论球磨粉在阳极炭素生产中的制备和使用

摘要：球磨系统是阳极炭素成型生产的关键工序，详细阐述了江苏大屯铝业球磨机的工作原理以及在成型生产过程中球磨粉粉子纯度的主要作用，对于成型生产有着积极的作用和帮助。

关键词：球磨机；球磨粉；纯度；生坯

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2011）12-0276-02

1 概况

球磨粉的生产工序是阳极炭素生产的一道关键工序，球磨粉的生产核心设备为球磨机。目前国内阳极炭素生产系统采用的球磨机主要有闭式循环风吹扫球磨机和雷蒙磨。我厂使用的磨粉设备为国产Φ2.13×3.6m炭素专用球磨机，入磨焦炭粒度＜6mm，球磨粉细度：－200目占75％。球磨粉的细度是阳极炭块生产的关键指标，对阳极炭块的质量有着重要影响。

2 球磨粉的制备

2.1 球磨粉制备的设备——球磨机的主要结构

（1）筒体，球磨机的筒体一般是由钢板焊接而成。其两端用端盖封闭，端盖是铸铁铸造，端盖外侧一般带加强筋。在筒体中部开口可方便钢球的加入筛选。（球磨机结构见图1）

（2）衬板，球磨机的筒体内壁一般都镶有衬板。衬板有多种型式，一般多采用波形和长条形。衬板直接与研磨体接触为易损件，主要为耐磨的高锰钢铸成。

（3）主轴承，主轴承是球磨机的最主要部件，也是易损件。它承受球磨机工作部件的全部载荷。生产过程中需要特别注意轴心的精确对正、轴承的润滑和轴承密封。

（4）传动装置，球磨机的传动方式一般采用低速同步电机通过联轴节使小齿轮转动，并啮合固定在筒壳上的大齿轮而使筒体转动。为防止灰尘落入齿轮中，用防尘罩密封。

2.2 风扫式球磨系统工作原理

球磨机的主要原料为石油焦中碎筛分系统将6mm以下的煅后焦、残极中碎筛分系统将3mm以下的残极以及部分收尘粉。经过圆盘定量给料机将球磨前仓的原料送入球磨机，被研磨成细粉后，借助引风机送入粗粒分级器分选粗颗粒不合格料返回球磨机，细料进入多管旋风除尘器过滤后输送至磨粉仓供生产使用。（磨粉系统生产工艺流程见图2）

2.3 球磨粉生产时的注意事项

2.3.1 研磨体钢球的量和大中小球的比例

阳极炭素用的球磨机研磨体一般采用铸钢球，钢球的直径大小、配比和加入数量对球磨机的产量和产品细度有着直接的影响。钢球的加入量一般控制在筒体容积的30%左右。而钢球的大小应根据被研磨物料的硬度、加料块度大小和球磨机内径进行选择。一般阳极炭素用球磨机钢球直径在60mm，配合部分30-40mm的中小钢球。大中小钢球的配比在5:1:4最为适宜。在正常生产过程中，大钢球应及时补充和添加，添加的量可以按照每吨阳极0.10-0.30Kg钢球定期定量补充。

2.3.2 球磨机的工作状态

球磨机的工作状态主要有3种，分别是泄落式、抛落式和离心式，其中泄落式和离心式是我们在日常生产过程中需要避免的工作状态。泄落式工作状态下球磨机转速较慢，物料的研磨主要依靠钢球的滑动和压碎的研磨作用完成的；抛落式工作状态下物料的研磨主要依靠抛落钢球击碎来完成；离心式状态下球磨机转速过高，钢球跟随磨机一起转动而失去了研磨作用。三种工作状态抛落式研磨效率最高，其他两种状态在生产过程中应避免。（球磨机工作状态见图3）

2.3.3 粗粒分级器的作用

粗粒分级器主要作用是依靠叶片转动产生的离心力将粗颗粒不合格粉料分选出来重新返回系统研磨最终达到提高和稳定磨粉纯度的作用。

3 球磨粉的使用

3.1 配方中球磨粉的作用

在阳极炭素生产过程中，配料环节是阳极炭块质量的根本，而配方是配料生产的基础。配方中粉料含量的高低直接决定着阳极炭块合格率的高低，一般在阳极炭素生产中粉料含量占干料配比的30%左右。球磨粉和小颗粒在配料中的作用主要是填充大颗粒间的空隙，在一定范围内增加小颗粒和粉料的用量，可以提高预焙阳极的密度和机械强度，减少预焙阳极的气孔率，且在焙烧后外观质量更好。但是粉料含量过高则会导致生坯弹性后效过大，在炭块成型后提出模具时易产生裂纹；且由于粉料含量过大阳极生坯弹性后效更大，因而在焙烧300-500℃升温过程中产生裂纹废品，并且使得阳极的抗热震性和抗氧化性能下降。由于粉料的比表面积较大，配料时所需要黏结剂的量更多，这就导致了制品焙烧后气孔率增大，降低制品的机械强度。粉料量过少，则使糊料塑性降低，阳极炭块的体积密度降低，炭块空气渗透率大，电阻率下降，理化指标不合格。

3.2 球磨粉与煤沥青的关系

阳极炭素胶料理论认为，混捏后的糊料是由骨料和胶料组成的，胶料是煤沥青和炭质粉料在合理配比下形成的，具有一定结构及强力黏结作用的物料。炭质粉料的比表面积比颗粒骨料大得多，因此混捏时大部分煤沥青均为炭质粉料所吸附，且由于阳极生坯中的胶料占生坯总重的60%左右，生坯的理化性能主要是由胶料的特性决定，因此阳极炭素生产过程中球磨粉与煤沥青含量的配比极其重要。球磨粉与煤沥青最佳的配比时应该做到液态煤沥青均匀涂布和浸润在炭质颗粒的表面，并使所有炭质颗粒和粉料表面吸附一层煤沥青黏结剂，从而使得所有炭质颗粒黏结在一起，有利于成型。一般生产过程中球磨粉加入量在30%时，沥青加入量应控制在15.5±0.5%即可，沥青量过高则容易使阳极焙烧后填充料粘结严重难于清理，沥青量过低容易导致炭块粘结力不够阳极出现裂纹。

3.3 球磨粉中300目含量的控制

阳极炭素生产要求球磨粉200目以下含量在70±5%，由于生产过程中球磨前仓原料主要为煅后焦和残极但是同样添加了部分收尘粉，因此在生产过程中控制球磨粉200目含量的同时一定要保证300目含量不能过高，因为收尘粉的粒级大多在300目且由于收尘粉为流态化焦粉，不能被沥青很好地湿润，导致糊料塑性差，易出现阳极炭碗裂纹。因此，当收尘粉含量较高时生产过程中应适当降低球磨粉的纯度一般多灰时球磨粉纯度要求200目以下60±5%，少灰时在70±5%。

4 球磨粉的化验指标——粉子纯度

球磨粉的化验指标主要有两种分别为比表面积和粉子纯度，一般情况下国内炭素厂家对球磨粉进行粉子纯度的分析。纯度是指某一名义尺寸粒级的物料中实际上真正符合该尺寸要求的物料所占的百分数。物料纯度对于计算工作配方指导生产有着极其重要的意义。正常生产时，对球磨粉的纯度监控应做到每班两次，及时监控调整保证生产配方的执行。

5 结语

（1）粉子纯度的控制很重要，因为粉子纯度的波动直接影响到阳极生产配方的执行，导致预焙阳极质量的波动。

（2）300目含量要关注，因为300目含量过高是引起阳极炭碗变形和成型问题的重要原因之一，也是导致预焙阳极形成表面裂纹，表面缺陷和炭碗结构缺陷的主要原因。

（3）球磨机的钢球量是控制球磨粉纯度和产量的重要手段，一般阳极炭素用的球磨机钢球充填量在30%左右，大钢球直径为60mm，中钢球直径为40mm，小钢球直径为30mm，大中小球比例为5:1:4。钢球量的添补要及时，可以按照每吨阳极0.1-0.3Kg钢球进行定期定量补充。

参考文献

［1］许斌，王金铎.炭材料生产技术600问［M］.北京：冶金工业出版社.

［2］王平甫，宫振，等.铝电解炭阳极生产与应用［M］.北京：冶金工业出版社，2005.（57）.

［3］钱湛芬.炭素工艺学［M］.北京：冶金工业出版社，2006.（64）.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”