改造水泥粉磨工藝 提高產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量

    我國立窯水泥企業(yè)粉磨設(shè)備普遍使用長徑比較小（Ｌ／Ｄ＜４．０）的管（球）磨機(jī)，由于采用共同粉磨工藝，加之入磨物料粒度偏大，同時(shí)又追求高產(chǎn)量，濫摻多摻混合材降低成本，被磨物料在磨內(nèi)停留時(shí)間短，導(dǎo)致成品細(xì)度偏粗、比表面積較小、顆粒級配不合理，水泥水化硬化速度慢、早期強(qiáng)度低。華南理工大學(xué)科研人員曾用相同窯型熟料、不同直徑與長度的磨機(jī)磨制水泥，通過對比測試發(fā)現(xiàn)：采用直徑２．６×１３米長磨粉磨的水泥不僅比表面積大（＞４８０平方米／千克），而且成品中＜３０微米的顆粒含量高、顆粒級配合理，水泥凝結(jié)硬化快、早后期強(qiáng)度顯著提高。而用直徑２．２×６．５米短磨磨制的水泥物理力學(xué)性能明顯低于長磨的產(chǎn)品。

    目前，部分企業(yè)為了降低水泥細(xì)度（８０微米篩余）、維持粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量，以求成品力學(xué)性能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，在原有開流工藝增設(shè)高效選粉機(jī)（如ＮＨＸ高效轉(zhuǎn)子式選粉機(jī)），組成一級圍繞系統(tǒng)，但相關(guān)技術(shù)措施未配套完善，磨內(nèi)粉磨狀況較差，未能給磨外的選粉機(jī)創(chuàng)造條件，出磨水泥粗粉偏多，其效果事倍功半。

    一、水泥粉磨工藝改造的技術(shù)路線

    生產(chǎn)實(shí)踐證明，未經(jīng)預(yù)處理的大粒度熟料直接入磨，磨機(jī)的粉磨能力下降，從磨尾吐出的不規(guī)則顆粒，大部分都是強(qiáng)度高的優(yōu)質(zhì)熟料。好的熟料得不到細(xì)磨，不僅強(qiáng)度發(fā)揮不正常，而且造成材料浪費(fèi)。由于資金方面的原因，一時(shí)難以更換長磨的立窯企業(yè)，只能立足實(shí)際對現(xiàn)有粉磨工藝進(jìn)行技術(shù)改造。

    設(shè)置水泥磨前物料預(yù)處理工藝，部分或全部替代了磨機(jī)粗磨倉功能，以彌補(bǔ)水泥磨長度的不足，可相應(yīng)縮短粗磨倉，延長細(xì)磨倉長度，相對增加被磨物料在磨內(nèi)停留及與研磨體接觸、粉磨時(shí)間，得到較高磨細(xì)程度及水化活性的產(chǎn)品。山東建材學(xué)院科研人員曾對某廠直徑２．２×６．５米圈流水泥粉磨系統(tǒng)進(jìn)行改造：首先，在磨前設(shè)置預(yù)處理工藝，將入磨物料平均粒度由９．７毫米縮小至５．３毫米，并依此優(yōu)化設(shè)計(jì)磨內(nèi)研磨體級配；其次，改造原有選粉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高選粉機(jī)分級效率，適當(dāng)降低循環(huán)負(fù)荷率，在增產(chǎn)節(jié)電的同時(shí)，出磨成品比表面積提高７０％、３天抗壓強(qiáng)度提高６５％，取得了顯著的效果。

    二、關(guān)于磨前物料預(yù)處理工藝及設(shè)備

    采用預(yù)破碎工藝，一次性投資少、流程簡單。但現(xiàn)階段國內(nèi)推出的細(xì)破機(jī)型，大都以國外２０世紀(jì)７０年代前后破碎機(jī)為藍(lán)本制造，破碎石灰石可以較長時(shí)間保持較小粒度，而用于處理水泥熟料時(shí)，因錘頭、護(hù)板材質(zhì)、熟料溫度等方面的原因，短期內(nèi)出機(jī)物料保持５毫米以下效果較好，長期效果差。若要得到長期穩(wěn)定的效果，必須選用生產(chǎn)能力較大的機(jī)型，并配備閉路篩分。破碎機(jī)單位物料預(yù)處理電耗４～５千瓦時(shí)／噸，運(yùn)轉(zhuǎn)率不高，尚需在機(jī)前設(shè)置除鐵器。

    利用料床破碎原理對物料進(jìn)行擠壓預(yù)粉碎的輥壓機(jī)誕生于２０世紀(jì)８０年代中期，現(xiàn)階段雖已完善了許多技術(shù)細(xì)節(jié)，但固有的“邊緣效應(yīng)”及輥面磨損快的缺陷仍未得到完全解決，維護(hù)費(fèi)用高、運(yùn)轉(zhuǎn)率較低、工藝流程復(fù)雜，單位物料預(yù)處理電耗在３．５～５．０千瓦小時(shí)／噸之間。使用輥壓機(jī)預(yù)處理物料，一次性投入太多，一般企業(yè)難以承受。

    水泥磨前物料預(yù)處理宜采用短粗型棒磨機(jī)預(yù)粉磨工藝。該工藝最顯著的特點(diǎn)是磨內(nèi)研磨體不使用鋼球，而是采用優(yōu)質(zhì)耐磨鋼棒，棒荷對物料具有“選擇性粉碎”的特殊功能。棒群間呈緊密的“線接觸”狀態(tài)，入磨物料經(jīng)鋼棒輾壓輥軋后，出磨最大粒度均在２毫米以下，并且其中尚含有３０％以上的成品，預(yù)粉磨電耗＜３千瓦小時(shí)／噸。與破碎機(jī)和輥壓機(jī)相比，棒磨機(jī)處理物料效率高、投資中等、長期運(yùn)行安全可靠、維護(hù)保養(yǎng)方便、費(fèi)用低。經(jīng)過棒磨預(yù)處理后的物料粒度?。?xì)砂狀）且均勻，易磨性大大改善，實(shí)現(xiàn)了磨機(jī)高產(chǎn)、高細(xì)，顯著降低了粉磨系統(tǒng)電耗。棒磨機(jī)設(shè)置后，既可單獨(dú)預(yù)磨熟料，又能集中處理所有被磨物料。

    三、水泥粉磨工藝改造

    水泥粉磨是利用機(jī)械力對被磨物料進(jìn)行細(xì)碎、細(xì)磨的物理活化過程，管磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將能量通過襯板傳遞給研磨體對水泥顆粒實(shí)施有效粉磨，顯著提高反應(yīng)總表面積，使其成為具有較高水化膠凝活性的微米級粉體。

    采用磨前物料預(yù)處理工藝后，無論是開流還是圈流系統(tǒng)，必須注重對磨內(nèi)進(jìn)行改造。通過對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：相同粉磨條件下，不同磨細(xì)程度（比表面積）的水泥具有不同的膠砂強(qiáng)度，材料磨得越細(xì)，反應(yīng)總表面積越大，水化硬化速率越快，膠砂強(qiáng)度越高。

    磨前預(yù)處理工藝的設(shè)置，入磨粒度顯著縮小，磨機(jī)粗磨倉功能被部分或全部取代，可相應(yīng)縮短粗磨倉、延長細(xì)磨倉長度，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)研磨體級配及裝載量，一倉填充率宜低于二倉。降低研磨體平均尺寸，以增大研磨體總表面積及其與物料之間的接觸、粉磨機(jī)率，提高研磨效率，使被磨物料得到充分磨細(xì)，確保水泥成品有較高的比表面積（＞３５０平方米／千克）。開流工藝時(shí)，可將磨內(nèi)普通隔倉板換成具有粗、細(xì)分離（過濾）功能的選粉式“篩分隔倉板”，充分發(fā)揮微型研磨體在細(xì)磨倉的特殊粉磨功能。如無條件使用“篩分隔倉板”，則應(yīng)進(jìn)一步縮小現(xiàn)有隔倉板縫隙（≤６毫米），或?qū)⑵滂T造成盲板與篦板組合成隔倉板，以嚴(yán)格控制粗顆粒進(jìn)入細(xì)磨倉，從而使磨機(jī)長期保持高細(xì)、高效。圍繞粉磨工藝使用普通型隔倉板時(shí)，其篦縫應(yīng)不大于８毫米，比控制物料流速，提高磨細(xì)程度。同時(shí)，適當(dāng)降低循環(huán)負(fù)荷（≤１００％）及出磨細(xì)度（８０微米篩余），為高效選粉機(jī)創(chuàng)造條件，促進(jìn)粉磨系統(tǒng)的良性循環(huán)。

    計(jì)算結(jié)果表明，每噸直徑１０×１０毫米微鍛的表面積是直徑２５×３０毫米鍛表面積的２６５倍。單位重量研磨體的個(gè)數(shù)越多，總表面積越大，與物料接觸粉磨效率越高。在細(xì)磨倉內(nèi)采用小規(guī)格球形或段形研磨體，必須注意襯板表面形狀對研磨體提升能力的影響。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，襯板磨損后工作表面過于光滑時(shí)，雖磨機(jī)有效內(nèi)徑略有增加，但粉磨效率顯著降低，出磨成品細(xì)度變粗。針對這種現(xiàn)象，筆者研究推出“細(xì)磨倉襯板活化技術(shù)”。采用該技術(shù)，可以有效地增大襯板的提升摩擦系數(shù)及對研磨體的牽制能力，克服最外層研磨體產(chǎn)生的切向滑動，消除傳統(tǒng)的襯板排列方法造成的研磨體打滑現(xiàn)象，充分激活并強(qiáng)化細(xì)磨倉內(nèi)微型研磨體對物料的粉磨能力，從而穩(wěn)定提高磨機(jī)的生產(chǎn)效率，獲得較高磨細(xì)程度的產(chǎn)品，增加水泥中３０微米以下顆粒數(shù)量，進(jìn)一步提高產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量。筆者曾在甲廠對直徑１.８３×７米開流水泥磨上采用該技術(shù)，在未設(shè)磨前預(yù)處理工藝的條件下，控制水化細(xì)度＜８.０％，磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量由６～６.５噸提高至９～１０噸；乙廠直徑１.８３×７米圈流水泥磨未設(shè)預(yù)處理，采用該技術(shù)改造后，嚴(yán)格控制成品細(xì)度＜２.５０％，磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量由９噸穩(wěn)定提高至１１.５噸以上，水泥ＩＳＯ強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果良好。

    當(dāng)磨內(nèi)研磨體表面產(chǎn)生靜電吸附而降低粉磨功效時(shí)，可引入對水泥性能無害的高效助磨劑，消除靜電效應(yīng)的危害，提高物料的分散度和磨細(xì)程度。

    另據(jù)資料介紹，橢圓形研磨體能夠顯著提高粉磨效率和物料磨細(xì)程度，增大產(chǎn)品比表面積及３０微米以下顆粒含量與水化活性，有利于提高水泥的ＩＳＯ強(qiáng)度，條件具備的企業(yè)應(yīng)積極采用。

    針對立窯企業(yè)水泥磨機(jī)長徑比小的普遍狀況，若要提高產(chǎn)品粉磨比表面積（≥３５０平方米／千克），應(yīng)積極采取磨前物料預(yù)處理工藝，宜選用棒磨機(jī)預(yù)粉磨流程，既可單位處理熟料又能集中預(yù)磨全部物料，確保出棒磨物料粒度均＜２毫米，并以此優(yōu)化設(shè)計(jì)研磨體級配。

    磨內(nèi)改造時(shí)，應(yīng)采用“篩分隔倉板”、微型研磨體（≤１５毫米），同時(shí)運(yùn)用“細(xì)磨倉襯板活化技術(shù)”，消除研磨體切向滑動，提高磨機(jī)粉磨效率及研磨體對物料的磨細(xì)程度。

    條件具備的企業(yè)可使用橢圓球及助磨劑，提高物料分散度及比表面積與粉磨效率。

    以上改造方案無論對于開流、圈流或分別粉磨工藝都是行之有效的，均能達(dá)到提高成品中３０微米以下顆粒含量及水化膠凝活性，以適應(yīng)水泥新標(biāo)準(zhǔn)的要求。