联合粉磨系统磨机参数选择.doc

挤压联合粉磨工艺中多仓管磨机参数的选择与调整邹伟斌 中国建材工业经济研究会水泥专业委员会 陈敬明 咸 宁 市 建 筑 材 料 工 业 协 会 题要：本文论述了采用辊压机，打散分级机或V型选粉机与管磨机组成的挤压联合粉磨工艺（开流管磨或圈流管磨系统），在水泥制成中的应用；探讨了实施挤压联合粉磨工艺对管磨机各仓长比例的合理设置及衬板、研磨体材质、衬板工作表面形状、研磨体级配的选择；以实例论证了挤压联合粉磨工艺是逐步向立磨（辊磨）终粉磨过渡期内增产、节电的高效粉磨工艺。关键词：挤压联合粉磨 管磨机 参数选择导言随着水泥生产技术的进步及发展循环经济、实施节能减排的需要，新型干法水泥工艺将逐步取代落后的生产方式。水泥粉磨技术也向高效、节电方向快速演变。以大中型新型干法水泥企业为例，在生料制备过程中积极采用技术成熟而先进的立磨（辊磨）粉磨工艺替代传统的管（球）磨机粉磨工艺，获得了优质、高产、低消耗的综合技术经济效果。新型干法线或粉磨站的水泥制成系统，绝大多数采用多仓管磨机作为终粉磨制备成品。由于立磨（辊磨）和辊压机与管磨机的粉磨特性不同，采用前两种设备作为终粉磨制得的成品颗粒形貌呈多角形、片状、条状结构，标准稠度需水量大、快凝、早强偏低，显著影响混凝土的施工、结构强度和耐久性能，尚需解决相关的技术问题 1 。但作为预粉磨（以辊压机、打散分级机或V型选粉机组成的挤压联合粉磨为例），不失为当前水泥粉磨系统增产、节电的高效生产工艺。表1 辊压机终粉磨水泥与球磨水泥性能比较粉磨工艺SO3（%）比表面积（/kg）需水量（%）初凝（h：m）终凝（h：m）抗压强度（Mpa）2d7d28d球 磨3.0534727.51：502：2526.036.847.4辊压机3.1734334.00：050：0822.337.149.5据了解，现国内新建大中型新型干法生产线或粉磨站，绝大多数水泥粉磨系统采用挤压联合粉磨工艺，由管磨机完成水泥的终粉磨，使整个粉磨系统取得了显著的增产、降耗效果。以下进行相关的技术经济分析：1、挤压联合粉磨工艺中的辊压机、V型选粉机及打散分级机。1.1 辊压机辊压机自20世纪80年代中期在德国问世以来，其技术更新和推广应用一直受到水泥及冶金、矿山等行业的密切关注。辊压机的工作原理属料床挤压粉碎，物料通过两只高压对辊挤压后形成料饼，料饼中含有大量的细粉，其中80m以下的成品颗粒约占30%左右，粗颗粒物料的内部微观结构已被彻底破坏，并产生许多裂纹，易磨性大大改善，挤压后的料饼中2mm以下颗粒占6070%，为后续设置的管磨机高产、低耗创造了先决条件。辊压机技术历经20多年的发展与完善，原设备系统中存在的液压件可靠性差（漏油）、辊面磨损过快（材质及结构形式）、联轴节易损坏（材质及设计缺陷）、设备振动（除铁、料流及设备自身或地基因素）等缺陷经工程技术人员的其同努力，得到了较好的解决，实现了辊压机、V型选粉机或打散分极机、管磨机系统的同步运行，生产效率大大提高。原辊压机存在的辊面磨损快的问题，我国多采取堆焊硬质合金层的办法解决。国外公司则注重于整体铸造，选用机械性能优良的耐磨材料以及优化设计辊面形状，使辊面工作寿命显著提高。据资料介绍2：德国洪堡公司推出的柱钉式辊面结构，辊面保证寿命达14000-20000h。该结构形式的辊面采用硬质合金小圆柱镶嵌，挤压过程中产生的细料充填于柱钉间的小坑，开成自然的料衬保护层，减轻了大颗粒物料对辊面的磨损程度。福建龙岩三德水泥公司引进使用了这种由德国洪堡公司生产的RP140-160柱钉式辊面的辊压机。广东（东莞）华润水泥公司进口的德国克虏伯一伯力鸠斯POLYCOM15/8辊压机，系整体铸造结构辊，辊面耐磨层厚度和硬度比堆焊硬质合金要高许多，工作寿命保证在18000h。国内部分水泥企业针对辊压机辊面的磨损问题，采用备辊的方式确保在较短的时间内能够及时更换下磨损严重的辊进行堆焊维修，这样比停机堆焊更节省时间，大大减轻对生产过程的影响。采用挤压联合粉磨工艺，管磨机前对物料的处理，仍属预粉磨范畴。由于物料挤压循环次数多，允许辊压机消耗更多的能量，可使整个粉磨系统节能实现最大化，该工艺能使后续管磨机的增效系数达2以上。经挤压、打散分级后的入磨物料粒度均1mm，系统产量大幅度提高，粉磨电耗显著降低，已成为目前管磨机终粉磨系统的首选工艺。挤压联合粉磨工艺整个设备系统运行过程中，对辊压机而言，细粉太多、辊缝越小、功率降低；导料板插入深度越深、辊缝越小、功率越低，最终导致系统产量下降。一般规律是：辊压机两主辊电流越高，说明辊压机作功越多，系统产量越高，但辊压机运行电流必须控制在额定值范围内。3以国内某水泥研究设计院研制、开发的辊压机为例，有以下规格、型号：表2 辊压机技术参数序号规格速度（m/s）处理量（t/h）装机功率（kw）入料粒度（mm）入料温度（）1HFCG100451.3848702160601202HFCG120451.481001502220601203HFCG140651.482002802500601204HFCG140801.482503502500601205HFCG1501001.583805502710601206HFCG1601201.585507002900801201.2 V型选粉机挤压联合粉磨系统中采用的V型选粉机，其作用仍属于对半成品粗、细粉分离。V型选粉机集打散、分级于一体，结构简单、耐磨性好，是一种新型的打散分级设备。V型选粉机主要是靠改变风量来调节半成品细度。关于V型选粉机风量对半成品细度的影响，天津院柴星腾高工提供了下述技术参数3：V型选粉风量一般按4kg/m3的喂料量控制配风，最大风量不宜超过4.5kg/m3，以确保分级效果。V型选粉机导流板间的设计风速6.7m/s左右；半成品细度达150/kg；实际风速5.8m/s时，半成品细度可达185/kg，即风速降低，半成品变细，适宜于磨制高强度等级的水泥。徐州久久水泥公司3.213m圈流水泥磨前的挤压联合粉磨工艺中，物料经挤压后粗、细料分选采用Vx5815选粉机，经过V型选粉机分选后入磨物料比表面积为175185/kg，该系统磨制比表面积360/kg的32.5R水泥，台时产量达120t/h以上，吨水泥粉磨电耗24kwh/t，在国内属领先水平。表3 32.5R水泥力学性能 4抗折强度（Mpa）抗压强度（Mpa）1d3d28d1d3d28d2.43.88.17.820.441.41.3 打散分级机打散分级机由打散和分级两部分构成。该机与V型选粉机本质上都属于与辊压机配套的物料粗、细粉分离设备，与V型选粉机的区别在于打散分级机利用主轴转速来调节半成品细度。现以国内某水泥研究设计院研制、研发的打散分级机为例，有以下规格、型号：表4 打散分级机技术参数型号规格外筒直径（mm）打散盘直径（mm）处理量（t/h）打散电机功率（kw）分级电机功率（kw）SF400/1004000100040703022SF500/10050001000601204530SF550/120550012001001504530SF600/1406000140020028055452、挤压联合粉磨工艺中管磨机仓长的选择目前，国内采用挤压联合粉磨工艺的水泥制备系统，多配用三仓管磨，磨机直径都在3m以上，长度1114m。管磨机仓位长度的合理分配与选择，是影响到整个粉磨系统增产、节电、稳定产品质量的重要技术参数。关于开流三仓管磨机各仓有效长度的合理选取，天津院宋天民高工和原武汉建材学院冯修吉教授给出了以下公式：2.1 天津院宋天民高工公式5L1=26%LoL2=24%Lo （1）L3=50% Lo2.2 原武汉建材学院冯修吉教授公式6L1=1/4 LoL2=3/4L1 （2）L3=9/16Lo上述式中：L1、L2、L3分别为磨机一仓、二仓、三仓有效长度(m)；Lo为磨机总有效长度（m）。以上公式虽是在当时磨前预处理工艺不够完善的条件下推导出来的，但在挤压联合粉磨技术成热并广泛应用的今天，仍具有指导意义。众所周知：管磨机的电能利用率很低，同时管磨机对物料的粗磨能力不足，利用磨机一仓破碎被磨物料效率低、电耗高，是极不合理的。管磨机的独特之处在于其对物料的磨细功能突出，磨制的水泥颗粒级配连续、合理；颗粒圆形度好；但在实际生产中必须严格控制入磨物料粒度与水份的稳定。当采用挤压联合粉磨工艺，管磨机粗磨仓（第一仓）的功能已全部被挤压、打散设备所取代，经挤压、打散分级选粉后的入磨物料中已含有30%以上的成品，经过多次循环挤压、分选后的入磨物料均为1mm以下的颗粒，物料细度一般可维持在180210/kg，R80在3040%左右。管磨机名符其实地成为了能够充分发挥其磨细能力的粉磨设备。实际生产中，既可以采用开流，又可以采取圈流粉磨流程。笔者认为：多仓管磨机仓长的选取，既要考虑采用的磨前物料预处理方式及入磨物料粒度尺寸、颗粒形状、易磨性、水份，又要结合各仓所用衬板的工作表面形状、篦缝尺寸、研磨体材质及级配，还包括当圈流粉磨流程时，所用选粉机的分级精度等综合因素。总的原则是：入磨粒度越小，开流管磨机的的粗磨仓（第一仓）和过渡仓（第二仓）要适当缩短，以延长细磨仓（第三仓）的长度，同时缩小研磨体的平均尺寸，增大与物料间的接触面积和研磨效率，充分挖掘管磨机的细磨能力，从而达到稳定提高粉磨系统产、质量、降低电耗及生产成本的目的。圈流管磨机粗磨仓（第一仓）长度宜适当延长，过渡仓（第二仓）可不变（当然也有取消过渡仓成为两仓磨的），细磨仓（第三仓）长度略有缩短。修订后的通用硅酸盐水泥国家标准即将实施，目前国内大部分企业生产的42.5级、52.5级水泥的比表面积控制在38010/kg、32.5级水泥比表面积控制在36010/kg。采用挤压联合粉磨工艺，在调整好仓长比例的前提下，对磨内研磨体级配及装载量等参数进行优化设计，完全可以满足上述质量指标要求。综合国内部分企业技术资料，结合实际生产工艺状况。笔者建议对采用挤压联合粉磨工艺的三仓管磨机各仓长比例分配，可参考以下公式进行选择与调整：2.3 挤压联合粉磨三仓开流管磨机L1 =2528% LoL2 =18-20% Lo （3）L3=5255% Lo2.4 挤压联合粉磨三仓圈流管磨机L1 =3035% LoL2 =18-20% Lo （4）L3=4550% Lo上述式中：L1、L2、L3分别为磨机一仓、二仓、三仓有效长度（m）；Lo为磨机的总有效长度（m）。采用挤压联合粉磨工艺，管磨机为开流粉磨流程时，在确保成品比表面积及磨机台时产量的前提下，需适当延长细磨仓（第三仓）长度，并缩小各仓研磨体平均尺寸，以提高粉磨效率。采用挤压联合粉磨工艺，管磨机为圈流粉磨流程时，由于配用高效选粉机作为分级设备，能确保成品细度满足设计要求。此时，为加快物料流速，提高系统产量、降低粉磨电耗，宜适当延长磨机粗磨仓（第一仓）及缩短细磨仓（第三仓）长度。同时，尚需提高各仓研磨体平均尺寸，一般比开流磨研磨体平均尺寸略大35mm。我们以某粉磨站3.213m开流管磨机与辊压机、打散分级机组成的挤压联合粉磨工艺为例，进行相关的改进与分析计算：表5 3.213m 管磨机工艺技术参数项目 技术参数有效内径（m） Di=3.10有效长度（m） L=12.25长径比（L/D） 4.0625仓 位 3仓带两道高效筛分隔仓板、篦缝6mm工作转速（/min） n=18.6设计装载量（t） G=125设计生产能力（t/h） Q=60主电机型号、功率 YR1600-8/1430 1600KW主电机额定运行电流（A） 115传动方式 边缘传动主减速机型号、速比 JDX100 i=7配用辊压机型号、规格 HFCG120/45辊压机的电机型号、功率 Y225M8 220kw2辊压机处理能力（t/h） 120170辊压机喂料粒度（mm） 40打散分级机型号 SF550/120打散分级机处理能力（t/h） 100150打散电机型号、功率 Y2808 45XW分级电机型号、功率 Y2258 30KW入磨物料粒度（R80 %） 3040磨机一仓衬板形状、材质 曲面阶梯衬板、高铬铸铁磨机二仓衬板形状、材质 小波纹衬板、高铬铸铁磨机三仓衬板形状、材质 小波纹衬板、四道活化环，高铬铸铁表6 调整前仓长比例及其参数仓位有效长度（m）仓长比例（%）有效容积（m3）装载量（t）研磨体形状研磨体材质一仓3.7530.6128.2937球高铬铸铁二仓2.5020.4118.8626球高铬铸铁三仓6.048.9845.2662微锻高铬铸铁合计12.2510092.41125表7 调整前磨内各仓研磨体级配一仓60504030GDcP装载量（t）7.49.2512.957.43744.5mm29.07%二仓403020GDcP装载量（t）5.2137.82629mm30.60%三仓1616141412121010GDcP装载量（t）6.212.418.624.86212mm32.89%按表6、表7方案设置后，管磨机磨制P.O32.5级水泥（配比：熟料80%、矿渣12%、石膏5%、石灰石3%），控制80m筛余2.0%，比表面积350360/kg，台时产量8085t/h，系统电耗32kwh/t，磨机主电机运行电流100A。分析国内与其相同配置的生产线，被磨物料基本相同，先进的产量指标已大于90t/h。该磨机产量略低的主要原因是由于仓长比例分配及研磨体级配、装载量不合理所致、研磨体平均尺寸普遍偏大，对物料的细磨能力不足，宜再重新调整磨机仓长比例、缩小研磨体平均尺寸、适当增加装载量，增大研磨体对物料的细磨功能，方可进一步提高系统产量。表8 调整后仓长比例及其参数仓位有效长度（m）仓长比例（%）有效容积（m3）装载量（t）研磨体形状研磨体材质一仓3.5028.5726.4037球高铬铸铁二仓2.2518.3716.9723球高铬铸铁三仓6.5053.0649.0475微锻高铬铸铁合计12.2510092.41135表9 调整后各仓研磨体级配一仓60504030GDcP装载量（t）3.77.411.114.83730mm31.14%二仓20251823GDcP装载量（t）6.916.12318.6mm30.12%三仓14141212101088GDcP装载量（t）11.2522.522.518.757510.7mm33.98%按表8、表9改进方案调整后，3.213m开流水泥管磨机生产P.O32.5级水泥，在控制成品比表面积达360/kg前提下，台时产量由8085t/h提高至95t/h，增产15.2%；粉磨电耗由32kwh/t降到2627kwh/t，电耗降低17.2%；改进后，按设备运转率95%计算，年可生产水泥79.06万吨，节电435万kwt/h，节电价值达210余万元。该系统生产P.O42.5级水泥控制成品比表面积375/kg，台时产量达90t/h，粉磨电耗为29kwh/t。该磨机主电机1600kw，设计装载量125t，主电机额定运行电流115A；调整后，磨机研磨体装载量为135t，主电机运行电流108110A，稳定在设计要求范围内，可确保电机安全、正常运行。如果再做适当调整，将装载量提到140145t，同时引入对水泥性能无害的液体助磨剂解决磨内因温度高导致研磨体及衬板表面的粘附现象，提高物料的流动性，该系统台时产量有望突破100t/h，粉磨电耗降至25kwh/t以下。调整后，由于磨内研磨体平均尺寸缩小，单位重量的研磨体个数大大增加，总表面积增大，对物料的磨细能力显著增强，在确保成品比表面积和实物质量达标的前提下，系统产量明显提高，粉磨电耗和生产成本大幅度降低。3、采用挤压联合粉磨工艺，对三仓开流管磨机调整的体会：3.1 磨机仓长比例是影响粉主要原因系统产、质量、电耗的重要技术参数。根据入磨物料粒度合理确定各仓长比例，磨内设置两道高效筛分装置，细磨仓（第三仓）仓长比例宜占总有效长度的50%以上。3.2 磨机的工作转速不能轻易改变，但可通过改变衬板的工作表面形状来增大对研磨体的牵制和激活能力，由此提高粉磨效率。磨内各仓衬板工作表面形状的选择：粗磨仓（第一仓）宜选用提升能力好的曲面阶梯衬板；过渡仓（第二仓）宜选用单波峰的大波纹衬板或多波峰的小波纹衬板；细磨仓（第三仓）宜选用分级衬板或小波纹衬板，采用小波纹衬板时，须设置45环微形研磨体活化装置（活化环）。衬板、隔仓板、活化装置及磨尾出料篦板材质选用机械性能优良的高铬铸铁（HRC58，3-7J/cm2）。3.3 磨机粗磨仓（第一仓）的功能被挤压联合粉磨工艺全部取代，由于入磨物料粒度小，为增大研磨体对物料的磨细能力，需缩小磨内研磨体的平均尺寸，一仓平均球径35mm ，二仓平均球（锻）径20mm 。研磨体材质应选用抗磨性能优良、磨耗低、使用后表面光洁度高的高铬合金硬质耐磨材料（HRC60、3-7J/ cm2 、磨耗量30g/t-c）。3.4 开流管磨流程，宜设置磨前物料除铁装置，即在