水泥及礦渣微粉高效粉磨工藝探討

1、水泥及礦渣微粉高效粉磨工藝探討 鄒偉斌 中國建材工業(yè)經(jīng)濟研究會水泥專業(yè)委員會 100831 陳敬明 湖北省咸寧市建筑材料工業(yè)協(xié)會 437100鄒 捷 武 漢 理 工 大 學 430071 摘要：本文以大量工業(yè)生產(chǎn)及實驗數(shù)據(jù)探討了傳統(tǒng)的水泥及礦渣微粉粉磨工藝與高效節(jié)能的“料床粉磨工藝”的比較，認為：目前應(yīng)用廣泛的擠壓聯(lián)合粉磨工藝將會逐步向立磨粉磨工藝過渡。關(guān)鍵詞：料床粉磨 立磨 輥壓機 筒輥磨1. 導(dǎo)言 自1883年磨機問世以來，已被廣泛用于水泥及其它行業(yè)的物料粉磨，在目前仍占有主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的水泥及礦渣微粉制備多采用管磨機粉磨工藝，由于其粉磨空間開放、四周不限，無法形成穩(wěn)定的料床，故粉磨效率低

2、、單位粉磨電耗高、粉磨成本高。隨著科學技術(shù)的快速進步，以粉磨時間短、粒度均勻的“料床粉磨”技術(shù)為代表的高效低能耗粉磨工藝及設(shè)備已成為當今水泥工業(yè)粉磨技術(shù)發(fā)展的主流。輥壓機、立磨、筒輥磨等高效率料床粉磨設(shè)備，正在逐步取代傳統(tǒng)的管磨機，用于水泥生產(chǎn)線中的生料、煤粉制備及水泥、礦渣微粉的終粉磨，并獲得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。本文探討了水泥及礦渣微粉傳統(tǒng)粉磨工藝與料床粉磨工藝的比較，文中不妥之處，懇望各位同仁予以批評指正。2.不同粉磨工藝及其特點比較如前所述，以管磨機為代表的傳統(tǒng)粉磨工藝，已有一百多年歷史，粉磨過程將電能轉(zhuǎn)化為機械能的同時，產(chǎn)生的聲和熱，消耗了大量電能，導(dǎo)致單位產(chǎn)品電耗居高不下，尤其是當

3、入磨物料粒度大、易磨性差或水份大時，磨機粉磨效率顯著降低，更加劇了這一惡性循環(huán)。所以，管磨機在水泥工業(yè)中的應(yīng)用已受到高效能料床粉磨設(shè)備的挑戰(zhàn)，并將會逐步退出粉磨領(lǐng)域。表1 管磨機與立磨、輥壓機、筒輥磨粉磨特性對比粉磨類型管磨機立磨輥壓機筒輥磨粉磨機理開放空間內(nèi)研磨體集群沖擊破碎與粉磨非密閉空間內(nèi)料層間碾壓破碎與研磨密閉空間內(nèi)一次性料層擠壓破碎非密閉空間內(nèi)多次料層間擠壓破碎與研磨粉磨介質(zhì)球、棒、鍛輥盤輥輥輥筒擠壓角/12o6o18o擠壓應(yīng)力（Mpa）不確定0.50.7（低）5.010.0（高）1.53.0（中等）輥面線速度（m/s）/361.52.047物料流速自然流動受離心力控制受喂料特性控制

4、、重力受離心力控制，可調(diào)推進系統(tǒng)加壓循環(huán)無限多次粉磨一次通過有規(guī)則多重粉磨料床厚度1mm中低大粉磨效率11.52.512.51.54粉磨系統(tǒng)工藝流程較復(fù)雜簡單復(fù)雜較簡單對物料水份非常敏感一般一般一般工作場地噪音大低大低技術(shù)等級低高較高高一次性投資較少大大較大水泥粉磨電耗參考值（Kwh/t）36242625262325指聯(lián)合粉磨系統(tǒng)電耗；輥壓機終粉磨電耗在2122Kwh/t;從表1中數(shù)據(jù)分析認為：采用料床粉磨設(shè)備終粉磨水泥（或礦渣）時，其電耗基本相當，但比管磨機系統(tǒng)節(jié)電約30%以上，除輥壓機工藝系統(tǒng)較為復(fù)雜外，立磨與筒輥磨工藝系統(tǒng)比管磨機系統(tǒng)更簡單些。從目前國內(nèi)新建的新型干法水泥生產(chǎn)線來看，大多

5、數(shù)生料制備系統(tǒng)采用立磨工藝，單位粉磨電耗70Kwh/t，而且研磨體消耗量大，以中鉻合金材質(zhì)研磨體為例，噸礦渣粉的球、鍛磨耗250-300g/t，如采用3.213m開流管磨機，磨機主電機功率為1600kw，生產(chǎn)比表面積430m2/kg礦渣微粉，臺時產(chǎn)量也只有28t/h左右,單位粉磨電耗達72kwh/t,生產(chǎn)成本明顯高于立磨。近年來，國內(nèi)建設(shè)的大型礦渣微粉生產(chǎn)線，如長鋼瑞昌、萊鋼魯碧、四川星船城等均采用了立磨粉磨工藝。如前所述，立磨集烘干、破碎、粉磨、選粉、收集、輸送功能于一體，占地面積少，大大簡化了生產(chǎn)線工藝布置。據(jù)了解，這些立磨生產(chǎn)線的單機產(chǎn)量一般都在150t/h以上，礦渣微粉比表面積450m

6、2/kg，單位粉磨電耗50Kwh/t,甚至30%。國內(nèi)由天津院研制開發(fā)的第一臺礦渣磨TRM3131S，用于杭州紫恒公司制備礦渣微粉，配用高效籠式選粉機，成品細度可在400600m2/kg范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，當控制礦渣微粉比表面積450m2/kg時，立磨臺時產(chǎn)量達52t/h，系統(tǒng)電耗為37.3kwh/t，制備的礦渣微粉性能見表8：表8 TRM3131S立磨生產(chǎn)的礦渣微粉性能【4】項目單位指標水份（%）0.02比表面積（m2/kg）42046045um篩余（%）2密度（g/cm3）2.82.97d活性指數(shù)（%）708528d活性指數(shù)（%）95115 以上事實證明：無論水泥及礦渣微粉的制備過程，傳統(tǒng)的粉

7、磨工藝將逐步向料床粉磨工藝過渡，立磨、輥壓機、筒輥磨等高效粉磨設(shè)備，必將在不同場合取代現(xiàn)行管磨機，具有廣闊的增產(chǎn)、節(jié)電前景。4. 擠壓聯(lián)合粉磨和筒輥磨系統(tǒng)在輥壓及問世之初，主要用于預(yù)粉磨流程，其功效尚不能完全發(fā)揮，加之輥壓機自身存在一定的技術(shù)缺陷：輥面磨損過快、液壓系統(tǒng)泄漏、邊緣效應(yīng)等，經(jīng)過二十余年的發(fā)展改進以及新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，輥壓機的技術(shù)性能不斷得到完善，現(xiàn)階段輥壓機輥面工作壽命可達20000h以上，其他方面的問題也迎刃而解。輥壓機作為終粉磨設(shè)備，其電耗較低，比球磨系統(tǒng)節(jié)電30%以上。但存在水泥顆粒級配范圍過窄、均勻性系數(shù)n值偏大、水泥凝結(jié)時間過快（石膏分布不均勻緩凝效果差所致）、成品

8、顆粒形貌為多角形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水泥標準稠度需水量過大等。采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝，主要是充分發(fā)揮輥壓機的預(yù)粉磨功能，必須使輥壓機多做功，才能增加擠壓料中細粉的含量，輥壓機多做功1kwh，后續(xù)管磨機可節(jié)省2-3kwh,管磨機能夠真正發(fā)揮其特有的研磨功能，在使系統(tǒng)獲得高產(chǎn)低耗的同時，對入磨粗粉水泥的多角形結(jié)構(gòu)顆粒進行“整形”，改善水泥的顆粒級配，降低需水性，以確保提高水泥的使用性能。采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝可在原粉磨系統(tǒng)基礎(chǔ)上增產(chǎn)50150%，單位粉磨電耗較普通管磨機粉磨工藝可節(jié)省30%以上。擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的后續(xù)管磨機有開流和圈流兩種形式，同一企業(yè)采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝，后續(xù)均為3.213m管磨機，開流、圈流

9、兩種不同系統(tǒng)制備的水泥性能見表9：表9 擠壓 聯(lián)合粉磨系統(tǒng)水泥質(zhì)量檢測結(jié)果粉磨流程水泥品種比表面積（m2/kg）標準稠度（%）安定性初凝h:m終凝h:m抗折/抗壓強度（Mpa）3d28d開流P.O52.538526.3合格1：502：586.3/29.48.9/58.4圈流P.O52.538926.1合格2：133：205.9/28.69.2/57.9從表9得知，在相同熟料配比條件下，采用擠壓聯(lián)合粉磨工藝后續(xù)管磨機為開流系統(tǒng)時，所磨制的強度等級P.O52.5水泥早、后期強度略高于圈流系統(tǒng)粉磨的水泥。同時，凝結(jié)時間也要短些，水泥顆粒級配范圍更寬些，開流系統(tǒng)單位粉磨電耗為25.7Kwh/t，圈流系

10、統(tǒng)單位粉磨電耗為27.4Kwh/t。此外，圈流系統(tǒng)工藝略復(fù)雜些，這也許是部分企業(yè)選用開流粉磨工藝的真正原因。國內(nèi)某公司2003年引進法國FCB公司研制的3800筒輥磨用于粉磨水泥，裝機功率2400kw，配用TSV4500選粉機，設(shè)計能力120t/h，輥筒工作轉(zhuǎn)速36r/min，單位粉磨電耗為24.5kwh/t.筒輥磨生產(chǎn)的水泥與球磨磨制的水泥物理性能對比見表10：表10 筒輥磨與球磨磨制的水泥性能對比【5】 磨機細度（R80%）比表面積（m2/kg）So3（%）混合材（%）標準稠度（%）初凝（min）終凝(min)抗折/抗壓強度（Mpa）3d28d筒輥磨0.23612.412.430.2168

11、2585.3/24.28.6/52.7球磨機1.63572.512.427.81622044.9/22.28.5/48.6表中數(shù)據(jù)可以看出：相同混合材配比條件下，與球磨水泥相比，筒輥磨磨制備的水泥有更高的早、后期強度，與立磨磨制的水泥性能基本相似，說明仍能進一步提高混合材摻量，降低生產(chǎn)成本。筒輥磨單位粉磨電耗比立磨更低些，顯示出其特有的技術(shù)優(yōu)勢。在水泥物理性能方面，筒輥磨生產(chǎn)的水泥標準稠度需水量仍略大于球磨機磨制的水泥，這可能是筒輥磨水泥顆粒形貌大部分為扁針狀，水化過程比球形顆粒更快的緣故。5.結(jié)束語5.1傳統(tǒng)的管磨機粉磨工藝，其粉磨空間四周不限，難以形成料床，故效率低、單位粉磨電耗高、研磨體

12、消耗大、生產(chǎn)成本高。目前應(yīng)用廣泛的擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)部分引入了料床粉磨工藝，屬成熟的節(jié)能工藝技術(shù)，但工藝系統(tǒng)布局較為復(fù)雜，隨著時間的推移，將會逐步向立磨終粉磨過渡。5.2立磨、輥壓機、筒輥磨均為料床粉磨的高效節(jié)電設(shè)備，實現(xiàn)了無球化終粉磨，用于制備水泥和礦渣微粉，相對傳統(tǒng)管磨機粉磨工藝而言，節(jié)電幅度達3040%以上，更有利于節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，功在當代，利在千秋。5.3立磨集烘干、破碎、粉磨、選粉、收集、輸送于一體，并已率先實現(xiàn)大型化，工藝流程簡單、占地面積小，單位粉磨電耗和金屬磨耗低，是當前大、中型水泥及礦渣微粉制備企業(yè)首選的高效粉磨工藝設(shè)備。5.4立磨、筒輥磨與傳統(tǒng)管磨機粉磨工藝所制備的水泥力學性能相比，具有更高的早、后期強度，可以增加混合材摻加量、降低噸位水泥制造成本，綜合提高經(jīng)濟效益。同時，由于大量摻用工業(yè)廢渣，有利于凈化環(huán)境、消除廢渣污染。5.5無論磨制水泥或礦渣微粉，要求磨前設(shè)置多道強力除鐵，由于單質(zhì)鐵粒具有鐵磁性和可塑性，難以磨細的同時在磨內(nèi)產(chǎn)生富集，加劇設(shè)備磨損，必須予以除去。以使粉磨系統(tǒng)保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率，有效降低主機設(shè)備磨損，延長工作壽命。說明:本文撰寫過程中，參考并引用了水泥界老師們著作中的部分數(shù)據(jù)，在此向各位老師致以深深的謝意！參考文獻【1】.張