挤压联合粉磨系统改进和研磨体级配调整研究

1、4.2 13m挤压联合粉磨系统改进和研磨体级配调整研究5.1 前言目前国内水泥企业大部分使用球磨机作为水泥终端粉磨设备，但是由于球磨机在干法粉磨时粉磨效率较低，有效能量利用率仅为2%左右，因此必须设法提高水泥粉磨中的能量利用率，才能有效地降低能耗，达到水泥磨台时产量和水泥质量的平衡。挤压联合开流磨系统作为辊压机配套球磨机的水泥生产工艺，是目前趋于成熟的工艺系统，由于采取了磨前预破碎，入磨物料细度与传统水泥粉磨工艺相比大大降低，通过“多碎少磨”，减少球磨机负担，提高了水泥粉磨效率。然而，水泥粉磨效率涉及设备及操作参数等诸多因素，要有效提高整个系统的能力，需综合分析各种因素，进行全面的优化。通过对

2、开路系统水泥性能的研究和宿迁中联公司实际情况的分析，确定了在原材料质量及配料、质量控制方案基本稳定的情况下，影响水泥性能的关键因素是水泥的颗粒分布和颗粒形状，因此需从水泥磨粉磨能力和系统操作参数着手进行研究。为此，通过对宿迁中联公司水泥磨系统技术标定和前期多次水泥磨筛余曲线的分析，对影响粉磨系统能力的因素进行全面的研究。5.2 水泥磨系统技术标定5.2.1 标定目的 确认水泥磨工艺设备状况； 找出水泥磨系统存在问题，并提出解决方案。5.2.2 标定方法水泥磨系统标定主要由以下几个方面组成： 在典型操作条件下，磨机平稳运行一段时间内，记录数据，对辊压机(RP)以及打散机回路系统采样； 急停后对磨

3、机内部进行检查和取样。5.2.3 标定时磨机运行工况 宿迁中联公司水泥磨为三仓开路磨，装机功率为 3350 kW，规格为 4.2 13m。磨尾设有袋式除尘器，它所收集的粉尘构成最终产品的一部分。熟料是在带有打散机“料饼”循环系统的辊压机中进行处理，其装机功率为2500kW。打散机也用作分离机，并可用来击碎料饼，通过内筛（尺寸为 8mm）进行细料与粗料的分离。从打散机出来的不合格物料（回料）回到辊压机的进料斗，与辊压机的新鲜进料共同形成辊压机总进料的一部分，形成一个“循环负荷”。 辊压机通过进料斗进料，进料斗的料位或重量通过调整棒阀来维持和监控，棒阀用作调节装置。辊压机上方有一个“控制闸”，其作

4、用是调节辊表面上物料的流量，但并未使用。 “棒阀”的总体位置形成了一个半开口，供物料通过。 因此，该辊压机看起来并不是“壅塞式进料”。 磨机进料总量约115t/h，辊压机系统的104t/h（熟料+石膏+石灰石）加上直接加到磨机的11t/h的粉煤灰。 磨机标定时质量控制指标为比表面积380m2/kg和R80m1.5%的P.O42.5 水泥。进料成分中熟料占80.0%，石膏占5.5%，石灰石6.0%，粉煤灰8.5%。磨机通过调节打散机的速度进行控制进入磨机物料的数量和细度，因而对循环回到辊压机的物料同样起到控制作用。 出磨水泥温度为119.5，磨机实行外壳喷水，用带有袋收尘的磨机通风系统对磨机进行

5、冷却。 从中央控制室显示来看，磨机电流为220-225A，平均223A，功率3029kW (电压：10,000V；功率因数：0.786)。磨机速度测定为15.8 rpm。辊压机固定辊在26.3 - 30A(358408 kW)，活动辊在21.723.7A(295323 kW)时运行。 5.2.4 取样在磨机运转期间提取了下列点处的样品： 出辊压机的细粉：对该样品进行粒度分析 (PSD)32，细度（80um）及比表面积分析； 打散机回粉：对该样品进行粒度分析 (PSD)； 辊压机产品 (SQ1 和SQ2) ； 打散机不合格品(辊压机回料) ； 入磨物料（细料）； 磨机急停后对磨机进行检查时取轴向

6、样本。 I号仓： 三个样本；II号仓： 三个样本；III号仓：五个样本。均在格雷斯北京实验室进行的0.045-10.0mm范围内的PSD/筛分分析。 5.2.5 标定结果5.2.5.1 辊压机 从104t/h的喂料量与692kW 的磨机功率可算得磨机的单位功率消耗为 6.7 kWh/吨。辊压机的总进料（新进料+返回至辊压机的物料）根据打散机三股物料的PSD评估，并按与计算闭路磨系统循环负荷（CL）相似的方式计算循环负荷（CL）33-34。 CL = MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Chapter (Next) Section 1 SEQ

7、MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap h * MERGEFORMAT MACROBUTTON MTEditEquationSection2 Equation Section (Next) SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec h * MERGEFORMAT 计算结果见表5-1，得到的CL为163%，求得总进料为170t/h，因此辊压机单位功率消耗为4.1kWh/t。 表5-1 辊压机循环负荷（CL）计算表Table 5-1 Roller press cycle lo

8、ad (CL) Calculator筛子(mm)%CL %CL202.3.2.316166.0108.552.92.92.52.02.01.251.71.70.631.51.50.3151.21.20.161.11.10.081.01.00.0451.11.1SD 49.4 0.6 平均值17.2 1.6 辊压机的运行情况稳定，但活动辊与固定辊间的辊间距较大。还发现中心位置的“机械限位块”限制活动辊向固定辊运动的情况，其目的是防止在断料时两个辊相互发生意外碰撞。限位块根据两辊最小距离进行放置，它限制辊间的“间隙”。根据观察在辊间隙在21-46mm之间波动。这意味着两辊发生“倾斜”，原因是：物料

9、在辊表面分布不均；辊表面磨损；压力补偿未起作用；更严重的情况是辊出现机械故障（两辊轴线不平行）。任何情况下，正常生产时均不准发生这样的情形。 取两份辊压机样品(SQ1和SQ2)进行颗粒级配分析（结果见表5-2）确定比表面积（S）以及通过测量80m 物料来估计辊压机的效率。 表5-2 辊压机产品颗粒分布（PSD）分析Table 5-2 Roller Press products, particle size distribution (PSD) analysis筛子尺寸 SQ1 SQ2 mm % % 209998109193578832.566701.2561630.6355550.315464

10、30.1640350.0831250.0452216S, cm2/g633 423 根据出辊压机物料估计出SQ1和SQ2的比表面积分别大约为63.3和42.3 m2/kg，这比正常情况下200-300m2/kg结果低，80m筛余也很低，仅为31%和25%。因此，根据磨机进料，辊压机的效率仅为26和18cm2/J，比较低。按辊压机的总进料来看，辊压机的总效率平均为43cm2/J和28cm2/J，结果也处于较低水平。 以下为从辊压机产品物料中取出的料饼的图片（见图5-1）。尽管显示出良好的压制性能，但数量较少，说明辊压机效率未能得到充分发挥。 图5-1 出辊压机料饼图Fig 5-1 Roll ou

11、t the pie press material5.2.5.2 磨机标定 功率因数 根据磨机尺寸（有效长度、有效直径、研磨体容积负荷和净功率计算经验公式），采用功率因数pf：0.786，净功率：总功率为0.979。 磨机I仓标定结果 根据测得的磨机有效直径和物料表面至磨机筒体的高度，确定容积负荷为 27.7%。说明I仓大约为60.9t的研磨体（密度为 4.4t/m3）。 I仓的有效长度估计为 3.82m，与无辊压机磨机典型长度占27-35%31相比，在仓总长度百分比 30% 以内。磨机转速为15.8 rpm，占临界速度的75.5%，与68-78%的典型范围相比，属于中等水平。 I仓的净功率根据

12、经验关系，使用有效直径、容积负荷、研磨体吨数和磨机速度估算而来，约为890 kW。 观察到的物料远高于球面，其填隙率大约是研磨体空隙率的 119%（见图5-2）。 隔仓板上的篦缝约50%堵塞，磨内没有糊球及糊衬板的现象。 I仓钢球情况磨内破裂、变形、尺寸不规则或非常小的研磨体约占10.2%（见图5-3）。研磨体大小在 30-60mm 范围内，平均球径约为 44.1mm，但不包括破裂或尺寸不规则研磨体，如果包括破裂或尺寸不规则研磨体，球平均尺寸会进一步下降。与同类型带辊压机球磨机相比，平均球径较小。 图5-2 I仓内料面情况Fig 5-2 One side of cabin materials图

13、5-3 I仓钢球破损情况Fig 5-3 One position of ball breakage研磨体磨损率评估：通过对取出来的研磨体计数、测量和称重，计算出每种尺寸的研磨体单重，与新研磨体单重相比较。发现研磨体存在大量磨损，特别是 60mm、50mm、 40mm和30mm的研磨体磨损从13%-17%不等（见表5-3）。 表5-3 I仓钢球破损计算Table 5-3 One position ball broken Calculation研磨体尺寸单重 g磨损%计算测量mmg/pcg/pc%60867752(13)50502428(15)45366367040257214(17)351721

14、8793010894(13) 磨机仓标定结果 根据测得的磨机有效直径和料面至磨机筒体的高度，确定容积负荷为 24.5%，即研磨体装载量为38.4t（设定密度为4.5t/m3）。 仓的有效长度为2.71m，占磨机长度22.0%。其填隙率大约是研磨体空隙度的 214% (U = 2.14)，最大容积负荷约32-33%。 仓隔仓板由单面板组成，单面板上带有宽度大约7-8mm的轴向缝。这些缝约90% 被小研磨体堵塞，物料通过中间通风筛网溢流向仓。仓隔仓板堵塞情况见图5-4。图5-4 仓隔仓板堵塞情况Fig 5-4 Warehouse storage compartment on the 2nd boa

15、rd congestion 仓研磨体和衬板上没有物料覆盖。仓中的研磨体为钢段，只有少量破裂、变形、尺寸不规则或非常小的研磨体，约占2.7%。钢段尺寸从1824mm 至1012mm范围不等。 对仓研磨体作磨损率评估： 通过对取出的各研磨体计数、测量和称重，计算出每种尺寸的研磨体单重与新研磨体单重相比较，计算出研磨体存在大量磨损，特别是对于全部研磨体，磨损量为 7%-34%（见表5-4）。 表5-4 仓钢球破损计算Table 5-4 Calculated on the 2nd position ball broken研磨体尺寸 mm单重 g磨损 %L计算测量%18234537(18)1820393

16、6(8)续表5-4 仓钢球破损计算Continued Table 5-4 Calculated on the 2nd position ball broken研磨体尺寸 mm单重 g磨损 %L计算测量%18234537(18)18203936(8)16182825(9)16223423(32)14161918(7)13171711(34)1214128(31)101276(10) 磨机仓标定结果 根据测得的磨机有效直径和料面至磨机筒体的高度，确定容积负荷为32.2%，即研磨体108t（设定密度为4.6t/m3）。仓的有效长度为6.0m，在磨机长度48%的范围以内。 观察到料面远高于研磨体，其填

17、隙率大约是研磨体空隙度的124% (U = 1.24)。 衬板为波浪形衬板，磨机出口有三个活化衬板和一个挡料环，没有分级衬板，衬板上有中等程度的物料覆盖。仓的进口隔仓板与仓的出口隔仓板一样，由单面板组成，板面上带有宽度大约 6-7mm宽的轴向缝，这些缝约90%被小研磨体塞住。物料是通过通风筛网溢流至仓。 仓出料隔仓板约90%被研磨体和物料碎粒堵住，表明I仓和仓的研磨情况很差，物料是通过通风筛网溢流至III仓（见图5-5）。 仓中的研磨体为钢锻，只有少量破裂、变形、尺寸不规则或非常小的研磨体，约占1.7%。研磨体尺寸从1618mm 至 1012mm不等。研磨体磨损率评估：通过对取出的研磨体计数、

18、测量和称重，计算出每种尺寸的研磨体单重与新研磨体单重相比较，研磨体磨损量在 5%-24% 范围内（见表5-5）。 图5-5 仓出料仓板堵塞情况Fig 5-5 Three positions out of hopper plate blockage表5-5 仓钢球破损计算Table 5-5 On the 3rd position ball broken Calculation研磨体尺寸 mm 单重 g 磨损 %L计算测量%16182826(6)14181914(26)13171713(24)12141212(5)101278125.2.5.3 磨内筛余曲线 在磨内轴向取样11个，样品的筛分分析结

19、果如下表5-6所示。（样本编号表示仓号和仓位置，样品 1.3 位于中间隔仓板之前，样本 2.1 位于中间隔仓板之后，样本 2.3 位于仓末端。） 表5-6 水泥磨内轴向取样样品筛分分析结果Table 5-6 Axial sampling cement sample screening results筛 取样样品编号规格 1.11.21.32.12.22.33.13.23.33.43.5mm筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%筛余%50.7%0.0%0.1%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%2.53.3%0.3%0.1%0.1%0.2%0.3

20、%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%1.255.7%0.6%0.2%0.1%0.3%0.3%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.6310.3%1.8%0.4%0.2%0.3%0.3%0.1%0.0%0.0%0.0%0.0%0.31521.0%8.6%3.5%0.6%1.0%0.8%0.3%0.1%0.1%0.0%0.0%0.1630.2%17.7%9.8%2.0%2.7%2.6%1.1%0.5%0.3%0.1%0.1%0.0844.0%33.8%23.6%8.7%10.5%9.1%5.6%3.5%2.4%1.8%1.3%0.04559.4%50.3%40.7%23.0%25.2%

21、23.6%17.9%13.7%11.4%9.2%8.7% 绘制筛余曲线35-37如图5-6所示。图5-6 磨内筛余曲线Fig 5-6 Mill sieve curve5.2.6 技术标定结论 出磨水泥 R 45m为 8.7%，而产品比表面积为 420 m2/kg。因此，颗粒大小分布范围相对较宽。 基于这些值，Rosin-Rammler 分布斜率（基于由 X 射线沉降和 I 型波特兰水泥所作的颗粒大小分析）将在 1.02 左右，该斜率在开路磨机指导值以内。 辊压机的工作功率约为692kW，而装机功率为1260kW（2630kW），只有装机功率的55%左右。一般而言，好的辊压机的工作功率大约是装机

22、功率的 60-80%。计算的循环负荷约为1.63，辊压机总喂料量为170 t/h，辊压机的耗电约为4.1 kWh/t，这与一般情况下辊压机的耗电范围2.5-3.5 kWh/t相比偏高。另外，根据辊压机产品的颗粒分布和测得的比表面积 (20.2 m2/kg)来测算辊压机产品的总比表面积，结果约为 63.3 m2/kg。因此，基于辊压机总进料，从 kWh/t 和 比表面积 估计的辊压机效率约为43cm2/J，表明辊压机负荷不足，辊压机效率未能得到充分发挥。从辊压机出来的产品细度偏粗，约有17%仍然在5mm以上，比表面积只有 63.3 m2/kg。对于典型的辊压机运行，90%以上的物料应该小于5mm

23、，比表面积应在 70-100 m2/kg。性能不佳主要由于缺乏“壅塞式”进料、低压力以及由此造成的辊压机总功率较低。 可以从以下几个方面改进： 辊压机功率提高到并维持在其装机功率的 70% 以上； 减小辊压机出料细度，并将打散机回路的循环负荷 (CL) 维持在1.5-2.0； 去除辊压机进料斗出口处的棒阀，以“壅塞式进料”方式给辊压机供料；使用控制阀手动控制辊压机的功率；打开控制阀以增加辊压机中的物料，从而提高功率；通过辊压机的压力补偿机制控制和维持辊压机间隙（它决定料饼的密度），将间隙维持在 20-25mm。 将磨机喂料量115 t/h 和磨机功率3029kW换算成磨机耗电率为26.3Wh/

24、t，按所给的比表面积计算得出的磨机效率很高，为 37.6 cm2/J，此值通常是在中等 比表面积水平的 I 型水泥生产（无辊压机）的效率范围之内。然而，该磨机进料经辊压机处理过，辊压机实际上提高进料的比表面积，因此磨机的效率比以上所述的要低。该磨机进料的组成为104 t/h“细料”（来自辊压机系统的打散机）和直接供给磨机的11 t/h粉煤灰。经测得磨机进料的比表面积约为172.4m2/kg，粉煤灰比表面积为380m2/kg，则磨机总进料的合并比表面积约为192m2/kg。因此，磨机本来的产品比表面积约为228m2/kg，由此磨机的效率很低，约为24.1cm2/J（见表5-7）。磨机和辊压机的单

25、位运行功率为36.1 kWh/t（即磨机的26.3kWh/t加上辊压机的6.7kWh/t)。根据所最终产品比表面积(420 m2/kg)，得出合并系统效率为36.1 cm2/J。 表5-7 磨机效率计算Table 5-7 Mill efficiency calculationRP 系统产品辊压机磨机总计比表面积 (m2/kg)192228420t/h104115115磨机 kW69230283720KWh/t6.726.332.4cm2/j80.124.136.1 对隔仓板所取的轴向样本的评估，I仓在物料制备方面的性能令人满意。2.36、1.18 和0.3mm 筛余分别为0.1%、0.2%和1

26、.5%，而最大目标值分别是1%、5%和20%。仓中的研磨体大小在 30-60mm范围内，平均球径约为44.1mm。传统球磨机（无辊压机）的典型研磨体大小为60-90mm，平均大小在75-80mm。使用尺寸较小和平均尺寸较小的研磨体只对有充分破碎（基于辊压机总进料，通常为 2.5-3.5 kWh/t）和工况良好的辊压机运行有效，特别是可以消除大于 5mm 的进料进入磨机。但I仓研磨体磨损达到 13%-17%，这又会减少I仓的效率。 仓出料隔仓板的阻塞程度约为90%。这主要是由陷在筛缝中的较小尺寸物料造成的。根据仓轴向样本的检测分析，仓粉磨效率较差，磨内级配需调整。 仓为开放式磨机设计，仍然使用活

27、化衬板和挡料环。使用这些类型衬板的有效性从未得到证实，但会增加磨机电机所汲取的功率。挡料环的重量可以用更多的研磨体代替，从而提高粉磨效率。仓出料仓板堵塞情况依然严重，因此需对、仓隔仓板定期清理筛缝，从长远看，需考虑对仓隔仓板、仓隔仓板和出口隔仓板重新设计，最好使用自清洁式、筛缝方位沿周向排列并带有良好流量控制机制的隔仓板。5.3 水泥磨历次筛余曲线5.3.1 研究目的开展水泥磨筛余曲线分析研究，能有效反映水泥磨内粉磨和研磨体磨损状况，对球锻级配的调整38-43以及补加球锻提供技术支持。为评价宿迁中联公司4.213m 配1400mm辊压机和SF600/140打散分级机的挤压联合粉磨系统工艺状况，

28、判断水泥磨球锻级配的合理性，为下一步调整水泥磨级配，提高水泥磨产质量奠定基础，从2008年1月份起，进行了多次带料停机和筛余曲线取样分析。5.3.2 筛余曲线对2008年1-4月份筛余曲线汇总如下（见图5-7、5-8、5-9）：图5-7 2008年1月14日取样筛余曲线Fig 5-7 January 14, 2008 sampling sieve curve图5-8 2008年2月13日取样筛余曲线Fig 5-8 February 13, 2008 sampling sieve curve图5-9 2008年4月11日取样筛余曲线Fig 5-9 April 11, 2008 sampling

29、sieve curve5.3.3 结果分析 仓情况仓筛余下降较大，说明仓破碎能力过剩。由于仓除承担破碎作用外，还具有一定的粉磨作用，但是仓平均球径大，粉磨效率相对仓和仓低，从结果看出仓物料偏粗，说明仓长度和装球量足够大或者偏大。 仓情况仓筛余变化趋势较小，说明仓粉磨效率较差，级配需调整，原因有: 装球量偏少； 仓内钢锻分级不明显甚至反向分级，造成粉磨效率下降。 仓情况仓筛余变化趋势基本正常。 总体看，磨机整体筛余变化趋势不是很合理，仓能力偏大，仓粉磨效率较低。从生产实际控制情况看，磨内物料流速较快，磨音清脆，粉磨效率不高，水泥细度控制稳定性较差。5.4 粉磨系统改进和研磨体级配调整措施根据水泥

30、磨系统技术标定和历次筛余曲线分析结果，针对宿迁中联公司存在的辊压机效率低、打散分级机机效果差、入磨物料细度粗、水泥磨钢球钢锻破损快、级配不合理以及隔仓板易堵塞等问题，逐一进行了解决：5.4.1 调整辊压机工作压力，打散分级机更换细筛板辊压机挤压粉碎力的大小直接影响着挤压效果和挤压质量。挤压力过小,无法形成致密的料饼,也达不到物料粉碎所需的压力,物料粉碎效果差；挤压力过大,料饼不易打散、分级,且易造成辊压机负荷过大、辊面磨损过快。结合宿迁公司进厂原材料特点,通过将辊缝间隙从25-30mm调整到20-25mm，压力从6-7MPa调整至7-8MPa,辊压机挤压效果明显提高。从实际生产看，出辊压机料饼

31、厚度均匀，成饼量上升，有效提高了打散分级机料饼打散和分选效率44-46。为降低入磨物料细度，水泥磨系统标定完后，即将打散分级机筛板更换为细筛板，筛网尺寸从8mm下调为5mm，从而将入磨物料细度从65%以上下降为50%左右，为缩小磨内钢球直径、改进球磨机的级配创造了良好的条件。5.4.2 水泥磨球锻级配调整和耐磨球锻的使用根据技术标定和筛余曲线结果，水泥磨仓破碎能力较强、仓粉磨能力不足。由于5.4.1的实施，水泥磨入磨细度降低，需加强水泥磨的研磨能力。为此，对水泥磨球锻级配进行了调整（调整前后级配见表5-8、5-9）。针对磨内球锻磨损较快的问题，重新进行了钢球钢锻供应厂家的选择，更换为耐磨高铬球

32、锻。表5-8 宿迁中联公司水泥磨初始级配Table 5-8 The initial grading of Suqian zhonglians cement mill 项目一仓二仓三仓规格（mm）6050403018201618141612141012数量（t）101722231617192690合计（t）7252116表5-9 水泥磨调整后级配（重新换球锻）Table 5-9 Cement mill adjusted gradation (re-for-ball forging)项目一仓二仓三仓规格（mm）6050403018201618141612141012数量（t）8.8213.2223

33、.1825.1616.1421.2822.7622.6887.22合计（t）70.3860.18109.905.4.3 仓隔仓板更换针对仓隔仓板、仓出料仓板易堵塞的问题，采取以下措施： 定期清理篦缝。要求充分利用水泥磨定检时间或停磨机会对仓隔仓板、仓出料仓板篦缝进行清理，保持磨内通风和物料流速，避免过粉磨现象。 对仓隔仓板进行更换，更换为新型防堵塞隔仓板，其篦孔由直方型变更为弧形筛孔。从使用情况看，效果良好。5.4.4 结果分析经过辊压机调整压力、打散机更换细筛板后，入磨物料细度降低；水泥磨随之进行的球锻级配调整，有效提高了粉磨效率，2009年1月份取样进行筛余曲线测定（P.O42.5水泥）结果如下（见图5-10）：图5-10 调整后取样筛余曲线Fig 5-10 Adjusted sampling sieve curve对粉磨系统改进和研磨体级配调整前后水泥颗粒分布和水泥性能进行对比分析（水泥配比基本相同），结果见表5-10、5-11。表5-10 调整前后出磨水泥颗粒分布对比（不含矿渣微粉）Table 5-10 Adjust the grinding of cement particle size distribution before and after a comparison (excluding