水泥料床終粉磨系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

沒有配置管磨機(jī)的水泥料床終粉磨系統(tǒng)，備選的高效率料床粉磨設(shè)備有輥壓機(jī)、立磨(內(nèi)循環(huán)立磨或外循環(huán)立磨)、筒輥磨以及BETA磨。水泥料床終粉磨系統(tǒng)具有工藝流程簡單，占地面積小，水泥成品溫度低，粉磨效率高，系統(tǒng)電耗低等技術(shù)優(yōu)勢。我國輥壓機(jī)+管磨機(jī)組成的水泥粉磨系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，研究輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)，對我國水泥粉磨系統(tǒng)的優(yōu)化改造有著十分重要的技術(shù)支撐作用。

1、輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)

1995年，國內(nèi)第一臺輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)在陜西咸陽冶金建材廠進(jìn)行了生產(chǎn)運(yùn)行?，F(xiàn)階段輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)可通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，第一種是在新線設(shè)計輥壓機(jī)終粉磨工藝，第二種是在現(xiàn)有聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)中實(shí)施部分技術(shù)改造，停用原系統(tǒng)中的管磨機(jī)與其他輔機(jī)設(shè)備,只采用輥壓機(jī)與一級V型靜態(tài)氣流分級機(jī)+二級下進(jìn)風(fēng)高效動態(tài)選粉機(jī)組成水泥料床終粉磨系統(tǒng)。由于該終粉磨系統(tǒng)中無管磨機(jī)及動態(tài)研磨體參與水泥磨細(xì)過程，從理論上分析，能夠?qū)崿F(xiàn)粉磨系統(tǒng)電耗節(jié)省50%的效果。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，盡管系統(tǒng)中管磨機(jī)段電耗為0，但由于水泥物料粉磨特性(易磨性、水分、溫度、入機(jī)物料粒徑等)與配比不同，輥壓機(jī)工作壓力與中控人員操作水平以及設(shè)備穩(wěn)定性等因素的影響，輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)實(shí)際節(jié)電幅度達(dá)不到理論上的節(jié)電效果，如果原來的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運(yùn)行水平較高，改造實(shí)現(xiàn)的節(jié)電幅度會低些。四川峨勝水泥集團(tuán)股份有限公司在5號水泥半終粉磨系統(tǒng)改為水泥輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的節(jié)電效果大于30%。與下文所述案例相比，峨勝公司還需要消除一些影響輥壓機(jī)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的不利因素。

由于輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)(見圖1)中已沒有管磨機(jī)以及動態(tài)研磨介質(zhì)參與物料磨細(xì)過程，由兩只磨輥擠壓生產(chǎn)的水泥成品溫度大幅度降低，系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷大幅度提高，有利于改善混凝土施工性能，降低溫度開裂風(fēng)險，提高混凝土的耐久性。

圖1 輥壓機(jī)水泥料床終粉磨工藝流程

2、筒輥磨水泥料床終粉磨系統(tǒng)

筒輥磨(HORO mill)由法國FCB公司研發(fā)，可以看作輥壓機(jī)磨輥與短球磨機(jī)筒體有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。這種高效率料床粉磨設(shè)備，具備了輥壓機(jī)與立磨兩種粉磨設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。與筒體切向運(yùn)動的高壓力磨輥可以直接加壓到進(jìn)入筒體內(nèi)部的物料床上。與管磨機(jī)相同直徑的筒輥磨筒體工作轉(zhuǎn)速高，筒輥磨筒體工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比高達(dá)160%。如此高的筒體轉(zhuǎn)速，加之磨輥對物料的嚙入角高達(dá)18°左右，分別是輥壓機(jī)磨輥和立磨磨輥對物料嚙入角的3倍和1.5倍，與被碾壓的物料接觸面更大。由此可見，筒輥磨在水泥料床粉磨過程中，必然產(chǎn)生高的粉磨效率，從而獲得較低的系統(tǒng)電耗，生產(chǎn)現(xiàn)場運(yùn)行噪音低，相對于帶有管磨機(jī)的聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)而言，筒輥磨制備的水泥成品溫度低。
在采用相同的物料配比，磨制相同強(qiáng)度等級水泥的前提下，筒輥磨生產(chǎn)的水泥成品顆粒形貌為薄片狀，與水接觸面積大，水化反應(yīng)速度快，3d、7d、28d齡期膠砂抗壓強(qiáng)度明顯高于管磨機(jī)系統(tǒng)制備的水泥3~5MPa。

圖2 HORO mill筒輥磨水泥料床終粉磨工藝流程

3、立磨用于水泥料床終粉磨系統(tǒng)

立磨，因選粉機(jī)外置與內(nèi)置而分為兩類，選粉機(jī)內(nèi)置立磨應(yīng)用十分廣泛，選粉機(jī)外置立磨常常用作預(yù)粉磨立磨，與管磨機(jī)結(jié)合成聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。本文僅討論用于水泥終粉磨系統(tǒng)的情況。為便于討論，我們將選粉機(jī)外置立磨用于水泥料床終粉磨系統(tǒng)稱為外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)，將選粉機(jī)內(nèi)置立磨用于水泥料床終粉磨系統(tǒng)稱為內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)，以免混淆。

3.1 外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)

選粉機(jī)外置立磨，又稱為外循環(huán)立磨，采用機(jī)械卸料方式，將其用作水泥料床終粉磨系統(tǒng)，采用外置形式的成品選粉機(jī)。經(jīng)立磨處理后的物料排出磨外，通過外部循環(huán)提升機(jī)進(jìn)入一級V型靜態(tài)氣流分級機(jī)與二級下進(jìn)風(fēng)動態(tài)選粉機(jī)，分級后的水泥成品經(jīng)旋風(fēng)收塵器或布袋收塵器收集。風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)功率配置，相對于采用內(nèi)置負(fù)壓抽吸式選粉機(jī)的立磨終粉磨系統(tǒng)低，由于風(fēng)機(jī)電機(jī)功率大幅度降低(相對于內(nèi)循環(huán)形式配置的風(fēng)機(jī)功率約降低50%左右)，系統(tǒng)粉磨電耗隨之降低，該外循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)中沒有管磨機(jī)配置，現(xiàn)場運(yùn)行噪音小。

3.2 內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)

內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)，內(nèi)置負(fù)壓抽吸式成品選粉機(jī)，物料與空氣采用內(nèi)部循環(huán)形式。該系統(tǒng)工藝流程相對簡單、占地面積小，基建投資少，現(xiàn)場運(yùn)行噪音小，制備的水泥成品溫度低。內(nèi)循環(huán)立磨具備粉磨、選粉、收集、輸送一體化功能，國外已將立磨作為移動式水泥成品與工業(yè)廢渣微粉制備粉磨站的首選設(shè)備。隨著水泥裝備技術(shù)的快速進(jìn)步與新材料的不斷涌現(xiàn)，內(nèi)循環(huán)立磨得到了長足的發(fā)展。尤其采用了高效率傳動技術(shù)，低阻高效旋風(fēng)筒技術(shù)，高效選粉機(jī)技術(shù)，高效率風(fēng)機(jī)與變頻調(diào)速技術(shù)以及磨輥與磨盤新型耐磨材料技術(shù)，粉磨料床穩(wěn)定技術(shù)與立磨助磨劑技術(shù)等多種裝備與技術(shù)的組合，最終實(shí)現(xiàn)了較低的系統(tǒng)粉磨電耗。在水泥工業(yè)發(fā)展史上，內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)用于粉磨水泥是在20世紀(jì)八十年代。1980年7月，由德國非凡公司制造，安裝于德國漢諾威Teutonia水泥廠的世界上第一臺MPS3750C，正式用于粉磨水泥的立磨。磨盤中徑Φ3750mm，磨輥直徑Φ2700mm，磨盤裝機(jī)功率1900kW，選粉機(jī)型號SLF6700(PZ45水泥產(chǎn)量達(dá)78t/h，系統(tǒng)粉磨電耗為31kWh/t)。輥套和襯板凈磨耗值：粉磨快硬PZ45水泥6.5g/t、粉磨礦渣水泥(礦渣配比78%)38g/t。內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖3。

圖3 內(nèi)循環(huán)立磨水泥料床終粉磨工藝流程

現(xiàn)階段用于水泥料床終粉磨的內(nèi)循環(huán)立磨主機(jī)已實(shí)現(xiàn)大型化，單機(jī)產(chǎn)量已突破500t/h，系統(tǒng)粉磨電耗已低于28kWh/t。由丹麥?zhǔn)访芩构局圃?，并獲得吉尼斯紀(jì)錄的世界最大的六輥水泥立磨OK81-6(磨輥直徑Φ2640mm，磨輥寬度1080mm，總傳動功率11600kW，設(shè)備總高度25.6m，總重量1906t)。在孟加拉國Munshiganji市Shah水泥廠應(yīng)用，生產(chǎn)OPC水泥(熟料95%，石膏5%，成品比表面積360m2/kg)，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)540t/h。生產(chǎn)PPC水泥(熟料65%，石膏5%，粉煤灰35%，成品比表面積380m2/kg)，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)640t/h。生產(chǎn)比表面積400m2/kg礦渣微粉，系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)380t/h。JD海螺公司采用海川公司制造的CK490立磨(輪胎形四磨輥，凹槽形磨盤，磨盤主電機(jī)功率5100kW，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率2800kW，頂部采用CKS650選粉機(jī)，主軸電機(jī)功率500kW)，生產(chǎn)P·O42.5級水泥(成品比表面積控制指標(biāo)：355±15m2/kg),系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)250~260t/h，粉磨電耗為25~26kWh/t。成都建材院在其總承包建設(shè)的國外項目中，取得了內(nèi)循環(huán)立磨終粉磨水泥的豐富經(jīng)驗：(1)合適的擋料圈高度，合理的噴水管形式與布置，以及合理的磨機(jī)操作方法是立磨達(dá)到最大產(chǎn)能的關(guān)鍵因素；(2)降低磨內(nèi)噴水是提高水泥強(qiáng)度，降低凝結(jié)時間的主要途徑，在磨機(jī)運(yùn)行過程中，應(yīng)當(dāng)充分利用輔輥穩(wěn)定料層，如適當(dāng)提高輔輥速度，排除料層之間的空氣，讓料層進(jìn)入主輥粉磨區(qū)前變得更密實(shí)從而穩(wěn)定料層，而不能一遇振動變大便立刻增加噴水量來穩(wěn)定料層；(3)提高熟料礦物C3A含量與出磨溫度有利于縮短凝結(jié)時間，增加強(qiáng)度。

4 、BETA磨水泥料床終粉磨技術(shù)

德國CMP AG公司研發(fā)的新型高效率料床粉磨設(shè)備BETA磨，屬于中高壓料床粉磨設(shè)備，與輥壓機(jī)粉磨機(jī)理相同，物料經(jīng)過兩個磨輥擠壓處理，運(yùn)行過程中可方便調(diào)整磨輥工作壓力和料層厚度。從主機(jī)技術(shù)性能角度來看，BETA磨將立磨與輥壓機(jī)兩種料床粉磨設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)集中于一身。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，相比輥壓機(jī)與立磨具有更優(yōu)異的料床穩(wěn)定性與設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，粉磨效率與能量利用率高。據(jù)測定，輥壓機(jī)對物料的單位處理能耗在3.0~3.5kWh/t之間，而BETA磨的單位物料處理能耗為1.8~2.6kWh/t，比輥壓機(jī)低1.0kWh/t左右，僅主機(jī)的節(jié)電幅度就達(dá)33%。

通過BETA磨一次性擠壓處理后的物料中小于R90細(xì)粉含量高達(dá)37%~45%，明顯高于輥壓機(jī)處理后的物料細(xì)粉含量，充分說明BETA磨對物料具有更為良好的擠壓做功能力。BETA磨外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 高效料床粉磨設(shè)備-BETA

磨結(jié)構(gòu)相對于配置輥壓機(jī)的預(yù)粉磨段而言，BETA磨具有更穩(wěn)定的料層喂入粉磨區(qū)，通過上部的磨輥施加粉磨壓力，而下部的磨輥是變頻控制的傳動系統(tǒng)，便于調(diào)整工作轉(zhuǎn)速等技術(shù)特點(diǎn)，理論上講其最高轉(zhuǎn)速不受限制，這也是BETA磨高效率粉磨的重要因素之一。BETA磨料床料層厚度是根據(jù)不同的粉磨參數(shù)(被磨物料、含水率以及成品細(xì)度與系統(tǒng)產(chǎn)量)進(jìn)行控制的。BETA磨對入磨物料粒徑與水分不敏感，通過在粉磨系統(tǒng)中設(shè)置在線氣流烘干，可以處理水分含量35%的物料。目前，只是采用規(guī)格較小的雙輥BETA磨，在應(yīng)用過程中可以發(fā)現(xiàn)能夠持續(xù)改進(jìn)的技術(shù)細(xì)節(jié)，設(shè)備技術(shù)性能尚有進(jìn)一步完善的空間。極有利于今后根據(jù)市場的實(shí)際需求制造多輥結(jié)構(gòu)的BETA磨，大幅度提高設(shè)備處理能力與粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量。多輥結(jié)構(gòu)的BETA磨見圖5。

圖5 多輥結(jié)構(gòu)的BETA磨

采用BETA磨的水泥料床終粉磨系統(tǒng)與輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)的電耗對比見表1。

由德國CMP AG公司根據(jù)高效率擠壓(碾壓)料床粉磨理論研發(fā)、推出的新型節(jié)能粉磨設(shè)備BETA磨，既能用于水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)，也能夠用于水泥終粉磨系統(tǒng)。這種料床粉磨設(shè)備還能夠用于工業(yè)廢渣微粉的高細(xì)粉磨。BETA磨終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場噪音小，更為環(huán)保。相對于配置管磨機(jī)的聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)而言，BETA磨制備的水泥成品溫度低。由表1對比數(shù)據(jù)可以看出，BETA磨用于水泥料床終粉磨系統(tǒng)的電耗約為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)電耗的70%左右，已凸顯出這種新型的高效率料床粉磨設(shè)備優(yōu)異的技術(shù)性能與顯著的節(jié)能效果。

總結(jié)：

水泥料床終粉磨系統(tǒng)中沒有配置管磨機(jī)，也沒有動態(tài)研磨體參與水泥粉磨過程，只有磨輥與磨輥、磨輥與磨盤、磨輥與輥筒對水泥物料進(jìn)行研磨，靜態(tài)研磨部件自發(fā)熱能力差，故料床終粉磨系統(tǒng)制備的水泥成品溫度相比聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)一般降低30~40℃。

相對于帶有管磨機(jī)的聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)而言，采用高效率料床擠壓(或碾壓)設(shè)備組成的水泥料床終粉磨系統(tǒng)，理論上可以節(jié)省50%電耗。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于物料的粉磨特性、主輔機(jī)設(shè)備性能、人員操作等因素的不同，水泥料床終粉磨系統(tǒng)的節(jié)電幅度只能達(dá)到30%~40%之間。在確保水泥成品質(zhì)量的前提下，可將現(xiàn)有半終粉磨系統(tǒng)，以較少的輔機(jī)投入作針對性技術(shù)改造，將每一個工藝接口實(shí)現(xiàn)無縫對接，然后停用管磨機(jī)系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)輥壓機(jī)水泥料床終粉磨，可獲得顯著的節(jié)電效果，這種經(jīng)過改造的終粉磨系統(tǒng)仍需要在運(yùn)行中予以完善相關(guān)細(xì)節(jié)。

本文中列舉了五種高效率水泥料床終粉磨工藝與設(shè)備，各自均有其技術(shù)特點(diǎn)，并且五種終粉磨系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場噪音小。其中一種新型的高效率料床粉磨設(shè)備-BETA磨，既能用于水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)，也能夠用于水泥終粉磨系統(tǒng)，BETA磨終粉磨系統(tǒng)電耗約為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)電耗的70%左右。小型的BETA磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)已顯示出這種新型的高效率料床粉磨設(shè)備優(yōu)異的技術(shù)性能與顯著的節(jié)能效果，亟待關(guān)注其實(shí)現(xiàn)裝備的大型化與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。與帶有管磨機(jī)的聯(lián)合(半終)粉磨系統(tǒng)相比，這五種料床終粉磨設(shè)備，由于采用靜態(tài)研磨部件，制備的水泥成品溫度低。

早在20世紀(jì)90年代初，高長明先生根據(jù)當(dāng)時出現(xiàn)的主要粉磨設(shè)備的應(yīng)用情況就指出，它大有取代球磨系統(tǒng)之勢，是粉磨技術(shù)的發(fā)展趨向。我國水泥行業(yè)輥壓機(jī)+管磨機(jī)組成的水泥粉磨系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，研究輥壓機(jī)水泥料床終粉磨系統(tǒng)，對我國水泥粉磨系統(tǒng)未來的優(yōu)化改造有著十分重要的技術(shù)支撐作用。

文章來源：水泥大講堂（原標(biāo)題   鄒偉斌：水泥料床終粉磨系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀）