近年來，水泥行業(yè)產(chǎn)能過剩嚴重，市場競爭激烈，水泥生產(chǎn)企業(yè)為提高競爭力不斷通過各種途徑實現(xiàn)降本增效。在此背景下，陶瓷研磨體用于水泥粉磨漸漸成為熱點。本文將就陶瓷研磨體在水泥行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景展開探討。
陶瓷研磨體應(yīng)用現(xiàn)狀
陶瓷研磨體具有硬度高、密度大、磨損率低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于白水泥、礦物、陶瓷、電子材料、磁性材料、涂料、油漆等行業(yè)的原材料的粉磨中。在水泥粉磨方面，國內(nèi)上世紀50年代曾嘗試用陶瓷研磨體磨水泥，但由于當時陶瓷研磨體生產(chǎn)工藝較差、韌性不足、水泥粉磨工藝粗獷等原因，未能推廣普及。近年來，陶瓷研磨體制備工藝、產(chǎn)品性能日益提高，水泥粉磨工藝精細化特別是輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，導(dǎo)致球磨機破碎功能需求弱化而主要以研磨功能為主，這也使得陶瓷研磨體在水泥粉磨中的應(yīng)用成為可能。
目前的水泥磨機用陶瓷研磨體適用于干法水泥終粉磨球磨機系統(tǒng)工藝流程，尤其是輥壓機-球磨機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。
陶瓷研磨體相對于金屬研磨體具有以下優(yōu)點：
1.節(jié)電。由于陶瓷研磨體較金屬研磨體密度小，磨機研磨體裝載量降低約20%、主機電流降幅超過20%、噸水泥節(jié)電普遍超過4kWh，最佳案例節(jié)電甚至接近10kWh。
2.耐磨。陶瓷研磨體由于其特性，球耗比金屬研磨體低50%左右，使用壽命是金屬研磨體的2~3倍。
3.顆粒優(yōu)化。使用陶瓷研磨體后水泥顆粒組成更加合理，3~32μm顆粒含量提高2%以上，球形顆粒增多，標準稠度用水量下降1%~2%，與混凝土外加劑的相容性改善。
4.降低水泥出磨溫度，降幅超過20℃。
5.環(huán)保。磨機噪音顯著降低，不含重金屬。
6.磨機壽命延長。陶瓷研磨體比金屬研磨體重量輕接近一半，因此其對磨機襯板、隔倉板、活化環(huán)等撞擊、磨損小，磨機襯板、隔倉板、活化環(huán)等使用壽命延長。
水泥磨機用陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)主要分布在山東，包括山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司、淄博賽納、淄博鼎美、聊城天匯、聊城眾鑫等眾多相關(guān)企業(yè)。水泥磨機用陶瓷研磨體主要化學(xué)成分為Al2O3，另外有添加氧化鋯等改性增韌材料。其成型工藝主要分為兩類：壓制成型和滾制成型。原料上，通過選用超細高純氧化鋁粉作為原料，添加氧化鋯等增韌材料制備的陶瓷研磨體強度及韌性均已滿足水泥粉磨工況要求；成型工藝上，壓制成型和滾制成型各有優(yōu)點，一般來說壓制成型破球率更低，滾制成型耐磨性更好。
其中，山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院有限公司早在2006年就已研發(fā)出適用于水泥粉磨的陶瓷研磨體產(chǎn)品，經(jīng)過不斷完善優(yōu)化，近年來已在中材、海匯集團浮來水泥廠等成功應(yīng)用。另外，山水、中聯(lián)、南方、紅獅(261.67元/噸，0%)等水泥集團及眾多小型水泥企業(yè)均已應(yīng)用不同陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)的陶瓷研磨體產(chǎn)品，這當中成功及失敗的案例均有，究其原因主要是：兩個行業(yè)相互較為陌生，沒能做到“選好球”、“用好球”。失敗的案例主要是由于選用了不符合水泥粉磨工況要求的低品質(zhì)陶瓷研磨體，以及磨機粉磨工藝未能針對陶瓷研磨體作相應(yīng)調(diào)整造成的。
陶瓷研磨體現(xiàn)有不足及解析
“破球”和“減產(chǎn)”是當前水泥磨機用陶瓷研磨體在實際應(yīng)用失敗案例中所表現(xiàn)出的兩大不足，這還是和上文所提到的沒能做到“選好球”、“用好球”有關(guān)。行業(yè)不景氣的情況下，若能穩(wěn)定運行，節(jié)能效果明顯，即使小幅度減產(chǎn)（10%以內(nèi)），對大多數(shù)水泥企業(yè)來說尚可接受，但若是因破球?qū)е掠绊懻Ｉa(chǎn)則是水泥企業(yè)最懼怕接受陶瓷研磨體的原因。水泥企業(yè)選用陶瓷研磨體時應(yīng)注意以下事項：
1.選好球
（1）陶瓷球?qū)贌o機非金屬材料，它的硬度、耐磨性較金屬研磨體高，但韌性不足。特別是當陶瓷研磨體與磨機金屬襯板發(fā)生碰撞時，質(zhì)量不高的陶瓷研磨體就會出現(xiàn)破球現(xiàn)象。一旦破球率達到一定程度，產(chǎn)生的高強度碎片棱角與好球相互碰撞會導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，進一步加劇破球現(xiàn)象。水泥磨機用陶瓷研磨體選用高純超細氧化鋁粉作為原料，才能為其品質(zhì)提供基本保障。此外，還可通過加入微量元素（如氧化鋯等）實現(xiàn)改性增韌，使其不僅強度高，而且還具備足夠的韌性。需要注意的是，由于氧化鋯等增韌原料成本較高及生產(chǎn)工藝的差別，各家產(chǎn)品摻加比例不盡相同。
（2）陶瓷研磨體成型方法常見壓制成型和滾制成型兩種。由于工藝過程的差異，導(dǎo)致成型、焙燒后的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)不同，密實程度和抗沖擊的能力也不一樣。一般情況下，相同材質(zhì)、相同規(guī)格的陶瓷球，壓制成型破損率低于滾制成型，但由于燒成工藝控制差別，有的滾制成型產(chǎn)品破損率也較低，不可一概而論。
2.用好球
（1）目前情況下，球磨機一倉不太適用陶瓷研磨體。
當入磨物料粒度≥5mm時，球磨機一倉需要研磨體處于拋落狀態(tài)，以沖擊粉碎作用為主，將大塊物料粉碎成細顆粒。這一過程難免會發(fā)生研磨體與襯板及物料等的劇烈相互碰撞，對韌性低于金屬研磨體的陶瓷研磨體會造成破球率較高現(xiàn)象的發(fā)生。
（2）首次裝填陶瓷研磨體時，應(yīng)防止陶瓷研磨體直接撞擊襯板。
可先在磨機中裝填部分水泥，防止陶瓷研磨體從較高高度直接沖擊襯板出現(xiàn)微裂紋，影響陶瓷球的使用壽命。
（3）避免按金屬研磨體使用經(jīng)驗來使用陶瓷研磨體。
從目前成功的案例來看，直徑3米以內(nèi)的磨機較適合使用陶瓷研磨體。隨著陶瓷研磨體技術(shù)的不斷完善，不久的將來大直徑磨機應(yīng)用陶瓷研磨體也將不成問題；擁有工況良好的輥壓機預(yù)粉磨系統(tǒng)的水泥磨更適合使用陶瓷球，通過降低入磨粒度，充分發(fā)揮陶瓷研磨體擅長的研磨能力，弱化沖擊破碎需求，預(yù)粉磨越完全，整體節(jié)電效果越明顯，產(chǎn)量降幅也較小。
陶瓷研磨體因其密度低于金屬研磨體的50%，在球磨機同一倉位內(nèi)，陶瓷球一般做不到與鋼球、鋼鍛有“相同裝載量”；如果裝載量相同，陶瓷球的體積（或填充率）就得是鋼球、鋼鍛的2倍以上。由于現(xiàn)階段一倉依然使用金屬研磨體，為保證走料順暢，陶瓷研磨體填充率應(yīng)比金屬研磨體略高，但不可能達到2倍。這就導(dǎo)致陶瓷研磨體在節(jié)電的同時，不可避免地帶來產(chǎn)量的下降，降低幅度約在10%左右，目前最成功的案例已將降幅控制在4%以內(nèi)。同時，使用陶瓷研磨體時，磨機襯板、隔倉板、轉(zhuǎn)速、通風(fēng)量等也都需做相應(yīng)調(diào)整，通過系統(tǒng)整體優(yōu)化，可減小產(chǎn)量降幅。
推廣面臨的阻礙
1.行業(yè)間存在信息孤島
以目前的技術(shù)條件，陶瓷研磨體企業(yè)生產(chǎn)出符合水泥粉磨需求的產(chǎn)品已不成問題。但兩個行業(yè)間互相缺乏了解溝通，陶瓷研磨體生產(chǎn)企業(yè)對水泥粉磨工藝缺乏足夠的認識；水泥企業(yè)對陶瓷研磨體這一新的研磨材料缺乏足夠的了解，應(yīng)用陶瓷研磨體后，磨機等生產(chǎn)工藝需做的調(diào)整及具體操作要求不甚清楚，導(dǎo)致該技術(shù)的優(yōu)點不能最大限度發(fā)揮，相互間仍處于相互了解、相互磨合階段。
2.標準缺乏
水泥磨機用陶瓷研磨體標準目前仍在制定過程中，具體的抗壓強度、耐磨性、韌性等指標及與水泥粉磨工藝的契合沒有統(tǒng)一標準。不同企業(yè)的產(chǎn)品各有所長又各有不足，仍處于探索總結(jié)階段。
3.市場仍需規(guī)范
陶瓷球生產(chǎn)企業(yè)眾多，有的企業(yè)工藝技術(shù)不過關(guān)，或為壓縮成本偷工減料、以次充好，通過夸大宣傳進入水泥磨機用陶瓷研磨體市場領(lǐng)域。水泥企業(yè)用戶對產(chǎn)品難以甄別選擇，許多企業(yè)盲目聽信虛假宣傳采購劣質(zhì)產(chǎn)品，導(dǎo)致破球率高等問題出現(xiàn)，嚴重影響生產(chǎn)及對陶瓷研磨體的市場評價。如今，市場仍處于優(yōu)勝劣汰階段。
前景展望
目前，全國水泥行業(yè)適用陶瓷研磨體的磨機約有3000臺，按每臺100t裝填量估計，約需要300000噸陶瓷研磨體，考慮到磨耗每年約需補充50000噸陶瓷研磨體，市場前景廣闊。
未來隨著技術(shù)的進步，陶瓷研磨體應(yīng)用可能在以下領(lǐng)域取得進展：
1.磨機襯板由金屬襯板替換為橡膠襯板或陶瓷襯板，以更好地發(fā)揮陶瓷研磨體的效能。
2.陶瓷研磨體性能進一步提高，球磨機一倉亦可更換為陶瓷研磨體，屆時陶瓷研磨體填充率可進一步優(yōu)化，減產(chǎn)問題有望徹底解決。
3.由于水泥出磨溫度降低，提升機有更換為膠帶提升機的可能性，若實現(xiàn)節(jié)電，效果將更加突出。
總體來說，現(xiàn)階段陶瓷研磨體用于水泥粉磨完全可行，但仍有待優(yōu)化完善，未來前景廣闊。