一种新型陶瓷原料加工节能系统的研究
梁海果 严文记 罗应钿 胡新宾
摘 要：本文讨论了一种新型陶瓷原料预加工设备系统——神工快磨系统，此系统优化了物料粒径与球石级配，在提高陶瓷球磨工序效率同时，也降低球磨工序的物耗及能耗等。
关键词：神工快磨；高效；节能
1 前言
球磨机是陶瓷行业原材料加工环节中最常用的物料粉磨设备，具有粉碎比大，结构坚固，单机产量高和气密性好等优点，但球磨机球磨工艺相对落后，球磨时间长、能耗物耗大（消耗了近整个陶瓷生产中约40%的电能）。多年来，陶业人对球磨效率的研究从未停止，渐渐总结出了影响球磨效率的因素，其中，主要因素有：
（1） 磨机转速；
（2） 填料系数；
（3） 研磨介质；
（4） 料：球：水的比例；
（5） 解胶剂；
（6） 加料方法；
（7） 入料粒度等。
笔者公司通过在“研磨介质”和“入料粒度”上做了大胆改进，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制了一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎装备，降低了能耗，提高了生产效率。
2 研究内容
本公司的“神工快磨项目”以“高效、节能”为宗旨，针对陶瓷行业原材料加工环节中球磨工艺（单一的球磨工艺）落后，球磨时间长、能耗物耗大的现状，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎的设备，并实现产业化。此项目旨在改善球磨工艺，解决目前全国陶瓷生产企业在原料加工过程中存在的能耗巨大、生产效率低下以及球石球衬耗量巨大的问题。
传统的球磨工艺是用先铲车把砂石料及泥料等陶瓷原料，按配比铲入喂料机中再送入球磨机；然后由球磨机内的4～5种不同尺寸的球石进行研磨，球磨时间为14 h左右；最后得到泥浆状的陶瓷物料。其结果是进入球磨机的物料粒径大、粗细不均，甚至还有大块的砂石料。因而，球磨机进行的粗磨阶段需要耗费很大的负荷，经过较长时间才能进入细磨阶段，负载才能降下来。在这种传统工艺下，原材料球磨需要经过长达约14 h才能达到生产要求。
而本文研究的新球磨工艺——“神工快磨项目”，则是先对粒径较大的砂石料进行粗破碎，使物料成粉片状，细度都非常微小（≤10目筛），部分细小颗粒以片条状存在，研磨过程挤压内部也产生了裂纹，这样的物料进入球磨更容易研磨；然后经过处理的碎砂石料与别的泥类料按一定的配比，用铲车在喂料机料斗先配好料再入球磨机，然后由球磨机内的3种不同尺寸的球石进行研磨，由于物料粒径都很小，在球磨机中物料可以省去大负载的粗磨阶段，可以直接进入细磨阶段，然后经过8 h左右的球磨过程，最后得到泥浆状的陶瓷物料。此工艺大大节省了球磨机能耗、缩短球磨时间。
新的球磨工艺相对于传统球磨工艺有两大突破之处，其一，将粗细不同的大粒径的砂石料用立磨破碎成均匀的小粒径物料（≤10目筛），此过程相当于球磨机里面的粗磨阶段，但是立磨所用的能耗大大低于球磨机的粗磨能耗；其二，优化球磨机球石级配，由于新工艺入磨物料粒径都很小，可以直接进入细磨阶段，不需要大粒径的（如：D50/D60/D70）球石来粗磨，因而我们可以增加小粒径球石（如：D20/D30/D40）特别是增加D20球石的用量，以增加球石与物料的接触，提高研磨效率。传统球磨工艺中球石级配（D30：D40：D50：D60：D70）在整个球磨阶段（粗磨与细磨）是不变的，在粗磨阶段主要是用到了D70/D60/D50等级配的球石，而细磨阶段主要是用到了D30/D40等级配的球石，球石级配中的不充分利用会极大的影响球磨效率，增加球磨时间球磨能耗。
3 神工快磨系统介绍
3.1 试验设备结构图
本试验采用的神工快磨设备结构示意图如图1所示。
本试验的工艺流程是：（1） 主电动机带动主减速机旋转；（2） 磨盘与减速机一体旋；（3） 液压站施加拉紧压力至磨辊；（4） 物料在磨盘与磨辊之间被挤压、碾磨；（5） 排料槽装置及时排除碾磨物料；（6） 碾磨物料送至筛选系统筛选10目以上成品；（7） 筛选分级后10目以下回料送回神工继续碾磨。
3.2 传统球磨与神工球磨工艺流程的对比
传统球磨与神工球磨工艺流程对比示意图如图2所示。
4 神工快磨工艺的节能原理分析
4.1 传统球磨内的物料粉碎作用力分析
传统球磨内的物料粉碎作用力可分为三大类：
（1） a球磨体随着筒体的旋转而被带到一定的高度后，由于介质的自重而下落，于是装在筒体内的矿石就受到介质冲击力的作用。
（2） b球磨体与球磨体之间的摩擦作用。
（3） c球磨体与筒体内壁的摩擦作用。
运动a属于机械粉碎中的冲击法，物料在瞬间受到外来的、足够大的冲击力作用而被粉碎（但它的能量消耗绝大部分变成声能和热能白白浪费了）。这种粉碎方法适用于粉碎大中块的脆行物料；运动b和c属于机械粉碎中的研磨、磨削法，物料在两个相对滑动的工作面之间，或在研磨体间的摩擦作用下被粉碎。研磨和磨削是靠研磨介质对物体颗粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的，本质上属于剪切摩擦粉碎，多用于小块物料粉磨。
在机械粉碎中还有一种施加外力的方法——挤压法，挤压粉碎是粉磨设备的两个工作面对物料施加挤压的作用，物料在相对缓慢的压力作用下发生粉碎。因为工作压力较缓慢和均匀，故物料粉碎较均匀。这种方法适用于破碎大块硬质物料，通常多用于物料的初破碎。这种机械粉碎方法已成熟运用到如今的立磨设备中，该设备的工作效率高、磨耗小、低能耗。
由于把物料从大颗粒加工到细微的颗粒时需要相当大的能量，而采用球磨机来进行粉碎需要消耗的能量远远大于立磨设备粉碎所需；如果球磨前我们将陶瓷原料经过立磨设备的初破碎再球磨，这样可省去球磨过程中的冲击运动，即降低了这部分运动的能耗。
4.2 神工快磨系统节能原理分析
（1） 陶瓷原料配方是由多种长石矿混合而成，原料粒径、硬度各异，达到球磨浆料放浆标准的时间不同步。神工加工后，粒径相同入球，可使浆料基本在同一时间达到放浆细度。
（2） 配置适合物料细度的球石介质，减少不必要冲击的无用功。
本文以某陶瓷厂玻化砖配方为例，来说明神工球磨的节能情况，具体详情如表1所示。
5 结论
通过上面的分析我们不难看出：笔者公司生产的这种新型原料加工系统在原料粒径选择、球磨效率、节能降耗上都有很大优势。
（1） 本系统主要是在现有球磨工艺基础上改造成由球磨与立磨相结合得粉磨工艺，而不是单一的球磨工艺。
（2） 入磨物料粒度大，可达磨辊直径的5%左右，一般为40～100 mm。因此，大中型立磨可省掉二级粉碎。
（3） 球磨效率高，可以从14 h缩减为8 h；
（4） 节能降耗，立式磨采用磨辊与料床相互碾压磨碎物料，能耗低；且优化了球石级配极大的提高了球磨机的利用率，新工艺比原球磨工艺在电耗可降低25%以上，在材料损耗上可以降低45%以上；
（5） 对社会的影响巨大。通过技术改造或应用新的节能技术，可以促进节能减排措施的推广，提高各项节能减排措施的实施效率，间接通过各项节能减排措施降低单位产品的能耗量，使陶瓷生产厂家获得更大的经济效益。从短期来看，全面地提高我国陶瓷企业的能耗要求和排放要求，对陶瓷行业的一些企业或旧生产线产生很大影响，生产成本会相应提高。但从长远来看，节能减排将对提升陶瓷产业水平有较大的促进作用，使企业更加重视技术的改进和能源的管理，提高企业的竞争力和经济效益。
摘 要：本文讨论了一种新型陶瓷原料预加工设备系统——神工快磨系统，此系统优化了物料粒径与球石级配，在提高陶瓷球磨工序效率同时，也降低球磨工序的物耗及能耗等。
关键词：神工快磨；高效；节能
1 前言
球磨机是陶瓷行业原材料加工环节中最常用的物料粉磨设备，具有粉碎比大，结构坚固，单机产量高和气密性好等优点，但球磨机球磨工艺相对落后，球磨时间长、能耗物耗大（消耗了近整个陶瓷生产中约40%的电能）。多年来，陶业人对球磨效率的研究从未停止，渐渐总结出了影响球磨效率的因素，其中，主要因素有：
（1） 磨机转速；
（2） 填料系数；
（3） 研磨介质；
（4） 料：球：水的比例；
（5） 解胶剂；
（6） 加料方法；
（7） 入料粒度等。
笔者公司通过在“研磨介质”和“入料粒度”上做了大胆改进，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制了一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎装备，降低了能耗，提高了生产效率。
2 研究内容
本公司的“神工快磨项目”以“高效、节能”为宗旨，针对陶瓷行业原材料加工环节中球磨工艺（单一的球磨工艺）落后，球磨时间长、能耗物耗大的现状，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎的设备，并实现产业化。此项目旨在改善球磨工艺，解决目前全国陶瓷生产企业在原料加工过程中存在的能耗巨大、生产效率低下以及球石球衬耗量巨大的问题。
传统的球磨工艺是用先铲车把砂石料及泥料等陶瓷原料，按配比铲入喂料机中再送入球磨机；然后由球磨机内的4～5种不同尺寸的球石进行研磨，球磨时间为14 h左右；最后得到泥浆状的陶瓷物料。其结果是进入球磨机的物料粒径大、粗细不均，甚至还有大块的砂石料。因而，球磨机进行的粗磨阶段需要耗费很大的负荷，经过较长时间才能进入细磨阶段，负载才能降下来。在这种传统工艺下，原材料球磨需要经过长达约14 h才能达到生产要求。
而本文研究的新球磨工艺——“神工快磨项目”，则是先对粒径较大的砂石料进行粗破碎，使物料成粉片状，细度都非常微小（≤10目筛），部分细小颗粒以片条状存在，研磨过程挤压内部也产生了裂纹，这样的物料进入球磨更容易研磨；然后经过处理的碎砂石料与别的泥类料按一定的配比，用铲车在喂料机料斗先配好料再入球磨机，然后由球磨机内的3种不同尺寸的球石进行研磨，由于物料粒径都很小，在球磨机中物料可以省去大负载的粗磨阶段，可以直接进入细磨阶段，然后经过8 h左右的球磨过程，最后得到泥浆状的陶瓷物料。此工艺大大节省了球磨机能耗、缩短球磨时间。
新的球磨工艺相对于传统球磨工艺有两大突破之处，其一，将粗细不同的大粒径的砂石料用立磨破碎成均匀的小粒径物料（≤10目筛），此过程相当于球磨机里面的粗磨阶段，但是立磨所用的能耗大大低于球磨机的粗磨能耗；其二，优化球磨机球石级配，由于新工艺入磨物料粒径都很小，可以直接进入细磨阶段，不需要大粒径的（如：D50/D60/D70）球石来粗磨，因而我们可以增加小粒径球石（如：D20/D30/D40）特别是增加D20球石的用量，以增加球石与物料的接触，提高研磨效率。传统球磨工艺中球石级配（D30：D40：D50：D60：D70）在整个球磨阶段（粗磨与细磨）是不变的，在粗磨阶段主要是用到了D70/D60/D50等级配的球石，而细磨阶段主要是用到了D30/D40等级配的球石，球石级配中的不充分利用会极大的影响球磨效率，增加球磨时间球磨能耗。
3 神工快磨系统介绍
3.1 试验设备结构图
本试验采用的神工快磨设备结构示意图如图1所示。
本试验的工艺流程是：（1） 主电动机带动主减速机旋转；（2） 磨盘与减速机一体旋；（3） 液压站施加拉紧压力至磨辊；（4） 物料在磨盘与磨辊之间被挤压、碾磨；（5） 排料槽装置及时排除碾磨物料；（6） 碾磨物料送至筛选系统筛选10目以上成品；（7） 筛选分级后10目以下回料送回神工继续碾磨。
3.2 传统球磨与神工球磨工艺流程的对比
传统球磨与神工球磨工艺流程对比示意图如图2所示。
4 神工快磨工艺的节能原理分析
4.1 传统球磨内的物料粉碎作用力分析
传统球磨内的物料粉碎作用力可分为三大类：
（1） a球磨体随着筒体的旋转而被带到一定的高度后，由于介质的自重而下落，于是装在筒体内的矿石就受到介质冲击力的作用。
（2） b球磨体与球磨体之间的摩擦作用。
（3） c球磨体与筒体内壁的摩擦作用。
运动a属于机械粉碎中的冲击法，物料在瞬间受到外来的、足够大的冲击力作用而被粉碎（但它的能量消耗绝大部分变成声能和热能白白浪费了）。这种粉碎方法适用于粉碎大中块的脆行物料；运动b和c属于机械粉碎中的研磨、磨削法，物料在两个相对滑动的工作面之间，或在研磨体间的摩擦作用下被粉碎。研磨和磨削是靠研磨介质对物体颗粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的，本质上属于剪切摩擦粉碎，多用于小块物料粉磨。
在机械粉碎中还有一种施加外力的方法——挤压法，挤压粉碎是粉磨设备的两个工作面对物料施加挤压的作用，物料在相对缓慢的压力作用下发生粉碎。因为工作压力较缓慢和均匀，故物料粉碎较均匀。这种方法适用于破碎大块硬质物料，通常多用于物料的初破碎。这种机械粉碎方法已成熟运用到如今的立磨设备中，该设备的工作效率高、磨耗小、低能耗。
由于把物料从大颗粒加工到细微的颗粒时需要相当大的能量，而采用球磨机来进行粉碎需要消耗的能量远远大于立磨设备粉碎所需；如果球磨前我们将陶瓷原料经过立磨设备的初破碎再球磨，这样可省去球磨过程中的冲击运动，即降低了这部分运动的能耗。
4.2 神工快磨系统节能原理分析
（1） 陶瓷原料配方是由多种长石矿混合而成，原料粒径、硬度各异，达到球磨浆料放浆标准的时间不同步。神工加工后，粒径相同入球，可使浆料基本在同一时间达到放浆细度。
（2） 配置适合物料细度的球石介质，减少不必要冲击的无用功。
本文以某陶瓷厂玻化砖配方为例，来说明神工球磨的节能情况，具体详情如表1所示。
5 结论
通过上面的分析我们不难看出：笔者公司生产的这种新型原料加工系统在原料粒径选择、球磨效率、节能降耗上都有很大优势。
（1） 本系统主要是在现有球磨工艺基础上改造成由球磨与立磨相结合得粉磨工艺，而不是单一的球磨工艺。
（2） 入磨物料粒度大，可达磨辊直径的5%左右，一般为40～100 mm。因此，大中型立磨可省掉二级粉碎。
（3） 球磨效率高，可以从14 h缩减为8 h；
（4） 节能降耗，立式磨采用磨辊与料床相互碾压磨碎物料，能耗低；且优化了球石级配极大的提高了球磨机的利用率，新工艺比原球磨工艺在电耗可降低25%以上，在材料损耗上可以降低45%以上；
（5） 对社会的影响巨大。通过技术改造或应用新的节能技术，可以促进节能减排措施的推广，提高各项节能减排措施的实施效率，间接通过各项节能减排措施降低单位产品的能耗量，使陶瓷生产厂家获得更大的经济效益。从短期来看，全面地提高我国陶瓷企业的能耗要求和排放要求，对陶瓷行业的一些企业或旧生产线产生很大影响，生产成本会相应提高。但从长远来看，节能减排将对提升陶瓷产业水平有较大的促进作用，使企业更加重视技术的改进和能源的管理，提高企业的竞争力和经济效益。
摘 要：本文讨论了一种新型陶瓷原料预加工设备系统——神工快磨系统，此系统优化了物料粒径与球石级配，在提高陶瓷球磨工序效率同时，也降低球磨工序的物耗及能耗等。
关键词：神工快磨；高效；节能
1 前言
球磨机是陶瓷行业原材料加工环节中最常用的物料粉磨设备，具有粉碎比大，结构坚固，单机产量高和气密性好等优点，但球磨机球磨工艺相对落后，球磨时间长、能耗物耗大（消耗了近整个陶瓷生产中约40%的电能）。多年来，陶业人对球磨效率的研究从未停止，渐渐总结出了影响球磨效率的因素，其中，主要因素有：
（1） 磨机转速；
（2） 填料系数；
（3） 研磨介质；
（4） 料：球：水的比例；
（5） 解胶剂；
（6） 加料方法；
（7） 入料粒度等。
笔者公司通过在“研磨介质”和“入料粒度”上做了大胆改进，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制了一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎装备，降低了能耗，提高了生产效率。
2 研究内容
本公司的“神工快磨项目”以“高效、节能”为宗旨，针对陶瓷行业原材料加工环节中球磨工艺（单一的球磨工艺）落后，球磨时间长、能耗物耗大的现状，研发了一种高效节能的陶瓷原料研磨新工艺，以及研制一套高效节能的陶瓷原料专用立磨破碎的设备，并实现产业化。此项目旨在改善球磨工艺，解决目前全国陶瓷生产企业在原料加工过程中存在的能耗巨大、生产效率低下以及球石球衬耗量巨大的问题。
传统的球磨工艺是用先铲车把砂石料及泥料等陶瓷原料，按配比铲入喂料机中再送入球磨机；然后由球磨机内的4～5种不同尺寸的球石进行研磨，球磨时间为14 h左右；最后得到泥浆状的陶瓷物料。其结果是进入球磨机的物料粒径大、粗细不均，甚至还有大块的砂石料。因而，球磨机进行的粗磨阶段需要耗费很大的负荷，经过较长时间才能进入细磨阶段，负载才能降下来。在这种传统工艺下，原材料球磨需要经过长达约14 h才能达到生产要求。
而本文研究的新球磨工艺——“神工快磨项目”，则是先对粒径较大的砂石料进行粗破碎，使物料成粉片状，细度都非常微小（≤10目筛），部分细小颗粒以片条状存在，研磨过程挤压内部也产生了裂纹，这样的物料进入球磨更容易研磨；然后经过处理的碎砂石料与别的泥类料按一定的配比，用铲车在喂料机料斗先配好料再入球磨机，然后由球磨机内的3种不同尺寸的球石进行研磨，由于物料粒径都很小，在球磨机中物料可以省去大负载的粗磨阶段，可以直接进入细磨阶段，然后经过8 h左右的球磨过程，最后得到泥浆状的陶瓷物料。此工艺大大节省了球磨机能耗、缩短球磨时间。
新的球磨工艺相对于传统球磨工艺有两大突破之处，其一，将粗细不同的大粒径的砂石料用立磨破碎成均匀的小粒径物料（≤10目筛），此过程相当于球磨机里面的粗磨阶段，但是立磨所用的能耗大大低于球磨机的粗磨能耗；其二，优化球磨机球石级配，由于新工艺入磨物料粒径都很小，可以直接进入细磨阶段，不需要大粒径的（如：D50/D60/D70）球石来粗磨，因而我们可以增加小粒径球石（如：D20/D30/D40）特别是增加D20球石的用量，以增加球石与物料的接触，提高研磨效率。传统球磨工艺中球石级配（D30：D40：D50：D60：D70）在整个球磨阶段（粗磨与细磨）是不变的，在粗磨阶段主要是用到了D70/D60/D50等级配的球石，而细磨阶段主要是用到了D30/D40等级配的球石，球石级配中的不充分利用会极大的影响球磨效率，增加球磨时间球磨能耗。
3 神工快磨系统介绍
3.1 试验设备结构图
本试验采用的神工快磨设备结构示意图如图1所示。
本试验的工艺流程是：（1） 主电动机带动主减速机旋转；（2） 磨盘与减速机一体旋；（3） 液压站施加拉紧压力至磨辊；（4） 物料在磨盘与磨辊之间被挤压、碾磨；（5） 排料槽装置及时排除碾磨物料；（6） 碾磨物料送至筛选系统筛选10目以上成品；（7） 筛选分级后10目以下回料送回神工继续碾磨。
3.2 传统球磨与神工球磨工艺流程的对比
传统球磨与神工球磨工艺流程对比示意图如图2所示。
4 神工快磨工艺的节能原理分析
4.1 传统球磨内的物料粉碎作用力分析
传统球磨内的物料粉碎作用力可分为三大类：
（1） a球磨体随着筒体的旋转而被带到一定的高度后，由于介质的自重而下落，于是装在筒体内的矿石就受到介质冲击力的作用。
（2） b球磨体与球磨体之间的摩擦作用。
（3） c球磨体与筒体内壁的摩擦作用。
运动a属于机械粉碎中的冲击法，物料在瞬间受到外来的、足够大的冲击力作用而被粉碎（但它的能量消耗绝大部分变成声能和热能白白浪费了）。这种粉碎方法适用于粉碎大中块的脆行物料；运动b和c属于机械粉碎中的研磨、磨削法，物料在两个相对滑动的工作面之间，或在研磨体间的摩擦作用下被粉碎。研磨和磨削是靠研磨介质对物体颗粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的，本质上属于剪切摩擦粉碎，多用于小块物料粉磨。
在机械粉碎中还有一种施加外力的方法——挤压法，挤压粉碎是粉磨设备的两个工作面对物料施加挤压的作用，物料在相对缓慢的压力作用下发生粉碎。因为工作压力较缓慢和均匀，故物料粉碎较均匀。这种方法适用于破碎大块硬质物料，通常多用于物料的初破碎。这种机械粉碎方法已成熟运用到如今的立磨设备中，该设备的工作效率高、磨耗小、低能耗。
由于把物料从大颗粒加工到细微的颗粒时需要相当大的能量，而采用球磨机来进行粉碎需要消耗的能量远远大于立磨设备粉碎所需；如果球磨前我们将陶瓷原料经过立磨设备的初破碎再球磨，这样可省去球磨过程中的冲击运动，即降低了这部分运动的能耗。
4.2 神工快磨系统节能原理分析
（1） 陶瓷原料配方是由多种长石矿混合而成，原料粒径、硬度各异，达到球磨浆料放浆标准的时间不同步。神工加工后，粒径相同入球，可使浆料基本在同一时间达到放浆细度。
（2） 配置适合物料细度的球石介质，减少不必要冲击的无用功。
本文以某陶瓷厂玻化砖配方为例，来说明神工球磨的节能情况，具体详情如表1所示。
5 结论
通过上面的分析我们不难看出：笔者公司生产的这种新型原料加工系统在原料粒径选择、球磨效率、节能降耗上都有很大优势。
（1） 本系统主要是在现有球磨工艺基础上改造成由球磨与立磨相结合得粉磨工艺，而不是单一的球磨工艺。
（2） 入磨物料粒度大，可达磨辊直径的5%左右，一般为40～100 mm。因此，大中型立磨可省掉二级粉碎。
（3） 球磨效率高，可以从14 h缩减为8 h；
（4） 节能降耗，立式磨采用磨辊与料床相互碾压磨碎物料，能耗低；且优化了球石级配极大的提高了球磨机的利用率，新工艺比原球磨工艺在电耗可降低25%以上，在材料损耗上可以降低45%以上；
（5） 对社会的影响巨大。通过技术改造或应用新的节能技术，可以促进节能减排措施的推广，提高各项节能减排措施的实施效率，间接通过各项节能减排措施降低单位产品的能耗量，使陶瓷生产厂家获得更大的经济效益。从短期来看，全面地提高我国陶瓷企业的能耗要求和排放要求，对陶瓷行业的一些企业或旧生产线产生很大影响，生产成本会相应提高。但从长远来看，节能减排将对提升陶瓷产业水平有较大的促进作用，使企业更加重视技术的改进和能源的管理，提高企业的竞争力和经济效益。
