1 开发背景
当前，国内纸面石膏板生产企业在纸面石膏板生产中主要以再生二水石膏粉和生石膏粉作为促凝剂。但再生二水石膏粉的粒度较大，一般在0.01～0.02 mm，比表面积较小，仅为6000～7000 cm2/g 左右。因此，在纸面石膏板生产中为使促凝剂发挥正常的促凝作用，势必增大其加入量，这就造成料浆中含水量增加、生产中能耗提高、板材性能降低等缺点。
基于再生二水石膏粉的上述缺点，一些纸面石膏板生产企业普遍青睐于用生石膏粉和淀粉按一定比例在卧式搅拌磨（纸面石膏板行业内俗称小球磨机） 中粉磨超细粉作为促凝剂。该促凝剂粒度小，可达0.01 mm 以下，比表面积大，超过10000 cm2/g。用粉磨后的超细粉配制成促凝剂，可大大改善前述生产中存在的问题，其最大优点是对纸面石膏板的初凝时间影响较少，但能显著缩短初凝、终凝的时间间隔。分析该促凝剂的作用机理，主要是生石膏粉与一定比例淀粉复合配制的促凝剂，使生石膏粉微晶的表面包裹一层细颗粒淀粉，生产中促凝剂在与石膏料浆接触后，首先是促凝剂表面包裹的淀粉溶解糊化，而后才露出生石膏粉微晶，这样使其在料浆中起促凝作用的时间推迟；另外，通过粉磨，该促凝剂比表面积增大，加入的量非常少就能达到生产工艺要求，这对降低生产能耗、提高板材性能大有益处。
根据目前纸面石膏行业对磨细设备的需求，中国新型建筑材料工业杭州设计研究院于2007 年成功开发了Ф0.4×2.86 卧式搅拌磨，主要为纸面石膏板生产中通过超细粉磨原料，以达到优化工艺、减少促凝剂用量、降低能耗等作用。该设备即将在“沙特2000 万m2/a 纸面石膏板生产线”项目中应用。
2 卧式搅拌磨的开发
2.1 卧式搅拌磨的粉磨机理
卧式搅拌磨与普通球磨机的粉磨机理不同，磨内置有搅拌器，搅拌时输入的功率通过搅拌器来推动研磨介质以达到磨细物料的目的，而普通球磨机或振动磨为通过转动或振动筒体达到粉磨的原理。由于卧式搅拌磨在搅拌时不需转动或振动筒体，因此，能耗比普通球磨机和振动磨都低。卧式搅拌磨通过搅拌器推动研磨介质与物料作多维循环运动和自转运动，在研磨介质和物料中综合了动量和冲量的作用。研磨过程中物料所受作用力主要有：（1）研磨介质间相互冲击、碰撞产生的冲击力；（2）研磨介质运转中产生的摩擦力和剪切力；（3）研磨介质填入搅拌器所留下空间形成的冲击力；（4）各层介质速度差形成的剪切力等。在上述各作用力的综合作用下，物料被研磨达到亚微米级，并且得到的物料为均匀分散体。因此，新开发的卧式搅拌磨是一种能量利用率较高并兼具研磨、搅拌和分散作用的多功能超细粉磨设备。
2.2 卧式搅拌磨的主要技术性能
卧式搅拌磨额定产量300 kg/h。研磨筒是物料磨细、均化分散的场所，也是受研磨介质冲击和摩损最严重的部位，研磨筒直径0.4 m，长度2.86 m，为了确保其使用寿命，本设计的研磨筒采用了硬度和韧性兼具的耐磨材料；为了降低研磨筒因研磨介质冲击和摩擦而产生的热量对产品性能的影响，在研磨筒外设置了水套结构，通过循环水对研磨筒进行及时冷却，通水量15 L/min。为防止水路短路，同时使水流对研磨筒体冷却充分，确保研磨筒足够的冷却面积，水套内对水流流向进行了强制设计；研磨筒上方的检修口设计得比较大，以便于研磨介质的装填与调配，同时配置了可以快速拆装的检修盖，大大提高了检修效率。进出料口均配置蓖板，以防止研磨介质从进料口飞出或随产品从出料口排出；搅拌器是卧式搅拌磨传递能量的核心部件，它与研磨筒内壁的间隙应均匀合理，否则在研磨介质工作期内会发生介质“卡塞”现象。本设计将其均匀分成4 个区域，每个区域均盛装一定配比的等量的研磨介质（Ф0.4×2.86 卧式搅拌磨结构示意见图1）。
2.3 研磨介质的组合设计
研磨介质是产品细度、产量和生产效率的决定性因素。研磨介质的粒径越大，产品粒径就越大，产量就越高；反之研磨介质的粒径越小，产品粒径就越小，产量就越低。一般根据给料的粒度和产品的细度要求确定研磨介质的粒径大小；研磨介质密度决定了冲击力作用的强弱，在一定条件下，密度越大，冲击力越强，研磨能力就越强，研磨效率就越高；研磨介质的填充量应该适当，填充量太大将影响产品产量，填充量太小将影响研磨效率和产品细度。
中国新型建筑材料杭州设计研究院开发的卧式搅拌磨的研磨介质由Ф25 mm、Ф30 mm、Ф35 mm三种球形介质按一定配比组合而成。在连续研磨过程中，搅拌磨内很难在长时间工作中保持介质球配比不变，介质球直径差别太大会加剧介质球间无效磨损，即大球对小球的研磨，使研磨过程成本加大。为了降低成本，我们多采用补充大球方法来恢复搅拌磨的研磨能力。
介质球的配比直接关系到研磨能力能否发挥以及如何降低研磨介质的能量损耗，在生产实践过程中针对具体物料（不同配比）不断摸索出适合自身工艺特点的介质球配比方案和能耗规律，及时补充介质球，适时清仓剔除过小的无效介质球。
2.4 卧式搅拌磨的优点
在石膏板生产线的料浆中加入生石膏粉作为促凝剂，要求促凝剂磨得越细越好，越干燥越好，并且要边制备边使用，才能使促凝剂晶形松散，颗粒小，比表面积大，达到较小加入量即可起到良好的促凝效果的要求。在石膏板生产线的凝固控制系统中，本设备的进出料口与上下游设备密封连接，完全能够满足上述对促凝剂的要求并实现自动化连续生产。
（1）产品细度和产量易于调节。通过改变搅拌器的旋转速度，介质球的大小、配比和进料口料流的速度等来调节产品的细度和产量。
（2）能量利用率高。本设计利用高密度小直径的研磨介质提高研磨效率，比常规卧式磨机节能50%。
（3）与同等技术水平的进口设备比较，投资少，维修方便，具有显著的综合经济效益。
（4）利用以摩擦力为主的作用力研磨物料，能有效磨细物料，产品可磨至亚微米级。
（5）重心较低，震动小，运转平稳，噪音低。
（6）结构简单，操作容易。
（7）研磨介质压力均匀。
2.5 粉磨中需注意的问题
研磨过程中必须调节搅拌器使之处于合适的回转速度。回转速度过高，研磨介质紧贴研磨筒壁回转，起不到研磨作用；回转速度太低则研磨介质抛起的高度不够，导致研磨介质和物料间无足够的摩擦、冲击和剪切作用，影响产品的细度和产量。当研磨介质的配比、填充率和搅拌器的回转速度确定后，工作中通过调节进料的料流速度和控制物料在研磨筒内滞留的时间来保证产品的最终细度和产量。
3 结语
在开发卧式搅拌磨过程中，我们本着严谨求实的科学态度，搜集了大量国内外相关资料，相关企业给出了有益的意见和建议，并对设备的制造进行了全程技术指导和质量控制，设备制造完成后进行了生产性实验，记录了详细的实验数据，为今后开发不同规格的卧式搅拌磨积累了经验，也为卧式搅拌磨的系列化奠定基础。
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