臥式砂磨機在板狀剛玉專用氫氧化鋁生產中的應用

孔令武

（中鋁山東有限公司氧化鋁廠，山東 淄博 255051）

1 前言

板狀剛玉又稱板狀氧化鋁，是一種燒結氧化鋁，是在略低于α-Al2O3熔點（2 050 ℃）的1 925 ℃高溫下快速燒結，晶粒達到燒結完全的再結晶α-Al2O3，呈現二維平面的板片狀且有較多的晶間和晶內圓形封閉氣孔的顯微結構特征。由于板狀剛玉的粒度有一定范圍，故在分解過程中需要對其專用氫氧化鋁粒度進行精準調控。中鋁山東有限公司氧化鋁廠早期采用碳化液來制作分解晶種，種子粒度D50=15～17 μm，且碳堿含量較高，污染嚴重，需使用壓濾機進行過濾。后期采用立式砂磨機制作細晶種對粒度進行調控，粒度D50≈4 μm，產能為1.0 m3/h，種子需求量平均為1.5 m3/h，無法滿足生產需求。通過引進新型臥式砂磨機，經過不斷調試、改進，種子粒度、產量、電耗得到大幅度優化。

2 臥式砂磨機介紹

2.1 臥式砂磨機工作原理

研磨桶內填充一定比例的研磨介質，主軸通過葉片帶動研磨介質高速旋轉。供料泵將物料（固液混合體）送到研磨桶內，高速旋轉的研磨介質利用對撞、擠壓、剪切等作用，將物料中的固體顆粒充分分散到液體中以形成均勻穩定的成品，物料在壓力的作用下從進料端流向出料端。在出料端，高速旋轉的出料轉子將研磨介質分離到外層，物料則從出料轉子內經篩網流出。停機時，縫隙比研磨介質還小的篩網將研磨介質截留在桶體內。

2.2 磨機參數

臥式砂磨機的相關參數。設備外形1 900×900×2 000；電機額定功率45 kW；額定電流86 A，電壓380 V；電機額定轉速1 480 r/min；主軸轉速790 r/min；線速度12～14 m/s；有效容積55 L；研磨介質粒徑0.1～2.0 mm；研磨介質填量135～145 kg；分離器（出料網隙）0.05～0.5 mm；進料能力10～30 L/min；研磨結構為盤片結構。

2.3 臥式砂磨機與立式砂磨機對比

運行過程中，立式砂磨機與臥式砂磨機的調試數據對比，發現臥式砂磨機的粒度更小、效率更高、產能更多。原立式砂磨機產能為1.0 m3/h，種子需求量平均為1.5 m3/h，無法滿足生產需求，粒度D50≈4 μm；臥式砂磨機在滿足粒度D50=2.5～3 μm 的情況下，產能可達1.8 m3/h，完全能夠滿足生產需求。

立式砂磨機功率為110 kW，年電耗674 520 kWh；臥式為45 kW，年電耗為229 950 kWh。電費按照價格0.52元/kWh計算，年節約電費23萬元。

立式砂磨機為不銹鋼內襯，檢修時發現內襯磨損嚴重，大量金屬元素隨晶種進入生產流程；而臥式砂磨機為聚氨酯內襯，可降低流程中鐵等金屬元素的含量。

3 運行參數的調試

3.1 運行參數

臥式砂磨機安裝后，使用配套的直徑為0.6～0.8 mm 鋯球，調整不同的主軸轉速、進料量與鋯球質量進行試驗，以磨后粒度為指標，調試砂磨機最佳運行參數。

主軸轉速對磨后質量的影響。初步調試過程中，參數調整為鋯球粒徑0.6～0.8 mm，鋯球質量125 kg，進料量1.2 m3/h，運行時間90 min，測試轉速為500、600、700 r/min條件下磨后粒度分別為5.54、4.40、3.11 μm。

進料量對磨后質量的影響。試驗鋯球粒徑0.6～0.8 mm，鋯球質量125 kg，轉速為700 r/min，進料量為1.0、1.5、2.0 m3/h條件下磨后粒度分別為3.09、3.15、3.20 μm。

進料量對磨后質量的影響。試驗鋯球粒徑0.6～0.8 mm，鋯球質量125 kg，轉速為700 r/min，進料量為1.5 m3/h，鋯球質量為100、125、150 kg 條件下磨后粒度分別為3.25、3.22、3.15 μm。

分組試驗表明，在其他條件一定的條件下，磨后質量隨主軸轉速的升高而提高，隨進料量的增大而提高，隨鋯球質量的增加而提高。在上述試驗中，鋯球為直徑為0.6～0.8 mm，在不同的轉速、進料量、鋯球質量的條件下，磨后粒度D50均為3 μm以上，并且取樣時，晶種樣本砂狀感明顯，粒度分布不均勻，故不符合生產所需。

3.2 鋯球直徑對磨后質量的影響

將鋯球直徑由0.6～0.8 mm 更換為0.8～1.2 mm，加入125 kg，轉速為700 r/min，進料量為1.5 m3/h，開車后電流由30 A 升高為45 A，樣品無顆粒感，目測分布較為均勻，經化驗，晶種粒度2.68 μm，滿足了生產所需，故大粒徑鋯球更能滿足生產需要。

4 袋式過濾器、壓力緩沖罐的應用

砂磨機調整參數后運行72 h 機體出現壓力過高報警，復位開啟后運行一段時間后故障反復，隨即與廠家技術人員溝通。打開砂磨機研磨桶后發現，網隙0.4 mm的出料篩網堵塞，變形嚴重，無法正常出料，研磨桶內憋壓導致故障報警。后更換網隙為0.5 mm的篩網，經一段時間試驗后仍會出現腔體過壓。經過分析研究，在砂磨機進料泵進口處安裝袋式過濾器對雜物進行過濾。過濾器結構見圖1。

圖1 袋式過濾器結構

不銹鋼袋式過濾器是一種結構新穎合理、密封性好、流通能力強、操作簡便等諸多優點，應用范圍廣泛、適應性強的多用途過濾設備。袋式過濾器具有以下特點：濾袋側漏概率小，可承載更大的工作壓力，壓損??；濾袋過濾精度已達到0.5 μm；袋式過濾器處理量大、體積小、容污量大；更換濾袋方便快捷，過濾器免清洗；過濾器濾袋清洗后可反復使用，節約成本；應用范圍廣，使用靈活，安裝方式多樣；每日清理簡易，每次清理只需10～15 min，有效避免砂磨機出現腔體壓力過高的故障。

砂磨機進料使用型號為RGB50-47 的軟管泵，由于此泵是脈沖蠕動泵，在使用中，雖然有運行平穩、耗電低等優點，但也具有運行電流波動較大、軟管壽命短，以及排料管路振動大，管路出現周期性撞擊聲等缺陷，導致砂磨機產生共振，設備運行存在隱患。采用在軟管泵出口至砂磨機管路上使用DN100管道制作安裝1臺壓力緩沖罐，示意圖見圖2。

圖2 砂磨機進料示意圖

壓力緩沖罐的容積與輸送料漿的流量有關，也與輸送系統的壓力有關，此外，還與管道安裝的平穩程度有關。通常情況下，緩沖罐的容積越大，管道的振動越小，管道的噪聲也越小，但容積過大，砂磨機進料量隨之降低，運行效率低。使用RGB50-47軟管泵，流量為6 m3/h，轉速為60 r/min，每轉1周產生兩次脈沖，則每次脈沖流量為0.83 L。根據實際，軟管泵的管路壓力最高可達100 kPa，緩沖罐的容積選擇為每次脈沖流量的10倍左右。目前在用緩沖罐尺寸為Φ100 mm×1 000 mm，能夠滿足所需。

緩沖罐是簡單壓力容器，要保證足夠的耐壓程度和良好的焊接質量，要與軟管泵的揚程匹配。焊接時絕不能漏氣，否則緩沖罐的作用將完全消失。

5 結語

新引入LSM-60B 型臥式砂磨機，替代原有碳化液法制板狀剛玉專用氫氧化鋁晶種。經過不斷調試，現已運行穩定，制出晶種粒度更小，使氫氧化鋁粒度調控更加精準，白度、酸溶率更高，產品質量更高；在砂磨機進料管路上加入袋式過濾器，可避免雜質進入流程中，有效控制砂磨機腔體壓力過高導致的跳?，F象，延長過濾網使用的壽命；在軟管泵出口加入壓力緩沖罐，可大幅削弱由于脈沖引起的系統震動，使整個進料管路更加平穩，提高了軟管泵、砂磨機使用壽命；該系統在滿足粒度D50=2.5～3 μm 的情況下，產能可達1.8 m3/h，自2020 年安裝至今，已連續穩定運轉3 a。