“破球”和“減產”是陶瓷球在通用矽酸鹽水泥應用中最常見的兩大難題。儘管陶瓷球容重輕、執行節電、磨內發熱少、磨溫低，有利於提高粉磨效率和水泥產品對混凝土外加劑的適應性，備受許多水泥企業集團青睞，但這兩大難題又使許多有心人望而卻步、心有餘悸，成為陶瓷球推廣應用中的潛在障礙。“減少陶瓷球的破損，是推廣陶瓷球的必備前提；遏制球磨機減產，是水泥企業的必然要求。”當前，急需大家齊心協力、規範市場，推進供給側結構性改革，為水泥企業用好陶瓷球、實現節能降耗，獻計獻策。

1.降低陶瓷球“破損率”的途徑

根據一年來陶瓷球應用技術研發工作的體會，簡介如下：

（1）配料方案中新增“增韌”元素：陶瓷球屬無機非金屬材料，當它的硬度、耐磨性達到一定程度後，韌性不足的弱點就顯現無疑了。球磨機內部的襯板和構件，目前都是鑄鋼材質，其研磨體和粉磨物料的運動狀態，也是在滾動、滑動、衝擊、碰撞等錯綜複雜、變換交替的環境下進行著。因此，陶瓷球在粉磨物料的同時，本身也受到了不同形式、不同方向、不同大小的反作用力。此時，除耐磨、抗蝕之外，抗衝擊的韌性，就顯得十分重要。而專門針對幹法水泥粉磨而開發的陶瓷球產品，必須加入微量元素（如氧化鋯等）改性增韌，才能保證它不僅強度高，而且還具備較好的韌性。

（2）優選成型方法：陶瓷球成型方法常見壓制球和滾制球兩種。由於工藝過程的差異，導致成型、焙燒後的球石內部晶體結構不同，密實程度和抗衝擊的能力也不一樣。透過多次、反覆地破壞性試驗，我們發現：在研磨水泥物料的過程中，相同材質、相同規格的陶瓷球，壓制球破損率低於滾制球。

（3）陶瓷球不宜用在球磨機的衝擊粉碎倉：在水泥粉磨過程中，當入磨物料粒度≥5mm時，球磨機的第一倉需要研磨體處於拋落狀態，以衝擊粉碎作用為主，將大塊物料粉碎成細顆粒；此時，研磨體不僅受到強大的反作用力，而且也難免碰撞到磨內密佈的鑄鋼襯板、隔倉板及其他構件上；所以，這樣的工況，不適合韌性有限的陶瓷球工作，否則會出現較高的破損率。

（4）空倉裝磨時，先加料、後加球：中國水泥行業已經強制性地淘汰了Φ3米以下的球磨機，各企業在研磨體裝磨時，都採用電動葫蘆吊裝卸球，此時的落差都在3米以上，陶瓷球卸落到鑄鋼襯板上，會使球體內部產生不同程度的微裂紋，影響陶瓷球的使用壽命。所以，空倉裝磨時應先加進2～3噸物料（或散裝水泥），以緩解衝撞力、保護陶瓷球。

2.解決粉磨系統臺時產量降低的途徑

在水泥企業，許多人都錯誤地認為：“陶瓷球應用沒什麼技術，不就是把球磨機尾倉的鋼鍛倒出來換上陶瓷球嗎？”實際上，這麼做的後果，就是隻能把粉磨系統的臺時產量一降再降。原因很簡單，不降低產量，出磨物料中合格的水泥成品含量太少，要保證水泥產品質量（細度、比表面積）達到內控指標，就得降低產量。好多在水泥粉磨車間工作十幾年或幾十年的員工，開始都不相信這個現實，按使用鋼球、鋼鍛的經驗對待陶瓷球的應用，球磨機臺時產量一下子就降了20%～30%，再多加陶瓷球，問題也得不到解決。只有此時，各位才不得不承認：應用陶瓷球，既要粉磨系統節電，又不能降低水泥的產、質量，同志還需努力！而這也正是陶瓷球應用技術的科技含量所在。

陶瓷球的硬度、耐磨效能，都不亞於鋼球。我們透過多次小磨試驗，都證實了這一點：在相同規格、相同裝載量、相同粉磨時間的條件下，陶瓷球與鋼球粉磨水泥的產、質量，基本持平。為什麼進了大磨，差異就顯現出來了呢？究其原因，主要有以下兩點：

（1）陶瓷球容重為2.2t/m3，而鋼球容重為4.5t/m3，在球磨機同一倉位內，陶瓷球一般做不到與鋼球、鋼鍛有相同裝載量，如果裝載量相同，陶瓷球的體積（或填充率）就得是鋼球、鋼鍛的2倍。然而，球磨機磨內填充率的限值要求是，必須小於50%。所以，容重輕，是陶瓷球節電的本錢，同時又是“不可超限”的弊端。

（2）幹法粉磨水泥的球磨機，是磨頭加料、磨尾出料的連續性工作裝置。物料從進口到出口，一般在磨內停留時間只有18～20分鐘，大型球磨機的尾倉長度為8～9米，物料最長的停留時間都在10～15分鐘之內。陶瓷球受填充率所限，裝載量無法增加，粉磨時間又不可能延長，要想把物料磨細、符合企業內控指標要求，這就是難題。即，陶瓷球的研磨能力與鋼球、鋼鍛不在一個數量級上。換句話說，陶瓷球不能與鋼球、鋼鍛在同一起跑線上比賽，必須要向前倉的鋼球、甚至延伸到磨前的預粉碎（輥壓機）系統借力，讓進入尾倉的物料比裝鋼球、鋼鍛時更細，沒有前面的幫助，它在尾倉必然“掉鏈子”。應用陶瓷球之前，如果這兩點沒看清、沒想通，球磨機“減產”，那就在意料之中了。

在陶瓷球應用之前，我們一定要開啟磨門，進入球磨機內，測量一下各倉研磨體的實際填充率（計算實際裝載量），做到心中有數。經過多次大磨試驗，在入磨粒度≤5mm的水泥粉磨系統，我們摸索出一套簡單的解決辦法——空高操作法。即，在使用陶瓷球的前一倉（鋼球倉）內補球，直至倉內的高徑比H/Di（研磨體表面的空間高度H與有效內徑Di之比）達到適宜的目標範圍：0.55（上限）～0.60（下限）。它所對應的填充率上限約為43%，下限約為37%；過低無力，過高無益。這樣之後，只要尾倉陶瓷球的裝載量達到原來尾倉鋼鍛（或小鋼球）裝載量的60%～70%，預期目標就會實現，水泥粉磨系統的臺時產量就不會降低或僅僅略有降低（≤5%原產量）。

有些水泥企業反映，他們的球磨機鋼球填充率超過30%後，球加不進去。那怎麼辦呢？原因在於：部分中國產球磨機和大型的滑履磨的設計引數中，都是以金屬研磨體（鋼球、鋼鍛）為參照物，一倉裝載量要服從衝擊粉碎的需要，填充率一般都不超過30%，否則鋼球形不成拋落狀態，衝擊力達不到工藝要求。因此，沒有考慮今後填充率提高的需要，磨頭進料口設計尺寸偏大。如果是這樣的磨機，那麼就應該在使用陶瓷球之前，對進料口適當進行改造，增加一段進料螺旋，縮小進料口尺寸，就可以加進鋼球了。

對水泥企業來說，目前陶瓷球應用技術闖出了一條水泥粉磨節能的新途徑。在創新驅動的新形勢下，遇到一點小波折，也是難免的。只要我們精心操作、認真總結，一定能在最短的時間內，把這項經濟實惠的技術學會、弄懂、掌握好，為企業節支降耗貢獻力量。

隨著現代製造技術向高科技方向發展，新型陶瓷研磨介質（高效能陶瓷球、微珠）得到了廣泛的應用。其主要原因是：陶瓷球和微珠大都具有高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、比重大、效率高等特點。

中國粉體網訊使用磨介球進行粉體研磨，追求的是粉體與磨介球進行有效碰撞的大機率事件。發生有效碰撞的頻率越高，粉體顆粒的破碎率也就越大。磨介球攜帶足夠能量是很關鍵的因素，自由落體的研磨球，如果使用小尺寸磨介球，攜帶能量有限，不足以打碎原有的粉體顆粒。

1、陶瓷磨介球如何滾動成型包括以下步驟：將γ-氧化鋁、稀鹽酸和氧化鋁球球磨混合，抽濾後得到粉體；將製得的粉體和氧氯化鋯混合，再加入矽溶膠，得到料漿；將製得的料漿與氧化鋁球和水混合，然後加熱保溫，使氧氯化鋯形成溶膠；將製得的溶膠乾燥，保溫，然後經粉碎後得到細晶鋯鋁複合粉體；將製得的粉體經成型工藝成型球坯，燒結，得到產品。本發明成本低，流程簡單，製備得到的微晶鋯鋁複合磨介研磨時避免大顆粒的脫落，同時提高了磨介的整體力學效能，產品磨耗低。

2、振動磨機筒內磨介球密度的改變對研磨效果的影響,按不同磨介密度配比設定六種工況,設定相應的模型引數、邊界限制條件、重力載荷施加以及磨介球個數,建立離散元法磨介流數值模擬模型,用PFC3D軟體進行模擬模擬,結果表明:工況5的研磨效果最佳,而工況1的研磨效果最差,工況5相比工況1,動能提高1.936倍、應變能提高2.373倍、接觸力提高1.605倍.本研究為製備超微顆粒細化試驗的引數最佳化提供了參考,為生產實踐提供資料的指導與理論的支援.

介紹一下氧化鋯研磨球特點及工藝簡介

氧化鋯研磨介質是氧化鋯材料的一個重要應用分支，除了大量用來自己磨自己以外（磨氧化鋯陶瓷粉體），在電子陶瓷粉體，磁性材料，各類陶瓷結構陶瓷及功能陶瓷粉體，日用陶瓷色料和釉料，各類塗料，機械拋光粉體，醫藥和食品等超細研磨中也發揮了極為重要的作用。

根據穩定劑的不同，氧化鋯陶瓷有多種型別。常見的氧化鋯穩定劑通常是鹼土氧化物或者稀土氧化物，比如氧化釔，氧化鈰，氧化鈣，氧化鎂。這些穩定劑穩定氧化鋯的實質大致是相似的，但是效能卻有所不同。在實際應用中，摻雜氧化釔的氧化鋯（3mol%Y2O3部分穩定氧化鋯）具有良好的綜合性能，是許多氧化鋯結構件的首選，也是目前高效能氧化鋯研磨介質的首選。 

氧化鋯研磨材料的特點

從研磨材料的角度去看氧化鋯，它與其它陶瓷研磨介質相比有三個非常突出的特點：其一是密度大；其二是硬度大；其三是韌性好。儘管採購成本也是大大的，但綜合使用成本也還是有優勢，更重要的一點部分不能受到汙染的高純物料就得用低磨損的它。如研磨電子元件漿料，金屬Fe、Cu等元素應避免，含有Fe2O3或CuSO4等成份的研磨介質就不在選擇之列。故氧化鋯研磨介質非常適合要求低雜質的場合。

首先氧化鋯密度大，因而比重大沖擊力大粉碎能量大，與大量使用的氧化鋁陶瓷魔球相比，高品質的氧化鋯陶瓷密度可達6.0g/cm（氧化鋁密度大約在3.5g/cm³-3.9g/cm³），因此衝擊力大，在同樣的條件下，可以大大減少所需的研磨時間，讓材料研磨過程段更高效。

其次，氧化鋯陶瓷與氧化鋁陶瓷的硬度相近，約為12-14GPa，且強度高達800-1000MPa，斷裂韌性可達10MPa·m1/2，均為氧化鋁陶瓷的2~3倍，因此氧化鋯壓碎強度高不易破損，而且其極低的磨耗可以顯著減少雜質引入被研磨材料之間。從而非常適應用於砂磨機，高速振動磨機等裝置中，特別在一些對雜質敏感的領域更是划算。碎珠及磨損少，無需經常補料，因此綜合使用成本仍然相對較低。

氧化鋯研磨球的製備方法

作為研磨介質的氧化鋯材料，其形狀可以是圓柱形型的，也可以是球形的，其中，而球形是當前研磨介質的主要應用形式。通常高品質的微晶氧化鋯磨介多采用氧化釔穩定氧化鋯（Y-TZP）超細粉體為原料成型後經過高溫燒結（1400-1600℃）緻密化，然後透過自磨或新增超細研磨粉拋光處理。氧化鋯研磨介質根據使用要求不同其尺寸可以在0.05mm以上的各種尺寸。下文陶瓷介質球常見的幾種成型工藝做簡單概述。

壓制成型：這是陶瓷大尺寸研磨介質的常見成型方法。主要有幹壓成形（粉料含水或助劑3%-7%）及等靜壓成型（粉料含水或助劑3%以下）。幹壓成型具有操作方法方便簡潔、技術、資金投資少的特點，但由於壓力分佈不均勻而造成素坯內部分佈不一致，從而影響製品的綜合性能，為了提高素坯的密度，在實際生產中常採用不斷增大壓力的方法。但壓力也不是越大越好，當超過極限壓力時，壓力反而會使素坯密度下降，其原因是層裂引起的。而等靜壓成型的坯體強度大，密度高且均勻，可以製備高效能高品質的研磨介質球。因此工業上可以採取兩種方法結合製取高效能的陶瓷球。

工藝簡述：粉體及各類助劑混勻後噴霧造粒，然後將粉料加入金屬模具預製成球，隨後將脫模後的坯體進行冷等靜壓處理獲得球坯，使用這種工藝製備所得坯體緻密度高，燒成陶瓷球密度高，品質好。等靜壓成型法加工裝置投資大，後處理成本大，一般用於生產直徑大於10mm的大尺寸高品質磨介球。   陶瓷球坯模壓-等靜壓成型工藝示意

2、滾製成球 除了冷等靜壓成型工藝的成型工藝，滾製成球也是陶瓷球的一個重要成型方法，該法具有生產裝置、原料、操作簡單，球形度好，易於燒結的特點。雖然成球強度不如冷等靜壓強，但製備成本較低，可根據要求生產0.1mm-60mm範圍內各種尺寸的球。

滾製成球有采用泥段滾製成球的，其工藝過程是：將粉體與水，粘接劑，增塑劑，潤滑劑等加入煉泥機混煉成泥經陳腐形成塑性泥料，放入擠泥機擠製成泥條，並切成長度與直徑相當的泥段，再放入滾球機中滾製成球坯，這種成型方法主要控制好擠泥機模頭口徑和切段長短就可以得到一致性較好的泥段，滾制的球坯圓度也容易控制，但由於球坯密度相對降低，需要提高燒結溫度才能獲得較為緻密瓷體，導致晶粒異常長大，難以製取效能優異的耐磨的微晶氧化鋯。

也有采用粉體直接滾製法的的，其工藝過程是：使用簡單廉價的旋轉滾球機，先加入預製的球坯晶種，然後邊旋轉噴水霧邊新增陶瓷粉體，粉體不斷粘附於晶種表面逐漸長大，最終得到所需尺寸的球坯。透過控制合適的滾製成型工藝引數,可獲得體積密度高、圓度好、大小均勻的球坯。  

3、滴液成球 對於很小很小的氧化鋯研磨介質珠子（0.05mm到零點幾毫米的），可以採用滴定法成型陶瓷珠生坯，舉個例子國瓷使用公司自制水熱合成的6nm高純超細氧化鋯為原材料，透過滴定法所生產的氧化鋯陶瓷微珠可低溫燒結且內部無氣孔，具有高緻密性、高強度、高韌性、低磨耗等效能。使用國瓷定製路線在1200℃燒結的氧化鋯球的平均晶粒大小約為150 nm。可適用於電極材料、多層陶瓷電容器、油漆、塗料等高機能材料的分散與研磨。