摘 要：以5000t/d水泥生产线“CLF170-100辊压机+Φ4.2m×12.5m球磨机”粉磨系统为研究对象，分析了球磨机研磨体级配与入磨物料粒径的关系，以及入磨物料粒径过宽的问题。通过改造辊压机侧挡板结构、在V型选粉机上部下料溜子内增加两道打散装置、在辊压机系统收尘器卸料器下方增加拉链机，优化预粉磨系统收尘器回灰细度，有效解决了球磨机过粉磨问题。改造后，球磨机运行稳定，成品水泥质量显著提升，台时产量增加10t/h，综合电耗下降1kW·h/t，每月可节约电费约3.6万元，社会效益和经济效益显著。

关键词：过粉磨；辊压机侧挡板；选粉机打散装置；拉链机；节能降耗

0 前言
我公司拥有两条5 000td新型干法水泥生产线，配置了3套“CIF170-100辊压机+Φ4.2m×12.5m球磨机”的双闭路联合粉磨系统，系统主机设备参数见表1。2024年2月底至3月初，球机在运转过程中出现了出磨水泥细度变粗、系统产量下降现象。通过现场检查，从球磨机运行声音上判断球磨机存在饱磨问题，进料口处正压返料现象严重。停机进磨检查发现，一仓研磨体钢球表面虽仅有轻微积灰，但隔仓板缝中却堵塞了大量颗粒料，对其进行成分检测可知，这些颗粒料大多为熟料颗粒；二仓研磨体钢球则出现了严重的物料包球现象，尤其是在出磨筛板上，覆盖着一层厚厚的物料，需用力按压后，物料才能变成粉状。以上检查结果表明，球磨机内部出现了严重的过粉磨现象。针对以上问题，我公司进行了深入分析，并对辊压机、V型选粉机、预粉磨系统的收尘回灰等进行了优化改造。改造后，水泥粒度分布更加合理，产品质量稳定提升，同时降低了能耗，节约了生产成本，取得了显著的社会效益和经济效益。

01 存在的问题及原因分析
球磨机的粉磨原理决定了其在粉磨物料的过程中会产生较多的细粉，尤其是当物料水分含量＜0.9%、内物料温度＞100℃时，细颗粒物料受静电作用的影响，吸附在研磨体及衬板表面，形成一层料垫。料垫在研磨体和研磨体之间、研磨体和衬板之间易形成缓冲层，降低研磨体将重力势能转化为机械能的效率，进而导致球磨机粉磨能力下降，出水泥细度变粗，循环负荷增大，最终造成整个系统产量降低、电耗升高。当球机出现过粉磨现象时，首先应考虑入磨物料细度的变化。当入磨物料中存在较多细粉时，球机不可避免地会发生过粉磨现象。我公司水泥生产线球磨机研磨体级配情况见表2。
由表2可知，磨机一仓研磨体球径为20～30mm，平均球径为26.0mm；二仓研磨体球径为10～20mm，平均球径为16.7mm。入物料细度与球机研磨体球径相关，其相关性计算经验公式见式(1)：

由式(1)计算可知，一仓入磨物料粒度应＜1.2mm，二仓入磨物料粒度应＜0.36mm。然而，由于我公司球磨机一仓长度较短，主要以二仓研磨为主，加上入磨物料的易磨性存在差异，经分析对比实际生产数据，确定入磨物料粒径需控制在200μm筛余＜10%的范围内。若入物料中粒径＞200mm的颗粒过多，尤其是＞900μm的颗粒过多时，粗颗粒将在球磨机内富集。若球磨机内通风量过大，粗颗粒物料进入二仓后，将会导致出磨水泥细度跑粗。
为确保水泥细度合格，操作人员往往将球磨机系统的循环负荷控制在 150%～200%，但这一操作易导致球磨机内料球比失衡，影响选粉效率。而入磨物料中＜30μm的颗粒粒径已达到成品水泥细度要求，若经球磨机再次粉磨，颗粒粒径将会进一步减小至3μm甚至更小，导致球磨机过粉磨。根据富勒曲线(Fuller curve)模型计算结果，并结合混凝土实际应用需求，推算出水泥最佳颗粒分布要求为：水泥中＜3μm 的颗粒含量控制在约10%。若＜3μm含量颗粒过多，会出现水泥水化反应过快、水化热较大、标准稠度需水量较高等问题。虽然＜3μm 的颗粒对水泥3d强度贡献较多，但其对28d后的强度增长贡献较小，对混凝土的施工和耐久性不利。因此，应尽量减少入磨物料中＜30μm颗粒的含量甚至完全避免其出现。

02 解决措施
2.1 改造辊压机侧挡板
改造前，入磨物料中＞200μm的颗粒较多，且＞900μm的颗粒平均含量达2.2%，80μm及45μm粒径的颗粒也偏多，说明辊压机预粉磨系统对物料的挤压效果较差，且V型选粉机存在跑粗现象。在辊压机运行过程中，我们发现辊压机侧挡板处存在漏料，且侧挡板和辊子端面存在异常磨损。经进一步检查发现，在侧挡板维修焊接的过程中焊接处受热膨胀，导致其下部变形，使侧挡板和辊子端面存在点接触，物料从辊子端面和侧挡板的间隙中溢出，不仅降低了辊压机的粉磨效率，还导致侧挡板磨损不均，缩短了其使用寿命。
为解决辊压机侧挡板漏料问题，我们重新设计制作了一块侧挡板，如图1所示。改进后的侧挡板弧度半径减小至750mm，侧挡板和辊压机贴合范围增大。同时，将侧挡板安装位置向动辊侧偏移了40mm，在侧挡板背面增加了高度为 10mm的加强筋，避免了侧挡板在焊接时下部发生变形。

2.2 改造分选系统布料方式
检查发现，辊压机循环提升机入V型选粉机下料管宽度仅有1200mm，而V型选粉机打散板宽度则有2000mm，这导致物料进入V型选粉机后集中在打散板中间，物料分散不均，进而导致V型选粉机打散格栅内风量分布不均。V型选粉机中间料层较厚，物料分选效果欠佳，部分细粉未被选出而是重新回到称重仓内，并在大颗粒物料之间形成缓冲层，降低了辊压机的挤压效率；同时，物料对打散板中间部位冲刷严重，导致打散板磨损不均匀；打散板两侧部位由于物料较少，风量大且风速快，部分粗颗粒物料被高速风带入旋风筒，并进入球磨机内，导致球磨机负荷增大，粉磨效率降低。
改造时，为解决V型选粉机布料不均及入磨物料粒度分布过宽的问题，在V型选粉机上部的下料溜子内增加了两道打散装置，如图2所示。该装置由三块耐磨复合板制成的V字形反击板构成，第一道反击板安装在下料管的中间位置，将物料分散为两路；第二道V字形反击板根据物料运动轨迹，安装在第一道打散装置的下方，将物料再次分散。通过两道反击板的共同作用，物料被均匀分成四路落至下方的水平缓冲板上，并形成均匀的料幕，显著提升了V型选粉机对物料的分选效果。
2.3 优化预粉磨系统收尘器回灰工艺
对V型选粉机进行改造后，物料分选效率提高，最大限度地减少了入磨物料中的粗颗粒含量。然而，辊压机挤压过的料饼中仍然存在细粉，部分细粉经V型选粉机分选后进入旋风筒被分离收集，部分未被收集的细粉随着气流进入辊压机系统的袋收尘器。袋收尘器收集后的细粉经输送设备送入球磨机继续粉磨，导致球磨机产生过粉磨现象。袋收尘器粉尘取样分析结果见表3。
由表3可以看出，收尘器收集的细粉余较小，且比表面积远超水泥质量控制要求，完全可以作为水泥成品直接入库。由细粉中的CaO含量可知，细粉主要由易磨性较好的熟料和石灰石组成且细粉的特征粒径较小，约10mm。如果将细粉再次送入球磨机粉磨，将会增加成品中过粉磨物料的比例，对水泥质量造成负面影响。同时，细粉在球磨机内易被吸附到研磨体和衬板表面，从而隆低球磨机研磨能力。改造时，为提高粉磨系统的粉磨效率，在收尘器卸料器下方增加了一台拉链机，用于将细粉直接输送入成品库，避免其再次进入球磨机粉磨。改造后的水泥生产工艺流程如图3所示。

03 改造效果
2024年3月下旬改造完毕后，水泥粉系统运行效果明显改善，辊压机侧挡板的使用寿命由14d提高至 42～56d，循环提升机运行电流降低约5～10A。改造前后，辊压机出料筛分数据对比见表4。由表4可以看出，改造后，辊压机挤压后的物料中＜200μm的细颗粒含量有所增加，而＞5mm 的粗颗粒含量则明显降低。此外，辊压机两侧未再出现明显的漏料现象。
在V型选粉机上部增加打散装置后，V型选粉机进出口压差由 900Pa上升至1300Pa，打散板损情况有所改善，布料效果改善明显；同时，在循环风机风量不变的情况下，旋风筒下方入磨物料中＞200μm的筛余量明显减小。改造前后，入磨物料筛余数据对比见表5。
在辊压机系统收尘器卸料器下方增加拉链机后，收集的细粉物料直接输送入成品库，球机运行负荷明显降低，出磨负压由-1 200Pa降低至-800Pa。进检查发现，二仓研磨体未出现明显句球现象，改造前后研磨体对比见图4。改造前后，入磨、出磨物料及成品水泥筛余数据对比见表6，水泥粒度数据对比见表7。由表6、表7可知，球磨机粉磨能力较改造前明显改善，成品水泥 45μm筛筛余由5.3%提高至 6.4%，比表面积由347m²/kg提高至 378m²/kg。

04 效益分析
本次改造共计使用9m²耐磨复合板(厚度14mm)，2m²普通钢板(厚度6mm)，合计使用0.4t槽钢及角铁，材料费用共计13790元。此外，通过修旧利废的方式使用一台输送能力为20mh的拉链机，维修费用20000元，整个改造过程共耗工时96h，每个工时按92元/h计，合计人工成本约8832元综合以上各项费用，本次改造合计投入42622元。
改造完成后，球机运行更加稳定，水泥粒度分布更加合理，成品水泥质量显著提高，球磨机台时产量由235t/h 提高至245t/h，较改造前提高了10t/h，水泥综合电耗降低了1kW·ht，降耗效果明显。按照球磨机每月运行240h计算，每月可生产水泥58800t，节约电量约58 800kW·h。按照电价0.618元/kW·h计算，每月可节约电费36338元，球磨机运行两个月即可收回改造成本。本次改造取得了显著的社会效益和经济效益。

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作者：王巧林，杜静晓
单位：焦作千业水泥有限责任公司
来源：《水泥技术》2025第2期