分Fe2O3为碱含量,限值(Na2O、K2O)≤0.5%。
通用硅酸盐水泥粉磨用陶瓷研磨体,可以不考虑颜色的白度,但碱含量过高,对生坯烧成开裂影响较大,并防止对水泥成品质量产生影响。
(4)增设限值:Cr含量≤?mg/kg;(或:Cr6+含量≤?mg/kg)。
突显陶瓷研磨体在水泥粉磨过程中,减少重金属污染的优势;防止工业废弃物配料利用带来的负面影响。
“压碎强度”实质是“点压强度”,突显四个特点(见图2):
(1)试件上下两个受压面必须是刚性球面。在整个受压过程中,不允许产生弹性或刚性压缩变形。
(2)压头和砧座与试件的刚性球面接触面必须是刚性平面;在压头施压过程中,这两个平面不允许出现弹性或刚性变形,出现凹陷或塌坑。
(3)试件在受压过程中作用力始终保持点接触。
(4)计算“点压强度”值(kN/cm2)时,作用力为试件爆裂时的压力值,受力面积不是接触面积,而取试件圆的横截面积。
压碎强度试验检测后,强度高的研磨体爆裂成小块(a),强度低的研磨体爆裂成大块(b)。
参照中外合资企业对氧化铝陶瓷抽测的办法,设计制造一种耐冲击试验机(见图3),测试前,现将两端端盖打开,中间放入一待测的陶瓷研磨体;同时在两端各放一待测的陶瓷研磨体、并用橡胶垫和压盖固定不动。然后开启传动装置,模拟水泥球磨机工作转速(17r/min),使测试空间绕其中心旋转,之后,测试管内活动的陶瓷研磨体,会周期性地冲击两端固定的陶瓷研磨体。电机在到达预先设定的时间后,停止运转。
打开端盖,检查三试件是否出现变化?无脱皮、裂纹、凹坑等缺陷者为耐冲击性合格;反之,有一件出现缺陷则视为:不合格。
在一个Φ300×300试验小磨中,装入一定数量和级配的陶瓷研磨体与一定数量的水泥实验用标准砂(GB178-77),模拟水泥球磨机的转速(17r/min),混合粉磨一定时间后,停磨清除标准砂,将陶瓷研磨体取出、清理干净并称重,其损失的质量除以装磨时的标准砂质量即为:陶瓷研磨体的小磨磨耗(g/t标准砂)。
在实际生产中,水泥粉磨连续工作时间3 000小时以上,累计该时间段水泥产量,清仓将陶瓷研磨体取出、清理干净并称重,其损失的质量(含碎球)除以累计水泥产量即为:陶瓷研磨体的大磨磨耗(g/t水泥)。按下式计算:
式中:M——陶瓷研磨体的大磨磨耗,g/t水泥;
Q——初装球磨机内陶瓷研磨体的质量,t;
Q'——正常运转中添加陶瓷研磨体的质量,t;
Qh——可回收用的陶瓷研磨体质量,t;
N——水泥粉磨过程中,投入的物料总质量(累计水泥产量),t。
目前,使用正常的陶瓷研磨体大磨磨耗都在10g/t水泥以下,耐磨性能明显优于高铬铸钢球(20～40g/t)。
在实际生产中,水泥粉磨连续工作时间3 000h以上,清仓将陶瓷研磨体取出、清理干净并称重,其破碎损失的质量除以该时间段添加陶瓷研磨体的累计总质量即为:该陶瓷研磨体的破碎率(%)。按下式计算:
式中:P——陶瓷研磨体的破碎率,%;
Q——初装球磨机内陶瓷研磨体的质量,t;
Q'——正常运转中添加陶瓷研磨体的质量,t;
Qh——可回收用的陶瓷研磨体质量,t。
(1)外观质量
包括外观质量、尺寸偏差、球形度、体积密度、吸水率。
(2)试验方法
包括外观质量的检验、外观尺寸及偏差的检验、球形度的检验、吸水率的测定、体积密度的测定、氧化铝含量的测定、莫氏硬度的测定等。
(3)检验规则
包括检验分类、抽样规则、判定规则等。
(4)标志、包装、运输和贮存。
