1 開(kāi)發(fā)背景
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)紙面石膏板生產(chǎn)企業(yè)在紙面石膏板生產(chǎn)中主要以再生二水石膏粉和生石膏粉作為促凝劑。但再生二水石膏粉的粒度較大，一般在0.01～0.02 mm，比表面積較小，僅為6000～7000 cm2/g 左右。因此，在紙面石膏板生產(chǎn)中為使促凝劑發(fā)揮正常的促凝作用，勢(shì)必增大其加入量，這就造成料漿中含水量增加、生產(chǎn)中能耗提高、板材性能降低等缺點(diǎn)。
基于再生二水石膏粉的上述缺點(diǎn)，一些紙面石膏板生產(chǎn)企業(yè)普遍青睞于用生石膏粉和淀粉按一定比例在臥式攪拌磨（紙面石膏板行業(yè)內(nèi)俗稱(chēng)小球磨機(jī)） 中粉磨超細(xì)粉作為促凝劑。該促凝劑粒度小，可達(dá)0.01 mm 以下，比表面積大，超過(guò)10000 cm2/g。用粉磨后的超細(xì)粉配制成促凝劑，可大大改善前述生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，其最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)紙面石膏板的初凝時(shí)間影響較少，但能顯著縮短初凝、終凝的時(shí)間間隔。分析該促凝劑的作用機(jī)理，主要是生石膏粉與一定比例淀粉復(fù)合配制的促凝劑，使生石膏粉微晶的表面包裹一層細(xì)顆粒淀粉，生產(chǎn)中促凝劑在與石膏料漿接觸后，首先是促凝劑表面包裹的淀粉溶解糊化，而后才露出生石膏粉微晶，這樣使其在料漿中起促凝作用的時(shí)間推遲；另外，通過(guò)粉磨，該促凝劑比表面積增大，加入的量非常少就能達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，這對(duì)降低生產(chǎn)能耗、提高板材性能大有益處。
根據(jù)目前紙面石膏行業(yè)對(duì)磨細(xì)設(shè)備的需求，中國(guó)新型建筑材料工業(yè)杭州設(shè)計(jì)研究院于2007 年成功開(kāi)發(fā)了Ф0.4×2.86 臥式攪拌磨，主要為紙面石膏板生產(chǎn)中通過(guò)超細(xì)粉磨原料，以達(dá)到優(yōu)化工藝、減少促凝劑用量、降低能耗等作用。該設(shè)備即將在“沙特2000 萬(wàn)m2/a 紙面石膏板生產(chǎn)線”項(xiàng)目中應(yīng)用。
2 臥式攪拌磨的開(kāi)發(fā)
2.1 臥式攪拌磨的粉磨機(jī)理
臥式攪拌磨與普通球磨機(jī)的粉磨機(jī)理不同，磨內(nèi)置有攪拌器，攪拌時(shí)輸入的功率通過(guò)攪拌器來(lái)推動(dòng)研磨介質(zhì)以達(dá)到磨細(xì)物料的目的，而普通球磨機(jī)或振動(dòng)磨為通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)筒體達(dá)到粉磨的原理。由于臥式攪拌磨在攪拌時(shí)不需轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)筒體，因此，能耗比普通球磨機(jī)和振動(dòng)磨都低。臥式攪拌磨通過(guò)攪拌器推動(dòng)研磨介質(zhì)與物料作多維循環(huán)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在研磨介質(zhì)和物料中綜合了動(dòng)量和沖量的作用。研磨過(guò)程中物料所受作用力主要有：（1）研磨介質(zhì)間相互沖擊、碰撞產(chǎn)生的沖擊力；（2）研磨介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的摩擦力和剪切力；（3）研磨介質(zhì)填入攪拌器所留下空間形成的沖擊力；（4）各層介質(zhì)速度差形成的剪切力等。在上述各作用力的綜合作用下，物料被研磨達(dá)到亞微米級(jí)，并且得到的物料為均勻分散體。因此，新開(kāi)發(fā)的臥式攪拌磨是一種能量利用率較高并兼具研磨、攪拌和分散作用的多功能超細(xì)粉磨設(shè)備。
2.2 臥式攪拌磨的主要技術(shù)性能
臥式攪拌磨額定產(chǎn)量300 kg/h。研磨筒是物料磨細(xì)、均化分散的場(chǎng)所，也是受研磨介質(zhì)沖擊和摩損最嚴(yán)重的部位，研磨筒直徑0.4 m，長(zhǎng)度2.86 m，為了確保其使用壽命，本設(shè)計(jì)的研磨筒采用了硬度和韌性兼具的耐磨材料；為了降低研磨筒因研磨介質(zhì)沖擊和摩擦而產(chǎn)生的熱量對(duì)產(chǎn)品性能的影響，在研磨筒外設(shè)置了水套結(jié)構(gòu)，通過(guò)循環(huán)水對(duì)研磨筒進(jìn)行及時(shí)冷卻，通水量15 L/min。為防止水路短路，同時(shí)使水流對(duì)研磨筒體冷卻充分，確保研磨筒足夠的冷卻面積，水套內(nèi)對(duì)水流流向進(jìn)行了強(qiáng)制設(shè)計(jì)；研磨筒上方的檢修口設(shè)計(jì)得比較大，以便于研磨介質(zhì)的裝填與調(diào)配，同時(shí)配置了可以快速拆裝的檢修蓋，大大提高了檢修效率。進(jìn)出料口均配置蓖板，以防止研磨介質(zhì)從進(jìn)料口飛出或隨產(chǎn)品從出料口排出；攪拌器是臥式攪拌磨傳遞能量的核心部件，它與研磨筒內(nèi)壁的間隙應(yīng)均勻合理，否則在研磨介質(zhì)工作期內(nèi)會(huì)發(fā)生介質(zhì)“卡塞”現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)將其均勻分成4 個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域均盛裝一定配比的等量的研磨介質(zhì)（Ф0.4×2.86 臥式攪拌磨結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1）。
2.3 研磨介質(zhì)的組合設(shè)計(jì)
研磨介質(zhì)是產(chǎn)品細(xì)度、產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的決定性因素。研磨介質(zhì)的粒徑越大，產(chǎn)品粒徑就越大，產(chǎn)量就越高；反之研磨介質(zhì)的粒徑越小，產(chǎn)品粒徑就越小，產(chǎn)量就越低。一般根據(jù)給料的粒度和產(chǎn)品的細(xì)度要求確定研磨介質(zhì)的粒徑大小；研磨介質(zhì)密度決定了沖擊力作用的強(qiáng)弱，在一定條件下，密度越大，沖擊力越強(qiáng)，研磨能力就越強(qiáng)，研磨效率就越高；研磨介質(zhì)的填充量應(yīng)該適當(dāng)，填充量太大將影響產(chǎn)品產(chǎn)量，填充量太小將影響研磨效率和產(chǎn)品細(xì)度。
中國(guó)新型建筑材料杭州設(shè)計(jì)研究院開(kāi)發(fā)的臥式攪拌磨的研磨介質(zhì)由Ф25 mm、Ф30 mm、Ф35 mm三種球形介質(zhì)按一定配比組合而成。在連續(xù)研磨過(guò)程中，攪拌磨內(nèi)很難在長(zhǎng)時(shí)間工作中保持介質(zhì)球配比不變，介質(zhì)球直徑差別太大會(huì)加劇介質(zhì)球間無(wú)效磨損，即大球?qū)π∏虻难心?，使研磨過(guò)程成本加大。為了降低成本，我們多采用補(bǔ)充大球方法來(lái)恢復(fù)攪拌磨的研磨能力。
介質(zhì)球的配比直接關(guān)系到研磨能力能否發(fā)揮以及如何降低研磨介質(zhì)的能量損耗，在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中針對(duì)具體物料（不同配比）不斷摸索出適合自身工藝特點(diǎn)的介質(zhì)球配比方案和能耗規(guī)律，及時(shí)補(bǔ)充介質(zhì)球，適時(shí)清倉(cāng)剔除過(guò)小的無(wú)效介質(zhì)球。
2.4 臥式攪拌磨的優(yōu)點(diǎn)
在石膏板生產(chǎn)線的料漿中加入生石膏粉作為促凝劑，要求促凝劑磨得越細(xì)越好，越干燥越好，并且要邊制備邊使用，才能使促凝劑晶形松散，顆粒小，比表面積大，達(dá)到較小加入量即可起到良好的促凝效果的要求。在石膏板生產(chǎn)線的凝固控制系統(tǒng)中，本設(shè)備的進(jìn)出料口與上下游設(shè)備密封連接，完全能夠滿足上述對(duì)促凝劑的要求并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。
（1）產(chǎn)品細(xì)度和產(chǎn)量易于調(diào)節(jié)。通過(guò)改變攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度，介質(zhì)球的大小、配比和進(jìn)料口料流的速度等來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的細(xì)度和產(chǎn)量。
（2）能量利用率高。本設(shè)計(jì)利用高密度小直徑的研磨介質(zhì)提高研磨效率，比常規(guī)臥式磨機(jī)節(jié)能50%。
（3）與同等技術(shù)水平的進(jìn)口設(shè)備比較，投資少，維修方便，具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
（4）利用以摩擦力為主的作用力研磨物料，能有效磨細(xì)物料，產(chǎn)品可磨至亞微米級(jí)。
（5）重心較低，震動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低。
（6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易。
（7）研磨介質(zhì)壓力均勻。
2.5 粉磨中需注意的問(wèn)題
研磨過(guò)程中必須調(diào)節(jié)攪拌器使之處于合適的回轉(zhuǎn)速度?；剞D(zhuǎn)速度過(guò)高，研磨介質(zhì)緊貼研磨筒壁回轉(zhuǎn)，起不到研磨作用；回轉(zhuǎn)速度太低則研磨介質(zhì)拋起的高度不夠，導(dǎo)致研磨介質(zhì)和物料間無(wú)足夠的摩擦、沖擊和剪切作用，影響產(chǎn)品的細(xì)度和產(chǎn)量。當(dāng)研磨介質(zhì)的配比、填充率和攪拌器的回轉(zhuǎn)速度確定后，工作中通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料的料流速度和控制物料在研磨筒內(nèi)滯留的時(shí)間來(lái)保證產(chǎn)品的最終細(xì)度和產(chǎn)量。
3 結(jié)語(yǔ)
在開(kāi)發(fā)臥式攪拌磨過(guò)程中，我們本著嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，搜集了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，相關(guān)企業(yè)給出了有益的意見(jiàn)和建議，并對(duì)設(shè)備的制造進(jìn)行了全程技術(shù)指導(dǎo)和質(zhì)量控制，設(shè)備制造完成后進(jìn)行了生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)，記錄了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為今后開(kāi)發(fā)不同規(guī)格的臥式攪拌磨積累了經(jīng)驗(yàn)，也為臥式攪拌磨的系列化奠定基礎(chǔ)。
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