水泥粉磨一篇文章

摘要：水泥粉磨工序是水泥生产过程中的重环节，它不仅直接关系到水泥的质量（尤其是水泥细度），同时还对水泥的产量和生产能耗有着重要的影响。

在努力提高水泥磨机产量及水泥细的同时，最大限度降低度粉磨系统的能耗对于节省源及提高企业的经济效益具有重要的现实意义。

本文通过粉磨工艺、磨机结构改进行等方面的打打新技术、新工艺研究成果，结合生产实际，探讨了提高粉磨系统能力和效率的技术措施优化问题。

前言在水泥生产“二磨一烧”的三大环节中，“磨”既是熟料烧成的必要前提，又是决定水泥成品质量的关键；同时，“二磨”电耗约占水泥生产过程总电耗的７０％，其中，水泥粉磨电耗约占水泥生产总电耗的４０％。

在“二磨”中，水泥粉磨由于物料易磨性比生料差得多，且水泥细度要求较高，故其粉磨比电耗高，约为生料粉磨比电耗的１．５倍。

随着ＩＳＯ９０００水泥新标准全面实施，水泥细度的要求将更加严格；同时为了有效保证水泥的早期强度，还须改变水泥的粒度组成，提高发挥早期强度的细颗粒含量。

目前我国水泥厂大多使用球磨机作为水泥粉磨设备，众所周知，球磨机的有效能量利用率仅为２％左右，因此提高能量利用率的潜力很大。

我国的水泥年产量已达５亿ｔ，若按水泥粉磨电耗降低１０％(平均约为3kwh/t)计，则每年可节电１．５×１０９ｋＷｈ；每度电价以０．５元计，则每年粉磨成本可降低近８亿元。

另一方面，近年来，通过对烧成工艺的改进及一系列技术改造，各种窑型的熟料生产能力都有不同程度的提高，尤其是许多立窑通过窑径的扩大以及采用矿化剂和晶种等技术措施，生产能力的提高幅度更为显著，使原来与之配套的粉磨设备普遍存在能力不足的问题。

为此采取有效措施，努力提高水泥粉磨系统的生产能力，同时降低粉磨能耗等课题得到了广大工程技术人员和研究人员的密切关注，许多积极有益的研究探索和技术革新屡见报道，并取得了可喜的实际效果。

水泥粉磨效率的提高，涉及粉磨工艺、设备及操作参数等诸多因素，欲有效提高整个系统的生产能力，需综合分析各种因素，进行全面的优化。

本文拟结合近年来的技术成果和进展就影响粉磨系统能力的若干因素进行较全面的综合分析。

１水泥粉磨系统高产节能技术措施１．１粉磨工艺１．１．１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。

这方面的生产实例很多，如某厂的φ３ｍ×１１ｍ水泥磨由开路改为带ＳＥＰＡＸ—３．５型选粉机的闭路系统后，产量由原来的２０ｔ／ｈ提高至２７ｔ／ｈ，粉磨电耗则由５２．８ｋＷｈ／ｔ降低至42.3ｋＷｈ／ｔ[１]，产量提高３５％，电耗降低１９．９％。

可以说，采用闭路粉磨是水泥粉磨工艺的必然趋势。

１．１．２预粉碎（磨）多级串联粉磨工艺众所周知，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。

将粒度较大的十几毫米甚至数十毫米的物料破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向人们昭示的宝贵经验，因而预粉碎（磨）工艺的应运而生就是十分自然的了。

根据粉碎理论，脆性物料从数十毫米破碎至数毫米，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。

通常采用压缩粉碎和冲击粉碎方式，相应的系统有辊压磨＋球磨机和冲击粉碎机＋球磨机两种预粉碎（磨）工艺。

（１）辊压磨＋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，这里仅以辊压磨＋球磨机的串级粉磨系统进行分析。

被粉碎的水泥熟料先进入辊压磨，强大的辊压力将其从数十毫米压碎至几毫米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。

据报道[２]，采用辊压磨＋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～５ｍｍ，其中立式冲击破碎机的出料中粒径＜２．５ｍｍ者可达８０％～９０％。

应该指出的是，无论是辊压磨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。

１．２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最大粒度为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。

如φ２．２ｍ×６．５ｍ磨机的一仓设计长度为２．７５ｍ，有些厂家将其缩短至2.45ｍ，甚至210ｍ，再配合研磨体的相应调整，获得了满意的生产效果。

（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。

在φ２．４ｍ×１３ｍ磨内装设该隔仓板后，磨机产量提高了２８．１％，粉磨电耗降低了１５．３％，研磨体消耗降低了２６．８％[４]。

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。

据报道[２]，将隔仓板由垂直于磨机轴线改为倾斜４５°～６０°安装，既消除了磨内约４％的“死料层”，强化了研磨体的冲击和摩擦能力，又增大了通风面积，改装后φ１．８３ｍ×７ｍ水泥磨的产量由原来的５．５ｔ／ｈ提高至７．５ｔ／ｈ，增产幅度达３６％以上。

（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最广泛的衬板形式，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。

河南偃师县水泥厂、辉县水泥厂、安徽巢湖水泥厂等首先使用了环形沟槽活化衬板，磨机产量均提高１５％左右，粉磨电耗降低１５％～１９％[５]。

这是因为钢球与衬板的１２０°弧线接触，增大了研磨面积，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[２，６]，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％。

１．３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[２]，φ２．２ｍ×６．５ｍ和φ１．８３ｍ×７ｍ的磨机，研磨体分别由３１ｔ和２１ｔ增加至３４ｔ和２４ｔ后，磨机产量均可提高２０％左右。

（２）研磨体的级配优化。

磨机内研磨体的级配最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[７]。

级配确定要解决的几个重要参数是：最大球径、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，见诸报道的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最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。