超細(xì)硅酸鋯是陶瓷釉料的乳濁劑，目前國(guó)內(nèi)大多采用攪拌磨濕法超細(xì)粉碎工藝生產(chǎn)。由于原料鋯英砂硬度大、密度高，用機(jī)械粉碎的方法生產(chǎn)超細(xì)高純的產(chǎn)品，對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)及工藝的選擇要求較高。長(zhǎng)沙礦山研究院設(shè)計(jì)研制的GJM- 90型超細(xì)硅酸鋯濕法粉碎生產(chǎn)線（以下稱GJM生產(chǎn)線）針對(duì)超細(xì)硅酸鋯的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)主體設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并選擇配置了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的生產(chǎn)工藝，為生產(chǎn)高質(zhì)量的超細(xì)硅酸鋯產(chǎn)品提供了保證。
1、生產(chǎn)流程
    將60～80目的鋯英砂與水按一定比例加入攪拌磨，分布在攪拌軸不同層面上的攪拌棒帶動(dòng)磨介以一定轉(zhuǎn)速在攪拌磨桶內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)，鋯英砂與磨介發(fā)生碰撞、剪切及研磨而被破碎。料漿在循環(huán)泵的作用下不斷流經(jīng)冷卻系統(tǒng)降溫并返回?cái)嚢柰霸俅畏鬯椋�達(dá)到規(guī)定細(xì)度后排入沉降池。料漿經(jīng)過約10--15 d的自然沉降、排出部分清水后裝入托盤。裝有料漿的托盤由軌車送入干燥窯。在窯中燃油燃燒機(jī)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c托盤接觸傳熱，料漿受熱后水份蒸發(fā)。干燥至規(guī)定要求的塊狀硅酸鋯進(jìn)入二次粉碎系統(tǒng)被粉碎細(xì)化，并在風(fēng)機(jī)作用下進(jìn)入旋風(fēng)分離器分離收集。含塵空氣經(jīng)布袋除塵器除塵排放。產(chǎn)品稱重計(jì)量后按要求進(jìn)行灌袋包裝。
2、主要設(shè)備
2.1  高能攪拌磨
    攪拌球磨機(jī)對(duì)硅酸鋯產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣起決定性作用。對(duì)GJM生產(chǎn)線采用的高能攪拌磨在攪拌器結(jié)構(gòu)、攪拌熱的移出以及篩板結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
    (1)攪拌器結(jié)構(gòu)。根據(jù)攪拌磨的粉碎原理，攪拌軸附近為低能區(qū)，攪拌器圓周處粉碎作用力最大。在一定條件下，增大攪拌器的線速度可增加磨介對(duì)物料的剪切沖擊力。國(guó)內(nèi)同類設(shè)備其攪拌器的直徑一般為磨桶直徑的2/3，相鄰兩根攪拌臂呈十字交叉形式。根據(jù)試驗(yàn)效果，設(shè)計(jì)高能攪拌磨的攪拌器直徑為磨桶直徑的6／7。同時(shí)將相鄰兩攪拌臂設(shè)計(jì)為偏移同一角度的交叉形式。生產(chǎn)使用證實(shí)，這種結(jié)構(gòu)具有較好的超細(xì)粉碎效果。
(2)傳動(dòng)裝置。一般用減速機(jī)聯(lián)軸器與攪拌器直聯(lián)的方法。高能攪拌磨采用了減速機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器連接倒置式中間軸承座，再用聯(lián)軸器將其輸出軸與攪拌器連接的結(jié)構(gòu)形式。這種設(shè)計(jì)保證了設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且維護(hù)簡(jiǎn)便。
    (3)攪拌熱的移出。攪拌磨磨桶內(nèi)攪拌棒、磨介及物料之間由于碰撞沖擊、剪切研磨會(huì)產(chǎn)生大量的熱，致使料漿溫度升高。部分?jǐn)嚢璋籼准澳ネ皟?nèi)襯采用聚胺脂橡膠，其許用溫度在80℃以下，這些耐磨件長(zhǎng)時(shí)間處于過熱的環(huán)境，會(huì)很快老化，縮短使用壽命，因此，摩擦熱的移出是一個(gè)不可忽視的問題。為降低料漿溫度，通常采用簡(jiǎn)單的攪拌桶夾套式水冷卻裝置，但冷卻效果不好，料漿的運(yùn)行溫度仍可能處于60℃以上，對(duì)磨機(jī)的長(zhǎng)期運(yùn)行不利。高能攪拌磨采用桶外螺旋管式冷卻器，料漿流出磨桶后泵入螺旋管式冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制水冷。螺旋管式冷卻器冷卻面積大、冷卻效果好，料漿通過后可得到有效的降溫，即使在炎熱的夏天，料漿溫度也穩(wěn)定在55℃度以下，為磨機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行提供了保證。
    (4)篩板。篩板處于磨筒底部，是料漿與磨介分離后的出口通道。篩板長(zhǎng)期受運(yùn)動(dòng)的磨介重壓及摩擦，極易磨損或堵塞。目前篩板大多采用不銹鋼或工程塑料。不銹鋼有剛度，但不耐磨，磨損后的鐵質(zhì)會(huì)污染料漿。工程塑料韌性好，但受熱后易變形，造成磨介嵌入或溢出篩板孔，惡化操作狀態(tài)。高能攪拌磨采用不銹鋼和聚胺脂橡膠的結(jié)合體作篩板，這種篩板有足夠的剛度支承磨介，且耐磨性也很好。
2.2  料漿干燥設(shè)備
    根據(jù)工藝，GJM生產(chǎn)線配置一種高效能的間歇式燃油干燥窯。一般以煤、油為燃料的干燥設(shè)備都以二次熱風(fēng)作為干燥介質(zhì)，以防煙氣對(duì)物料產(chǎn)生污染。但存在的問題是熱損失大，干燥效率低。間歇式燃油干燥窯采用性能優(yōu)良的進(jìn)口燃油燃燒機(jī)，該種燃燒機(jī)燃燒完全，產(chǎn)生的一次高溫?zé)犸L(fēng)可作為干燥介質(zhì)直接干燥料漿，干燥效率高。
    干燥窯設(shè)計(jì)了煙氣循環(huán)可調(diào)裝置。調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)量就是調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的進(jìn)口溫度，這樣就能滿足各干燥階段干燥介質(zhì)的流量和溫度需要。在恒速干燥階段，調(diào)小的熱風(fēng)再循環(huán)量，加大含濕空氣的排出，即減少了干燥介質(zhì)的含濕量，增大了傳熱推動(dòng)力。在降速干燥階段，物料的含水量降至臨界含水量后，調(diào)大的熱風(fēng)再循環(huán)量，減少排出量，提高煙氣進(jìn)口溫度，使窯內(nèi)溫度升高，加快了物料內(nèi)部水份的遷移和氣化速度。另外，對(duì)窯體、窯門及管道等都采用了較好的保溫措施，以減少不必要的熱損失。
2.3二次粉碎設(shè)備
    二次粉碎機(jī)用于打碎干燥后的塊狀物料，其要求是粉碎效率高，處理量大，產(chǎn)品中不含有粒狀物。針對(duì)硅酸鋯干塊狀物料松散易粉碎的特點(diǎn)，GJM生產(chǎn)線配置了二次粉碎機(jī)，達(dá)到了較好的粉碎效果。
    塊狀物料進(jìn)入料斗先經(jīng)棒式粉碎器粗粉碎后落入螺旋輸送器，螺旋輸送器的下部是葉片式粉碎器。粗物料通過高速旋轉(zhuǎn)的甩料盤甩出并經(jīng)高速葉片擊打而完全粉碎。粉狀物料在粉碎機(jī)底部與空氣混合并在風(fēng)機(jī)的作用下送至旋風(fēng)分離器。產(chǎn)品自旋風(fēng)分離器底部排出，余氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送至布袋除塵器除塵。
    橫向布置的低速棒式粉碎器對(duì)物料進(jìn)行預(yù)粉碎，垂直方向的甩料盤及高速葉片又對(duì)物料進(jìn)行再次粉碎。經(jīng)過由粗至細(xì)不同方式的3次擊打粉碎，達(dá)到結(jié)塊物料完全粉碎的效果。風(fēng)機(jī)的部分進(jìn)風(fēng)從料斗口內(nèi)引入，由于料斗口形狀與托盤一致，當(dāng)托盤向料斗傾倒物料時(shí)覆蓋了料斗口，風(fēng)機(jī)又向料斗吸氣，所以設(shè)備運(yùn)行時(shí)沒有粉塵溢出。
3、工藝特點(diǎn)
3.1  不同直徑磨介組合分段磨
    在采用氧化鋯磨介超細(xì)粉碎硅酸鋯的工藝中，由于氧化鋯磨介價(jià)格較高，磨介的磨損費(fèi)用占生產(chǎn)成本的比例高。如果產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定細(xì)度的粉碎時(shí)間短，磨介的磨損量也就相對(duì)少，所發(fā)生的生產(chǎn)成本也相應(yīng)較低。通過試驗(yàn)，證實(shí)較大的磨介在粉碎前期能較快地將粗物料磨細(xì)，而較小的磨介在粉碎效率較低的粉碎后期有助于物料的進(jìn)一步細(xì)化。
    濕法攪拌磨一般的生產(chǎn)工藝是用同一磨介在同一磨桶內(nèi)一次性地將原料粉碎到規(guī)定細(xì)度。GJM生產(chǎn)線采用不同大小磨介組合的分段磨方法，即采用不同大小的磨介在幾個(gè)磨桶內(nèi)由大至小分段將原料磨細(xì)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種方法有效地縮短了產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定細(xì)度的粉碎時(shí)間。
    生產(chǎn)線使用球狀氧化鋯磨介。用大、中、小3種直徑的磨介組成3段磨超細(xì)粉碎工藝。3種磨介分別裝入3個(gè)攪拌磨桶內(nèi)，原料按磨介大小分別在3個(gè)磨桶內(nèi)各磨一定時(shí)間。測(cè)試證實(shí)，在相同粒度效果的情況下，采用分段磨工藝比單臺(tái)攪拌磨的普通工藝每粉碎300 kg原料約能減少th的粉碎時(shí)間。
3.2  料漿自然沉降預(yù)脫水
目前較為普遍的料漿脫水干燥工藝是采用壓濾機(jī)壓濾預(yù)脫水，形成濾餅后再進(jìn)行干燥及二次粉碎。GJM生產(chǎn)線采用沉降池預(yù)脫水、加熱干燥及二次粉碎的工藝。由于硅酸鋯比重較大，其料漿的自然沉降速度較快。試驗(yàn)證實(shí)，從攪拌磨中排出的料漿含水率約35%，在沉降池經(jīng)過10 d左右的沉降，可以排出10%以上的清水。經(jīng)沉降預(yù)脫水后的料漿含水率約為20%。攪拌磨作業(yè)過程中，料漿是間歇性排出的，料漿在儲(chǔ)備停留過程中會(huì)發(fā)生沉降，因此，采用沉降池與濕法攪拌磨匹配進(jìn)行料漿的預(yù)脫水是合理的。只要場(chǎng)地許可，設(shè)置沉降池，可以達(dá)到料漿預(yù)脫水的效果。而在壓濾脫水工藝中，為防止料漿沉降，需在儲(chǔ)漿灌內(nèi)設(shè)置攪拌器，不停攪拌以保證料漿的泵送。較之壓濾脫水，沉降預(yù)脫水的總生產(chǎn)運(yùn)行成本顯然要少。且自然沉降的料漿干燥后的結(jié)塊比壓濾機(jī)濾餅要松散得多，因此也易于二次粉碎。
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4、生產(chǎn)效果
    生產(chǎn)實(shí)踐證明，GJM- 90生產(chǎn)線具有工藝設(shè)計(jì)合理、設(shè)備性能優(yōu)良、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定以及生產(chǎn)運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。該生產(chǎn)線生產(chǎn)的超細(xì)硅酸鋯的中位粒徑為0.5～0. 75um（光透沉降法測(cè)量），達(dá)到了國(guó)內(nèi)高檔陶瓷產(chǎn)品釉料乳濁劑的品級(jí)要求。