技术领域
[0001] 本
发明涉及
水泥加工领域,尤其涉及一种水泥研磨机用陶瓷研磨段及其制备方法。
背景技术
[0002] 制造水泥的主要原料是石灰石、粘土和
铁矿粉,为了控制
凝结时间,还要在熟料中加入4%以下的
石膏。水泥生产过程中,大部分原料要进行
破碎,随后要进行原料预均化。水泥
生料制备过程中,每生产1吨
硅酸盐水泥至少要粉磨3吨物料(包括各种原料、
燃料、熟料、混合料、石膏),据统计,干法水泥生产线粉磨作业需要消耗的动
力约占全厂动力的60%以上,其中生料粉磨占30%以上,水泥粉磨约占40%。
[0003] 水泥研磨机具有对物料适应性强、能连续生产、破碎比大、易于调速粉磨产品的细度等特点。常用的水泥研磨机的工作原理为,物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机仓内,该仓内有阶梯
衬板或波纹衬板,内装不同规格
钢球或钢段,筒体转动产生
离心力将钢球或钢段带到一定高度后落下,对物料产生冲击和研磨作用,
能量的消耗主要是原料和研磨段的提升,其中研磨段的
质量大小对于能耗的影响很大。
[0004] 水泥研磨机研磨段是
球磨机设备研磨物料介质,通过球磨机研磨段、物料、衬板之间的碰撞摩擦产生磨削作用,从而将物料的粒径进一步减小。因此,研磨段在使用时的硬度和
耐磨性是影响球磨整形效果的主要因素之一,在研磨过程中研磨段与衬板、研磨段与研磨段之间发生的摩擦不可避免,因此,还要求研磨段有极高的硬度。
现有技术中,水泥研磨机用研磨段的材质多为工具钢或高
碳不锈钢,材料相互之间、与物料之间磨损较大,表面易剥蚀,损耗率大,更换快;同时,钢质的磨段质量大,工作时功耗高,带来的碳排放大,同时不锈钢材质中的铬污染对于水泥来说是非常不利的,影响能量效率和环保;另外有一部分采用硬质
合金或陶瓷材料,该类材料能很好适应水泥研磨机的使用工况,但其成本高,易破碎、成型时尺寸不易控制、成型后表面不规整一致。
[0005] 综上所述,如何提高水泥研磨机研磨段的硬度、耐磨性是研究的重点,水泥粉磨技术也向高效、节电方向快速发展。
[0006] 在国内已
申请的相关
专利中,专利《一种球磨机用高硬度耐磨研磨体的制备工艺》(申请号:201410374668.2,公开日:2014-10-15),公布了一种高硬度高韧性耐磨体的制备方法,向常规钢质磨段内添加钼铁等功能辅材提升磨段的各项性能,但钢质磨段本身不耐蚀,由于多种合金无素添加,磨段的耐蚀性还会下降;另外,仍然是
马氏体型钢种,不耐高温。专利《一种低温
烧结微晶
氧化
铝增韧陶瓷研磨球的方法》(申请号:201310109543.2,公开日:2013-06-26),公开了一种同样采用了陶瓷作为原材料的研磨体,该专利大量采用了
高岭土和碳酸盐作为烧结助剂,采用了较多硅微粉作为增韧剂,其本身高强度陶瓷成份仅40%左右,其成型后的研磨体硬度相对低,耐高温能力相对较差,其发明优点倾向于降低烧结
温度提升生产效率,而牺牲了一部分研磨性能,同时,该研磨体仅适用于球状,若加工为陶瓷段则难以承受较强的撞击和磨削;另外,由于大量增韧降温助剂的加入,强度不够,该陶瓷磨球可选的成型直径只能小于10mm,不能适应大型球磨机工况的需求。
发明内容
[0007] 针对现有技术中存在的上述
缺陷,本发明旨在提供一种能耗低、物耗低、减少碳排放、高硬度、耐高温、高寿命、易成型、韧性好、生产的水泥纯净度高的水泥研磨机用陶瓷研磨段。
[0008] 为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种水泥研磨机用陶瓷研磨段,其按重量百分比计含有氧化铝92-95%、碳化钨0.5-2%、碳酸
钙0.8-3%、碳酸镁1-1.2%、氮化
钛0.5-2%、
二氧化硅1-3%、氧化锆0.8-1%。
[0009] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段,其形状为中间截面积最大、上下对称的正四棱台,边
角处倒圆。
[0010] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段,其形状为圆柱体,边角处倒圆,截面尺寸优选为10mm×10mm,15mm×15mm,20mm×20mm,25mm×25mm中的一种。
[0011] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段,其形状为纺锤形。
[0012] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段,其形状为球柱结合体,中间为圆柱体,两头分别为球状。
[0013] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,其包括以下步骤:(a)配料:按重量百分比计取所有成分,混合并搅拌均匀,制得混合物料;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=(7-10):100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:
球:水=1:2.5:(0.7-0.75),至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:球:
水=1:(2-3):(0.7-0.75),至浆料细度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液9-12%,混磨0.5-1h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾
造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液,并打入高位浆罐,控制
喷雾干燥塔的热
风温度、出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,压型粉料水份控制在0.5%以下;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上隔离砂,送入高温窑内,温度
1350-1700℃,烧成周期24-36h;
(g)清粉
抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0014] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,其中:步骤(c)中加入PVA溶液的同时,还加入适量的消泡剂。
[0015] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,其中:步骤(e)用于压型成坯的粉料颗粒大小控制为30-80目;步骤(f)中所述隔离砂为40目以下的白刚玉。
[0016] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,其中:步骤(f)中所述高温窑为
隧道窑,温度为1350-1550℃,烧成周期为24-30h。
[0017] 上述的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,其中:步骤(f)中所述高温窑为梭式窑,温度为1450-1700℃,烧成周期为30-36h。
[0018] 与现有技术比较,本发明的水泥研磨机用陶瓷研磨段,由于采用了上述方案,首先构建了Al2O3-CaO-MgO-SiO2四元体系,其中CaO来自碳酸钙、MgO来自碳酸镁,并且在传统的Al2O3-CaO-MgO-SiO2四元体系的
基础上新增了碳化钨、氮化钛、氧化锆作为添加剂,氮化钛熔点高、
密度较低、抗热冲击性好,碳化钨硬度与金刚石接近、化学性质稳定,氧化锆熔点高、硬度高、膨胀系数低,这些添加剂的加入使陶瓷硬度高、耐
腐蚀,耐磨性好,使用周期长,且硬度高、不
变形,制得的成品密度3.6-3.9,仅为钢质材料的一半,因而能够有效节电、节能、减少碳排放;黑色的碳化钨和黄色的氮化钛等综合作用,使制品呈棕红色或棕褐色,区别于陶瓷行业用的白色,辨识度高,不易混淆;可更精确地控制水泥粉末的细度,同时制备出的同批水泥粉末细度均匀一致,水泥性能更稳定、散差小,利于质量和安全;物耗低,磨耗仅不到万分之二,持久、更换周期长,同时也使使用成本降低,经济性好;耐高温,不会在高温下发生
软化、变形和粘连,更能适应长时间、高强度的工况;适量碳化钨的添加在不明显影响其硬度的前提下提升了其韧性,使其在冲击中不易破碎、崩缺,实用性好;各种组分在氧化锆的作用下结合力好,且更易成型。形状可采用业界常用的圆柱体、球柱结合体,也可采用边角圆滑的纺锤形或上下对称的正四棱台,没有
应力集中点,不易被撞碎,寿命更长。
[0019] 同时,与现有技术比较,本发明中的水泥研磨机用陶瓷研磨段的制备方法,由于采用了初磨、细磨、混磨三道工序的球磨和逐级筛选,使浆料细度均匀一致;进行除铁工序,能有效去除浆料中的杂质,提高陶瓷制品纯净度;因为氧化铝陶瓷粉料属瘠性原料,为了
压制成型的需要,需要加入粘接剂,如在喷雾造粒中添加的PVA溶液,加入消泡剂是为了抑制
泡沫产生,提高生产能力,降低生产成本;料仓陈腐工序能有效去除造粒粉中的水分;压型加工工序使粉料成型;高温烧结工序中撒入隔离砂,能有效防止产品粘连,使烧成制品与高温匣钵容易分离;清粉抛光工序把烧成过程中粘附的隔离砂及毛刺除掉,使产品光洁;最后的干燥工序使产品完全达到出厂指标。
附图说明
[0020] 图1是本发明的几种典型结构的示意图。
[0021] 图中:上下对称且边角处倒圆的正四棱台1、边角处倒圆的圆柱体2、纺锤形3、球柱结合体4。
具体实施方式
[0022]
实施例1:该水泥研磨机用陶瓷研磨段按重量百分比计含有氧化铝92%、碳化钨0.5%、碳酸钙
0.8%、碳酸镁1.2%、氮化钛2%、二氧化硅2.5%、氧化锆1%,采用如下方法制备:
(a)配料:按重量百分比计取所有成分;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=8:100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水(初磨球石可采用Φ30-Φ50mm的92-高铝
等静压球,下同),比例为料:球:水=1:2.5:0.7,至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水(细磨球石可采用Φ15-Φ25mm的92-高铝等静压球,下同),比例为料:球:水=1:2:0.7,至浆料细度D50≤
1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液9%,混磨
1h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液,并打入高位浆罐,控制喷雾干燥塔的热风温度,出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,形状为圆柱体,边角处倒圆,截面尺寸优选为10mm×10mm,15mm×15mm,20mm×20mm,25mm×25mm中的一种;压型粉料水份控制在0.5%以下;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上40目白刚玉隔离砂,送入隧道窑内,温度1550℃,烧成周期24h;
(g)清粉抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0023] 实施例2:该水泥研磨机用陶瓷研磨段按重量百分比计含有氧化铝95%、碳化钨0.5%、碳酸钙
0.8%、碳酸镁1.2%、氮化钛0.5%、二氧化硅1%、氧化锆1%,采用如下方法制备:
(a)配料:按重量百分比计取所有成分;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=7:100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:
球:水=1:2.5:0.75,至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:球:
水=1:3:0.75,至浆料细度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液12%,混磨
0.5h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液和适量的消泡剂,并打入高位浆罐,控制喷雾干燥塔的热风温度,出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,形状为纺锤形,压型粉料水份控制在0.5%以下;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上60目白刚玉隔离砂,送入梭式窑内,温度1450℃,烧成周期36h;
(g)清粉抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0024] 实施例3:该水泥研磨机用陶瓷研磨段按重量百分比计含有氧化铝92%、碳化钨2%、碳酸钙1.7%、碳酸镁1%、氮化钛0.5%、二氧化硅2%、氧化锆0.8%,采用如下方法制备:
(a)配料:按重量百分比计取所有成分;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=10:100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:
球:水=1:2.5:0.72,至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:球:
水=1:2.5: 0.75,至浆料细度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液9%,混磨
0.5h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液和适量的消泡剂,并打入高位浆罐,控制喷雾干燥塔的热风温度,出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,压型粉料水份控制在0.5%以下;形状为中间截面积最大、上下对称的正四棱台,边角处倒圆;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上80目白刚玉隔离砂,送入隧道窑内,温度1350℃,烧成周期30h;
(g)清粉抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0025] 实施例4:该水泥研磨机用陶瓷研磨段按重量百分比计含有氧化铝92%、碳化钨0.5%、碳酸钙3%、碳酸镁1%、氮化钛0.5%、二氧化硅2.2%、氧化锆0.8%,采用如下方法制备:
(a)配料:按重量百分比计取所有成分;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=9:100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:
球:水=1:2.5:0.7,至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:球:
水=1:2:0.7,至浆料细度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液11%,混磨
0.7h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液和适量的消泡剂,并打入高位浆罐,控制喷雾干燥塔的热风温度,出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,形状为球柱结合体,中间为圆柱体,两头分别为球状;压型粉料水份控制在0.5%以下;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上60目白刚玉隔离砂,送入梭式窑内,温度1700℃,烧成周期30h;
(g)清粉抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0026] 实施例5:该水泥研磨机用陶瓷研磨段按重量百分比计含有氧化铝92%、碳化钨0.5%、碳酸钙
1.6%、碳酸镁1%、氮化钛1%、二氧化硅3%、氧化锆0.9%,采用如下方法制备:
(a)配料:按重量百分比计取所有成分;同时配置PVA溶液,配比为PVA:水=8:100;
(b)球磨:
(b1)初磨:将步骤(a)中计取的配料加入初磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:
球:水=1:2.5:0.75,至浆料细度D90≤8微米停磨,过40目筛出磨;
(b2)细磨:将步骤(b1)得到的浆料加入细磨研磨设备,并加入球石和水,比例为料:球:
水=1:2.5:0.75,至浆料细度D50≤1.5微米、D90≤3.2微米后停磨;
(b3)混磨:将步骤(b2)得到的浆料中按重量比加入步骤(a)中配置的PVA溶液12%,混磨
0.6h,过150目筛出磨,并进行除铁;
(c)喷雾造粒:将步骤(b3)得到的浆料中加入适量步骤(a)中配置的PVA溶液和适量的消泡剂,并打入高位浆罐,控制喷雾干燥塔的热风温度,出风温度及压差,选用合适的喷雾喷片直径,进行喷雾造粒,造粒粉过20目筛;
(d)料仓陈腐:将步骤(c)得到的造粒粉进行陈腐,陈腐时间不少于48h;
(e)压型加工:将步骤(d)得到的粉料通过模具压型成坯,压型粉料水份控制在0.5%以下;形状为中间截面积最大、上下对称的正四棱台,边角处倒圆;
(f)高温烧结:将步骤(e)得到的生坯放入高温匣钵,撒上40目白刚玉隔离砂,送入梭式窑内,温度1550℃,烧成周期34h;
(g)清粉抛光:把产品在烧成过程中的粘附的隔离砂及毛刺除掉;
(h)成品干燥:对产品进行干燥,得到成品。
[0027] 对所公开的实施例的上述说明,仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。