水泥新标准的实施, 对水泥的质量要求不断提高, 如何增加水泥磨机的台时产量, 进一步降低磨机的单位电耗, 是企业必须考虑的问题。本文对此作一个较系统的介绍, 以期给有关人员一定的启迪。

1 改善物料的易磨性

(1)强化熟料烧成工艺,提高硅酸盐矿物比重,尤其是熟料中硅酸钙( C3S和C2S) 按重量计至少达到2/3以上,国外和国内主要新型干法窑厂熟料的C3S和C2S含量均在77%左右。

(2)强化熟料的冷却效果,阻止C3S向C2S的转化。

(3)铁铝酸四钙(C4AF)高的熟料一般比较难磨,主要用于生产道路水泥；铝酸三钙(C3A)高的熟料一般比较容易糊磨,降低研磨体的粉磨效率,降低筛分装置的选粉效率。

(4)选择合适的混合材。粉煤灰和炉渣有一定的助磨作用,矿渣、钢渣等则比较难磨。因此对于易磨性差别大的物料,建议使用分别粉磨方式,而后加以混合。目前很多厂家已将矿渣单独细磨成矿渣微粉,从水泥磨尾直接加入水泥中,使用效果不错。

2 降低入磨物料粒度

2.1 磨头细碎

其目的相当于给球磨机增加了一个破碎仓,降低磨机本身的负担,而且破碎机的破碎效率明显大于磨机本身的球仓。对于长径比小的磨机效果尤为明显。

2.2 辊压机 

它应用高压料层粉碎的原理,采用单颗粒粉碎群体化的工作方式,使物料粒度迅速减小,＜0.08mm的细粉含量可达20%～35%, ＜2mm的物料达到70%以上。并且所有经挤压的物料颗粒都存在大量的裂纹,使后续球磨机系统的粉磨状况大为改善, 从而大幅度降低粉磨系统的单位电耗。采用挤压联合粉磨工艺对提高磨机的台时产量, 效果最为明显,但投资也相对最大。

2.3 棒磨破磨机

它的特点是产品粒度均齐,＜0.08mm的颗粒可达20%以上,运行成本低。新疆天山集团、屯河、四川佛光水泥有限公司均有应用, 用户反映良好。不过需要注意的是,在破碎设备和磨机之间必须设置缓冲仓,否则一旦磨机产量降低,破碎设备的产量将随之降低,对设备的运行效率和使用寿命将造成较大的影响。应该指出的是,在安装磨头预破碎设备后,必须配合有磨机仓位的调整,才能达到最佳使用效果。

3 粉磨形式—开流与圈流

3.1 开流磨机方案

对于长径比在1：3.5以上的较长球磨机均可采用高产高细磨技术。

(1)采用筛分隔仓板对磨内物料进行选择性筛分,只有达到一定粒径的物料才能通过筛分装置进入细磨仓,而粗颗粒则返回粗磨仓内继续粉磨。粗磨仓内的细料减少了相对升高了粗颗粒含量,这样就提高了粗颗粒的破碎概率,减少了细料的缓冲效应,提高了粗磨仓的粉磨效率。 

(2) 细磨仓采用微型研磨介质提高了细磨仓的粉磨效率。由于筛分装置的作用,进入细磨仓中的物料粒径较小,其粉磨速度主要取决于研磨体的冲击次数及研磨体表面积,采用Φ8mm～Φ12mm的微型研磨介质后,细磨仓中研磨体的总个数和研磨表面积得到了大幅度 提高,1t微段的总个数约是普通Φ20mm～Φ30mm钢段个数的20倍, 总表面积约是普通钢段的2.5倍,从而提高了冲击次数,提高了细磨仓的粉磨效率。另外,由于大颗粒物料无法进入细磨仓,细磨仓中物料粒度相对均齐,给使用粉磨效率高的微介质创造了条件。

3.2 圈流磨机方案

选粉机的功能是通过将出磨物料中达到一定粒径的颗粒及时选出而达到提高磨机粉磨效率的目的,但选粉机本身只能选粉而不能造粉,因此选粉机的改造应与磨机改造结合起来进行。当然,一般说来, 选粉机的效率高,系统产量也高。

3.2.1 离心式选粉机

是一种相对落后的分级设备(属第一代选粉机),分级效率和精度较差。加上结构上的限制,已无法进行有效的改进,故这种选粉机应予淘汰。

3.2.2 旋风式选粉机

属第二代选粉机,所作的改进是将成品的收集功能移至机外的小直径旋风收尘器中进行,比第一代离心式选粉机有所进步。但由于仍然采用水平小风叶旋转来控制分级粒度,分级核心部件仍与离心式选粉机相同,因而效率仍然不高。 

3.2.3 笼式选粉机

以O-Sepa选粉机为代表的笼式选粉机是一种分级效率高达80%以上的第三代选粉机,国产主要以DS和HES高效选粉机为代表,其分级机理与离心式和旋风式相比有突破性的改变,选粉机的各环节均达到了相当高的水平,因而整体的选粉效率很高,是一种极具优势的分级设备,在新建生产线和老线改造上得到了广泛采用。

3.3 开流系统与圈流系统的比较

3.3.1 开流粉磨系统

其优点是本身流程简单,设备数量少,厂房面积小,操作容易, 管理方便,运转率高。其缺点是：

(1)与圈流粉磨系统相比,由于磨内存在的过粉磨现象严重,合格产品不能及时出磨,因而粉磨效率低、单位电耗高、球耗大。

(2)开流粉磨对水分敏感度大,由于受气候条件和工艺条件制约, 一旦入磨物料综合水分＞1.5%,磨机台时产量便大幅度下降。

(3)静电效应影响大,物料在磨内磨得越细,粘结的可能性就越大,加上温度高,造成磨内糊球糊段,粉磨高比表面积的水泥情况尤为严重。

(4)生产能力低,单机大型化后差距更大。

(5)成品温度高,一般比圈流磨高20～30℃。(6)尤其不适用于同时粉磨易磨性差别大的混合物料。 

3.3.2 圈流粉磨系统优点：

(1)磨内过粉磨现象少。磨机的产量比同规格开流粉磨系统高。

(2)单位电耗低。产品细度要求越细,圈流粉磨系统的单位电耗越低。但是必须指出的是,对于老式选粉机,细度细,并不意味着比表面积高。

(3) 成品的细度稳定和调节容易。当其他条件不变时,0.08mm筛筛余一般波动范围在±1%以内。当水泥的品种变更或细度指标作大的改动时,只需调节分级设备,相当方便。

(4) 能进行选择性粉磨。在选粉机的作用下,易磨及活性低的组分(如易磨混合材料和烧结不足的熟料)由于比重小,一旦粒度合格, 即被作为细粉选出；而难磨且活性高的熟料组分, 由于比重大, 不易被作为成品选出而磨得较细,从而有利于水泥强度的发挥。由于具有选择性粉磨作用,圈流粉磨系统对粉磨易磨性差别大的混合物料更为适用。

(5) 成品的粒度较均齐,过粗和过细的颗粒均较少,颗粒组成比较理想。磨制水泥时,成品中3μm～30μm的颗粒的比例较大。

(6) 散热面积大,磨内温度低。圈流粉磨系统的料球比小,研磨体彼此冲击产生的热量少；磨内物料通过量大,风速高,在选粉和输送过程中已散发了大量的热。由于上述原因,磨内温度比开流粉磨系统约低20～30℃。 圈流粉磨系统的缺点是：流程复杂、设备多,一次性投资大、厂房面积大、操作复杂、定员多、维护工作量大、系统设备的运转率低。

4 磨内通风

(1)给物料在磨内的流动增加一个推动力；

(2)将磨内的合格细粉及时带出磨外,降低过粉磨现象；(3)将磨内研磨体产生的热量带到磨外,降低磨内温度和出磨水泥温度。

(4)风速控制：开流磨机磨内风速0.2～0.5m/s, 圈流磨机磨内风速＞1m/s。早期的水泥磨机的通风曾经采取过自然拔风形式,随着单机设备的大型化,早已不能适应水泥生产的需要。加强磨内通风是提高磨机产量的重要因素之一。

5 仓位设置

磨机分仓的主要作用是分隔破碎和研磨功能,实现分级粉磨。仓位的分配要依据物料的特性和粒度情况而定。合理地分配磨机的仓室个数和长度比例,对磨机的产质量有重要的影响。这一点尤其不能忽视,甚至可以这么说,在影响磨机产量提高的因素中,除了物料的特性(易碎性、易磨性)之外, 磨机的仓位起着举足轻重的作用。有些企业在增加了磨头预破碎设备后,入磨物料粒度有了较大的降低, 而磨机产量未见有大的变动,其根本原因就是没有进行仓位的重新调整。

6 研磨体级配 

研磨体的级配没有现成的公式可以计算,一般只能凭借各个生产企业自己的使用经验,作好总结,以便找出最适合本企业水泥生产配比的级配方法。以前一般的级配方法是“中间大、两头小”,如果现在配有磨头预破碎系统,入磨物料粒度较小,但其中还含有一些易碎性差的物料,也可以根据情况采取“中间小、两头大”的方案,有时也能取得意想不到的效果。

7 衬板及隔仓板型式

衬板形式无论怎样变化,其主要作用保持不变,除了保护磨机筒体外,在球仓是为了提高磨机对研磨体的提升高度,加强对物料的破碎作用；在段仓则是为了使研磨体更有效地增强对细物料的研磨。我们在推广高产高细磨技术的过程中发现, 圆角方形衬板和角螺旋衬板对降低磨机的运行电流有益,但对细磨仓的粉磨效率有降低的趋势。对于隔仓板的型式,我们建议一般采用“小篦孔,大流通”的设计方案。

8 筒体淋水与磨内喷水

磨机在生产过程中研磨体会产生的大量的热能,如果不能及时排除磨外,将会造成磨内研磨体和篦板、衬板的粘糊,严重恶化磨内的粉磨工况。磨内热量的散失主要靠以下三种方式：粉磨物料带出磨外, 磨机通风带出磨外,筒体的辐射散热。因此除了通过提高产量、加强磨内通风外,磨机筒体淋水也起到一个不可忽略的作用。对于大型水泥磨机,不但需要筒体淋水,还需要采用磨内喷水措施,改善磨内粉磨工况和降低出磨水泥温度。

9 磨机的操作方法(开流磨机) 

(1)保持适当磨音,不要太响也不能饱磨。很多情形下,磨机在处于“临界饱磨”或“亚饱磨”的情况,反而产质量俱佳。

(2)通风不需要太大,磨内风速一般在0.2～0.5m/s,保持磨头有负压即可。风速太大, 细度、比表面积将难以控制。

(3)在正常停料停磨情况下,各仓必须有正常的存料量。物料在磨内的粉磨,实际上新喂入的物料补充磨内存料,磨内存料逐渐被排除磨外。如果磨内没有存料或存料太少,则入磨物料的任何变化都影响到出磨产品的产质量,直接表现为台时产量不稳,细度跳动大。因此,保持磨内的存料量,实际上就是磨内的料球比处于最佳。

(4)磨内筛余曲线。对于三仓磨机,在正常停料停磨情况下,对磨机各仓取样做磨内筛析曲线。根据仓位长度不同一般一仓出口篦板附近细度R80在65%～60%,二仓出口细度R80在35%～30%,三仓出口6%～4%,产品细度R80＜3%。节能降耗是摆在水泥行业面前的头等大事,在保证水泥质量的前提下,尽可能地提高磨机产量,降低单位电耗,对水泥生产企业来说,具有重要意义。