摘要 2000年初，筆者對(duì)濕法球磨工藝的節(jié)能途徑進(jìn)行了初步探討，時(shí)隔八年，綠色環(huán)保節(jié)能陶瓷裝備和節(jié)能工藝發(fā)生了重大變化，筆者將從裝備制作、設(shè)備安裝、生產(chǎn)管理、原料管理等幾方面來重新對(duì)濕法球磨工藝的節(jié)能途徑進(jìn)行探討和研究。

關(guān)鍵詞 陶瓷機(jī)械，濕法球磨工藝，生產(chǎn)管理，節(jié)能管理

1前 言

至2007年末，以佛山陶瓷總部經(jīng)濟(jì)為核心的泛珠三角最緊密型陶瓷生產(chǎn)基地群已初具規(guī)模。到今年年底，廣東清遠(yuǎn)、廣東河源、廣東肇慶、廣東江門、湖南岳陽、湖南衡陽、云南易門、廣西北流、貴州遵義和江西宜春、江西豐城、江西高安、江西景德鎮(zhèn)、江西九江等陶瓷生產(chǎn)基地的產(chǎn)量總和可能是原佛山陶瓷基地的3～5倍。2007年陶機(jī)廠的生意也出現(xiàn)了有史以來最火爆的情況，全國30余家陶瓷球磨機(jī)生產(chǎn)商2007年的生產(chǎn)計(jì)劃都排到了08年8月份，其中球磨機(jī)又是建陶生產(chǎn)企業(yè)最致命的生產(chǎn)裝備之一。說它最致命是因?yàn)榍蚰C(jī)的環(huán)保性、節(jié)能性和安全性對(duì)陶瓷企業(yè)來講至關(guān)重要，如：（1）節(jié)能性。據(jù)測(cè)定，球磨機(jī)用電占整條生產(chǎn)線用電的45%，占原料加工用電的85%，合占總成本的8～10%，因此節(jié)能性迫在眉捷；（2）環(huán)保性。在陶瓷生產(chǎn)過程中，球磨機(jī)是產(chǎn)生噪音最大的裝備，噪音不僅污染環(huán)境而且消耗能量，因此球磨機(jī)的噪音污染是目前迫切需要解決的問題；（3）安全性。球磨機(jī)越來越大，球磨機(jī)的安全就是整個(gè)生產(chǎn)的安全，如果一臺(tái)球磨機(jī)發(fā)生故障，全廠就得停產(chǎn)，就得白白消耗人力、資源和能量，因此球磨機(jī)的安全系數(shù)要絕對(duì)可靠。因此，重新探討濕法球磨工藝的節(jié)能途徑就顯得非常有必要。

2制作期的節(jié)能工藝管理

2.1 球磨機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)工藝

(1) 球磨機(jī)基本參數(shù)的節(jié)能設(shè)計(jì)

球磨機(jī)的基本參數(shù)包括：球磨機(jī)筒體直徑、球磨機(jī)筒體長徑比和球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速。其中，球磨機(jī)筒體直徑和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了球內(nèi)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式，也是球磨機(jī)能否節(jié)能的關(guān)鍵因素。由于球磨機(jī)筒壁的揚(yáng)料作用和泥漿的團(tuán)聚作用，料總向中心聚攏，所以球磨機(jī)直徑和球磨機(jī)的長徑比不僅決定了球磨機(jī)的裝料量，也是球磨機(jī)能否節(jié)能的一個(gè)決定因素。筆者認(rèn)為球磨機(jī)筒體的長徑比在1.6～2.0內(nèi)最佳，過小的話，球石之間的撞擊內(nèi)耗過大，過大的話，又容易出現(xiàn)死角。也有人提出變徑球磨機(jī)的設(shè)想，將中心附近的直徑加大，據(jù)使用過的企業(yè)介紹效果顯著。

在球磨機(jī)直徑一定時(shí)，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方式，實(shí)際上的運(yùn)動(dòng)方式有三種：當(dāng)在最頂端離心力大于或等于重力時(shí)，磨介將做離心運(yùn)動(dòng)，離心運(yùn)動(dòng)將失去粉碎作用；當(dāng)拋物點(diǎn)在球磨機(jī)最高點(diǎn)至球磨機(jī)水平中線點(diǎn)之間時(shí)，磨介將做拋落運(yùn)動(dòng)，主要靠撞擊方式粉碎；當(dāng)拋物點(diǎn)在球磨機(jī)水平中線點(diǎn)以下時(shí)，磨介將做瀉落運(yùn)動(dòng)，主要靠研磨方式粉碎。此外，球磨機(jī)加料不足或球磨機(jī)加料順序有變都會(huì)使球磨機(jī)重心嚴(yán)重偏離球磨機(jī)中心，而固定轉(zhuǎn)速則會(huì)產(chǎn)生過大的力矩，從而使球磨機(jī)的負(fù)荷過大，球磨機(jī)電機(jī)、整個(gè)電網(wǎng)、軸承、軸頭及波箱齒輪的安全性就受到威脅。因此，生產(chǎn)中迫切需要使用變頻調(diào)速的方式來調(diào)整球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速。廣州市珠峰電器公司就根據(jù)這個(gè)原理開發(fā)出了一種節(jié)電器，據(jù)使用者反映，起動(dòng)電流可降低4～7倍，增大了起動(dòng)安全系數(shù)，電機(jī)功率因數(shù)可降至80%以下，節(jié)電器功率因數(shù)可高達(dá)99%以上，對(duì)球磨過程可進(jìn)行微機(jī)跟蹤、微機(jī)處理、微機(jī)調(diào)控，對(duì)電機(jī)電流也進(jìn)行了微機(jī)跟蹤、微機(jī)管理、微機(jī)保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)了總體節(jié)電15%左右的可能。

(2) 傳動(dòng)方式的節(jié)能設(shè)計(jì)。球磨機(jī)的傳動(dòng)方式有三種：中心傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)。三種傳動(dòng)方式中，齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)都位于球磨機(jī)的一側(cè)，傳動(dòng)時(shí)筒體、主軸承、主軸頭、傳動(dòng)軸、三角帶都會(huì)受到扭力，而扭力的產(chǎn)生就會(huì)產(chǎn)生噪音和不一致的磨損。噪音和磨損既浪費(fèi)能量又對(duì)軸頭、軸承、皮帶、皮帶輪、傳動(dòng)軸、電機(jī)產(chǎn)生安全隱患，所以筆者建議采用中心傳動(dòng)。佛山有一家公司采用中心傳動(dòng)和中心增厚工藝，38噸球磨機(jī)已經(jīng)可以用90千瓦電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約了18%左右的電力能源。

(3) 球磨機(jī)材料的節(jié)能設(shè)計(jì)。從安全性和環(huán)保性來講，材料的選用非常關(guān)鍵。有些公司設(shè)計(jì)的球磨機(jī)為了節(jié)省材料，就將長徑比搞得很大，筒厚度是省下來了，但卻不能節(jié)能。有些公司為了節(jié)省軸頭和軸承材料，設(shè)計(jì)的軸頭在端蓋軸頭孔處粗，其它兩頭細(xì)，甚至干脆冒險(xiǎn)用小直徑軸頭，軸頭的強(qiáng)度和剛度降低了，卻埋下了斷軸頭毀軸承的安全隱患。此外，材料的剛度和強(qiáng)度不夠，在球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)使筒壁、機(jī)身發(fā)出噪音，噪音聲波的產(chǎn)生會(huì)消耗大量的電力能源，更是得不償失。因此、球磨機(jī)的軸頭、傳動(dòng)軸、皮帶輪，以及軸承在大小、剛度、強(qiáng)度方面必須符合設(shè)計(jì)的要求，球磨機(jī)主筒體鋼板、三角帶傳動(dòng)區(qū)鋼板、端頭及筋板鋼板在厚度、剛度、強(qiáng)度方面也必須符合設(shè)計(jì)要求。

(4) 球磨機(jī)附件的節(jié)能設(shè)計(jì)。球磨機(jī)加料口的直徑和位置會(huì)影響加料的時(shí)間和均勻度，也會(huì)影響球磨機(jī)的起動(dòng)電流、加料量，從而間接影響球磨機(jī)的研磨效率；球磨機(jī)的放漿口影響球磨機(jī)放漿時(shí)間、漿的溫度、稠度，也會(huì)影響放漿的質(zhì)量，從而也間接影響球磨機(jī)的研磨效率。

2.2 球磨機(jī)的節(jié)能制作工藝

(1) 球磨機(jī)冷加工機(jī)件的節(jié)能制作。冷加工工藝中的卷、切、沖、車在球磨機(jī)制作中都有對(duì)應(yīng)，端頭等大件的沖壓一般機(jī)械廠沒有能力加工，冷加工的工件包括：球磨機(jī)主筒體的卷板加工；球磨機(jī)主軸頭、傳動(dòng)軸和三角帶傳動(dòng)區(qū)的車床加工，以上三者都要求對(duì)中度高和精度高。尤其是主軸頭的加工和成品端蓋的加工，要經(jīng)過多道工藝流程方可滿足對(duì)中度和精度的要求。有些公司工藝少且沒有質(zhì)量保證體系，就不能滿足對(duì)中度和精度的要求，從而在生產(chǎn)中產(chǎn)生磨擦、磨損和震動(dòng)，滿足不了節(jié)能的要求，也沒有安全感，且壽命很短。

(2) 球磨機(jī)熱加工機(jī)件的節(jié)能制作。熱加工的工件包括：主軸頭、傳動(dòng)軸承等異型件的熱澆鑄，焊接件的焊接，端蓋的熱燜火處理等制作工藝。熱澆鑄件既要保證澆鑄尺寸，也要保證澆鑄質(zhì)量，不能有砂眼、熔洞等缺陷。焊接件包括：主軸頭、筋板、端蓋板與端蓋頭的熱保護(hù)焊接；主筒體與端頭的焊接和加料口、放漿口的熱保護(hù)焊接等。有些機(jī)械廠，焊接沒有用保護(hù)氣體、也沒有熱燜火處理，就會(huì)造成焊接縫的氧化脫落和冷裂，這些問題會(huì)在使用中產(chǎn)生震動(dòng)，震動(dòng)的結(jié)果既浪費(fèi)了能量，又失去了使用的安全性，更降低了使用壽命。

3安裝期的節(jié)能工藝管理

(1) 球磨機(jī)地基

球磨機(jī)的地基處理是否得當(dāng)關(guān)系到基礎(chǔ)施工質(zhì)量和使用質(zhì)量，也是保證沉降量和沉降差的根本前提。筆者認(rèn)為其中有三點(diǎn)非常重要：1)強(qiáng)度即地基載力應(yīng)足以承受基礎(chǔ)傳來的壓力，地基承受基礎(chǔ)壓力的能力也叫地耐力，地耐力的測(cè)定應(yīng)用專門的儀器并經(jīng)綜合計(jì)算而確定，球磨機(jī)地基的地耐力應(yīng)是基礎(chǔ)壓力的3～5倍；2)變形:在南方無霜凍地區(qū)，我們只需考濾地基的沉降即沉降量和沉降差保證在允許的范圍內(nèi)即可；而在有霜凍期的北方，因地基的凍結(jié)和消融會(huì)產(chǎn)生地基變形，從而會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生影響，所以基礎(chǔ)必須置于冰凍線以下。3）經(jīng)濟(jì):盡可能選擇天然地基。球磨機(jī)基礎(chǔ)荷載預(yù)算完畢后，如果土地還沒有購進(jìn)的話，可以選擇地耐力比較高的土地，這方面的資料可以從工業(yè)區(qū)開發(fā)辦或工業(yè)區(qū)其它已建公司處獲取相關(guān)參考的地質(zhì)資料。在珠江三角洲地區(qū)，地勢(shì)低洼的開發(fā)區(qū)原本是魚塘，不少地方回填土和淤泥等軟弱土層都在5～15m以上，且地下水較豐富，如果土地選擇不當(dāng)，將大大增加投入，使人工地基造價(jià)大大提高。

(2) 球磨機(jī)基礎(chǔ)的不一致沉降會(huì)嚴(yán)重影響球磨機(jī)的和諧傳動(dòng)，并產(chǎn)生噪音污染和浪費(fèi)能量；同時(shí)也使球磨機(jī)安全性和使用壽命大打折扣。因此，球磨機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要杜絕設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的不一致沉降和過度沉淀。為了滿足這些要求，具體設(shè)計(jì)要求如下：1）在基礎(chǔ)強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)方面要求球磨機(jī)的基礎(chǔ)既要能承受來自球磨機(jī)的重力，又要能承受來自地基的反作用力；此外基礎(chǔ)也要能滿足抵抗來自地下水位變化和地質(zhì)地震變化所產(chǎn)生的爆發(fā)沖擊力。設(shè)計(jì)時(shí)鋼筋的大小、布局務(wù)必要滿足強(qiáng)度和剛度的要求；2）由于基礎(chǔ)是埋于地下的隱蔽工程，在地下長期受水侵蝕且建成后很難觀察、維修和加固，所以必須選擇良好的石料和抗侵蝕、耐硫化的高標(biāo)號(hào)水泥，以保證基礎(chǔ)構(gòu)造與球磨機(jī)的使用壽命一致；3）基礎(chǔ)工程約占球磨機(jī)工程總造價(jià)的15～25%，降低了基礎(chǔ)工程的投入也就降低了球磨機(jī)工程的總投入。在設(shè)計(jì)時(shí)，既要做到技術(shù)合理，也要做到盡可能降低成本。一般情況下，為了達(dá)到既科學(xué)合理又經(jīng)濟(jì)的要求，設(shè)計(jì)時(shí)要求必須設(shè)計(jì)成連體式，既能降低地基的荷載力，又避免了整個(gè)磨機(jī)群的不一致沉降。

(3) 球磨機(jī)基礎(chǔ)的不一致收縮會(huì)嚴(yán)重影響球磨機(jī)的安裝質(zhì)量，從而也嚴(yán)重影響球磨機(jī)的傳動(dòng)和諧性、綠色環(huán)保性和使用安全性。對(duì)球磨機(jī)的節(jié)能性和使用壽命也會(huì)大打折扣。因此，必須加強(qiáng)球磨機(jī)基礎(chǔ)施工的過程管理。具體要求如下：1)嚴(yán)格控制水泥的標(biāo)號(hào)和混凝土料的料：砂：灰：水比，料的硬度、抗荷載強(qiáng)度也必須過關(guān)，嚴(yán)格控制混料時(shí)間。填料時(shí)，電震動(dòng)棒一定要夯實(shí)；2)為了控制不一致收縮，要同時(shí)、一次性澆鑄而成，不能等、停、續(xù)；3)鋼筋一定要按要求均勻配置，不能偷工減料、更不能偷梁換柱；4）施工最好在無霜期內(nèi)施工，要注意后期的養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期內(nèi)禁吊裝球磨機(jī)。

(4) 球磨機(jī)安裝維護(hù)保養(yǎng)對(duì)球磨機(jī)傳動(dòng)和諧性、綠色環(huán)保性和使用安全性有極大影響。人們都說“三分設(shè)計(jì)，七分養(yǎng)護(hù)”，設(shè)計(jì)得再好，安裝得不對(duì)，維護(hù)保養(yǎng)不到位，照樣功虧一簣。筆者認(rèn)為安裝養(yǎng)護(hù)必須做到以下三點(diǎn)：1）安裝過程要保證“一平行一水平，一平行一對(duì)正、一緊固一密實(shí)”的作業(yè)方法，即各支承線條間平行傳動(dòng)地板在同一水平面，筒體軸線與傳動(dòng)系統(tǒng)皮到軸承軸線平行筒體抱皮帶位置與三角皮帶輪位置對(duì)正，要保證地腳羅栓與基礎(chǔ)緊固各支承線條傳動(dòng)地板與基礎(chǔ)密實(shí)；2）保養(yǎng)要做到“隨養(yǎng)、定養(yǎng)和特養(yǎng)”，即對(duì)主軸頭軸承、傳動(dòng)軸承及波箱齒輪的注油潤滑定期保養(yǎng)，皮帶及電器設(shè)備隨時(shí)保養(yǎng)，其它機(jī)件的事故維修特別保養(yǎng)。

4生產(chǎn)期的節(jié)能工藝管理

球磨機(jī)是陶瓷廠的耗能大戶，一臺(tái)球磨機(jī)總裝機(jī)量可高達(dá)90～250kW，所以球磨機(jī)的節(jié)能顯得非常重要。筆者認(rèn)為球磨機(jī)的節(jié)能有三條途徑可走：

4.1 球石管理

一般陶瓷廠球磨機(jī)所使用的球石有燧石質(zhì)和中鋁質(zhì)兩種，無論使用哪一種球石都無可厚非，但一定要選型適當(dāng)、搭配適當(dāng)，否則可能會(huì)達(dá)不到預(yù)期目的。球石的選擇既要考慮單個(gè)球石的硬度、抗折強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、重量和比重，也要考慮球石的整體參數(shù)性質(zhì)，如磨耗率和孔隙率。所以，筆者認(rèn)為在球石選擇上，要認(rèn)真檢測(cè)，對(duì)于形狀不規(guī)則的天然球石就不能停留在單個(gè)球石的檢測(cè)上，每次測(cè)試可用50kg為單位，其檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)如表1。筆者根據(jù)“金字塔”原理和“黃金分割”原理以及生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來近似地確定球石顆粒級(jí)配和規(guī)格要求：直徑30～50mm，質(zhì)量約50～200g的球石占70.37%；直徑40～70mm，質(zhì)量約200～500g的球石占25.93%；直徑60～100mm，質(zhì)量約500～1000g的球石占3.7%。對(duì)于規(guī)則的新中鋁球就十分簡單：40mm球石占70.37%，60mm球石占25.93%，80mm球石占3.7%。球石的比重、磨耗、抗折強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度分別以40mm江西萍鄉(xiāng)產(chǎn)中鋁球和30～50mm大連產(chǎn)天然燧石球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)。以料：球：水比為1:1.8:0.5的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)，對(duì)于15噸球磨機(jī)總裝球量為27噸，則小中大比例為19:7:1。球石補(bǔ)充量以球磨機(jī)按比例級(jí)配的磨耗來計(jì)算，按實(shí)際消耗數(shù)加入等數(shù)量的大規(guī)格球石。

4.2 跟蹤管理

首先，在原料和配方試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)配料、配球、配水、配減水劑和增強(qiáng)劑以及加料、加水、放漿、清渣、測(cè)漿、測(cè)球、測(cè)空的跟蹤管理，嚴(yán)格配準(zhǔn)、加凈、放干、測(cè)準(zhǔn)、數(shù)穩(wěn)、清徹底的工藝要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，球高控制在1650～1680mm之間，空高控制在600～800mm間最好。詳細(xì)泥漿性能作業(yè)表見表2所示。

4.3 新工藝路線

其次，為了節(jié)約用電，可采用浸泡預(yù)溶解和錯(cuò)峰用電相結(jié)合的工藝管理制度；為了滿足工藝要求，就要求縮短球磨周期的總時(shí)間和球磨、測(cè)試、放漿、配料、加料、起動(dòng)各工藝段的時(shí)間，使有充足的時(shí)間浸泡溶解并能在特定時(shí)間段內(nèi)球磨。為了縮短測(cè)試時(shí)間，細(xì)度采用150g泥漿篩余參考對(duì)照表速算、水分采用比重法參考參照表速算、烘干采用微波爐快速烘干。為了防止泥漿降溫影響放漿時(shí)間和放不完漿，采用對(duì)球磨機(jī)保溫、放漿管保溫的保溫工藝和利用干燥窯余熱壓力風(fēng)加壓加熱的工藝輔助放漿及雙放漿閥雙管放漿工藝。為了保證減水劑、增強(qiáng)劑配料準(zhǔn)和加料準(zhǔn)，讓供應(yīng)商能夠按照技術(shù)部的要求配重、標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)應(yīng)明確注明使用日期和球號(hào)以備快速準(zhǔn)確無誤地使用。配泥砂石粉料時(shí)，可配完一種，趁鏟車鏟料時(shí)就上料，然后再清零配第二種料。同時(shí)，為了防止大塊泥團(tuán)進(jìn)入球磨機(jī)，在喂料機(jī)下料口，皮帶機(jī)下料口處應(yīng)設(shè)置多道鋼絲切割機(jī)對(duì)泥團(tuán)、砂團(tuán)進(jìn)行再加工。

5總 結(jié)

如果按照未技改前的工藝，需要放漿時(shí)間2h、配料時(shí)間1h、加料時(shí)間1h、起動(dòng)時(shí)間1h、測(cè)試時(shí)間1h、球磨時(shí)間12h，則總周期為18h。那么，采用球石新工藝球磨時(shí)間就可縮短為7h，采用在線切割加工和浸泡溶解工藝又可縮短為5h，加料配料同時(shí)進(jìn)行，時(shí)間為1h，放漿采用保溫、加熱、加壓和雙管放漿新工藝則可在30min內(nèi)完成，測(cè)漿和起動(dòng)采用新裝備和新工藝后也可在30min內(nèi)完成，這樣總周期就可控制在8小時(shí)內(nèi)，不僅節(jié)電，還能保證了維修保養(yǎng)和浸泡溶解時(shí)間，此外，還節(jié)約了2/3的工人。

如果將裝備技術(shù)與管理技術(shù)結(jié)合起來，球磨機(jī)的安全性、環(huán)保性與節(jié)能性就可實(shí)現(xiàn)１+１+１>3的可能，也就實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)和環(huán)境和諧。

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