改善水泥粉磨用陶瓷研磨体性能的措施

2017/08/15 中国建材报 粉磨陶瓷球 评论2 1

作为水泥粉磨用研磨体的一种新型耐磨材料,陶瓷研磨体具有节能降耗的显著特点。随着这种新型耐磨材料在水泥粉磨上的推广及应用,一些水泥企业也从最初的半信半疑开始慢慢转变,并逐步接受了陶瓷研磨体这项新技术。......

  陶瓷研磨体的出现引发了水泥粉磨技术的一次革新。作为水泥粉磨用研磨体的一种新型耐磨材料,陶瓷研磨体具有节能降耗的显著特点。随着这种新型耐磨材料在水泥粉磨上的推广及应用,一些水泥企业也从最初的半信半疑开始慢慢转变,并逐步接受了陶瓷研磨体这项新技术。

  虽然陶瓷研磨体对比传统金属研磨体有其独特的天然优势,如比重低、单位研磨效率高、有效降低出磨物料温度、噪音低、节能环保、提高水泥与混凝土外加剂的相容性等,但为什么该产品在水泥企业推广应用的速度快不起来呢?究其原因,陶瓷研磨体较高的破碎率是制约其应用的主要因素。经过对多家陶瓷研磨体生产企业及其在水泥粉磨应用中的成功案例进行调研,笔者整理出水泥干法粉磨应用陶瓷研磨体磨耗及破碎问题的影响因素,并从配料、成型、烧成角度,提出了部分应对措施,供相关企业参考。

  首先我们先来了解一下陶瓷研磨体为什么会出现破碎。虽然陶瓷材料的众多优点是其他材料所不能比拟的,但是它的致命弱点也很明显,那就是它的脆性。陶瓷材料的脆性在很大程度上影响了材料性能的可靠性和一致性,这些特点同样也会出现在耐磨陶瓷研磨体上,脆性是导致研磨体破碎的主要因素。脆性是相对塑性而言的,一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势,即材料抗拉强度低于屈服强度时,材料呈现脆性。而韧性则是体现材料强度与塑性的一个综合指标,韧性好的材料有着较高的强度和较好的塑性,可以认为它是有着较高的屈服强度,同时又有较高的延展性。

  水泥粉磨用陶瓷研磨体因其使用环境及工况相对苛刻,导致普通陶瓷材料是不能够胜任的。为保证陶瓷研磨体性能能够满足水泥粉磨工况条件,就必须对其生产做出严格要求,专门针对干法水泥粉磨开发一种特殊的耐磨陶瓷产品,不仅具有高强度高耐磨性能,又能具备较好的抗冲击韧性。只有这样的陶瓷研磨体,在干法水泥粉磨应用上才能满足低磨耗、低破碎率的性能要求。下面笔者简单总结了一下陶瓷研磨体在实际生产中的几种增强耐磨性能、减少破碎率的措施:

  1.合理引进陶瓷材料增韧技术

  在生产上进行改进增加制品韧性,在保持陶瓷研磨体强度的前提下增加其韧性性能。陶瓷增韧的方法可以分为以下几种:相变增韧、颗粒增韧、纤维增韧、自增韧、弥散韧化、微裂纹增韧、复合增韧、纳米增韧。理论上可以应用到Al2O3耐磨陶瓷研磨体上的有颗粒增韧、纤维增韧、弥散增韧、复合增韧和纳米增韧。其中,Al2O3基陶瓷颗粒弥散增韧、Al2O3基陶瓷自增韧、Al2O3基陶瓷晶须(纤维)增韧在氧化铝耐磨陶瓷研磨体生产上已经得到实际应用。经过增韧技术改进后,陶瓷研磨体在强度基本保持不变的情况下,大大增加了抗冲击性能。

 2.选择合适的成型工艺

  成型工艺的选择对陶瓷研磨体破碎率指标至关重要。目前,陶瓷研磨体主要成型方式分为滚制成型和压制成型。滚制成型使用旋转滚球机先加入预制的球坯晶种,然后边旋转喷水雾边添加陶瓷粉体,粉体不断黏附于晶种表面逐渐长大,最终得到所需尺寸的球坯。压制成型是将经过塑化造粒制备成流动性好、粒度合适的粉料装入模具内,通过压机施以外在压力使粉体压制成型的一种成型方式。

  两种成型方式相比,压制成型在生坯致密度、均匀度、孔隙率等指标上均优于滚制成型。原因就在于,压制成型可以根据实际需要控制压制力大小来控制生坯致密度等质量指标。两种不同成型方式制成的陶瓷研磨体在水泥粉磨应用和实验室内均做过大量对比实验,总结相关数据,笔者得出如下结论:在相同条件下,压制成型无论在破坏性实验中还是在水泥粉磨应用中,成品抗压强度、破碎率等性能指标均优于滚制成型。

  3.建立合理的烧成制度

  烧成是陶瓷制造工艺过程中最重要的工序之一,坯体必须经过高温煅烧才能形成一定的矿物组成和显微结构,从而赋予陶瓷材料的特殊性能。合理的烧成工艺制度,是保证陶瓷研磨体材料性能的关键。

  烧成制度不合理会造成烧成缺陷,例如开裂、起泡、针孔、生烧和过烧等,这些都会对陶瓷研磨体耐磨及耐冲击性能造成不可逆的影响。开裂的主要原因是预热升温过程太快致使水分没有及时排出,或者是冷却过程降温过快导致制品内外收缩不均。另外,坯体有内伤、致密度不均、粘结不良也会造成开裂。防止开裂的主要措施有:减少入窑坯体水分,坯体成型均匀,谨慎装窑,合理的升降温速率等。

  针孔的形成对研磨体磨耗指标影响很大,主要成因是坯体中含有的有机物、碳素等烧失物含量过多,升温过程烧失物未能完全烧尽挥发而到后期高温阶段才溢出,所以在材料表面形成微小凹痕和小孔。生烧则是在烧结过程中未达到烧成温度或达到烧成温度但保温时间不够所致,生烧制品吸水率高、致密度差、强度低,会严重影响陶瓷研磨体耐磨性能。超过烧成温度时称之为过烧,过烧会导致制品致密度降低。烧结是个致密化与晶粒长大同时进行的过程,烧结后期一般都会有正常的晶粒长大,且由晶界迁移引起,晶界迁移本身是一个热激活的机制。如果温度过高,导致晶粒长大过快,气孔就来不及排出烧结体而被“埋”在晶粒内部,导致致密度下降。一般来说,这种情况下气孔会以闭孔为主,而且这种情况下晶粒一般较大,因而过烧同样会影响陶瓷研磨体的耐磨性能。

  综上所述,陶瓷研磨体生产技术及工艺条件在很大程度上决定了研磨体性能(磨耗及破碎率)指标的优劣。优化合适的增韧方法、选择正确的成型方式、建立合理的烧成制度能够有效提高陶瓷研磨体的使用性能,使陶瓷研磨体具备更好的强度耐磨及韧性抗冲击性能,从而更好地满足干法水泥粉磨应用上的要求,服务于广大水泥粉磨企业。

(责任编辑:祝嫣然)

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