水泥粉磨工艺发展趋势

1、水泥粉磨工艺发展趋势及改造要点中国建材工业经济研究会水泥专业委员会邹伟斌1、前言占水泥问世至今已有180余年丿力史，经过水泥工程技术人员的不懈努力与创新，现己发 展成为三大系列。即由英国人发明的第一系列（波特兰水泥，现称硅酸盐水泥）；法国人发 明的笫二系列（铝酸盐水泥）；第三系列由中国人自主发明（硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、 铁铝酸盐水泥）。水泥系由水泥熟料、混合材、石膏及其它材料（如助磨剂）共同或分别磨细而成的具有 水硕性的微米级粉体。现代水泥粉磨技术新观点认为：好水泥是“磨”出來的。当今世界水 泥粉磨技术已呈现多元化趋势，l粉磨设备也向大型化、低耗高效及口动化方向发展。随着 科学技术的不断

2、进步，水泥粉磨机理己不再局限于传统的低效率球、锻研磨方式，而是逐步 向高效节能的線磨过镀。就目前水泥粉磨工艺流程而言，有以下儿种：即管磨机（开路或闭路）粉磨系统、立磨 粉磨系统、筒辘磨粉磨系统及辘压机终粉磨系统等。粉磨过稈电耗要占水泥总电耗的70% 以上，粉磨工艺的选择与应用直接影响到水泥的产、质量及生产成本，在水泥制备小占有举 足轻重的地位。本文拟就水泥粉磨工艺发展趋势及改造要点进行相关的技术探讨，谬误z处，恳请业界 各位同仁予以批评指正。2、水泥粉磨工艺现状及发展趋势纵观现代水泥粉磨工艺，绝人部分工艺流程仍以管磨机作为粉磨设备。目前，国内水泥 管磨机设计直径己到5m左右，产量在l50t/h

3、以上。国际上己设计到4）5.8m以上的大型管 磨机，用于粉磨水泥，台时产量达200t/h以上。管磨机的粉磨机理是利用筒体旋转过程中 将能量传递给衬板，由衬板提升、抛落研磨体对磨内物料进行冲击破碎、研磨而完成粉磨作 业。管磨机内所用的研磨体形状多为传统的圆球和柱状锻，圆球形研磨体对被磨物料以点接 触方式进行冲击破碎，粉磨效率较低。尤其是当入磨物料粒度尺寸较人，易磨性差时，管磨 机低效率、高电耗的矛盾更为突出。为了改善粉磨作业条件，提高磨机系统产量、降低粉磨电耗，水泥工程技术人员从缩小 入磨物料粒度入手，通过优化设计衬板工作表面形状、改变磨内各仓研磨体的提升、抛落轨 迹以及采用助磨剂等技术手段，在

4、一定程度上，大幅度提高了磨机的牛产效率。由管除机的粉磨特性分析可知，这种工艺流程擁细功能冇余，破碎能力不足，大粒度物 料由磨机粗懒仓破碎是不介理的。所以，必须设置高效而稳定的磨前物料预处理工艺、缩小 入磨粒度，将管磨机粗磨仓的工作部分或全部移至磨外完成，是实现粉磨系统增产、降低电 耗最有效的技术途径。入磨物料粒度d与磨机生产效率kd的关系，可由下式计算得出：kd=g2/g!= (dl/d2) x(1)式中：kd磨机的相对生产率或称粒度系数。g】、g2给料粒度分别为山、d2时磨机的产量(f/h) ox指数，与物料特征、产品细度、粉磨条件有关，一般在0.100.25。现以x=0.20为例计算出不同

5、给料粒度时幣机的相对生产率kdo表1不同给料粒度时磨要的相对主产率kdd2(mm)di(mm)25201510532251.001.051.111.201.381.531.66201.0()1.061.151.321.461.58151.001.081.251.381.50101.001.151.271.3851.001.111.2031.001.0821.00上表中数据证明：入辭物料粒度越小，辭机相对生产率越高。在其它丄艺条件不变的前 提下，缩小入磨物料粒度是管磨机增产、节电的关键因素。水泥粉磨工艺屮，除管磨机流程外，20世纪80年代屮期在徳国问世的车昆压机原主要川 于水泥牛料和水泥熟料的预

6、粉碎，即半终粉磨。辐压机的粉磨机理为料床粉碎，现阶段已由 过去的半终粉磨引中过渡到川于水泥制备的终粉磨。被两只高压对辘挤压的物料产生大量的 裂纹和细粉，显著改善了物料的易磨性。通过将挤压后的料饼打散分级分选后形成闭路循坏, 成品被选出，粗颗粒物料再入馄圧机粉碎。车昆压机水泥终粉懒的电耗虽低丁管磨机粉磨系统 50%左右，但由于辘压机终粉磨制得的水泥成品颗粒形貌呈多角形结构，标准稠度尙水量增 大，在混凝土制备过程屮的工作性能不如管磨机粉磨的水泥好，国内未采川该粉磨系统。立磨由于其系统产量鬲、电耗低而被广泛应用于生料制备过程。国际上早有采用立懒粉 磨水泥(终粉幣)的报道，国内冇几家企业采川立磨终粉磨

7、。立幣的粉僭机理与轻压机冇相 似之处，均为高效率料床粉磨。所不同的是，立磨磨车昆对物料的接触方式是柱面与平面或轮 胎与凹槽，而辐压机辗子与物料间的接触方式为柱面与柱面。此外，立磨自身不须另外设置 选粉分级系统，而轻压机则必须单独设置，整个系统比立磨复杂得多。现阶段世界上最大的 生料立磨单产已在1200t/h,水泥立磨单产已达350t/ho这是管磨机和辘压机粉磨系统所不 能比拟的。同时，立磨粉磨系统电耗明显低于馄压机系统。另一种高效的水泥粉磨系统，系采用法国fcb公司研制开发的horo mill (筒辘磨)，配用高效选粉机组成的闭路水泥粉磨工艺，系统产量高、电耗低于25kwh/to我国牡丹江水泥

8、厂采用horo mill闭路粉磨系统，配用tsvr4500hf选粉机，台吋产量最高达166.6t/h(设计120t/h,后经过调试达130t/h),水泥比表面积366 m2/kg2o冀东水泥公司二分厂, 则采用4)2.6m筒険磨预磨新型干法窑熟料，预磨示的熟料v().9mm颗粒占5()%左右，切割 粒径大致在2mm,与“3x11 m闭路管磨机配套(配用osepanlooo选粉机)，生产比表 面积35() itf/kg的p.o32.5级水泥,粉磨系统增产30%,电耗f降24%3表2不同粉磨系统电耗比佼(kwh/t) 4球磨辘压机粉磨系统辘式磨环辘磨预粉磨混合粉磨半终粉磨终粉磨cemaxfulle

9、r评价36.437.731.72& 427. 127.425.324.7lofarge 评价40.035.435.4/26.927.427.4/川崎重工评价36.632. 132. 129.426.228.9/综合评价40.034.632.030.027.829.627. 727. 1比较(%)10087807570746968综上所述，今后-段吋间内，水泥工业高耗能粉磨设备(如管磨机)的选用将会逐步减 少，而具冇高效低耗的馄磨将成为水泥粉磨领域主机设备的首选方向。据笔者调研，国内某 台资企业釆用立式辘磨用于水泥终粉磨，并取得了良好的技术经济效果。3、水泥粉磨工艺改造要点木文着重探讨对

10、现冇水泥管磨机系统的改造。管靡机粉磨工艺分为开路和闭路两种系 统，英中以一级闭路粉磨系统屈多。由于水泥的胶凝活性与其自身的磨细程度和颗粒级配、 颗粒形貌密切相关，故在对现有粉磨工艺进行改造时可以采取针对性措施。3.1大型管磨机的改造(d 4m以上)当今水泥工业牛产中，管磨机仍占粉磨设备的主导地位。如前所述，管磨机电能利用率 低，粉磨电耗明显髙于馄压机、立磨及筒馄磨系统。为了降低粉磨电耗，多数企业在管磨机 前增设馄压机+分级设备或ckp立像等物料预处理工艺，通过预处理设备缩小入懒粒度、挤 压或碾磨处理后的物料产牛裂纹效应、显著改善易磨性，在人幅度提高磨机产量(30-100%) 的同时，降低粉磨系

11、统电耗(20-30%)及牛产成木，稳定提高水泥实物质量。以馄压机+ 打散分级机+管懒机预处理粉懒系统(双闭路)为例，粉像新型干法帑熟料，系统粉像电耗 在28-32kwh/t；馄压机+v型选粉机+管屛机预处理的双闭路粉屛系统，比较先进的粉磨电 耗指标己低于27kwh/t0比单独采用管磨机，不设置预处理工艺吋的电耗要低812kwh/to 由此可见，强化对入磨物料的预处理，才能使粉磨系统长期保持较高而稳泄的粉懒效率及较 低的粉磨电耗。同时，由于入磨物料粒度缩小，可优化设计磨内研磨体级配、降低研磨体平 均尺寸，更有利于显著提高水泥的磨细程度(比表而积)和胶砂强度。人型管磨机内部应采用提升、分级衬板、筛

12、分装置、活化装置、料锻（球）分离装置。 基于大型管磨机研磨体装载量多的缘故，为使系统能够长期保持稳产、高产，要求采用机械 性能优良的硬质合金研磨体，如高珞多元合金材质（单仓磨耗3（）g/（、破损率 1.0%） o 同时，磨内其他部位易损件，如衬板、隔仓板等，也宜选用与研辭体相同的材质与其配副， 以获得最佳抗磨效果和良好的表而光洁度，为长期稳定系统产、质量创造条件。为了提前i*陰水泥的圆形度，部分企业在细辭仓内全部采用4）812nini的微形球，使 用效果良好。人型管磨机有多个仓位，各仓内所用的研磨体规格不同，一般规律是自进料端 向岀料端各仓的研磨体规格逐渐缩小，以增强研磨体对物料的磨细功能。研

13、磨体的填充率一 般32%,人多在2630%之间选取。总而言之，最佳的水泥粉磨匸艺，是由多项实用技术纟r合而成的系统匸程。作为水泥工程技术人员，不可忽视技术细节对整个系统带來的不利影响，只有不断改进与创新，才能使粉解系统始终处于良性循环状态。3.2中小型水泥粉磨工艺的改造（d4m以下）对于中小烈管辭机而言，无论是开路述是闭路粉磨系统，必须设置磨前物料预处理工艺。可选川的预处理方式冇预破碎、预粉碎和预粉僭，三种预处理工艺中，以预粉磨（即采川短 粗型棒磨或筒辐磨、细碎机+筛分等）技术效果最好，电耗低、长期运行对靠，经处理后的 物料最大粒度均稳定在2mm以下，其中尚含有3（）%左右的成品。预处理工艺的

14、设置，部分 或全部取代了磨机粗磨仓的功能，相当于延长了屛机的细磨仓，更冇利于提高长径比较小（l/d3）的屮长磨或短磨的系统产量（3050%）、降低粉磨电耗（1030%）。现就采川预处理后的儿种粉磨流程的改造进行探讨:3.2.1预处理开路高细系统众所周知，水泥成品屮30um以卜-颗粒所占比例决定胶砂强度的发挥，特征粒径1624 um的含量越多越好。屮小型磨机一般磨身较短，物料在磨内停留被粉磨的时间也短，完 全依靠磨内研磨体对物料的破碎与粉磨,物料往往不易彼磨细，导致成品中粗颗粒含量偏多, 严重制约水泥水化活性的发挥。预处理工艺的设直对开路粉磨系统的增产、节电及提高水泥 的解细程度意义重大。入磨物

15、料经过预处理，磨机一仓的功能由预处理设备完成，僭内研辭体平均尺寸缩小， 增强了对物料的细磨能力，水泥成品屮30卩m以卜颗粒比例显著增加。预处理开路高细辭工艺形成后，宜对磨内进行相应改造，安装筛分分级隔仓板，同时对 细磨仓衬板进行活化处理，以充分激活微形研磨体的粉辭能量，提高了水泥的磨细程度和胶 凝活性。采川开路高细磨工艺磨细后的水泥颗粒级配分布较宽，磨内隔仓板及出料篦板粗筛 缝一般6mm内筛板缝"j在2.03.0mm之间选取。开路高细磨系统必须强化通风与收尘措施，磨内风速保持().61.2m/s,宜选择高效布 袋收尘工艺。如來出现研磨体表而因静电吸附细物料而影响粉磨效率吋，可考虑引入

16、助磨剂 解决，及时分散研屛体表面粘附层，该工艺系统粉懒电耗一般在28-33kwh/to采用开路高细磨技术磨制的矿渣水泥强度见表下表：表3开路高细磨矿渣水泥强度(gb法) 5矿渣掺量(%)比表面积(m2/kg)抗折/抗压强度(mpa)3d7d28d03956. 6/35. 0& 4/50. 4& 3/59. 7153725. 9/29. 0& 0/42. 18. 5/58. 2303784. 6/25. 96. 2/37. 98. 0/55. 1表3数据表明：采用开路高细磨工艺，提高水泥的磨细程度后，即使矿渣掺量在30%左右，仍能制备物理力学性能优良的525号水泥。混介材

17、掺虽增加，水泥成木降低。3.2.2预处理闭路粉磨工艺闭路粉磨工艺是在开路粉磨基础上通过增设高效选粉设备改造而成。闭路粉磨丄艺最重 要的技术环节是所选用的选粉机的分级精度一定要高(如选粉效率达85%以上)、性能稳 定、长期运行可靠，否则难以达到最佳技术效果。该工艺最佳配置为：磨前预处理+磨内筛 分+懒外高效选粉，可以优化闭路粉懒水泥颗粒级配，力求使对强度有利的粒径粉体含量更 多些，利于进一步发挥水泥水化活性及力学强度。现阶段优化设计并运行良好的闭路粉磨系 统电耗低丁-开路系统，般w28kwh/t。山东建材学院研究人员曾对某厂t)2.2x6.5m闭路水泥辭系统采用预处理技术进行改 造，入磨物料平均

18、粒度由9.7mm降至5.3mm,同时优化设计磨内研磨体级配、调整两仓填 充率、改进选粉机内部结构，适当降低系统循坏负荷率。改造后，出懒水泥成品比表面积提 肓7()%、3d抗压强度提肓65%。具体数据见卜表：表4粉磨工艺参数变化6(gb法)项目填充率(%)平均球径(mm)循环负荷 率()细度(r80%)台时产量(t/h)比表面积(m2/kg)3d抗压 强度 (mpa)仓二仓仓二仓原方案35.529.67& 5527.92033.614. 124822. 7现方30. 735. 169. 6419. 5563. 515.842337.4表4数据得知：经过改造后的粉磨系统，由于一仓、二仓研磨

19、体平均尺寸缩小，对物料的研磨能力人人增强，虽然son m筛余基木相同，但水泥的比表而积却提高了 175nf/kg,3d抗压强度较原方案增长14.7mpa,磨机台时产暈增加1.7t/h,取得了显著的技术经济效果。3.2.3物料分别粉磨工艺物料分别粉磨工艺对最大限度地发挥水泥成品的胶凝活性，为大量利用高活性丄业废 渣，净化生态环境创造了良好的条件。经分别粉磨再“勾兑配制”的水泥，冇更多的混合材 掺量。同时由于熟料掺量减少，制得的水泥屮不仅碱含量低，而且水化热也低，可显著提高 混凝土制品的耐久性。分别粉幣工艺制备的水泥颗粒级配更合理，强度增进率高，制造成木低，粉辭电耗一般 在3040kwh/t,是粉

20、磨工艺发展和改造的方向之一。同济人学材料学院研究人员采川分别粉磨工艺制备低热p.s525r水泥，在熟料：矿渣： 石#=48： 48： 4配比条件下，生产出物理力学性能优良的高掺量高强矿渣水泥。表5高掺量p.s525r水泥物理力学性能（gb法）7比表而积（m7kg）s03(%)细度(r80%)初凝（h： m）终凝（h： m）抗折/抗压强度（mpa）3d28d3982. 101. 12： 193： 245. 8/30. 69. 0/68. 3表5数据看出：采用分别粉磨工艺，可制得物理力学性能优良的高掺量混合材的高强水泥。3.2.4开路与闭路串联粉磨工艺在现有闭路粉磨工艺流程中申联一台开路磨机作为二

21、级磨，专门用来粉磨经一级闭路磨 选粉后的粗粉（回料），经串联的开路磨磨制的水泥比表面积可达400 m2/kg以上，使水泥 的胶凝活性得以充分发挥。串联粉磨工艺系统产量高、电耗低、两台磨机系统的平均粉磨电 耗在28kwh/t0采用串联粉磨工艺，可最人限度地挖掘一级闭路磨及二级开路磨机的生产 潜力，在相同熟料掺入量的条件下，经二级幣生产的水泥，具冇比一级磨更合理的颗粒级配, 胶砂强度要比一级磨产品高出一个标号（或强度等级）。表6串联粉磨的水泥强度（mpa-gb法）8粉磨工艺生产水泥标冋料细度（r80%）成品细度（r80%）抗折/抗压强度（mpa）3d7cl28d90d180d360d闭p. s3/

22、& 52.8/114. 1/186. 7/33& 2/48.9. 4/57.10. 9/64路开路25.2.5.620.5767.24. 7/22.06. 7/35.0& 0/50.19. 2/62.710. 3/70.311.7/80.2闭 路 开 路p. s425/6.05. 1/25.46. 3/32.67. 5/44.4& 7/54.39. 8/66.411.7/75.6657.26. 6/3707. 4/45.88. 8/57.09. 9/66.210.9/71811. 7/80.5闭 路 开 路p. s525/4.05.2/31.06. 9/40.8

23、8. 5/54.69. 4/65.710. 7/70.511. 7/80.0504.66. 5/42.47. 6/51.79. 8/67.910. 2/69.810. 7/76.411. 7/80.2由表6得知：采川开路、闭路串联粉磨工艺制备的水泥克服了两种流程单独使川时颗粒 级配方而的缺陷。实际生产过程中，采川串联粉解工艺时，必须在二级幣前设置一个容量为200-400t的 过渡仓，丿ij以储备一级磨粗粉。二级磨町充分利丿ij低谷电牛产。考虑到粗粉状物料的流动性 较差，对以选川调速螺旋秤作为二级磨的计量进料设备。经闭路磨选粉后进入二级磨的粗粉 屮绝人部门是锻烧质量优良的水泥熟料及少量不易磨细的活性混合林 经二级磨磨细后，制 得的水泥物理性能良好。串联粉磨后的成品水泥，既对单独包装（散装）销售，亦可将两台幣机生产成品混合均 匀麻再包装（散装）销伟。由于二级燃的产品要高出一级磨产品一个强度等级，单独包装（散 装）销伟，经济效益更好。4、结束语4.1缩小入燃物料粒度是提高粉蘑系统产、质最、降低电耗最有效的技术途径。合理选 取磨前物料预处理设备至关重要，技术上要求预处理设备性能稳定、长期处理效果好、运行 可靠、处理电耗低。大型