第2章粉磨工艺与技术.doc

高职高专国家规划教材水泥粉磨设备及技术 唐山学院专科教育部 彭宝利 夏玉林2 粉磨设备与工艺 2.1 概 述2.2 粉磨系统2.2.1 开路（开流）粉磨 2.2.2 闭路（圈流）粉磨 2.3 粉磨设备2.3.1 球磨机2.3.1.1 构造及分类2.3.1.2 用于原料粉磨的几种典型的球磨机 2.3.1.3 用于水泥粉磨的几种典型的球磨机 2.3.1.4 球磨机的主要部件 2.3.1.5 球磨机的工作原理及主要参数 2.3.1.6 研磨体2.3.2 立式磨 2.3.2.1 构造和粉磨原理 2.3.2.2 用于原料和水泥粉磨的几种典型的立式磨机2.3.2.3 立式磨结构特点的比较 2.3.2.4 立式磨的粉磨特性2.3.2.5 立式磨的主要工艺参数2.3.3 辊压机与打散机2.3.3.2 辊压机主要部件 2.3.3.3 辊压机的主要参数 2.3.3.4 打散机 2.4 生料粉磨工艺流程7.4.1 尾卸提升循环烘干磨工艺流程7.4.2 中卸提升循环烘干磨工艺流程7.4.3 立式磨的生料粉磨工艺流程7.4.4 辊压机生料粉磨工艺流程7.4.4.1预粉磨工艺 7.4.4.2 半终粉磨工艺 7.4.4.3 终粉磨工艺 7.4.4.4 混合粉磨工艺7.4.5 生料粉磨工艺系统配置7.4.5.1 中卸烘干磨的工艺系统主要配置 7.4.5.2 立式磨的工艺系统主要配置7.4.5.3 辊压机工艺系统主要配置 2.5 水泥粉磨工艺流程2.5.1 高细高产粉磨工艺流程2.5.2 辊压机水泥粉磨工艺流程2.5.2.1联合粉磨工艺 2.5.2.2 半终粉磨工艺 2.5.2.3 终粉磨工艺2.5.3 分别粉磨和串联粉磨工艺流程2.5.4 立式磨的水泥粉磨工艺流程2.5.5 水泥粉磨工艺系统配置本章提要： 本章主要介绍生料、水泥的开路和闭路粉磨系统、粉磨工艺与系统配置；几种典型的球磨机整体及主要部件、立式磨及辊压机的构造、工作原理、工艺参数；研磨体在球磨机内的运动状态分析及级配方案与装载量的确定等，并附有大量形象、逼真的立体图和局部剖视图，让学习者直观地看到生料、水泥粉磨的工艺全过程，从而加深对生料、水泥粉磨的感性认识，为系统操作与控制、故障分析与排除、设备维护与检修奠定基础。2.1 概 述粉磨在制造水泥过程中占有非常重要的地位，无论是生料（半成品）还是水泥（成品），都需要通过粉磨来获得，每生产1t水泥，需要粉磨各种物料3t左右，电耗约为100110kwh/t水泥，其中6070%的电能消耗在粉磨中。我们在水泥工艺技术课程中已经学习和掌握了水泥的生产过程：即从原料开采到水泥出厂，大致可以分为三个阶段：第一阶段是生料制备：即把石灰石质（石灰石、泥灰岩、白垩、贝壳、珊瑚类，主要提供CaO）原料和粘土质原料（粘土、黄土、页岩、粉砂岩、千枚岩、河泥及湖泥类，主要提供SiO2、Al2O3及少量的Fe2O3），此外还需补充某些成分不同的校正原料（铁质校正原料：硫酸厂废渣、低品位铁矿或炼铁厂的尾矿；硅质校正原料：砂岩、河砂、蛋白石、硅藻土、硅藻石；铝质校正原料：炉渣、煤矸石、矾土校正原料）经破碎和烘干后，按照一定比例配合、磨细，并调配为成分合适、质量均匀的生料。第二阶段是熟料煅烧：将制备好的生料送入水泥窑内煅烧至部分熔融，所得以硅酸钙（CS、CS、CA、CAF）为主要成分的硅酸钙水泥熟料（颗粒状或块状）。第三阶段是水泥粉磨：就是在把熟料磨细的过程中加入适量的石膏（主要含CaSO2HO 和 CaSO），有时还加一些混合材共同磨细成为水泥。我们把这三个阶段可以简单的称之为“两磨一烧”，两磨在水泥生产中的位置见图2-1-1和图2-1-2。图2-1-1 生料、水泥粉磨在立窑生产工艺流程中的位置图2-1-2 生料、水泥粉磨在干法回转窑生产工艺流程中的位置生料、水泥的粉磨是将颗粒状物料通过机械力的作用变成细分的过程，也是几种不同物料均匀混合的过程。从熟料煅烧方面来考虑，生料磨的越细、化学成分混合的越均匀，入窑煅烧水泥熟料时各组分越能充分接触、化学反应速度越快、越有利于熟料的形成且质量越高。从水泥的水化与硬化反应、胶凝性有效利用利、强度尤其是早期强度方便来考虑，水泥磨的越细越好，而且还能改善其泌水性、和易性等。不过不管是生料还是水泥，他们的细度也不能磨的过细，要考虑电耗和产量，水泥还要考虑产品的颗粒级配分布。力争做到节能、环保、确保质量。 近10多年来，随着水泥工业化的进程及生产工艺、过程控制技术的不断升级，生料、水泥粉磨工艺和装备由过去的以球磨机为主，发展为今天的高效率的立式磨、辊压机等多种新型粉磨设备并用、几种设备的工艺组合，而且在朝着粉磨设备大型化、提升工艺控制技术智能化方面发展，以满足水泥生产大型化、现代化的要求。2.2 粉磨系统按一定的粉磨流程配备的主机和辅机构成的系统称为粉磨工艺系统，无论是粉磨生料（湿法或干法）还是粉磨水泥，都有开路和闭路粉磨系统之分。2.2.1开路（开流）粉磨 图2-2-3 (a、b)所示，也是直进直出式，物料一次通过磨机粉磨就成为产品了（确切的讲，生料是水泥的半成品）。它的流程简单，设备少，投资少，一层厂房就够用。不过它有很多缺点：那就是要保证被粉磨物料全部达到细度合格后才能卸出，那么被粉磨物料从入磨到出磨的流速就要慢一点（流速受各仓研磨体填充高度的影响），磨的时间长一点，这样台时产量就低了，相对电耗高了。而且部分已经磨细的物料颗粒要等较粗的物料颗粒磨细后一同卸出，大部分细粉不能及时排除（尽管磨内通风能带走一定量的细粉）在磨内继续受到研磨，就出现“过粉磨”现象了，并形成缓冲垫层，仿碍粗颗粒的进一步磨细。开路粉磨多用于小型磨机的水泥粉磨系统。石灰石 粘 土 电振机失重称电振机皮带输送机生料磨 提升机空气输送斜曹 生料均化库铁 粉 库底配料 （碎煤） 图2-2-3（a）生料开路粉磨工艺系统熟 料 包装出厂石 膏 电振机电子皮带秤水泥磨提升机水泥均化库空气输送斜曹 混合材 磨头配料 散装出厂 图2-2-3（b）水泥开路粉磨工艺系统这里出现了“细度”一词：这是生料或水泥出磨后、入库前的粗细程度，用标准筛的筛余值来表示。筛余即生料或水泥（一定质量的试样，以g计量）过筛子时，有90%以上的生料或水泥颗粒小于筛孔，漏下了，还有少于10%的生料颗粒大于筛孔，留在筛网上面了，这就是筛余。用比表面积值表示的细度，以后再去认识它。2.2.2 闭路（圈流）粉磨 如果我们让被磨物料在磨内的流速快一点，就能把部分已经磨细的物料颗粒及时送到磨外，可以基本消除“过粉磨”现象和缓冲垫层了，有利于提高磨机产量、降低电耗，一般闭路系统比开路系统（同规格磨机）产量高15%25%，不过这样一来大部分还没有磨细的粗颗粒也随之出磨了，使得细度不合格。我们需要加一台分级设备（一种分离粗粉和细粉的设备，将在“3.2 粗粉分离器”中要专门介绍），把出磨物料通过提升机送到分级设备中，将细粉筛选出来作为合格生料送到下一道工序（均化、煅烧），粗粉再送入磨内重磨，见图2-2-3（c、d）。石灰石 （细粉）粘 土 电振机失重称电振机皮带输送机生料磨提升机选粉机空气输送斜曹 生料均化库铁 粉 库底配料 （粗粉回磨） （碎煤） 图2-2-3（c）生料闭路粉磨工艺系统 熟 料 包装出厂石 膏 电振机电子皮带秤水泥磨提升机选粉机空气输送斜曹水泥均化库混合材 磨头配料 （粗粉回磨） 散装出厂图2-2-3（d）水泥闭路粉磨工艺系统闭路粉磨系统涉及到的设备较多，工艺复杂，一层厂房是不够用的，因此投资大，操作、维护、管理等技术要求较高。闭路粉磨多用于大型磨机生料或水泥的粉磨系统。2.3 粉磨设备生料、水泥粉磨系统应用的设备主要有球磨机、立式磨机、辊压机与打散机等主机以及在闭路粉磨系统中与之相配套的选粉机、输送和收尘等辅助设备。本章节将对主机部分的类型、构造、工作原理及应用性进行分析讨论，辅助设备在后续章节中介绍。2.3.1 球磨机 球磨机是目前应用最为广泛的一种粉磨设备，对粉磨物料的适应性较强，能连续生产，粉碎比较大（3001000），既可干法粉磨又可湿法粉磨，还可烘干兼粉磨同时进行。2.3.1.1 构造及分类球磨机主体是一个回转的筒体，两端装有带空心轴的端盖，空心轴由主轴承支撑，整个磨机借传动装置以16.527r/min的转速（大磨转速低、小磨转速高）运转，并伴随着冲击声，把约20mm左右的块状物料磨成细粉。筒体内被隔仓板分割成了若干个仓，不同的仓里装入适量的、用于粉磨（冲击、研磨）物料用的不同规格和种类的钢球、钢段或钢棒等作为研磨体（烘干仓和卸料仓不装研磨体），筒体内壁还装有衬板，以保护筒体免受钢球的直接撞击和钢球及物料对它的滑动摩擦，同时又能改善钢球的运动状态、提高粉磨效率。我们把距进料端（也是磨头）近的那一仓叫粗磨仓，所装研磨体（干法磨为钢球，湿法磨为钢棒）的平均尺寸（34种不同球径的尺寸配合在一起）大一些，这主要是刚喂入的物料是从前一道工序破碎、预均化后送来的配合原料，这其中占有绝大多数的块状石灰石20 mm左右的粒度，尺寸也不算小，在粗磨仓里首先要受到冲击和研磨的共同作用而粉碎，成为小颗粒状物料和粉状物料（粗粉），通过隔仓板的篦孔进入下一仓（细磨仓）继续研磨。第二仓或第三仓、四仓研磨体（钢球或钢段）的平均尺寸就逐渐减小了，对小颗粒物料和粗粉主要是研磨，从磨端（磨尾）或磨中（中卸）卸出。用于生料、水泥粉磨的球磨机一般按以下方式分类： 短磨（L/D=12） 按长径比（L/D） 中长磨（L/D=23）管磨（L/D=3.56）球磨机分类 中卸磨（中间卸料）按卸料方式 尾卸磨（端部卸料） 烘干磨（烘干、粉磨一体，只用于生料粉磨） 按粉磨方式 干法磨（用于干法） 湿法磨（只用于湿法生产的生料粉磨）其实（用于回转窑煅烧用的）煤粉粉磨的风扫磨也是球磨机，它在水泥工艺技术中介绍，这里就不再提及了。球磨机的规格用筒体的内径和长度来表示，如2.26.5m，这里6.5m是筒体两端的距离，不含中空轴。球磨机短磨一般为2以下或单仓，中长磨设有二个仓，长磨三到四个仓。水泥厂多使用中长磨和长磨，统称管磨。2.3.1.2 用于原料粉磨的几种典型的球磨机 2.26.5m边缘传动生料烘干磨（尾卸）图2-3-4 是带有烘干仓的边缘传动的尾卸烘干磨，物料在进入粉磨仓之前先进入烘干仓。烘干仓设在入料端，仓内不加衬板和研磨体，但装有扬料板，磨机回转时将物料扬起，与来自窑尾废气或热风炉（当回转窑未启动或立窑段烧水泥时）的热气体充分接触，让水分蒸发掉。磨内装有一道单层隔仓板，将磨内分为粗磨仓（刚喂入的物料粒度还较大，因此粗磨仓以冲击粉碎为主，研磨为辅）和细磨仓（物料经过粗磨仓的粗碎后通过隔仓板进入细磨仓，以研磨为主），磨尾卸料处装有一道卸料篦板，（结构与单层隔仓板基本相同）和提升叶片。目前有一些水泥厂通过技术改造，去掉了烘干仓，边粉磨、边烘干，这样等于加长了粉磨仓（粗磨仓与细磨仓的长度是可以平衡调整的），增加了物料的粉磨时间，提高了磨机的产量，烘干效果也挺不错。 2.410 m 边缘传动中卸烘干磨（中卸）中卸烘干磨与图2-3-4中的尾卸烘干磨相比，在结构和进出料方式上是有所区别的，它两端喂料，中间卸料，热风来自回转窑窑尾或窑头冷却机，从磨机的两端灌入，备有热风炉。磨机的中部有一卸料仓，长约1m，在这一段的筒体上开设了一圈椭圆形或圆角方形的卸料孔。当然这些孔的开设降低了筒体的强度，运转起来将要使筒体变形的，因此把这一段的筒体加厚，问题就解决了，见图2-3-5。3.510m中心传动生料烘干磨（中卸）图2-3-6 是中心传动的中卸烘干磨，它在传动方式上与图2-3-4、图2-3-5不一样，减速机的输出轴与细磨仓中空轴相连，省略了传动大齿轮，不过中空轴却承受了巨大的扭矩。 边缘传动也有中卸生料烘干磨，如2.410m就是两端喂料，中部卸料。 4.810+4m主轴承单滑履烘干磨（中卸）图2-3-4、图2-3-5和图2-3-6这三种典型球磨机，都是靠筒体两端的主轴承支撑运转的，而图2-3-7磨机是一端靠主轴承支撑，另一端由滚圈、托瓦支撑，烘干仓较长（悬臂），我们叫它主轴承单滑履磨机，两端的进、出料口的直径较大。这种结构对长径比大的磨机来说，可以降低筒体的弯曲应力，从而可以降低筒体钢板的厚度。图2-3-4 2.26.5m 边缘传动尾卸烘干磨的构造（立体图）图2-3-5 2.410 m 边缘传动中卸烘干磨的构造（立体图）图2-3-6 3.510 m 中心传动中卸烘干磨的构造（立体图）图2-3-7 4.810+4 m中心传动主轴承单滑履中卸烘干磨的构造（立体图）表2-3-1列出了部分生料磨机的规格和性能。备 注设备质量(t)电动机减速机传动方式设计标定产量(t/h)产品(0.08mm细度方孔筛筛余)入磨原料平均水分（%）有效容积 (m)装球量(t)转速（r/min）粉磨系统磨机规格质量(kg)转速(r/min)功率(kw)型号质量(kg)速比型号烘干仓长1m44.93500740280JRQ1410-827005ZD70-9-1边缘16810 5182221.6闭路烘干磨2.26.5m60.54100735380JRQ158-836005.53ZHD-700-10