粉磨系统是研磨体消耗和电耗最大、最有潜力可挖的生产环节，粉磨系统的电耗约占全厂水泥生产综合电耗的60～70%，排尘量约占水泥厂排尘量的40%，因此粉磨系统及其相关工艺整体增产节能降耗，减少粉尘排放在水泥厂显得十分重要。目前先进的立窑企业吨水泥综合电耗达60kwh，吨生料粉磨电耗<15 kwh，吨水泥粉磨单电耗<28kwh，环保达标；而大部分立窑企业，吨水泥综合电耗仍大于80 kwh，吨生料单电耗达20kwh ，吨水泥单电耗达35kwh ，环保达标率很低。由此可见粉磨系统工艺改造大有可为。下面关于水泥细度控制与粉磨工艺改造作简要阐述。 1 水泥粉体状态与控制方法 水泥的粉体状态的一般表达：磨细程度（细度和比表面积）、颗粒分布和颗粒形貌。 1.1 水泥细度 水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。 我国水泥标准规定水泥产品的细度0.08mm 方孔筛筛余不得超过10% 。控制细度的方法简单易行，在一定的粉磨工艺条件下，水泥强度与其细度有着一定关系。水泥的筛余量越小表示水泥越细，强度越高。但用这一方法进行水泥质量控制还存在较多问题： ⑴当水泥磨得很细时，如0.08mm 方孔筛筛余小于1%，失去了控制意义。国外水泥普遍磨得很细，所以在国外水泥标准中几乎都取消了这一指标。 ⑵当粉磨工艺发生变化时，细度值也随之变化。如开流磨筛余值偏大，圈流磨筛余值偏小，有时很难根据细度来控制水泥强度。 ⑶细度值是指0.08mm 筛的筛余量，即水泥中≥80μm 颗粒含量（%）。众所周知，≥64μm 的水泥颗粒的水化活性已很低了，所以用≥80μm 颗粒含量多少进行水泥质量控制不能全面反映水泥的真实活性。 1.2 水泥比表面积 国外水泥标准大多规定比表面积指标，采用勃氏比表面积仪测定水泥比表面积，我国的硅酸盐水泥和熟料的国家标准规定已与国外标准一致。水泥比表面积与水泥性能存在着较好的关系。水泥越细，比表面积越大。但用比表面积控制水泥质量时，主要还有下述两方面的不足： ⑴比表面积对水泥中细颗粒含量的多少反映很敏感。有时比表面积并不很高，但由于水泥颗粒级配合理，水泥强度却很高。 ⑵掺有混合材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的总外表面积，如掺有火山灰质混合材料，水泥比表面积往往会产生偏高现象。 1.3 水泥的颗粒级配 研究证明，水泥颗粒级配对水泥性能有很大影响。0～3μm 颗粒对于早强是必不可少的，对后期强度则不起作用。3-32μm 颗粒对强度的增长起主要作用，其粒度分布是连续的， 16～24μm 的颗粒对水泥性能尤为重要，含量愈多愈好；而超过30μm 的颗粒只是部分水化对强度所起作用有限;大于64μm 的颗粒对强度的发展没有影响。 此外，水泥粒度分布（颗粒级配）不当还会影响水泥水化时的需水量（和易性），最终会降低硬化后的水泥或混凝土的强度。因此掌握水泥颗粒级配的指标是很重要的。 2 比表面积与45μm 筛余相结合可有效控制水泥的合理颗粒组成 大多数企业粉磨工艺比较落后和采用80μm 方孔筛筛余控制水泥细度，其颗粒组成多数处于不合理的状态。 水泥的合理颗粒组成是指该组成能最大限度地发挥水泥熟料的胶凝性和具有最紧密的体积堆积密度。熟料胶凝性与颗粒的水化速度和水化程度有关，而堆积密度则由颗粒大小含量比例所决定。采用45μm 筛余可以使企业了解水泥中有效颗粒的含量，而使用比表面积可以及时掌握与水泥需水性等密切相关的微细颗粒的含量。二者相结合进行粉磨工艺参数控制，将使水泥性能达到最优化。 2.1 >45μm 的熟料颗粒全水化时间很长，对水泥强度贡献很小 熟料与水作用生成的水化产物是水泥产生胶凝性的根本原因。水泥颗粒的水化程度决定水泥胶凝性的发挥。熟料的水化程度与矿物种类和颗粒大小有关。根据研究,20μm 的颗粒全部水化需要1 年多的时间，而2μm 的颗粒全水化只需1.5h，45μm 颗粒28d 大约水化了50%，>45μm 的颗粒对水泥性能的贡献也就更小了。 国外优质水泥颗粒级配，3～32μm 含量达70%，<45μm 含量达98%。而我国目前水泥企业水泥3～32μm 含量绝大部分<60%,<45um 含量达90%几乎极少厂家达到。我国水泥总体来说是颗粒偏粗，细粉含量偏少。 2.2 比表面积数值主要反映5μm 以下的颗粒含量 把1个直径为80μm 假定为球形的水泥颗粒的表面积当作1，然后将其变成直径分别为45、30、20μm、…… 的颗粒，其总体积不变，但相应的表面积却发生了很大的变化。1 个80μm 的颗粒全部变成5μm 时，已变成4096 颗，表面积也增加至80μm 时的16 倍。因此水泥比表面积的变化主要与5μm 以下的颗粒含量有关。 2.3 用45μm 筛余和比表面积控制细度操作简便、控制有效、无需大量试验投资由此分析看出，在固定的工艺条件下，使水泥的45μm 筛余量和比表面积控制在一个合理的水平上时，可限制3μm 以下和45μm 以上的颗粒，以此获得良好的水泥性能和较低的生产成本。这种细度控制方法与其它方法相比，具有操作简便、控制有效的优点。只要取样进行筛析试验和比表面积测定，就可以为磨机的操作提供依据。 3 粉磨工艺改造 水泥粉磨系统提高产量、降低电耗历来是人们关注的焦点，尤其是ISO 标准实施后，对于多数水泥企业来说，都感到既要使产品适应新标准的质量要求，又不影响磨机产量、增加生产成本，对水泥粉磨系统进行优化改造无疑是首选措施。 3.1 采用预粉碎技术 预粉碎是球磨机粉磨系统大幅度提高产量的主要措施，按粉碎理论可分为预破碎和预粉磨。 3.2.1 预破碎 预破碎一般是指在球磨机前设置一台细碎机，使入磨粒度降低，将原来球磨机粗磨仓坦负的部分粗碎任务交由效率较高的细碎机来完成，即所谓的“多破少磨”。国内采用水泥磨前加细碎机的措施已有数十年历史，但受设备材质的局限，该技术大量使用受到限制。最近成都新波特兰建材有限公司推出了新一代BYM 熟料破筛一体机，根据回转筛的工作原理,筒体内采用钢棒研磨,破碎合格料及时从筛孔排出，具有高效率、高可靠性、低能耗、低消耗的特点,使用效果好(Φ1.83×7 水泥磨闭路麽使用后台产达15t/h, 细度3~4%), 当前具有良好推广前景。 增设预破碎后，球磨机内部结构也要进行相应调整，尤其是一仓应以提高研磨能力为目标。采用预破碎系统进行提高磨机产量的改造，低投资是其最大优势，它主要适合于磨机辅助设备和输送设备富裕能力有限，以及成本效益不合理的厂家。 3.2.2 预粉磨 预粉磨是指球磨机前增设一台粉磨设备，使原有的粉磨系统大幅度增产的措施。 用于预粉磨的设备主要有短球磨、辊磨、辊压机、筒辊磨等。上述四种预粉磨设备的能量利用率由低到高依次为短球磨、辊磨、筒辊磨、辊压机。 采用球磨机作为预粉磨设备，建议采用半终粉磨流程，即预粉磨球磨机与选粉机组成闭路系统，使进入后续球磨机的物料粒度更加均匀，一般<2mm 的占90% 左右，最大粒度控制在<5mm ，可缩短物料在磨内的停留时间，避免出现“饱磨”现象。球磨机预粉磨工艺提高产量的幅度可达50% 以上，不过节能效果较差，对于有闲置设备的厂家较为适宜。 对于采用辊磨、辊压机、筒辊磨作预粉磨设备，由于投资大，工艺相对复杂，一般在立窑水泥企业很少采用。 3.3 开流磨的技术改造 开流高细、高产磨技术主要用于水泥粉磨。对原有磨机进行改造时，应具备以下工况条件： 1) 磨机直径可大可小，即Φ1.5-3.8m 均可，但磨机的长径比至少要>2.5； 2) 入磨物料综合水分<1.5%； 3) 入磨物料粒度、研磨体装载量、磨机运行等正常稳定； 4) 磨机通风良好，收尘与计量设备完好。 3.3.1 开流磨技术改造的主要内容 1) 衬板 经过长期生产实践的检验，目前仍在使用的球磨机筒体衬板主要有11 种形式。国外公司推出的衬板有逐渐统一的趋势。一仓一般采用提升衬板，二仓则采用分级衬板。但这种分级衬板不是国内常见的锥形分级衬板或平衬板加锥形分级衬板，而是两种甚至三种衬板的组合或复合体。经过优化组合或复合，一种衬板可发挥不同形式衬板的优势，从而保证了最大限度地将能量输入装球区，并尽量消除磨内死区。在目前开流磨进行技术改造时，段仓一般都安装活化衬板，有效地消除了“滞留带”，激发和强化了研磨体的运动。 2) 隔仓板 对于隔仓装置的改进，一方面加大整个隔仓装置通风面积，另一方面通过它来实现对物料流速的控制，从而方便灵活地调节磨内各仓中的料球比，控制物料磨内停留时间。 开流磨进行技术改造时，尾仓更换带内筛分装置的隔仓板，严格控制进入尾仓的小颗粒，使前仓的钢球和尾仓的小段各自最大限度地发挥破碎和研磨作用。 3) 研磨体 研磨体尺寸基于粉磨能力和喂料粒度，比较通用的是“两头小，中间大”的级配方案。因为各厂实际情况不同，磨内研磨体和物料运动情况极为复杂，以及物料性能的差异，很难找出普遍不平适用的规律，长期在实践中摸索才是获得合适级配的有效途径。 稳定的粉磨工艺条件在很大程度上取决于研磨体的材质。由于磨损消耗，研磨体的级配在磨机运转过程中是不断变化的，不同尺寸研磨体的磨损规律也不同。补球（段）只能保持装载量相对平衡，不能保持级配始终如一。如果研磨体的硬度和耐磨性能差，在运转过程中易发生变形和碎裂，不但影响粉磨效率，碎块还会堵塞篦板孔，使隔仓装置排料困难，磨内运行状况恶化，因此，提高研磨体的质量才是磨机长期稳定工作的有力保证，否则，再合理的级配方案也是难于始终能达到预期效果的。 在目前开流磨进行技术改造时，采用微型研磨体以强化尾仓的研磨能力。直径8-12mm 的小段，单位质量的个数是普通钢段的20 倍，总表面积是普通钢段的2.5 倍。研磨效率与研磨体的表面积的0.5-0.7 次方成正比。小段的应用起到了提高产量、增加产品比表面积、适当改善微粉颗粒组成的至关重要的作用。 4) 料段分离装置 对于微型研磨体，有必要设计一个让细粉顺利出磨，但微型研磨体不致跑出磨外的出料篦板装置。 5) 合理的工艺参数设置改造后的高细高产磨，其工艺参数应根据生产的水泥品种、熟料的易磨性、混合材的品种和掺加比例、磨机规格等来设计磨机的仓位、研磨体的级配和确定细度的控制。 3.3.2 开流磨技术改造后的技术指标 1) 增产20-35%，节电17-25%； 2) 水泥比表面积可达300-350m2/kg； 3) 研磨体消耗可降低25%以上。 3.4 圈流磨的技术改造 随着磨机规格的增大和现有磨机对节能、高产、优质的迫切要求，采用圈流粉磨是水泥粉磨工艺的必然趋势。它具有减少水泥过粉麽,避免发生颗粒凝聚和粘仓、粘研磨体等缺点,有利于生产高细度水泥,改变生产水泥的品种,提高粉磨效率。 3.4.1 选粉机 圈流粉磨的必要设备是选粉机。选粉机的功能是通过将出磨料中达到一定粒径的颗粒及时选出，减少磨内过粉磨量，从而提高磨机粉磨系统效率。但选粉机本身并不产生细粉，选粉机的选用和改造应与磨机的改造结合起来进行。当然，一般说来，选粉机的效率高，系统产量也高。 选粉机的关键技术是“分散”、“分级”和“收集”。“分散”是指进入选粉机的物料要尽可能地抛撒开来，物料颗粒之间要形成一定的空间距离。因此，撒料盘的结构、转速、撒料空间大小、物料水分及物料流量都直接影响着布料的分散率；“分级”是指物料分散后，在选粉室停留的有限时间内，要充分利用气流各种形式的分选功能，把物料的粗、细颗粒尽可能地分开，并送至各自的出口。因此，气体流量、气流速度、气流方式、气固交汇点和流场分布以及选粉室数量、结构等对分级效率影响很大；“收集”是捕捉粗粉和细粉的能力，这与收集方式和收集部件的结构形式有关。 1979 年日本小野田公司开发了O-Sepa 选粉机，它不仅保留了旋风选粉机外循环的优点，而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理，从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称之为高效选粉机，也被称为继离心式选粉机、旋风式选粉机之后的第三代选粉机。它的选粉效率一般在80%以上，与离心式或旋风式的选粉机相比，可提高磨机产量15-40% ，节电10-20%，体积小、重量轻、布置灵活，产品可在300-600m2/kg 的比表面积内任意调节，系统负压操作，无粉尘污染。由于O-Sepa 选粉机不带细粉收集装置，需要配备与其处理风量相匹配的大规格的袋收尘器或电除尘器用于收集成品，这无疑较大幅度地增加了系统投资,也使工艺布置复杂，操作控制困难，在一定程度上限制了它的推广和应用。上世纪90 年代南京化工学院张少明教授等研究、开发了NHX 高效转子式旋风选粉机，简称转子式选粉机。将笼型转子分级原理嫁接于旋风选粉机而形成的一种实用广泛应用于立窑水泥厂的中、小型高效选粉机。针对分散”、“分级”和“收集”三个关键技术，比旋风式选粉机有了突破性的改进,在相同产量的情况下，与第三代高效选粉机相比效率相当，但可降低系统投资20-30% ；与旋风式及高效离心式选粉机相比，不但可减少设备规格，而且可提高效率20-40% 。湖山节能技术公司研制生产的HXZ 高效转子式选粉机在NHX 基础上作了进一步改进提高,选粉室采用了迷宫式耐磨衬板, 提高了离心分级强度,旋风筒的内部结构加装了动态涡旋装置，降低了系统阻力，从而提高了分离收集效率,使分级效率高达90%, 而且针对生料和水泥对细度的要求不同, 采用不同的旋风筒结构型式,提高了收集效率。HXZ 高效转子式选粉机切割分级精度高，易损部件经耐磨处理，使用寿命长，使用成本低而且维修方便。在循环负荷率100% 时，水泥回粉45um 筛余可达95% 以上。满足了水泥新标准的实施，各水泥企业普遍提高产品细度和比表面积，对水泥选粉机的高细高效的要求。 3.4.2 开流改圈流粉磨后的工艺调整 开流改为圈流粉磨后应作必要的工艺调整，主要有： 1) 钢球级配。 2) 隔仓板的篦孔孔隙尺寸。 3) 加大中空轴的喂料螺旋的送料能力。 4) 细度控制，生料磨可适当放宽，80μｍ孔筛余可控制在12% 以下。水泥磨细度要提高，比原开流粉磨时要细2-3%左右，以确保水泥的强度。 3.4.3 提高圈流磨水泥的比表面积 水泥成品的比表面积与其物理力学强度之间具有良好的相关性，某种意义上说，提高水泥的比表面积，增大其磨细程度是提高水泥强度的有效途径之一。由于圈流粉磨工艺的特殊性及选粉机自身的分级精度，研磨体级配等方面的原因，其成品比表面积一般都不很高，制约了水化活性的发挥。实际生产过程中，可采取以下技术措施，将水泥比表面积提高至350m2/kg 以上。 1) 积极采用磨前物料预处理技术，严格控制入磨物料最大粒度小于5mm ，减轻磨机一仓负担，适当缩短一仓长度,延长二仓长度。 2) 根据入磨物料粒度优化研磨体级配，缩小研磨体平均尺寸，增加研磨体与物料的接触面积，创造更多的微粉。 3) 磨机一仓填充率应低于二仓2～3%，并在二仓内对衬板实施活化排列，如使用分级衬板等，对研磨体进行“激活”，充分发挥研磨体的细度作用。 4) 适当降低粉磨系统循环负荷，宜控制≤150%。 4 新型圈流粉磨系统 借鉴圈流粉磨工艺特点，近年已开始研究用开流高细高产磨和高效选粉机组成新型的圈流粉磨系统，经生产实践表明，效果十分显著，其增产节能可比开流粉磨系统和普通圈流粉磨系统提高30-80% ，为水泥厂的粉磨增产节能提供了新的技术途径。 由于许多圈流水泥磨使用的是老式的选粉系统，生产出的水泥比表面积偏低，水泥微粉量少，早期强度不足。另因磨机的仓长比不合理，加之隔仓板和出料篦板篦缝大，破碎仓未能细碎的物料涌入研磨仓，致使研磨仓研磨能力不足，磨尾吐渣严重，既污染了环境，又增加了工人劳动强度，而且水泥产量还低。为此利用高产高细磨技术对现有圈流水泥磨进行技术改造。圈流磨内的物料流量大，而且随着物料的波动而波动。因此要求在破碎仓与研磨仓之间的筛分装置必须适应这一工况，既要控制粒度，又要保证流量。 在确定筛分方案时，围绕提高水泥比表面积和产量的目标，适当调整仓位、优化研磨体级配和填充率，同时采用特殊的出料装置。根据通过筛分装置的物料粒度已得到有效控制的情况，在研磨仓内主要使用微型研磨体，强化研磨能力，以增加水泥中的微粉量及提高出磨细度合格率。经改造后一般能使5-25μm 的微粉量增加10-15%，水泥三天抗压强度提高3.9MPa，水泥比表面积增加20m2/kg，磨机产量提高10-15%。 5 水泥细磨仓的研磨体 5.1 球与段的研磨功能差异 磨机各仓实际上都具有破碎及研磨功能，只是主次及程度不同而已。细磨仓的主要功能是研磨，而小钢球与小钢段的研磨能力是不同的。物料填充在研磨介质之间，研磨效率的高低主要取决于研磨介质与物料之间的接触表面积。若接触表面积大，则研磨机会多，单位时间内的成品生成率就高。等质量的球与段相比，由于段的线接触方式，从而明显比球具有更高的接触表面积。对于单仓而言，同样的研磨体装载量和同样的喂入细料量，单位时间内钢段仓的成品生成量比钢球仓要高，这是粉磨理论及应用实践所证明了的。需要指出的是，目前细磨仓的研磨介质尺寸相对物料而言都太大，这里有篦缝宽度限制等原因。丹麦的康必登磨和我国开发的高细磨都较好地解决了这一问题，在细磨仓成功地应用了微细钢段，显著地提高了研磨效率。当然采用高效能的筛分隔仓板及磨尾回段装置是成功的关键。因此应当明确，对于细磨和超细磨，段比球的研磨效率要高。 目前国外水泥磨机在细磨仓趋向于使用小钢球代替钢段，其原因 1) 使用小钢球的能耗比小钢段低； 2) 优质小钢球的磨耗比钢段小得多； 3) 小钢球磨出的水泥颗粒形貌呈球形的比钢段磨出的要多，但使用钢段可使磨内物料流速较快、能防止水泥在磨内结团。磨机的粉磨功能总体上包括破碎与研磨两个部分，磨机工况的最优化即是使破碎与研磨能力达到平衡，从而提高粉磨效率，此时产量与成品细度均在较好水平，这也是解决粉磨问题的最基本原则。正确分析不同工况下破碎与研磨能力的匹配情况，才是决定细磨仓的研磨体采用钢段还是采用钢球的判断依据。 5.2 细磨仓选用小钢球的必要充分条件 1) 圈流粉磨 开流粉磨，磨机内物料一次性通过，出磨料即为成品，因此对研磨的能力要求较高。圈流粉磨则需保证一定的物料循环量，无论采用离心或高效选粉机，磨尾卸料的细度筛余（80μm）一般控制在15~40%，所以对研磨能力的要求相对低于开流磨，为保证成品细度，开流磨的细磨仓一般应采用钢段。圈流磨的细磨仓可采用小钢球，一方面可加快物料流速，增加通过量；另一方面入细磨仓的物料筛余要比开流磨高，对保证有一定的小钢球冲击有好处。 2) 预粉碎 磨前的预粉碎有一级或多级和开流或圈流，它决定了入磨物料的粒度。目前高效细碎机、辊压机等可明显降低入磨粒度，甚至80%左右的物料在2mm 以下，这实际上已完成了磨机Ⅰ仓的大部分功能，缓解了磨机的负担。预破碎效果好，则Ⅰ仓的长度要缩短，且钢球的平均球径可下降。而钢球的平均球径的下降则使Ⅰ仓的研磨功能增强，进入细磨仓的物料筛余相对降低，从而细磨仓的研磨负担减轻。若入料粒度稳定在很好的水平上，则开流磨的细磨仓也可采用小钢球，既能保证细度，又提高了产量。相反，若预粉碎环节很差，磨机Ⅰ仓完全成了破碎仓，则细磨仓的研磨负担加重，即使圈流磨也不能轻易使用小钢球。尽管调节选粉机能控制细度，但可能因研磨能力不足而无形中牺牲了产量。 3) 磨机长度 这主要针对开流磨而言。目前水泥厂使用十几米开流长磨的为数不少，一般分三至四仓。磨机长度决定了物料的粉磨路径即粉磨时间的长短，长磨机内物料的有效粉磨时间自然要长。况且较双仓短磨，长磨机的合理多仓使粉磨功能更加明确，研磨体级配易于合理，粉磨效率大为提高，则采用小钢球为宜。如此时再使用钢段，既会减缓物料流速，降低产量，又容易造成过粉磨现象，产生糊段及逆粉碎效应，反而降低研磨效率。 4) 仓长比例 这主要针对圈流磨而言。目前双仓圈流磨的Ⅰ、Ⅱ仓长度各厂并非完全相同。有比例为1:2 的，也有接近1:1 的。1:2 的比例为正常范围，此时Ⅱ仓选用小钢球比较合适。若两仓长度相近，则易造成Ⅰ仓粗磨能力过剩而Ⅱ仓细磨能力不足。若再使用小钢球，则Ⅱ仓在相对减小的粉磨容积中难以完成所需的研磨任务，最后导致产量下降。 5) 粉磨水泥的品种 这主要针对水泥而言。水泥的品种不同，则对粉磨的细度要求也不同。兹举两种： a. 快硬（或超细）水泥要求水泥水化快、早强高。除矿物组成有要求外，对水泥的细度控制也很严格。这也对磨机的粉磨提出了更高要求。此时无论开流长磨还是圈流磨都应考虑在细磨仓使用小钢段，而对钢球的使用一定要慎重。从目前的应用实践看，用钢段磨制的超细水泥效果较好。 b. 多混合材掺量水泥为降低生产成本，工厂尽可能地多掺混合材，如有的企业矿渣甚至掺到40-50% 的比例。矿渣的易磨性差，对于共同粉磨时，磨机的研磨功能必须很强。掺量高时，喂料中矿渣及循环回磨的细料之和比例很高，而粗磨仓对这些料的研磨作用很有限。细磨仓应优先使用小钢段，否则即使高效选粉机也难以提高产量，因为磨机研磨能力不足，磨尾卸料中成品量有限，若再提高磨机循环负荷，则磨机更适应不了。 5.3 球段混装 已有报道，在圈流水泥磨的尾仓中采用球段混装比单纯使用小钢球（Φ20-40mm ）或单纯使用钢段的效果要好，既保证了合理的水泥比表面积，又提高了磨机的产量。而单独使用小钢球研磨，水泥水泥比表面积、抗压强度下降；单独用钢段磨机产量下降。另从颗粒图象观测仪观察发现，水泥颗粒的圆度系数也得到较大提高。 |
