百事3重机：水泥粉磨系统高产节能的技术措施

一、粉磨工艺

1、闭路粉磨工艺

就粉磨工艺流程而言，目前主要有开路和闭路两种。前者优点是工艺操作简单，物料出磨后即为成品。缺点是物料在磨内流速慢，滞留时间长，为保证出磨物料的粒度全部符合要求，其中已磨细的物料也不能及时排出磨机。经常造成过粉磨现象。开路磨系统生产能力相对较低，能耗较高，不可能随时灵活地调整出磨物料的细度。后者加设了选粉设备，可及时地将已磨细的细粉排出磨外，有效地避免了过粉磨现象，并可通过调节选粉机的工作参数灵活调节成品水泥的细度。

此外，闭路磨内物料流速加快，各仓的研磨体分别恰当地承担着粉碎或粉磨任务，故产量提高，电耗降低，尤其是对水泥细度要求较高时，高产低耗的优点更加明显。与开路相比，闭路粉磨工艺的产量提高在30%以上，电耗降低约20%左右。因此，采用闭路粉磨工艺是水泥粉磨工艺发展的必然趋势。

2、预粉碎多级串联粉磨工艺

球磨机作为粉磨设备是比较理想的，但作为粉碎或破碎设备，它却是低效率的。将磨机中粒度较大的十几mm甚至数十mm的物料粉碎过程从磨内移至磨外，在专门的粉碎设备中进行，是提高球磨机生产能力的有效途径。“多碎少磨”，即努力减小入磨物料粒度是多年来水泥粉磨作业实践的宝贵经验，因而预粉碎工艺的应运而生就是十分自然的了。

根据粉碎理论，脆性物料从数十mm破碎至数mm，其碎裂的本质是内部裂纹的不断产生和扩展，而促使这一过程的外界因素即是以一定的方式对其施加的强大作用力——粉碎力。

(1)辊压机+球磨机粉磨工艺。

该工艺也包括各种立磨与球磨机串级粉磨的工艺配置。这里仅以辊压机+球磨机的串级粉磨系统进行分析。被粉碎的水泥熟料较先进入辊压机，强大的辊压力将其从数十mm压碎至几mm甚至更细后入球磨机。由于熟料颗粒经辊压粉碎的同时，内部也产生许多微裂纹，因而在球磨机内较容易进一步被粉碎而很快进入粉磨阶段。在这种粉磨系统中，球磨机的主要任务只是粉磨，所以，粗磨仓可选用较小尺寸的研磨体，研磨体表面积的增大显然有利于粉磨效率的提高，进而大幅度提高粉磨系统的生产能力。据经验数据显示，采用辊压机+球磨机串级粉磨工艺后，水泥磨系统的产量可提高40%，粉磨电耗可降低10%。

(2)冲击式破碎机+球磨机粉磨工艺。

细粉碎设备的研制是目前熟料预粉碎方面的热点之一。从20世纪80年代的细颚式熟料破碎机到近年来的各种冲击式细碎机，有力地推动了水泥粉磨工艺的改革和创新。这些熟料细破碎设备大致有如下几种：细颚式破碎机(PEX型)、立式反击式破碎机(PCF型)、立式锤式破碎机(PCL型)、立轴锤式细碎机(XCL型)、高效节能破碎机(PGXJ型)、立式冲击破碎机和涡动冲击破碎机等。它们的平均出料粒度均可达3mm一5mm，其中立式冲击破碎机的出料中粒径<2.5mm者可达80%一90%。应该指出的是，无论是辊压机还是上述各种细破碎机，技术上的突出问题是辊面或粉碎工作部件的材质，只有工作部件具有高硬度和高耐磨性，才能保证它们长期有效地工作;否则，较短的使用寿命和更换周期势必影响系统的运转率和生产能力，同时也会增大材料消耗，不利于经济效益的提高。

二、球磨机的结构改进

球磨机本身的结构也是影响其粉磨能力的重要方面。它包括磨内各仓长度的设置、衬板的形式、隔仓板的类型、通孔率及布置方式等。

(1) 磨机内各仓的长度。

目前，各种规格的球磨机粗磨仓的长度多是根据入料大粒度为25mm进行设计的，因而粗磨仓长度普遍相对较长。随着预粉碎工艺的引入，入磨物料粒度显著减小，磨内粗磨的压力大大减缓，因此，如果仍保持原来的仓长度，则会造成粗磨仓能力过剩、细磨仓能力吃紧的不平衡现象。为了使各仓能力相匹配，许多厂家采取了适当缩短粗磨仓长度、增大细磨仓长度的做法，取得了较好的效果。

(2) 隔仓板的改进。

近年来，高细磨的发展促进了隔仓板的改进，使其除具有阻隔大块料、防止研磨体串仓、保证通风、强制送料等传统功能外，还具有了新的分级功能。如带分级筛的双层隔仓板，除具有强制送料作用外，还能将粒度较大的粗颗粒返送回粗磨仓继续粉磨。由于此分级作用，进入细磨仓的物料粒度稳定性大大提高，可在相当程度上避免出磨粗颗粒的存在，同时对于稳定系统的循环负荷率进而稳定整个系统的工作状态都具有积极的意义。

(3) 新型衬板的使用。

磨机衬板形式多种多样，作用及效果也不尽相同，其中，阶梯衬板是水泥磨粗磨仓使用较广的衬板形式，其阿基米德螺线状弯曲表面保证了磨机运转过程中能均衡地将研磨体提升至一定高度，从而增大其冲击粉碎物料的作用，但这种衬板仍然不能克服钢球与之点接触的缺点。圆角方形衬板、角螺旋衬板、沟槽衬板等新型衬板的出现，使衬板与研磨体的配合趋于合理，钢球与衬板之间有一层不易脱离的物料，充分利用了它们相互之间的滑动摩擦，粉磨效率随之提高。角螺旋衬板则是通过改变磨内研磨体运动规律，使研磨体的脱离角具有多变性，以增强研磨体与物料的交叉穿透和混合充分接触粉磨，以及钢球自动分级来提高粉磨效率。在环形沟槽活化衬板的基础上，又研究开发了新型节能衬板——环沟一双曲面衬板，该衬板使研磨体的提升更为合理，研磨体与物料的接触摩擦机会更多，产量可进一步提高10%-18%，电耗降低10%-20%。

三、研磨体的装载量及其级配

(1)研磨体的装裁量。

球磨机中研磨体的装载量通常是根据填充系数或填充率来确定的，一般球磨机的填充系数多为0.28-0.32。许多研究和实践证明，研磨体的填充系数可以适当增大，即可适当增加研磨体的装载量，细磨仓尤其如此。首先，增大研磨体填充量在不改变级配的前提下可增加粉碎或粉磨的几率;其次，填充率增大后，研磨体的重心向磨机的轴线靠近，总作用力矩并无明显增大，故不会对功率传动造成影响。实际上，磨机配套电机的功率储备完全允许在一定范围内增加装载量。实践证明，研磨体装载量适当增大后，磨机产量可提高20%左右。

(2) 研磨体的级配优化。

磨机内研磨体的级配佳化一直是水泥粉磨技术中的探讨热点之一。近年来，关于钢球级配的实践报道很多，也有不少规律性的经验总结，如平均球径法、斯坦纳曲线法等。级配确定要解决的几个重要参数是：大球径、平均球径以及钢球(或段)级数以及各级所占比例。事实上，影响研磨体级配的因素很多，许多方法也仅仅是在特定物料及工艺条件下的较佳选择。下面就研磨体级配确定中应考虑的问题谈一些看法。

1)大球径和平均球径的计算应考虑物料的易磨性或易碎性。

不同窑型煅烧的物料其易碎性是有差异的，即使是同种窑型煅烧的熟料，由于工艺配方及烧成条件不同，其易磨性也往往不相同。另外，混合材为矿渣时，因其粒度相对较小，又难磨，所以，配球中则需适当增加小尺寸研磨体的比例。

2)预破碎粉磨工艺中对粗磨仓中研磨体平均球径及其级数的调整应视预粉碎设备情况而定。

具体地讲，经辊压和挤压破碎的熟料除颗粒粒度较小外，其内部还有大量的裂纹缺陷，因而入磨后较易粉碎;而经冲击破碎后的熟料颗粒较均匀，同时破碎主要是由内部裂纹扩展所致，颗粒内部缺陷相对较少，故入磨后相对难粉碎些。因此，配球时，对这两种预粉碎系统应区别对待。

3)出磨水泥的细度和性能。

成品水泥细度是其直接的质量指标之一。对于开路系统，这一指标取决于磨内研磨体的级配;对闭路系统，如果出磨水泥细度太粗，则势必会导致循环负荷率过大，增大选粉机的压力。另一方面，选粉机的临界分离粒径是以0.08mm即80um界定的，它不可能改变小于此粒径的各粒度级别的含量，而对于有些水泥，或要求提高早期强度，或希望提高28d强度，因此对水泥的粒度分布则有相应的要求，如果是前者，则希望细颗粒<10um的含量大一些，欲实现这一点，必须增大磨内小尺寸研磨体的比例。

四、衬板和研磨体的材质

稳定的粉磨工艺条件在很大程度上取决于衬板和研磨体的材质，如果衬板材料的硬度、耐磨性及抗冲击性能差，则其内表面会很快改变原来的几何形状;同理，研磨体的级配在磨机运转过程中是动态的、不断变化的，若研磨体的耐磨性和机械强度达不到要求，经一段时间的粉磨作业后，原来的佳级配显然难以保证。尽管人们总结了很多补球的办法，但毕竟不同尺寸的研磨体在粉磨过程中的磨损规律是不同的，所以补球充其量只能保持装载量的相对平衡，并不能保持级配的始终如一。因此，改善衬板和研磨体的材质是研磨体级配和磨机工作条件长期稳定并提高其运转率和生产效率的根本保证。

对于衬板而言，长期工作必要的材质条件是：具有整体均匀的硬度和组织结构，和高抗冲击疲劳强度、低磨损率、不变形、不断裂，显然普通钢衬板难以具备这些特点。高铬白口铁衬板硬度高、耐磨，但应力集中敏感性强;贝氏体球铁衬板具有较高的抗弯曲疲劳强度和优良的耐磨性，与高锰钢衬板相比，寿命可提高1倍以上;多元低合金钢衬板的使用寿命为高锰钢衬板的4倍以上。

研磨介质消耗是水泥粉磨过程中的主要材料消耗，它包括研磨体之间及其与物料之间相互摩擦造成的磨耗和自身碎裂导致的损耗。研磨体损耗过大，不仅影响磨机的粉磨能力，且频繁的停机补球导致运转率低及工作状态的不稳定，还直接造成粉磨成本提高。粉磨1t水泥普通钢球的研磨体损耗大致为1000g，补球周期多为15d左右，而耐磨球如轴承钢球、高铬球、低合金钢球的损耗可降至30g/t一40g/t，平均磨耗为60g/t左右，损耗仅为前者的1/15—1/20，补球周期可达180d以上。若考虑运转率和粉磨效率的提高等因素，其经济效益是不言而喻的。

不难看出，耐磨球的价格虽然昂贵些，但其优异的性能既可大大减轻清仓补球的工作强度，又能大大稳定磨机工作状态，提高磨机粉磨能力，同时也显著降低粉磨成本，可带来可观的经济效益。

值得提出的是，当物料细粉磨时，研磨体密度的影响大大减弱，重要的是其硬度和表面积，在试验磨机中分别用ϕ10mm和ϕ5mm的同尺寸钢球和瓷球进行的矿渣细粉磨试验结果表明，在同一粉磨条件下，二者粉磨后物料的粒度分布(尤其是10um-30um级别和<10um级别)基本一致，这对于减少传动功率，降低粉磨电耗具有积极的意义。

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