卧式砂磨机在板状刚玉专用氢氧化铝生产中的应用

孔令武

（中铝山东有限公司氧化铝厂，山东 淄博 255051）

1 前言

板状刚玉又称板状氧化铝，是一种烧结氧化铝，是在略低于α-Al2O3熔点（2 050 ℃）的1 925 ℃高温下快速烧结，晶粒达到烧结完全的再结晶α-Al2O3，呈现二维平面的板片状且有较多的晶间和晶内圆形封闭气孔的显微结构特征。由于板状刚玉的粒度有一定范围，故在分解过程中需要对其专用氢氧化铝粒度进行精准调控。中铝山东有限公司氧化铝厂早期采用碳化液来制作分解晶种，种子粒度D50=15～17 μm，且碳碱含量较高，污染严重，需使用压滤机进行过滤。后期采用立式砂磨机制作细晶种对粒度进行调控，粒度D50≈4 μm，产能为1.0 m3/h，种子需求量平均为1.5 m3/h，无法满足生产需求。通过引进新型卧式砂磨机，经过不断调试、改进，种子粒度、产量、电耗得到大幅度优化。

2 卧式砂磨机介绍

2.1 卧式砂磨机工作原理

研磨桶内填充一定比例的研磨介质，主轴通过叶片带动研磨介质高速旋转。供料泵将物料（固液混合体）送到研磨桶内，高速旋转的研磨介质利用对撞、挤压、剪切等作用，将物料中的固体颗粒充分分散到液体中以形成均匀稳定的成品，物料在压力的作用下从进料端流向出料端。在出料端，高速旋转的出料转子将研磨介质分离到外层，物料则从出料转子内经筛网流出。停机时，缝隙比研磨介质还小的筛网将研磨介质截留在桶体内。

2.2 磨机参数

卧式砂磨机的相关参数。设备外形1 900×900×2 000；电机额定功率45 kW；额定电流86 A，电压380 V；电机额定转速1 480 r/min；主轴转速790 r/min；线速度12～14 m/s；有效容积55 L；研磨介质粒径0.1～2.0 mm；研磨介质填量135～145 kg；分离器（出料网隙）0.05～0.5 mm；进料能力10～30 L/min；研磨结构为盘片结构。

2.3 卧式砂磨机与立式砂磨机对比

运行过程中，立式砂磨机与卧式砂磨机的调试数据对比，发现卧式砂磨机的粒度更小、效率更高、产能更多。原立式砂磨机产能为1.0 m3/h，种子需求量平均为1.5 m3/h，无法满足生产需求，粒度D50≈4 μm；卧式砂磨机在满足粒度D50=2.5～3 μm 的情况下，产能可达1.8 m3/h，完全能够满足生产需求。

立式砂磨机功率为110 kW，年电耗674 520 kWh；卧式为45 kW，年电耗为229 950 kWh。电费按照价格0.52元/kWh计算，年节约电费23万元。

立式砂磨机为不锈钢内衬，检修时发现内衬磨损严重，大量金属元素随晶种进入生产流程；而卧式砂磨机为聚氨酯内衬，可降低流程中铁等金属元素的含量。

3 运行参数的调试

3.1 运行参数

卧式砂磨机安装后，使用配套的直径为0.6～0.8 mm 锆球，调整不同的主轴转速、进料量与锆球质量进行试验，以磨后粒度为指标，调试砂磨机最佳运行参数。

主轴转速对磨后质量的影响。初步调试过程中，参数调整为锆球粒径0.6～0.8 mm，锆球质量125 kg，进料量1.2 m3/h，运行时间90 min，测试转速为500、600、700 r/min条件下磨后粒度分别为5.54、4.40、3.11 μm。

进料量对磨后质量的影响。试验锆球粒径0.6～0.8 mm，锆球质量125 kg，转速为700 r/min，进料量为1.0、1.5、2.0 m3/h条件下磨后粒度分别为3.09、3.15、3.20 μm。

进料量对磨后质量的影响。试验锆球粒径0.6～0.8 mm，锆球质量125 kg，转速为700 r/min，进料量为1.5 m3/h，锆球质量为100、125、150 kg 条件下磨后粒度分别为3.25、3.22、3.15 μm。

分组试验表明，在其他条件一定的条件下，磨后质量随主轴转速的升高而提高，随进料量的增大而提高，随锆球质量的增加而提高。在上述试验中，锆球为直径为0.6～0.8 mm，在不同的转速、进料量、锆球质量的条件下，磨后粒度D50均为3 μm以上，并且取样时，晶种样本砂状感明显，粒度分布不均匀，故不符合生产所需。

3.2 锆球直径对磨后质量的影响

将锆球直径由0.6～0.8 mm 更换为0.8～1.2 mm，加入125 kg，转速为700 r/min，进料量为1.5 m3/h，开车后电流由30 A 升高为45 A，样品无颗粒感，目测分布较为均匀，经化验，晶种粒度2.68 μm，满足了生产所需，故大粒径锆球更能满足生产需要。

4 袋式过滤器、压力缓冲罐的应用

砂磨机调整参数后运行72 h 机体出现压力过高报警，复位开启后运行一段时间后故障反复，随即与厂家技术人员沟通。打开砂磨机研磨桶后发现，网隙0.4 mm的出料筛网堵塞，变形严重，无法正常出料，研磨桶内憋压导致故障报警。后更换网隙为0.5 mm的筛网，经一段时间试验后仍会出现腔体过压。经过分析研究，在砂磨机进料泵进口处安装袋式过滤器对杂物进行过滤。过滤器结构见图1。

图1 袋式过滤器结构

不锈钢袋式过滤器是一种结构新颖合理、密封性好、流通能力强、操作简便等诸多优点，应用范围广泛、适应性强的多用途过滤设备。袋式过滤器具有以下特点：滤袋侧漏概率小，可承载更大的工作压力，压损小；滤袋过滤精度已达到0.5 μm；袋式过滤器处理量大、体积小、容污量大；更换滤袋方便快捷，过滤器免清洗；过滤器滤袋清洗后可反复使用，节约成本；应用范围广，使用灵活，安装方式多样；每日清理简易，每次清理只需10～15 min，有效避免砂磨机出现腔体压力过高的故障。

砂磨机进料使用型号为RGB50-47 的软管泵，由于此泵是脉冲蠕动泵，在使用中，虽然有运行平稳、耗电低等优点，但也具有运行电流波动较大、软管寿命短，以及排料管路振动大，管路出现周期性撞击声等缺陷，导致砂磨机产生共振，设备运行存在隐患。采用在软管泵出口至砂磨机管路上使用DN100管道制作安装1台压力缓冲罐，示意图见图2。

图2 砂磨机进料示意图

压力缓冲罐的容积与输送料浆的流量有关，也与输送系统的压力有关，此外，还与管道安装的平稳程度有关。通常情况下，缓冲罐的容积越大，管道的振动越小，管道的噪声也越小，但容积过大，砂磨机进料量随之降低，运行效率低。使用RGB50-47软管泵，流量为6 m3/h，转速为60 r/min，每转1周产生两次脉冲，则每次脉冲流量为0.83 L。根据实际，软管泵的管路压力最高可达100 kPa，缓冲罐的容积选择为每次脉冲流量的10倍左右。目前在用缓冲罐尺寸为Φ100 mm×1 000 mm，能够满足所需。

缓冲罐是简单压力容器，要保证足够的耐压程度和良好的焊接质量，要与软管泵的扬程匹配。焊接时绝不能漏气，否则缓冲罐的作用将完全消失。

5 结语

新引入LSM-60B 型卧式砂磨机，替代原有碳化液法制板状刚玉专用氢氧化铝晶种。经过不断调试，现已运行稳定，制出晶种粒度更小，使氢氧化铝粒度调控更加精准，白度、酸溶率更高，产品质量更高；在砂磨机进料管路上加入袋式过滤器，可避免杂质进入流程中，有效控制砂磨机腔体压力过高导致的跳停现象，延长过滤网使用的寿命；在软管泵出口加入压力缓冲罐，可大幅削弱由于脉冲引起的系统震动，使整个进料管路更加平稳，提高了软管泵、砂磨机使用寿命；该系统在满足粒度D50=2.5～3 μm 的情况下，产能可达1.8 m3/h，自2020 年安装至今，已连续稳定运转3 a。