陳建東，應(yīng)兆軍，冼銘校，胡發(fā)偉

（佛山市三水冠珠陶瓷有限公司，佛山 528100）

1 前言

建筑陶瓷工業(yè)化生產(chǎn)幾十年以來，是典型的高耗能行業(yè)，其中原料加工的球磨就需要大量能耗，盡管目前已有少部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)相對(duì)節(jié)能的連續(xù)式球磨機(jī)、原料預(yù)處理系統(tǒng)等，但大部分陶瓷企業(yè)還是延用間歇式濕法球磨機(jī)進(jìn)行原料加工，因此如何降低間歇式濕法球磨機(jī)的能耗一直是陶瓷行業(yè)節(jié)能的主要工作方向。

佛山市三水冠珠陶瓷有限公司專業(yè)生產(chǎn)二次燒內(nèi)墻磚產(chǎn)品，原料加工全部采用40T 間歇式濕法球磨機(jī)，以中鋁球?yàn)榍蚰ンw，球磨機(jī)采用三相交流電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)筒體旋轉(zhuǎn)，在離心力和摩擦力的作用下，球磨介質(zhì)和物料隨筒體自始至終以單一速度一道旋轉(zhuǎn)，達(dá)到一定高度時(shí)拋落，物料受到球磨體的撞擊和研磨作用而被粉碎，自投產(chǎn)以來，球磨能耗多年一直居高不下。

影響球磨效率的因素很多，球石材質(zhì)、球石配比、球石裝載量、空隙率、球磨轉(zhuǎn)速等等都會(huì)影響球磨效率，為進(jìn)一步降低球磨能耗，在所用原料和球磨體、料、水比例不變的情況下，嘗試通過對(duì)球磨過程不同時(shí)段轉(zhuǎn)速的改變進(jìn)行分析研究，提出一種新的節(jié)能方法。

為能控制球磨過程有效調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，2021 年7 月上旬在二期原料車間8#球磨機(jī)引入安裝了佛山某某科技有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的球磨機(jī)高效伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用永磁同步電機(jī)無傳感器矢量控制技術(shù)，可編程選擇操作，實(shí)現(xiàn)球磨過程的可變速調(diào)節(jié)，為球磨機(jī)的變速調(diào)節(jié)提供了成熟的控制技術(shù)，生產(chǎn)試驗(yàn)證明，此種優(yōu)化轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)工藝對(duì)節(jié)能降耗有顯著的效果，可以降低球磨能耗。

2 生產(chǎn)試驗(yàn)過程

2.1 各種原料、球磨體（中鋁球）、相關(guān)物理、化學(xué)性能及工藝

本試驗(yàn)采用佛山市三水冠珠陶瓷有限公司現(xiàn)有坯料配方、原料及40 噸球磨機(jī)。

表1 配方比例及原料粒度

表2 中鋁球配比

表3 中鋁球物性

表4 40 噸球磨機(jī)裝載比例

表5 生產(chǎn)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速及球磨時(shí)間

表6 漿料關(guān)鍵工藝標(biāo)準(zhǔn)

2.2 試驗(yàn)過程

（1）收集8#球球磨機(jī)正常生產(chǎn)轉(zhuǎn)速及球磨時(shí)間的相關(guān)工藝參數(shù)如表7 及圖1。

表7 8#球球磨機(jī)正常生產(chǎn)轉(zhuǎn)速及球磨時(shí)間的相關(guān)工藝參數(shù)

圖1 8#球正常生產(chǎn)10 天的工藝參數(shù)及球磨耗電

由圖1 匯總8#球正常生產(chǎn)10 天的工藝參數(shù)及球磨耗電可以看出，8#球細(xì)度在正常工藝標(biāo)準(zhǔn)的情況下，球磨耗電維持在900～1020 度/球之間，均值為964 度/球。

（2）正交試驗(yàn)。

為保證實(shí)驗(yàn)的可對(duì)比性，8#球球磨總時(shí)間還是保持10 個(gè)小時(shí)共600 分鐘不變，分別劃分為3 個(gè)球磨時(shí)間段，其中第一時(shí)間段為攪拌階段，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速8 轉(zhuǎn)/分不變，同一為10 分鐘；第三時(shí)間段為研磨階段，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為8 轉(zhuǎn)/分不變，通過對(duì)第二時(shí)間段的轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間表8L9（3）正交試驗(yàn)表的變化設(shè)定正交試驗(yàn)，跟進(jìn)球磨效率的改變，L9（3）正交試驗(yàn)表如表8。

表8 L9（3）正交試驗(yàn)表

在原料、配方、球、料、水比例及裝載量不變的同一條件下，每球統(tǒng)一球磨10 小時(shí)，進(jìn)行了9 種試驗(yàn)，每一實(shí)驗(yàn)3 個(gè)球，平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表9。

表9 平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果

在相同的球磨時(shí)間內(nèi)達(dá)到細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)，以球磨電耗作為考核指標(biāo)，匯總結(jié)果如表10 并進(jìn)行分析。

表10 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

從以上表中數(shù)據(jù)可知，同轉(zhuǎn)速及球磨時(shí)間，關(guān)鍵工藝參數(shù)達(dá)標(biāo)的情況下以球磨電耗低為優(yōu)選依據(jù)，第二時(shí)間段轉(zhuǎn)速選擇12 轉(zhuǎn)/分為好，第二時(shí)間段球磨時(shí)間選擇250 分鐘為宜。

（3）正交試驗(yàn)結(jié)果分析。

40 噸間歇式濕法球磨機(jī)，球磨體為中鋁球，按球：料：水=38:41:22 的載料量，總球磨時(shí)間控制在10 小時(shí)，在球磨第一時(shí)段攪拌階段轉(zhuǎn)速設(shè)定為8 轉(zhuǎn)/分共10 分鐘，在球磨第二時(shí)段轉(zhuǎn)速設(shè)定為12 轉(zhuǎn)/分共250 分鐘，在球磨第三時(shí)段轉(zhuǎn)速設(shè)定為8 轉(zhuǎn)/分共340 分鐘，其節(jié)能效果最好，對(duì)比球磨全時(shí)段600 分鐘均采用11.5 轉(zhuǎn)/分,數(shù)據(jù)如表11 可節(jié)能20%以上。

表11 球磨方式對(duì)比

眾所周知，球磨的基本原理是物料在球磨機(jī)內(nèi)主要受到球磨體的撞擊和研磨作用而被粉碎，球磨機(jī)自始至終同一轉(zhuǎn)速工作時(shí)，撞擊和研磨同時(shí)混合作用，球磨效率低。

按本次試驗(yàn)的設(shè)定方案，原料在顆粒度較大的初期時(shí)，通過提高球磨體和物料高速旋轉(zhuǎn)，使球磨體和物料處于合適的拋落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到球磨體對(duì)物料的最大化撞擊提高破碎作用；當(dāng)物料撞擊粉碎達(dá)到一定顆粒度后接著通過降低球磨體和物料的旋轉(zhuǎn)，處于合適的泄落式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使球磨體對(duì)物料達(dá)到最大化的研磨作用。簡(jiǎn)單的說就是物料粗的時(shí)候以高效的撞擊破碎為主，物料細(xì)的時(shí)候以高效的研磨破碎為主。

分別優(yōu)化控制以上兩個(gè)時(shí)間段的轉(zhuǎn)速和時(shí)間，最大化物料被撞擊和研磨的粉碎過程，對(duì)比單一長(zhǎng)時(shí)間的撞擊和研磨混合方式，球磨效率會(huì)更高。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，間歇式濕法球磨機(jī)的物料，通過合理有效地控制球磨不同時(shí)段的轉(zhuǎn)速和時(shí)間，可以明顯提高球磨效率，降低單位加工電耗，每球球磨電耗平均降低229 度/球，降幅23.7%，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。