水泥粉磨工藝發(fā)展趨勢(shì)及改造要點(diǎn)
水泥系由水泥熟料、混合材、石膏及其他材料（如助磨劑）共同或分別磨細(xì)而成的具有水硬性的微米級(jí)粉體。現(xiàn)代水泥粉磨技術(shù)新觀點(diǎn)認(rèn)為：好水泥是“磨”出來的。當(dāng)今世界水泥粉磨技術(shù)已呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)，且粉磨設(shè)備也向大型化、低耗高效及自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水泥粉磨機(jī)理已不再局限于傳統(tǒng)的低效率球、煅研磨方式，而是逐步向高效節(jié)能的輥磨過渡。
就目前水泥粉磨工藝流程而言，有以下幾種：即管磨機(jī)（開路或閉路）粉磨系統(tǒng)、立磨粉磨系統(tǒng)、筒輥磨粉磨系統(tǒng)及輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)等。粉磨過程電耗要占水泥總電耗的70%以上，粉磨工藝的選擇與應(yīng)用直接影響水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)成本，在水泥制備中占有舉足輕重的地位。
水泥粉磨工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)縱觀現(xiàn)代水泥粉磨工藝，絕大部分工藝流程仍以管磨機(jī)作為粉磨設(shè)備。目前，國(guó)內(nèi)水泥管磨機(jī)設(shè)計(jì)直徑已到椎5m左右，產(chǎn)量在150t/h以上。國(guó)際上已設(shè)計(jì)到椎5.8m以上的大型管磨機(jī)，用于粉磨水泥，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)200t/h以上。管磨機(jī)的粉磨機(jī)理是利用筒體旋轉(zhuǎn)過程中將能量傳遞給襯板，由襯板提升、拋落研磨體對(duì)磨內(nèi)物料進(jìn)行沖擊破碎、研磨而完成粉磨作業(yè)。管磨機(jī)內(nèi)所用的研磨體形狀多為傳統(tǒng)的圓球和柱狀，圓球形研磨體對(duì)被磨物料以點(diǎn)接觸方式進(jìn)行沖擊破碎，粉磨效率較低。尤其是當(dāng)入磨物料粒度尺寸較大，易磨性差時(shí)，管磨機(jī)低效率、高電耗的矛盾更為突出。
為了改善粉磨作業(yè)條件，提高磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗，水泥工程技術(shù)人員從縮小入磨物料粒度入手，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)襯板工作表面形狀、改變磨內(nèi)各倉(cāng)研磨體的提升，拋落軌跡以及采用助磨劑等技術(shù)手段，在一定程度上，大幅度提高了磨機(jī)的生產(chǎn)效率。
水泥粉磨工藝中，除管磨機(jī)流程外，20世紀(jì)80年代中期在德國(guó)問世的輥壓機(jī)主要用于水泥生料和水泥熟料的預(yù)粉碎，即半終粉磨。輥壓機(jī)的粉磨機(jī)理為料床粉碎，現(xiàn)階段已由過去的半終粉磨引申過渡到用于水泥制備的終粉磨。被兩只高壓對(duì)輥擠壓的物料產(chǎn)生大量的裂紋和細(xì)粉，顯著改善了物料的易磨性。通過將擠壓后的料餅打散分級(jí)分選后形成閉路循環(huán)，成品被選出，粗顆粒物料再入輥壓機(jī)粉碎。輥壓機(jī)系統(tǒng)的電耗雖低于管磨機(jī)粉磨系統(tǒng)，但采用輥壓機(jī)終粉磨制得的水泥成品顆粒形貌呈多角形結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增大，在混凝土制備過程中的工作性能不如管磨機(jī)粉磨的水泥好。
立磨由于其系統(tǒng)產(chǎn)量高、電耗低而被廣泛應(yīng)用于生料制備過程。目前，國(guó)際上已有采用立磨粉磨水泥（終粉磨）的報(bào)道。立磨的粉磨機(jī)理與輥壓機(jī)有相似之處，均為料床粉碎。所不同的是，立磨磨輥對(duì)物料的接觸方式是柱面與平面，而輥壓機(jī)輥?zhàn)优c物料間的接觸方式為柱面與柱面。此外，立磨自身不須另外設(shè)置選粉分級(jí)系統(tǒng)，而輥壓機(jī)則必須單獨(dú)設(shè)置，系統(tǒng)比立磨復(fù)雜。現(xiàn)階段世界上大型立磨單產(chǎn)已在600t/h，這是管磨機(jī)和輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)所不能比擬的。同時(shí)，立磨粉磨系統(tǒng)電耗明顯低于輥壓機(jī)系統(tǒng)。
水泥粉磨工藝改造要點(diǎn)1.大型管磨機(jī)的改造（椎4m以上）
當(dāng)今水泥工業(yè)生產(chǎn)中，管磨機(jī)仍占粉磨設(shè)備的主導(dǎo)地位。如前所述，管磨機(jī)電能利用率低，粉磨電耗高于輥壓機(jī)、立磨及筒輥磨系統(tǒng)。為了降低粉磨電耗，多數(shù)企業(yè)在管磨機(jī)前增設(shè)物料預(yù)處理工藝，通過預(yù)處理設(shè)備縮小入磨粒度，在大幅度提高磨機(jī)產(chǎn)量（30%~50%）的同時(shí)，顯著降低粉磨系統(tǒng)電耗（20%~30%）及生產(chǎn)成本，提高水泥實(shí)物質(zhì)量。以輥壓機(jī)+打散分級(jí)+管磨機(jī)預(yù)處理粉磨系統(tǒng)（閉路）為例，粉磨新型干法窯熟料，電耗在28kWh/t~32kWh/t，比單獨(dú)采用管磨機(jī)，不設(shè)置預(yù)處理工藝時(shí)的電耗要低8kWh/t~12kwh/t.由此可見，強(qiáng)化對(duì)入磨物料的預(yù)處理，才能使粉磨系統(tǒng)長(zhǎng)期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率及較低的粉磨電耗。同時(shí)，由于入磨物料粒度縮小，可優(yōu)化設(shè)計(jì)磨內(nèi)研磨體級(jí)配、降低研磨體平均尺寸，更有利于顯著提高水泥的磨細(xì)程度（比表面積）和膠砂強(qiáng)度。
大型管磨機(jī)內(nèi)部應(yīng)采用提升、分級(jí)襯板、篩分裝置、活化裝置、研磨體防串裝置。基于大型管磨機(jī)研磨體裝載量多的緣故，為使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，要求采用質(zhì)量?jī)?yōu)良的硬質(zhì)合金研磨體，如高、中鉻合金材質(zhì)（磨耗＜50g/t、破損率＜1.0%）。同時(shí)，磨內(nèi)其他部位易損件，如襯板、隔倉(cāng)板等，也宜選用與研磨體相同的材質(zhì)與其配副，以獲得最佳抗磨效果和良好的表面光潔度，為穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量創(chuàng)造條件。
為了提高出磨水泥的圓型度，部分企業(yè)在細(xì)磨倉(cāng)內(nèi)全部采用椎8mm~12mm的微形球，使用效果良好。大型管磨機(jī)有多個(gè)倉(cāng)位，各倉(cāng)內(nèi)所用的研磨體規(guī)格不同，一般規(guī)律是自進(jìn)料端向出料端各倉(cāng)的研磨體規(guī)格逐漸縮小，以增強(qiáng)研磨體對(duì)物料的磨細(xì)功能。研磨體的填充率一般＜32%，大多在26%~30%之間選取。
2.中小型水泥粉磨工藝的改造（椎4m以下）
對(duì)于中小型管磨機(jī)而言，無論是開路還是閉路粉磨系統(tǒng)，必須設(shè)置磨前物料預(yù)處理工藝。可選用的預(yù)處理方式有預(yù)破碎、預(yù)粉碎和預(yù)粉磨，3種預(yù)處理工藝中，以預(yù)粉磨（即采用短粗型棒磨或筒輥磨）技術(shù)效果最好，電耗低、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠，經(jīng)處理后的物料最大粒度均穩(wěn)定在2mm以下，其中尚含有30%左右的成品。預(yù)處理工藝的設(shè)置，部分或全部取代了磨機(jī)粗磨倉(cāng)的功能，相當(dāng)于延長(zhǎng)了磨機(jī)的細(xì)磨倉(cāng)，更有利于提高長(zhǎng)徑比較小（L/D≈3）的中長(zhǎng)磨或短磨的系統(tǒng)產(chǎn)量（30%~50%）、降低粉磨電耗（10%~30%）。現(xiàn)就采用預(yù)處理后的幾種粉磨流程的改造進(jìn)行探討。
3.預(yù)處理開路高細(xì)磨系統(tǒng)眾所周知，水泥成品中30μm以下顆粒所占比例決定膠砂強(qiáng)度的發(fā)揮，特征粒徑16μm~24μm的含量越多越好。中小型磨機(jī)一般磨身較短，物料在磨內(nèi)停留被粉磨的時(shí)間也短，完全依靠磨內(nèi)研磨體對(duì)物料的破碎與粉磨，物料往往不易被磨細(xì)，導(dǎo)致成品中粗顆粒含量偏多，嚴(yán)重制約水泥水化活性的發(fā)揮。預(yù)處理工藝的設(shè)置對(duì)開路粉磨系統(tǒng)的增產(chǎn)、節(jié)電及提高水泥的磨細(xì)程度意義重大。
入磨物料經(jīng)過預(yù)處理，磨機(jī)一倉(cāng)的功能由預(yù)處理設(shè)備完成，磨內(nèi)研磨體平均尺寸縮小，增強(qiáng)了對(duì)物料的細(xì)磨能力，水泥成品中30μm以下顆粒比例顯著增加。
預(yù)處理開路高細(xì)磨工藝形成后，宜對(duì)磨內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)改造，安裝篩分分級(jí)隔倉(cāng)板，同時(shí)對(duì)細(xì)磨倉(cāng)襯板進(jìn)行活化處理，以充分激活微形研磨體的粉磨能量，顯著提高水泥的磨細(xì)程度和膠凝活性。經(jīng)開路工藝磨細(xì)后的水泥顆粒級(jí)配中某一粒徑的含量相對(duì)集中，即通常所說的“窄級(jí)配水泥”。磨內(nèi)隔倉(cāng)板及出料篦板篦縫一般≤6mm.開路高細(xì)磨系統(tǒng)必須強(qiáng)化通風(fēng)與收塵措施，磨內(nèi)風(fēng)速保持0.5m/s~0.8m/s，宜選擇布袋收塵工藝。如果出現(xiàn)研磨體表面因靜電吸附細(xì)物料而影響粉磨效率時(shí)，可考慮引入助磨劑解決，該工藝粉磨電耗一般在30kWh/t~33kWh/t. 4.預(yù)處理閉路粉磨工藝閉路粉磨工藝是在開路粉磨基礎(chǔ)上通過增設(shè)高效選粉設(shè)備改造而成。閉路粉磨工藝最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是所選用的選粉機(jī)的分級(jí)精度一定要高（如選粉效率達(dá)85%以上）、性能穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠，否則難以達(dá)到最佳技術(shù)效果。該工藝最佳配置為：磨前預(yù)處理+磨內(nèi)篩分+磨外高效選粉，可以避免閉路粉磨水泥顆粒級(jí)配變寬的現(xiàn)象，力求使特征粒徑的粉體含量更多些，利于水泥水化活性及力學(xué)強(qiáng)度的進(jìn)一步發(fā)揮。閉路粉磨系統(tǒng)電耗低于開路系統(tǒng)，一般為≤28kwh/t.山東建材學(xué)院研究人員曾對(duì)某廠椎2.2×6.5m閉路水泥磨系統(tǒng)采用預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行改造，入磨物料平均粒度由9.7mm降至5.3mm，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)磨內(nèi)研磨體級(jí)配、調(diào)整兩倉(cāng)填充率、改進(jìn)選粉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適當(dāng)降低系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷率。改造后，出磨水泥成品比表面積提高70%、3天抗壓強(qiáng)度提高65%. 5.物料分別粉磨工藝物料分別粉磨工藝可最大限度地發(fā)揮水泥成品的膠凝活性，為大量利用高活性工業(yè)廢渣，凈化生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造了良好的條件。經(jīng)分別粉磨再“勾兌配制”的水泥，有更多的混合材摻量。同時(shí)由于熟料摻量減少，制得的水泥中不僅堿含量低，而且水化熱也低，可顯著提高混凝土制品的耐久性。
分別粉磨工藝制備的水泥顆粒級(jí)配更合理，強(qiáng)度增進(jìn)率高，制造成本低，粉磨電耗居中，一般在40~50，是粉磨工藝發(fā)展和改造的方向之一。
作者：中國(guó)建材工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究會(huì)水泥專業(yè)委員會(huì) 鄒偉斌