水泥輥壓機半終粉磨系統(tǒng)新工藝及其裝備的研究與應用

　　以輥壓機為代表的料床預粉磨系統(tǒng)是料床粉磨的主導，預粉磨分為循環(huán)預粉磨、混合粉磨、聯(lián)合粉磨和半終粉磨。相對球磨機一級閉路粉磨工藝，聯(lián)合粉磨和半終粉磨流程具有明顯的系統(tǒng)優(yōu)勢。以往，半終粉磨在系統(tǒng)增產(chǎn)方面具有更好的效果，但其節(jié)能幅度卻略低于聯(lián)合粉磨，且設備選型時受到一定限制，因此在實際工程設計中，聯(lián)合粉磨流程得到了更加廣泛的應用。

　　為了提高水泥粉磨工藝水平，江蘇吉能達建材設備有限公司工程技術人員潛心研究，研發(fā)了水泥輥壓機（立磨）半終粉磨新工藝及其裝備。采用多級分選、分段粉磨的新工藝，將專用分級機設置在輥壓機預粉磨系統(tǒng)中的v型選粉機出風口。該項新工藝新設備在中材蘇州天山水泥有限公司成功應用，生產(chǎn)P·O42.5水泥由技改前的220~230t/h提高到目前的290~320t/h，比表面積380m²/kg以上，粉磨電耗由35kWh/t降至27kWh/t。為水泥輥壓機（立磨）粉磨系統(tǒng)的節(jié)能降耗探索了一條新路徑。

　　一、對粉磨工藝系統(tǒng)進行技改的思路

　　1、多級分選、分段粉磨

　　2、輥壓機做功越多，系統(tǒng)節(jié)電效果越明顯，聯(lián)合(半終 )粉磨系統(tǒng)都必須重視輥壓機預粉磨系統(tǒng)做功。

　　3、對管磨機而言，必須突出 “磨內(nèi)磨細為第一要素”的原則，多創(chuàng)造合格產(chǎn)品。

　　4、配套新型高效選粉機

　　任何選粉機的分級過程都可以簡單地分三個環(huán)節(jié)：分散、分級、收集。分散是前提，分級是核心，收集是保證。成品收集的問題隨著除塵技術的發(fā)展已得到了解決。研究和解決配套半終粉磨工藝系統(tǒng)的選粉機的技術問題應圍繞著雙向分級來進行，既要收集成品，又要將不利于球磨機粉磨的大顆粒分離。

　　5、適應新標準的質量要求。

　　二、新工藝新技術開發(fā)研究過程

　?。?） 配套分級設備對球破磨-球磨機粉磨系統(tǒng)進行過研究。大鋼球破碎，在破碎過程中采用風選原理，把細小顆粒及時帶走，實現(xiàn)邊粉磨邊分選，減少墊層產(chǎn)生的無功浪費，同時減少了過粉磨。集破碎、研磨、分級功能為一體，提高破碎效率，粉磨能力，而且具有自動粗細分級功能，分級精度高，可不再單獨配套分級設備。

　　（2） 配套雙分離高效選粉機對某公司160-140輥壓機+V型靜態(tài)分級機（V型選粉機）+雙分離高效選粉機+Φ4.2×13m雙倉管磨機組成的半終粉磨閉路工藝水泥成品制備系統(tǒng)改造。其具體工藝流程為：物料經(jīng)過配料站由高速板鏈斗式提升機輸送至穩(wěn)流稱重倉，進入輥壓機擠壓后通過V型選粉機分級出細粉（＜80um以下顆粒占70%~85%、＜30um以下水泥成品顆粒所占比例約為20%以上），V型選粉機細粉出口聯(lián)接下進風的雙分離高效選粉機(負壓抽吸式進入高濃度布袋收塵器收集成品)，首先分離出由輥壓機擠壓過程中產(chǎn)生的成品，分選出成品后的粗粉輸送至管磨機粉磨，出磨物料經(jīng)輸送設備由上部喂入雙分離高效選粉機再次分選。

　　系統(tǒng)主、輔機設備配置及技術性能參數(shù)如下表示：

　　實施前、后效果： 水泥粉磨系統(tǒng)技術經(jīng)濟參數(shù)對比表

　　（3）、配套高效選粉機改造輥壓機+V型靜態(tài)選粉機+雙倉管磨機+O-SAPE選粉機組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。2009年以來，我們以“多級分選，分段粉磨”理論及系統(tǒng)工程方法為指導依據(jù)，對數(shù)家公司水泥制成輥壓機+V型靜態(tài)選粉機+雙倉管磨機+O-SAPE選粉機組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)采用預粉磨系統(tǒng)專用分級機實施了相應的半終粉磨技改措施，產(chǎn)量提高幅度在15%以上，均取得了理想的效果。

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　?。?）、預粉磨系統(tǒng)專用分級機+粗粉分離器改造輥壓機+V型靜態(tài)選粉機+雙倉管磨機+O-SAPE選粉機組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。圍繞著雙向分級既要收集成品，又要將不利于球磨機粉磨的大顆粒分離。

　　2013年3月，蘇州天山技改項目經(jīng)過我們與天山人的共同努力，水泥成品制備系統(tǒng)配用1812輥壓機+V型靜態(tài)分級機（V型選粉機）+粗粉分離器+預粉磨系統(tǒng)專用分級機+Φ4.2×13m雙倉管磨機組成的半終粉磨閉路工藝，達到生產(chǎn)P·O42.5水泥產(chǎn)量由技改前220~230 t/h提高到290~320t/h，水泥比表面積≥380m²/kg，粉磨電耗由35kWh／t降低到27 kWh／t。

　　三、 在蘇州天山水泥有限公司項目實施情況

　　1、 水泥粉磨工藝線基本概況

　　水泥成品制備系統(tǒng)配用1812輥壓機+V型靜態(tài)分級機（V型選粉機）+粗粉分離器+預粉磨系統(tǒng)專用分級機+Φ4.2×13m雙倉管磨機組成的半終粉磨閉路工藝；其具體工藝流程為：物料經(jīng)過配料站由高速板鏈斗式提升機輸送至V型選粉機再入穩(wěn)流稱重倉，進入輥壓機擠壓后通過V型選粉機分級出細粉（＜80um以下顆粒占70%~85%、＜30um以下水泥成品顆粒所占比例約為20%以上），V型選粉機細粉出口聯(lián)接下進風式粗粉分離器、預粉磨系統(tǒng)專用分級機，首先分離出由輥壓機擠壓過程中產(chǎn)生的≤30um的成品。分選出成品后，≥1mm大顆粒和1~200um的粗粉回輥壓機重新擠壓（也可根據(jù)磨機負荷將部分1~200um的粗粉至管磨機粉磨），30~200um細粉入管磨機粉磨。出磨物料經(jīng)輸送設備由上部喂入O-Sape選粉機分選，選出的成品和由輥壓機擠壓過程中產(chǎn)生的成品一同入庫，粗粉回磨頭入磨機再次粉磨。

　　該部分終粉磨工藝系統(tǒng)僅增加一臺喂料、分選能力大的下進風式預粉磨系統(tǒng)專用分級機，V型選粉機與預粉磨系統(tǒng)專用分級機則共用一臺循環(huán)風機。該系統(tǒng)取消了原系統(tǒng)中部分管道和輸送設備，直接采用原雙旋風筒收集由輥壓機段擠壓所產(chǎn)生的水泥成品，避免了大量＜30um細粉進入管磨機內(nèi)部，導致細磨倉出現(xiàn)“過粉磨”所引起的研磨體及襯板表面嚴重粘附現(xiàn)象，使管磨機系統(tǒng)始終保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率。

　　由于水泥成品經(jīng)過雙旋風筒收集，后續(xù)管道與系統(tǒng)風機中的粉塵濃度顯著降低，消除了原粉磨工藝系統(tǒng)中導致管道與循環(huán)風機葉輪磨損嚴重的因素，降低了系統(tǒng)設備磨損，設備磨耗量明顯降低、整個系統(tǒng)粉磨電耗低。

　　蘇州天山系統(tǒng)工藝一期改造流程圖：

　　工藝系統(tǒng)主、輔機設備配置及技術性能參數(shù)見表

　　2、生產(chǎn)調試中遇到的問題

　　a、輥壓機工作輥縫較小

　　投產(chǎn)調整初期，由于入輥壓機原因以及熟料中含有較多粉料，導致工作輥縫偏小，只有15mm左右，輥壓機主電機工作電流較低（50A-60A），即使調節(jié)入料斜插板比例（95%左右），工作電流變化仍不大，輥壓機擠壓出力能力較差。

　　b、輥壓機工作壓力偏低

　　受輥壓機工作輥縫偏小的影響，工作壓力上不去，擠壓效果較差，輥壓機工作壓力在7.0-8.0MPa左右波動，擠壓后細粉明顯偏少。

　　c、脫硫石膏水份大

　　由于入輥壓機的脫硫石膏水份達到8%-12%不易下料、計量，稱重倉粘附、掛壁現(xiàn)象嚴重，甚至造成擠壓后的料餅進入V型選粉機內(nèi)部不易散開，影響分級效果。

　　d、管磨機做功能力差

　　一般來講，帶有選粉機的水泥半終粉磨系統(tǒng)，由于預先分離出成品，入磨物料中的細粉量極大地減少，較好地避免了細粉在磨內(nèi)產(chǎn)生的“過粉磨”與細磨倉研磨體與襯板表面粘附現(xiàn)象，研磨體磨細做功能力提高，每米研磨體創(chuàng)造出磨物料比表面積能力至少應≥10m²/kg/m。

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　　由預粉磨系統(tǒng)專用分級機分離出成品后的入磨物料（粗粉）比表面積平均在130m²/kg左右，而在管磨機有效長度12.5m范圍內(nèi)研磨體做功少，出磨水泥比表面積僅在200m²/kg左右，計算得知：每米研磨體粉磨出的比表面積為（220m²/kg-130m²/kg）/12.5m=7.2m²/kg/m，說明管磨機段研磨能力不足；

　　e、選粉機用風量小

　　輥壓機段與管磨機段做功能力均不理想，即擠壓處理與研磨兩段的成品量不足，以致不能增加V選與四分離高效選粉機拉風量，一般在50%左右。中控操作增加系統(tǒng)風機風量時，造成水泥成品比表面積低、細度粗；由此判斷：輥壓機與管磨機兩段創(chuàng)造成品量低時，系統(tǒng)風機拉風量必須降低，最終導致系統(tǒng)產(chǎn)量低。

　　3、技術分析及處理措施

　　（1）、輥壓機工作壓力及輥縫

　　輥壓機水泥部分終粉磨工藝系統(tǒng)（或聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)）的共同特點是：輥壓機及分級設備的投入，實現(xiàn)了系統(tǒng)中的“分段粉磨”，必須充分發(fā)揮輥壓機系統(tǒng)料床粉磨的技術優(yōu)勢及其較大的處理能力，輥壓機段做功越多，對系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)電越有利；輥壓機的吸收功耗越多，后續(xù)管磨機段節(jié)電效果越顯著； 一般規(guī)律是輥壓機兩主輥電流越高，說明輥壓機作功越多，系統(tǒng)產(chǎn)量越高。要求達到電機功率的 60% 以上。輥壓機吸收功耗一般在7.5kwh/t-13kwh/t，在此范圍內(nèi)吸收功耗越多，管磨機段節(jié)電幅度越大?；疽?guī)律是：輥壓機吸收功多投入1kwh/t，則后續(xù)管磨機系統(tǒng)節(jié)電1.5kwh/t--2kwh/t；

　　在相對穩(wěn)定的工藝條件下，輥壓機工作壓力越大，擠壓處理物料過程中產(chǎn)生的粉料越多，成品量顯著增加，被分離出的合格品也越多。

　　a、 首先，對入輥壓機熟料采取先進入V選分選的措施，多采用顆粒狀料、減少粉狀料；其次，稱重倉必須保持一定的倉容，料位比例一般控制在70%-80%，以有效形成入機料壓，實現(xiàn)過飽和喂料，確保擠壓效果；同時將輥壓機工作壓力由7.0.0MPa-8.0MPa，調整至8.0MPa-8.5.MPa；輥壓機工作輥縫由原15mm左右，調整至30mm左右；入料斜插板比例拉開至85%以上，以實現(xiàn)過飽和喂料（ 根據(jù)擠壓物料特性和磨機生產(chǎn)不同品種水泥時，確定輥壓機墊片厚度和輥縫尺寸大小）；調整后輥壓機主電機工作電流（額定電流105A）由50A-60A提高至70A-80A擠壓做功能力顯著提高，經(jīng)由V型選粉機分級后的物料R80um、R45um篩余量明顯減少，比表面積提高，合格品比例大幅度增加。

　　b、最大限度的提高進輥壓機物料的堆積密度， 喂料要注意料倉物料離析導致偏輥，偏載。因細料難以施壓和形成“粒向破碎”。所以，細粉越多，輥縫越小，功率越低。導料板插入深度越深，輥縫越小，功率越低，最終導致產(chǎn)量下降。輥壓機進料口到穩(wěn)壓倉下料點之間柱壁面上粘結細粉后，也影響輥壓機產(chǎn)量。

　　在確保系統(tǒng)安全的條件下盡可能適當?shù)靥岣咻亯簷C的壓力，合理調節(jié)系統(tǒng)運行保護的延時程序，既有利提高輥壓機作功能力，又有利于系統(tǒng)正常糾偏。

　　特別是細料的量應控制在一定的范圍，過多的細料量（特別是＜0.2mm以下的細料）會極大的影響輥壓機的做功；通過調整，預粉磨系統(tǒng)專用分級機的粗料回料量（風翅角度增大，回料量增多，回料變細；風翅角度減小，回料量減少，回料變粗），找到一個最佳的平衡點，讓輥壓機多出合格的成品料（確保細度指標）產(chǎn)量進一步增加。

　?。?）、脫硫石膏水份及下料處理

　　進廠脫硫石膏水份較大，實施入堆棚預先存放措施、分批周轉取用。目前，已著手籌備將脫硫石膏由庫底而直接入磨機。

　?。?）、V型選粉機及預粉磨系統(tǒng)專用分級機用風量，在部分終粉磨系統(tǒng)中，由于V型選粉機與預粉磨系統(tǒng)專用分級機共用一臺循環(huán)風機，在滿足水泥質量控制指標的前提下，應盡量采用大風操作方式，最大程度上將輥壓機段及管磨機段創(chuàng)造的成品分選出來，系統(tǒng)風機的拉風比例由原60%提高至80%以上。

　?。?）、管磨機研磨體級配及通風參數(shù)

　　管磨機的特點是磨細能力有余而粗碎能力較差，而由輥壓機+V型靜態(tài)分級設備組成的磨前預粉磨系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮輥壓機高效率料床粉磨優(yōu)勢，高壓擠壓處理后的入磨物料易磨性明顯提高，物料在輥壓機段處理時產(chǎn)生的成品已被V型選粉機與預粉磨系統(tǒng)專用分級機預先分選出來，粗粉再進入管磨機粉磨，由此實現(xiàn)了良好的“分段粉磨”。生產(chǎn)實踐早已證明：采用“分段粉磨”工藝比一段粉磨工藝所需能量更低、系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電效果更顯著。    

　　 管磨機一倉采用提升能力較好的曲面階梯襯板，本次技改增加了隔倉板、出磨篦板的通風面積。

　　投產(chǎn)初期，由于設備磨合及研磨體級配等方面的原因，管磨機粉磨效果較差，我們根據(jù)入磨物料細度、比表面積等參數(shù)，重新設計、調整了各倉級配，

　　在管磨機段粉磨過程中，主要依靠研磨體的“集群研磨效應”實現(xiàn)物料磨細，同時，我們根據(jù)磨機主電機及主減速機的驅動功率富裕系數(shù)，合理增加細磨倉微鍛研磨體裝載量、增大填充率，能夠有效提高微鍛的總研磨面積，提高細磨倉內(nèi)微型研磨體對物料的細研磨能力；總之，在管磨機段必須凸顯“磨內(nèi)磨細”為根本要素；調整研磨體級配后，出磨物料比表面積達到300m²/kg，已接近一般成品水泥的比表面積，在管磨機有效長度范圍內(nèi)平均每米研磨體創(chuàng)造比表面積為：（300m²/kg-130m²/kg)/12.5m=13.6m²/kg/m，比調整前提高了6.4m²/kg/m。

　　改進前、后水泥產(chǎn)量及系統(tǒng)粉磨電耗對比：

　　由表可知：系統(tǒng)改進后P.O42.5級水泥較改進前增產(chǎn)80t/h、增幅34.7%；電耗降低7kwh/t、比表面積提高5m²/kg；通過合理的改進與調整，該部分終粉磨工藝系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電效果顯著，水泥實物質量指標較改進前有所提高。
　　3、預粉磨專用分級機詳細介紹

　　國內(nèi)常規(guī)配置的輥壓機、輥式磨（立磨）預粉磨系統(tǒng)成品中小于80μm的細粉占65-75%，含有少部分0.5mm以上的粗顆粒。預粉磨系統(tǒng)專用分級機設置在輥壓機、輥式磨（立磨）預粉磨系統(tǒng)中的V型選粉機出口，將V選粉機出口物料分為0-32μm、32-60μm、60-200μm及200mm以上四份。0-32μm直接進入成品水泥，32-60μm、進球磨機粉磨，60-200μm部分進球磨機粉磨，部分回輥壓機或輥式磨（立磨）重新碾壓，200μm以上的粗顆粒全部回輥壓機或輥式磨（立磨）重新碾壓。

　　0-32μm的細粉不進磨機，直接進成品，不僅可提高系統(tǒng)產(chǎn)量，還可以大幅度降低磨機的過粉磨現(xiàn)象。

　　入磨物料的粒度為32-200μm之間，物料粒度更為均齊，可以有效提高磨機產(chǎn)量。      

　　200μm以上的粗粉回輥壓機可以大幅度降低入磨物料的最大粒度，提高了球磨機的粉磨效率，同時提高輥壓機的效率。

　　四種不同粒度范圍物料的選凈度均達到80%以上。其中進成品的細粉45μm篩余小于3%，比表面積達到420m²/kg以上。

　　經(jīng)多廠家使用，水泥強度可提高2-3MPa，控制同樣齡期強度可增加混合材摻入2-3%，水泥的標準稠度需水量雖有所上升（0.2-0.5%）仍然達標，滿足砼的使用要求。

　　4、技術可行性和經(jīng)濟分析

　　水泥生產(chǎn)是一個高能耗的行業(yè)，尤其以水泥粉磨是高電耗。所以，想在當前激烈的市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢，可以在水泥粉磨中做文章，通過節(jié)約能源來降低成本。

　　經(jīng)過我們多年的研究總結凡是輥壓機功率/球磨機功率大于0.5就適合進行輥壓機預分選技術改造。傳統(tǒng)的水泥粉磨電耗在38～45千瓦時/噸水泥，而實施預分選技術改造后水泥粉磨電耗在26～28kWh/t水泥。復合水泥的混合材摻加量增加5％～10％，這樣，每粉磨1t水泥可以降低成本20～30元。

　　以蘇州天山系統(tǒng)為例，全部技改約200萬元，技改周期10天，水泥產(chǎn)量提高80t/h,水泥粉磨電耗下降7.0kWh/t，水泥的混合材摻加量增加2％～3％。這樣，每粉磨1t水泥可以降低成本15元左右。

　　5、總結與提高

　　研究表明，水泥顆粒圓形系數(shù)(平均)由0.65提高至0.73時，水泥膠砂流動度最大可提高25％，并且隨圓形系數(shù)的提高，有不斷增大的趨勢。在相同膠砂流動度下，圓形系數(shù)由0.67提高至0.72，W/C可減少8％，且各齡期水泥強度提高均20％以上。球形化水泥的凝結時間比一般水泥長。球形化水泥顆粒堆積密實，水泥膠砂試體中總孔隙率低、中位孔徑小，細孔(15.1mm～39mm)或微細孔(3.4mm～15.1mm)含量增多；相同水灰比下中后期強度較一般水泥可提高6～10MPa。

　　為了控制水泥W/C，我們?nèi)≡嘈杷蔢，并做了旋風筒下不同提取量的水泥標準稠度需水量如下表：

　　蘇州天山水泥公司根據(jù)客戶的需求，最終將提取的成品量控制在50-60t/h，比表面積380-400m²/kg。

　　江蘇吉能達建材設備有限公司研發(fā)的水泥輥壓機半終粉磨新工藝及設備在蘇州天山水泥有限公司成功應用后，在國內(nèi)輥壓機（立磨）的大型水泥企業(yè)中引起了廣泛的關注，《中國建材報》于5月7日作了《江蘇吉能達在水泥半終粉磨技術取得重大突破》重點報道，5月22日在蘇州天山水泥有限公司召開了現(xiàn)場會，吸引了近百家水泥企業(yè)參加。繼蘇州天山水泥公司之后，目前又有屯河天山、伊犁天山、棗莊中聯(lián)、日照中聯(lián)、臥龍中聯(lián)、唐山燕東等多家水泥企業(yè)與吉能達公司簽訂了合同。江蘇吉能達公司研發(fā)的水泥輥壓機半終粉磨新工藝及設備必將為節(jié)能降耗、提高水泥的產(chǎn)、質量作出新的貢獻。