CN108033782A - 一种高性能高铝陶瓷研磨球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能高铝陶瓷研磨球及其制备方法，原料按重量配比为：84%‑93%氧化铝，4%‑12%二氧化硅，1.8%‑2.5%轻质碳酸钙，0.25%‑0.6%氧化镁，0.03%‑0.05%二氧化钛。制备方法是：选用细晶氧化铝与其他原料按上述配比混合，进球磨机湿磨；用激光粒度分析仪测试粒度达标后，采用离心式喷干塔喷雾干燥；以喷干粉为种子，其余喷干粉处理后作为粉料，滚制成球。本发明提出的制备方法，所用原料普通易得，操作简单，条件温和；生产的球内外一致、强度高、磨耗低，不仅降低了高速磨使用过程中的碎球率，而且随着使用时间加长并不会出现磨耗加大的情况，大大延长了研磨球的使用寿命，降低生产成本。

Description

一种高性能高铝陶瓷研磨球的制备方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料（陶瓷）领域，涉及一种高性能高铝陶瓷研磨球及其制备方法。
背景技术
球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥、硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，可对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。它一般是通过研磨介质之间的挤压、撞击、剪切、研磨等达到细化物料的目的。研磨介质主要有：鹅卵石等天然研磨介质；玻璃球、陶瓷球、钢球等人造研磨介质。
近年来随着工业不断发展，对各粉料的使用量不断加大；随着技术的不断革新，对粉料的细化要求也不断升高，从而对球磨机研磨效率及研磨介质的质量要求不断升高。天然研磨介质已不能满足生产使用，人造研磨介质因为机械性能优良而广受欢迎，其中以陶瓷球耐磨性能最好。目前市场上主要销售的陶瓷球主要分为：氧化铝球、氧化锆球、碳化硅、氮化硅球等系列，又以氧化铝球和氧化锆球最为普遍。氧化锆球密度高、强度大、韧性好、耐磨性能好，被广泛应用于砂磨机等高转速的研磨机内；但因其价格较高并未在研磨行业得到普及。氧化铝球因其合适的密度、硬度、耐磨性能、高耐腐蚀性、适中的价格在球磨机、搅拌磨等中低转速的研磨机内得到广泛使用。目前市面上的氧化铝球大部分为92氧化铝球，与氧化锆球相比强度低、磨耗高，从而限制了其在砂磨机等高转速研磨机内的使用。所以，生产出一种高耐磨性、高强度、生产成本低、满足砂磨机等的研磨球正是当务之急。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高性能高铝陶瓷研磨球，提高了氧化铝球的强度、降低磨耗，可以满足砂磨机等高转速研磨机的使用要求。
同时，本发明还提供了上述高性能高铝陶瓷研磨球的制备方法，公开一种新的制球方式，对于所有滚制成型的球都适用，解决现有滚制成型的陶瓷球强度普遍较低的问题。
本发明技术方案如下：
一种高性能高铝陶瓷研磨球，原料按重量百分比组成为：84-93%氧化铝，4-12%二氧化硅，1.8-2.5%轻质碳酸钙，0.25-0.6%氧化镁，0.03-0.05%二氧化钛。
优选地，所述高性能高铝陶瓷研磨球，进一步添加辅助原料聚丙烯酸铵，所述的聚丙烯酸铵加入量为上述原料总质量的1.0- 5.0%。
优选地，所述氧化铝为细晶氧化铝；所述的细晶氧化铝，其晶粒尺寸小于1.5μm，优选0.6-1.0μm。
优选地，所述高性能高铝陶瓷研磨球，晶粒粒径为1.0-1.5μm。
一种高性能高铝陶瓷研磨球的制备方法，步骤包括：
1）按配比称取各原料，放入球磨机中湿磨，用离心式喷干塔喷干为喷干粉，然后喷干粉经振动筛选取粒径为180-200目的喷干粉为种子；
进一步地，步骤1）中，湿磨至粒径为中位径尺寸0.3-0.6μm。
2）步骤1）筛余后的喷干粉用棒销式破碎机打碎，过电磁除铁机除铁后得粉料；向滚球机中加入步骤1）筛取的种子，喷水后，加入粉料，粉料包裹种子，滚制长球，得生坯球；
进一步地，步骤2）中，用棒销式破碎机打碎两次，然后过200目筛；
3）步骤2）的生坯球经抛光、干燥，之后温度不超过1380℃窑烧，得高性能高铝陶瓷研磨球。
进一步地，步骤3）中，所述的抛光时间为2-4h。
进一步地，步骤3）中，所述的干燥为24-36h的常温阴干或者是16-24h的窑尾余热风干燥；水分降至0.5%后干燥结束。
进一步地，步骤3）中，所述的窑烧，温度为1320～1380℃，优选采用辊道窑。
与现有技术相比，本发明的有益效果：配方简单、原料丰富、价格低廉、生产成本低。通过原料配比调整，利用烧成过程中各原料之间的高温反应，形成一定的液相，可以实现不超过1380℃的低温烧结；采用细晶氧化铝作为原料，使烧成的研磨球晶粒细小；从而大大地提高其耐磨性等机械性能，磨耗可以达到市面上其他氧化铝研磨球的1/10。
本发明选用筛分后的喷干粉起种子，统一种子尺寸，成球过程中球径尺寸一致，有效避免了大球挤压小球造成的尾巴球、球消失、球形状椭圆等情况。由破碎后的细粉包裹种子长球，有效提高了种子的强度，并消除普通滚制球中心强度低的问题。经本发明方法滚制而成的球强度是市面上其他同种类氧化铝球的1.5-2倍，并已实现砂磨机（转速2600r/min）运行3h后无破损，可满足砂磨机使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均包括在本发明的范围内。
实施例1：
原料按重量百分比组成为：氧化铝粉（晶粒尺寸0.6-1.0μm）86.3%，轻质碳酸钙1.8%，碳酸镁0.55%，二氧化硅11.3%，二氧化钛0.05%；辅助原料聚丙烯酸铵加入量为上述原料总质量的1.0 %。
制备步骤如下：
1）按配比称取总重200kg的各原料，放入球磨机中，然后向球磨机中加入133kg蒸馏水、2.4kg聚丙烯酸铵，湿磨20h，用激光粒度分析仪测量料浆粒度为中位径尺寸0.3-0.6μm后停磨放料，用离心式喷干塔喷干为喷干粉，然后喷干粉经振动筛选取粒径为180-200目的喷干粉为种子；
2）步骤1）筛余后的喷干粉用棒销式破碎机打碎两次，过200目筛和电磁除铁机除铁后得粉料；向滚球机中加入步骤1）筛取的种子，喷水后，加入粉料，使粉料包裹种子，滚制长球，长大成球尺寸为2-3mm后，得生坯球；
3）步骤2）的生坯球经抛光3h、30h的常温阴干使水分降至0.5%，之后采用辊道窑1360℃窑烧2h，得高性能高铝陶瓷研磨球。
实施例2：
原料按重量百分比组成为：氧化铝粉（晶粒尺寸0.6-1.0μm）89%，轻质碳酸钙1.5%，碳酸镁0.8%，二氧化硅8.66%，二氧化钛0.04%；辅助原料聚丙烯酸铵加入量为上述原料总质量的1.2%。
制备步骤如下：
1）按配比称取总重200kg的各原料，放入球磨机中，然后向球磨机中加入133kg蒸馏水、2.4kg聚丙烯酸铵，湿磨20h，用激光粒度分析仪测量料浆粒度为中位径尺寸0.3-0.6μm后停磨放料，用离心式喷干塔喷干为喷干粉，然后喷干粉经振动筛选取粒径为180-200目的喷干粉为种子；
2）步骤1）筛余后的喷干粉用棒销式破碎机打碎两次，过200目筛和电磁除铁机除铁后得粉料；向滚球机中加入步骤1）筛取的种子，喷水后，加入粉料，使粉料包裹种子，滚制长球，长大成球尺寸为2-3mm后，得生坯球；
3）步骤2）的生坯球经抛光3h、20h的窑尾余热风干燥使水分降至0.5%，之后采用辊道窑1380℃窑烧2h，得高性能高铝陶瓷研磨球。
实施例3：
原料按重量百分比组成为：氧化铝粉（晶粒尺寸小于1.5μm）93%，轻质碳酸钙1.2%，碳酸镁1.2%，二氧化硅4.6%，二氧化钛0.03%；辅助原料聚丙烯酸铵加入量为上述原料总质量的1.5%。
制备步骤如下：
1）按配比称取总重200kg的各原料，放入球磨机中，然后向球磨机中加入133kg蒸馏水、2.4kg聚丙烯酸铵，湿磨20h，用激光粒度分析仪测量料浆粒度为中位径尺寸0.3-0.6μm后停磨放料，用离心式喷干塔喷干为喷干粉，然后喷干粉经振动筛选取粒径为180-200目的喷干粉为种子；
2）步骤1）筛余后的喷干粉用棒销式破碎机打碎两次，过200目筛和电磁除铁机除铁后得粉料；向滚球机中加入步骤1）筛取的种子，喷水后，加入粉料，使粉料包裹种子，滚制长球，长大成球尺寸为2-3mm后，得生坯球；
3）步骤2）的生坯球经抛光2-4h、24-36h的常温阴干使水分降至0.5%，之后采用推板窑1360℃窑烧2h，得高性能高铝陶瓷研磨球。
将实施例1-3高性能高铝陶瓷研磨球随机各取2kg，过1.8mm-2mm筛子，取1.8-2mm的球。选用国内其他两厂家生产的92氧化铝瓷球作为对比（对比例1-2），按照下述方法做磨耗测试，结果见表1。
㈠自磨磨耗测试方法：
1.称取700g陶瓷球，烘箱调温到110℃，烘干至恒重。放入干燥器中冷却后用分析天平称重，记为M1，将球放入球磨罐中。
2.向球磨罐中加入300ml蒸馏水。
3.球磨罐放入快速磨中，快速磨转速500rpm。
4.研磨时间1h。
5.研磨完成后将球洗净，烘箱调温到110℃，烘干至恒重。放入干燥器中冷却后用分析天平称重，记为M2。
6.磨耗计算公式为：
（M1-M2）/M1*100%
㈡加磨料磨耗测试方法：
1.称取700g左右陶瓷球，烘箱调温到110℃，烘干至恒重。放入干燥器中冷却后用分析天平称重，记为M1，放入球磨罐中。
2.向球磨罐中加入300ml蒸馏水，加入6g分散剂。
3.向球磨罐中加入300g磨料。
4.球磨罐放入快速磨中，快速磨转速500rpm。
5.研磨时间1h。
6.研磨完成后将球洗净，烘箱调温到110℃，烘干至恒重。放入干燥器中冷却后用分析天平称重，记为M2。
7.磨耗计算公式为：
（M1-M2）/M1*100%
表1

Claims (10)

1.一种高性能高铝陶瓷研磨球，其特征在于：原料按重量百分比组成为：84-93%氧化铝，4-12%二氧化硅，1.8-2.5%轻质碳酸钙，0.25-0.6%氧化镁，0.03-0.05%二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的高性能高铝陶瓷研磨球，其特征在于：添加辅助原料聚丙烯酸铵，所述的聚丙烯酸铵加入量为原料总质量的1.0- 5.0%。
3.根据权利要求1所述的高性能高铝陶瓷研磨球，其特征在于：所述氧化铝为细晶氧化铝；所述的细晶氧化铝，其晶粒尺寸小于1.5μm；所述高性能高铝陶瓷研磨球，晶粒粒径为1.0-1.5μm。
4.根据权利要求3所述的高性能高铝陶瓷研磨球，其特征在于：所述的细晶氧化铝，其晶粒尺寸为0.6-1.0μm。
5.一种权利要求1-4任一项所述高性能高铝陶瓷研磨球的制备方法，其特征在于，步骤包括：
1）按配比称取各原料，放入球磨机中湿磨，用离心式喷干塔喷干为喷干粉，然后喷干粉经振动筛选取粒径为180-200目的喷干粉为种子；
2）步骤1）筛余后的喷干粉用棒销式破碎机打碎，过电磁除铁机除铁后得粉料；向滚球机中加入步骤1）筛取的种子，喷水后，加入粉料，粉料包裹种子，滚制长球，得生坯球；
3）步骤2）的生坯球经抛光、干燥，之后温度不超过1350℃窑烧，得高性能高铝陶瓷研磨球。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中，湿磨至粒径为中位径尺寸0.3-0.6μm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2）中，用棒销式破碎机打碎两次，然后过200目筛。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述的抛光时间为2-4h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述的干燥为24-36h的常温阴干或者是16-24h的窑尾余热风干燥；水分降至0.5%后干燥结束。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述的窑烧，温度为1320-1380℃；窑烧采用推板窑。
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