CN105859258B - 一种水泥球磨机用陶瓷研磨球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥球磨机用陶瓷研磨球及其制备方法，所述水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92‑95%、立方氮化硼0.5‑2%、碳化钽0.8‑3%、碳化钛1‑3%、二硫化钼0.5‑2%、纳米碳化硼0.8‑1%、高岭土1‑1.2%，采用压制成型后高温烧结的方法制备，包括配料、球磨、喷雾造粒、料仓陈腐、压型加工、高温烧结、清粉抛光、成品干燥等工序。本发明的水泥球磨机用陶瓷研磨球具有高硬度、高耐磨、耐高温等优点之外还具有极限的抗震、耐磨、抗冲击性能。

Description

一种水泥球磨机用陶瓷研磨球及其制备方法
技术领域
本发明涉及水泥加工领域，尤其涉及一种水泥球磨机用陶瓷研磨球其制备方法。
背景技术
水泥球磨机具有对物料适应性强、能连续生产、破碎比大、易于控制粉磨产品的细度等特点。常用的水泥球磨机的工作原理为，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，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生冲击和研磨作用。水泥球磨机研磨球是球磨机的研磨物料介质，通过球磨机研磨球、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，研磨球在使用时的硬度和耐磨性是影响球磨粉磨效果的主要因素之一，同时因为被长时间不停地撞击，对于研磨球的抗冲击性能有极高要求。
现有技术中，水泥球磨机用研磨球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，钢质的磨球质量大，工作时功耗高，带来的碳排放大，影响能量效率和环保；另外，钢质磨球易变形、相互间易粘联，影响水泥平均粒度的一致性，水泥强度波动大、后期易发生不规则变形；目前常用钢质磨球均为马氏体型磨球，其金相组织在250℃以上就会发生相变，机械性能迅速下降，同时也更易变形、粘连，因此难以适应长时间、高强度的磨制工作；钢质材料易被多种盐、酸、碱腐蚀，其本身在氧化+水环境下也会发生腐蚀，损耗大，同时影响制备水泥的纯净度。
陶瓷作为一种新型的水泥球磨机用陶瓷研磨球材料，具备高硬度、耐高温、耐腐蚀等显而易见的优点，能基本克服上述缺点。
本发明人同日申请的专利中，公开了一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其配方在传统的Al2O3-CaO-MgO-SiO2四元体系的基础上新增了立方氮化硼、二氧化钛、二硫化钼等添加剂，其具有较低的成本和低密度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、运转能耗低、物耗低、结合力好、撞击能力强、抗冲击抗爆震、生产的水泥细度和后期强度高等一系列优异的综合性能，但其在极限工作条件下的抗震、耐磨、抗冲击方面还稍有欠缺。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供比传统陶瓷材料具有更优良的抗震、耐磨、抗冲击性能的水泥球磨机用陶瓷研磨球。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其成分按重量百分比计含有氧化铝92-95%、立方氮化硼0.5-2%、碳化钽0.8-3%、碳化钛1-3%、二硫化钼0.5-2%、纳米碳化硼0.8-1%、高岭土1-1.2%。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球，其为实心球体，粒度值优选为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm中的一种或多种的组合。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球，其为实心椭球形，优选为实心橄榄形；
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球，其表面有类似足球表面区块的规则凸起或类似西瓜纹路的条状凸起；
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，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。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其中：步骤(c)中加入PVA溶液的同时，还加入适量的消泡剂。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其中：步骤(e)用于压型成坯的粉料颗粒大小控制为30-80目。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其中：步骤(f)中所述隔离砂为40目以下的白刚玉。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，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。
上述的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，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。
与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，氧化铝为主成分，它是新型陶瓷制品中使用最为广泛的原料之一，具有一系列优良性能如高温耐火、耐磨等，奠定了整个陶瓷的性能基础，其它成分中立方氮化硼的耐热性、耐热冲击和高温强度都很高，碳化钽和碳化钽硬度接近金刚石、耐极度高温，二硫化钼高转速下高耐磨、耐腐蚀、润滑效果好，纳米碳化硼莫氏硬度极高达到9.3、密度低、强度大、高温和化学稳定性好，高岭土既提供二氧化硅又作为良好的粘接剂，这些材料的综合作用使制得的成品既具有传统的陶瓷材料的优点：密度低、高硬度、耐高温、耐腐蚀、运转能耗低、物耗低、结合力好、撞击能力强、抗冲击抗爆震、生产的水泥细度和后期强度高等，同时纳米碳化硼、立方氮化硼等材料在少量二硫化钼和高岭土的粘合作用下，具有更优良的抗震、耐磨、抗冲击性能；加入了一定比例的立方氮化硼和二硫化钼，在提高磨球机械性能的同时使成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。
同时，与现有技术比较，本发明中的水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，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，因此在喷雾造粒中添加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
图1是本发明的几种典型结构的示意图。
图中：实心球体1、表面有类似足球表面区块规则凸起的实心球体2、表面有类似西瓜纹路条状凸起的实心球体3、实心椭球体4、实心橄榄球体5、表面有类似足球表面区块规则凸起的实心椭球体6、表面有类似足球表面区块规则凸起的实心橄榄球体7、表面有类似西瓜纹路条状凸起的实心椭球体8、表面有类似西瓜纹路条状凸起的实心橄榄球体9。
具体实施方式
实施例1：
该水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92%、立方氮化硼0.5%、碳化钽0.8%、碳化钛2.5%、二硫化钼2%、纳米碳化硼1%、高岭土1.2%，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，形状为实心球体，粒度值优选为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm中的一种或多种的组合，表面光滑或表面有类似足球表面区块的规则凸起或表面有类似西瓜纹路的条状凸起，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。
实施例2：
该水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝95%、立方氮化硼0.5%、碳化钽0.8%、碳化钛1%、二硫化钼0.5%、纳米碳化硼1%、高岭土1.2%，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，形状为实心椭球体或优选的实心橄榄形，表面光滑或表面有类似足球表面区块的规则凸起或表面有类似西瓜纹路的条状凸起，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。
实施例3：
该水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92%、立方氮化硼2%、碳化钽1.7%、碳化钛2%、二硫化钼0.5%、纳米碳化硼0.8%、高岭土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=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，形状为实心球体，粒度值优选为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm中的一种或多种的组合，表面光滑或表面有类似足球表面区块的规则凸起或表面有类似西瓜纹路的条状凸起，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。
实施例4：
该水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92%、立方氮化硼0.5%、碳化钽3%、碳化钛2.2%、二硫化钼0.5%、纳米碳化硼0.8%、高岭土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=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，形状为实心椭球体或优选的实心橄榄形，表面光滑或表面有类似足球表面区块的规则凸起或表面有类似西瓜纹路的条状凸起，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。
实施例5：
该水泥球磨机用陶瓷研磨球按重量百分比计含有氧化铝92%、立方氮化硼0.5%、碳化钽1.6%、碳化钛3%、二硫化钼1%、纳米碳化硼0.9%、高岭土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，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，形状为实心球体，粒度值优选为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm中的一种或多种的组合，表面光滑或表面有类似足球表面区块的规则凸起或表面有类似西瓜纹路的条状凸起，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。
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。

Claims (10)

1.一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其特征在于：其成分按重量百分比计含有氧化铝92-95%、立方氮化硼0.5-2%、碳化钽0.8-3%、碳化钛1-3%、二硫化钼0.5-2%、纳米碳化硼0.8-1%、高岭土1-1.2%。
2.根据权利要求1所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其特征在于：其为实心球体，粒度值为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其特征在于：其为实心椭球形，为实心橄榄形。
4.根据权利要求2或3所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球，其特征在于：其表面有类似足球表面区块的规则凸起或类似西瓜纹路的条状凸起。
5.一种如上述任一权利要求所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：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，压型粉料水分控制在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。
6.根据权利要求5所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：步骤(c)中加入PVA溶液的同时，还加入适量的消泡剂。
7.根据权利要求5所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：步骤(e)用于压型成坯的粉料颗粒大小控制为30-80目。
8.根据权利要求5所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：步骤(f)中所述隔离砂为40目以下的白刚玉。
9.根据权利要求5所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：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。
10.根据权利要求5所述的一种水泥球磨机用陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于：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。
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