輥壓機水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)增產(chǎn)調試

　　鄒偉斌  中國建材工業(yè)經(jīng)濟研究會水泥專業(yè)委員會（100024）

　　鄒  捷  南京工業(yè)大學粉體科學與工程研究所 （210009）

　　題要：本文總結了ZC公司5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，水泥制成工序采用輥壓機、V型靜態(tài)選粉機、雙分離高效選粉機、雙倉管磨機組成的半終粉磨閉路工藝系統(tǒng)增產(chǎn)調試過程，調整中以“分段粉磨”理論及系統(tǒng)工程方法為指導依據(jù)，并對粉磨系統(tǒng)中各段存在的技術問題進行了診斷分析，制定并實施了相應的改進措施，充分挖掘粉磨系統(tǒng)中每一段生產(chǎn)潛力，最終達到增產(chǎn)、降耗的目的。

　　關鍵詞：輥壓機  半終粉磨系統(tǒng)   雙分離高效選粉機  增產(chǎn)調試

　　1.水泥粉磨工藝線基本概況

　　ZC公司5000t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線，兩套水泥成品制備系統(tǒng)均配用160-140輥壓機+V型靜態(tài)分級機（V型選粉機）+雙分離高效選粉機+Φ4.2×13m雙倉管磨機組成的半終粉磨閉路工藝；其具體工藝流程為：物料經(jīng)過配料站由高速板鏈斗式提升機輸送至穩(wěn)流稱重倉，進入輥壓機擠壓后通過V型選粉機分級出細粉（＜80um以下顆粒占70%-85%、＜45um以下水泥成品顆粒所占比例約為55%以上），V型選粉機細粉出口聯(lián)接下進風的雙分離高效選粉機（負壓抽吸式進入高濃度布袋收塵器收集成品），首先分離出由輥壓機擠壓過程中產(chǎn)生的成品，分選出成品后的粗粉輸送至管磨機粉磨，出磨物料經(jīng)輸送設備由上部喂入雙分離高效選粉機再次分選。在輥壓機、管磨機兩段正常運行后，雙分離高效選粉機承受下部（V選出口）及上部（由管磨機磨尾輸送的）兩股料流，同時進行分選。我們可以將輥壓機水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)理解為：它是傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)的另一個變種，輥壓機半終粉磨工藝系統(tǒng)與輥壓機聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)各有其技術特點、均可使粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)能力達到70%-200%甚至200%以上、節(jié)電幅度達20%-30%。

　　該半終粉磨工藝系統(tǒng)與傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)相比，須采用一臺物料處理能力較大的輥壓機和一臺喂料、分選能力大的下進風雙分離高效選粉機，V型選粉機與雙分離高效選粉機則共用一臺系統(tǒng)風機，取消了聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中一臺循環(huán)風機與旋風收塵器（雙旋風筒或單旋風筒）及部分管道和輸送設備，減少了設備數(shù)量及維護點，維修成本降低。此外，該半終粉磨系統(tǒng)中直接采用高濃度布袋收塵器收集由輥壓機段擠壓所產(chǎn)生的及管磨機段粉磨后生產(chǎn)的水泥成品，避免了大量＜45um細粉進入管磨機內部，導致細磨倉出現(xiàn)“過粉磨”所引起的研磨體及襯板表面嚴重粘附現(xiàn)象，使管磨機系統(tǒng)始終保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率。

　　由于水泥成品經(jīng)過高濃度布袋收塵器收集，后續(xù)管道與系統(tǒng)風機中的粉塵濃度顯著降低，徹底消除了傳統(tǒng)聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)中導致管道與循環(huán)風機葉輪磨損嚴重的因素，降低了系統(tǒng)設備磨損并減少了裝機功率，設備磨耗量明顯降低、整個系統(tǒng)粉磨電耗低。

　　該系統(tǒng)的管磨機段既可由閉路粉磨流程轉換為開路粉磨流程、亦可由開路粉磨流程轉換為閉路粉磨流程，實現(xiàn)了一套粉磨系統(tǒng)可開、可閉的靈活轉換與調節(jié)，轉換操作簡單、快捷。

　　在輥壓機水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)中，當后續(xù)管磨機系統(tǒng)為開路方式操作時，即輥壓機段創(chuàng)造的成品與開路管磨機粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的成品共同混合入庫，成品顆粒級配范圍比閉路操作時要寬；

　　當后續(xù)管磨機系統(tǒng)為閉路方式操作時，即輥壓機段創(chuàng)造的成品與閉路管磨機粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的成品共同混合入庫，成品顆粒級配范圍仍然比開路操作時要窄，且由輥壓機制造的水泥顆粒球形度非常低，其顆粒形貌多呈不規(guī)則的長條狀、多角形等；采用輥壓機高效率料床粉磨設備制得的水泥顆粒分布范圍相對集中（窄），即顆粒粒徑更均勻，均勻性系數(shù)n值增大，顆粒之間空隙增多，水泥粉體顆粒堆積密度就小，難以形成最緊密堆積，當達到相同流動度時需要多加水，水則變成了填充物，充填于水泥顆粒之間的空隙、穴道，導致水泥標準稠度需水量增大；水泥制成系統(tǒng)的粉磨效率越高，對增產(chǎn)、節(jié)電越有利，但成品水泥需水量增大現(xiàn)象則會越突出，這就是造成半終粉磨閉路工藝系統(tǒng)水泥標準稠度需水量偏大的主要原因之一；此外，該系統(tǒng)因輥壓機段擠壓生產(chǎn)的水泥中≤5um以下微細顆粒含量較高、成品水泥比表面積與抗壓強度一般均偏高，為綜合利用工業(yè)廢棄物，大摻量制備復合水泥、降低水泥生產(chǎn)成本創(chuàng)造了先決條件，但該粉磨系統(tǒng)應用中須權衡水泥使用性能與系統(tǒng)高效、增產(chǎn)、節(jié)電等幾個方面的關系，并對系統(tǒng)中相關控制參數(shù)、管磨機內部結構以及所用混合材料品種等做出相應調整，以使水泥成品性能滿足混凝土制備技術要求。

　　該系統(tǒng)中管磨機磨尾配置有單獨的通風、收塵設備，收塵風機采用變頻調速控制，便于生產(chǎn)過程中磨內通風量的調節(jié)與操作。（系統(tǒng)工藝流程見圖一）

　　輥壓機水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)主輔、機設備配置及技術性能參數(shù)見表1：

　　表1    水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)主、輔機設備配置及技術性能參數(shù)

圖一    水泥半終粉磨閉路工藝系統(tǒng)流程圖[Page]

　　2.生產(chǎn)調試中遇到的問題

　　2.1輥壓機工作輥縫較小

　　投產(chǎn)調整初期，由于入輥壓機熟料中含有較多黃心、粉料，導致工作輥縫偏小，只有28mm左右，輥壓機主電機工作電流較低（46A左右），即使調節(jié)入料斜插板比例（75%左右），工作電流變化不大，輥壓機擠壓出力能力較差。

　　2.2輥壓機工作壓力偏低

　　受輥壓機工作輥縫偏小的影響，工作壓力上不去，擠壓效果較差，輥壓機工作壓力在8.5MPa左右波動，擠壓后細粉明顯偏少。

　　2.3脫硫石膏水份大

　　由于入輥壓機的脫硫石膏水份達到8%-12%不易下料、計量，稱重倉粘附、掛壁現(xiàn)象嚴重，甚至造成擠壓后的料餅進入V型選粉機內部不易散開，影響分級效果。

　　2.4管磨機做功能力差

　　由雙分離高效選粉機分離出成品后的入磨物料（粗粉）比表面積平均在100m2/kg（95m2/kg ---105m2/kg）左右，而在管磨機有效長度12.5m范圍內研磨體做功少，出磨水泥比表面積僅在185m2/kg左右，計算得知：每米研磨體粉磨出的比表面積為185m2/kg-100m2/kg/12.5m=6.8m2/kg/m，說明管磨機段研磨能力不足；

　　一般來講，帶有雙分離高效選粉機的水泥半終粉磨系統(tǒng)，由于預先分離出成品，入磨物料中的細粉量極大地減少，較好地避免了細粉在磨內產(chǎn)生的“過粉磨”與細磨倉研磨體與襯板表面粘附現(xiàn)象，研磨體磨細做功能力提高，每米研磨體創(chuàng)造出磨物料比表面積能力至少應≥10m2/kg/m；

　　2.5兩臺選粉機用風量小

　　因處于設備磨合期，輥壓機段與管磨機段做功能力均不理想，即擠壓處理與研磨兩段的成品量不足，以致不能增加V選與雙分離高效選粉機拉風量，一般在80%-85%左右。中控操作增加系統(tǒng)風機風量時，造成水泥成品比表面積低、細度粗；由此判斷：輥壓機與管磨機兩段創(chuàng)造成品量低時，系統(tǒng)風機拉風量必須降低，最終導致系統(tǒng)產(chǎn)量低、電耗較高；

　　3.技術分析及處理措施

　　3.1輥壓機工作壓力及輥縫

　　高壓、慢速、過飽和喂料是輥壓機料床擠壓粉磨技術特性，除國外粉磨生產(chǎn)線設計、應用輥壓機水泥終粉磨工藝（國內目前只應用于生料終粉磨，節(jié)電效果顯著），在國內水泥制成工序輥壓機只是在水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中承擔半終粉磨（或預粉磨）的任務，經(jīng)施以雙輥之間的高壓力（≥150MPa）擠壓后的物料，其內部結構產(chǎn)生大量的晶格裂紋及微觀缺陷、＜2.0mm及以下顆粒達到65%以上，其中＜80um、＜45um以下細粉含量增多（顆粒裂紋與粒度效應），分級后的入磨物料粉磨功指數(shù)顯著下降（15%-25%），易磨性明顯改善；因后續(xù)管磨機一倉破碎功能被移至磨前，相當于延長了管磨機細磨倉，可充分發(fā)揮研磨體對物料的磨細能力，從而大幅度提高了系統(tǒng)產(chǎn)量，降低系統(tǒng)粉磨電耗。

　　輥壓機水泥半終粉磨工藝系統(tǒng)（或聯(lián)合粉磨工藝系統(tǒng)）的共同特點是：輥壓機及分級設備的投入，實現(xiàn)了系統(tǒng)中的“分段粉磨”，必須充分發(fā)揮輥壓機系統(tǒng)料床粉磨的技術優(yōu)勢及其較大的處理能力，輥壓機段做功越多，對系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)電越有利；輥壓機的吸收功耗越多，后續(xù)管磨機段節(jié)電效果越顯著；輥壓機吸收功耗一般在7.5kwh/t-13kwh/t，在此范圍內吸收功耗越多，管磨機段節(jié)電幅度越大?；疽?guī)律是：輥壓機吸收功多投入1kwh/t，則后續(xù)管磨機系統(tǒng)節(jié)電1.5kwh/t--2kwh/t；

　　在相對穩(wěn)定的工藝條件下，輥壓機工作壓力越大，擠壓處理物料過程中產(chǎn)生的粉料越多，成品量顯著增加，被分離出的合格品也越多。

　　首先，對入輥壓機熟料采取多庫搭配措施，多采用顆粒狀、減少粉狀料；其次，稱重倉必須保持一定的倉容，料位比例一般控制在70%-80%，以有效形成入機料壓，實現(xiàn)過飽和喂料，確保擠壓效果；同時將輥壓機工作壓力由8.0MPa-9.0MPa，調整至10.0MPa-11.0MPa；輥壓機工作輥縫由原27mm--29mm，調整至30mm--34mm；入料斜插板比例拉開至85%以上，以實現(xiàn)過飽和喂料；調整后輥壓機主電機工作電流（額定電流76A）由44A--50A（58%-66%）提高至54A--60A（71%--79%）擠壓做功能力顯著提高，經(jīng)由V型選粉機分級后的物料R80um、R45um篩余量明顯減少，比表面積提高，合格品比例大幅度增加。

　　3.2脫硫石膏水份及下料處理

　　進廠脫硫石膏水份較大，實施入堆棚預先存放措施、分批周轉取用。將存放較長時間且含有一定水份（＜5%）的脫硫石膏與顆粒較大的石灰石按照一定比例搭配（1:1）混勻入配料庫，庫壁內錐體及筒體內壁部分采用表面光潔度優(yōu)良、耐磨性能良好的超高分子量聚乙烯板敷貼，處理后庫壁光滑、物料不粘壁，下料效果較好；

　　3.3V型選粉機及雙分離高效選粉機用風量，

　　在半終粉磨系統(tǒng)中，由于V型選粉機與雙分離高效選粉機兩臺粗、細分級設備共用一臺高濃度布袋收塵器和一臺系統(tǒng)風機，在滿足水泥質量控制指標的前提下，應盡量采用大風操作方式，最大程度上將輥壓機段及管磨機段創(chuàng)造的成品分選出來，系統(tǒng)風機的拉風比例由原85%提高至90%以上（根據(jù)實際生產(chǎn)狀況，在V型選粉機入料口上方增設打散棒，以形成均勻、分散的料幕；同時關閉了最上部一排進、出風導流板，有效延長物料分級路線與分級時間，提高V選出口物料的比表面積）。

　　3.4管磨機研磨體級配及通風參數(shù)

　　管磨機的特點是磨細能力有余而粗碎能力較差，而由輥壓機+V型靜態(tài)分級設備組成的磨前預粉磨系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮輥壓機高效率料床粉磨優(yōu)勢，高壓擠壓（＞150Mpa）處理后的入磨物料易磨性明顯提高，管磨機一倉的粗碎功能已移至磨外由輥壓機完成，可縮短一倉并延長細磨倉有效長度，提高磨細能力。物料在輥壓機段處理時產(chǎn)生的成品已被V型選粉機與雙分離高效選粉機預先分選出來，粗粉再進入管磨機粉磨，由此實現(xiàn)了良好的“分段粉磨”。生產(chǎn)實踐早已證明：采用“分段粉磨”工藝比一段粉磨工藝所需能量更低、系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電效果更顯著。

　　管磨機一倉采用提升能力較好的曲面階梯襯板，安裝應用篩分隔倉板（同心圓狀、粗篩縫寬度6.0mm、內篩縫寬度2.0mm），出磨篦板（同心圓狀、篦縫寬度6.0mm，內部設置料、鍛分離內篩板，內篩板篦縫寬度4.0mm）。為了更好的使用微型研磨體、充分激活微型研磨體的粉磨能量，消除“滯留帶”（研磨死區(qū)）的不良影響、提高細研磨能力、在磨內多創(chuàng)造成品，細磨倉采用五波峰小波紋襯板，增大襯板與微鍛之間的提升摩擦力，在有效長度方向均布安裝了5圈活化環(huán)（活化環(huán)高度1100mm、自隔倉板位置起至磨尾出料篦板之間，每隔1.75m安裝一圈）。

　　投產(chǎn)初期，由于設備磨合及研磨體級配等方面的原因，管磨機粉磨效果較差，我們根據(jù)入磨物料細度、比表面積等參數(shù)，重新設計、調整了各倉級配，改進前、后級配方案見表2：

　　表2         改進前、后各倉研磨體級配

　　在管磨機段粉磨過程中，主要依靠研磨體的“集群研磨效應”實現(xiàn)物料磨細；管磨機的粉磨效率與磨內研磨體總表面積的0.6-0.7次方成正比關系，即研磨體總表面積越大，與物料接觸時的集群研磨能力越好，粉磨效率越高，在單位時間、有效長度內創(chuàng)造的成品量越多，越有利于系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電；為此，我們在調整細磨倉級配時，有意識增加了Φ10mm×10mm微鍛43t，相應地減少較大規(guī)格Φ18mm×18mm及Φ14mm×14mm鍛；經(jīng)粗略計算，磨內研磨體級配改進后，一倉鋼球在裝載量及填充系數(shù)不變的前提下，平均球徑由27.3mm降至25.82mm，較調整前凈增加研磨面積83.4m2；細磨倉平均鍛徑由13.42mm降至11.89mm，裝載量由180t增至188t，填充系數(shù)由31.8%提高到33.1%，細磨倉微鍛凈增加研磨面積1783.35m2、兩倉合計增加研磨總表面積1886.75m2，磨內研磨體研磨面積較調整前綜合提高21.62%，管磨機段粉磨效率顯著提高；

　　同時，我們根據(jù)磨機主電機及主減速機的驅動功率富裕系數(shù)，合理增加細磨倉微鍛研磨體裝載量、增大填充率，能夠有效提高微鍛的總研磨面積，提高細磨倉內微型研磨體對物料的細研磨能力；總之，在管磨機段必須凸顯“磨內磨細”為根本要素；

　　出磨物料（入雙分離高效選粉機之前）比表面積的高低，可以較好地衡量其中成品量所占比例及研磨體做功效率?？傊瞿ケ缺砻娣e越高，說明管磨機段研磨體有效做功能力越好，水泥顆粒分布中的顆粒粒徑整體向下移，即向小粒徑下移，平均粒徑減小，成品顆粒比例增加，由雙分離高效選粉機分選出的合格品量則顯著提高。

　　調整研磨體級配后，出磨物料比表面積達到289m/kg，已接近一般成品水泥的比表面積，在管磨機有效長度范圍內平均每米研磨體創(chuàng)造比表面積為：289m2/kg-100m2/kg/12.5m=15.12m2/kg/m，比調整前提高了8.32m2/kg/m，凈提高幅度達122.35%。

　　管磨機通風參數(shù)的調整：磨尾收塵風機風量由28HZ下降至23HZ、磨內凈空風速由1.01m/s降至0.83m/s、磨尾出口負壓由-1100Pa降至-800Pa~ -900Pa，以有效延緩物料流速，增加物料在磨內細磨時間，降低出磨物料中粗顆粒比例、提高水泥成品含量。中控操作應與生產(chǎn)現(xiàn)場結合，以“磨頭不冒灰-保持負壓、入口不溢料-料流暢通、磨機不飽磨-磨音正常、磨尾不跑粗-比表提高、溫度不上升-通風順暢”；為控制原則；調整后，出磨水泥溫度一般在103℃-110℃之間，管磨機主電機（進相后）運行電流一般控制在224A-230A之間波動為宜。[Page]

　　4.輥壓機料床擠壓粉磨能量利用率比管磨機高出3-5倍，尤其對進入管磨機前物料的預處理，擠壓過程中所產(chǎn)生的部分成品先由V選粗分級再經(jīng)雙分離高效選粉機二次分級與收集，選粉機回料（入磨的粗粉顆粒）已具備“粒度效應”（入磨物料粒徑細）及“裂紋效應”（晶格裂紋缺陷多），易磨性顯著改善，邦德粉磨功指數(shù)降低15%-25%，送入后續(xù)管磨機研磨，可有效消除磨內過粉磨及粘附現(xiàn)象，大幅度提高管磨機的磨細能力，從而實現(xiàn)粉磨過程良好的分段，每一段均能夠充分發(fā)揮各自的粉磨技術優(yōu)勢、提高系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗。

　　5.改進后的效果

　　改進前、后水泥粉磨系統(tǒng)技術經(jīng)濟參數(shù)對比見表3、表4：

　　表3   改進前、后V選進入雙分離高效選粉機物料參數(shù)

　　表4   改進前、后水泥產(chǎn)量及系統(tǒng)粉磨電耗對比

　　由上表可知：系統(tǒng)改進后P.C32.5級水泥較改進前增產(chǎn)60t/h、增幅34.29%；電耗降低7.9kwh/t、節(jié)電幅度21.49%、比表面積提高15m2/kg；

　　P.O42.5級水泥較改進前增產(chǎn)40t/h、增幅25%；電耗降低6kwh/t、節(jié)電幅度15.79%、比表面積提高5m2/kg；通過合理的改進與調整，該半終粉磨工藝系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電效果顯著，水泥實物質量指標較改進前有所提高；

　　6.結束語

　　6.1分段粉磨工藝電耗比一段粉磨工藝電耗更低，高效分級設備的應用，使輥壓機水泥半終粉磨（或輥壓機水泥聯(lián)合粉磨）工藝系統(tǒng)實現(xiàn)了良好的“分段粉磨”；系統(tǒng)中的每一段之間的接口都很重要，診斷其中存在的技術問題可運用分段粉磨理論與系統(tǒng)工程方法分析解決；經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)磨合，系統(tǒng)運行會更順暢，設備運轉效率將顯著提高，本系統(tǒng)設備運轉率達90%以上；

　　6.2輥壓機水泥半終粉磨（或輥壓機水泥聯(lián)合粉磨）工藝系統(tǒng)，均由幾個子系統(tǒng)（分段）組成，第一段（輥壓機）物料預粉磨非常重要，是整個粉磨系統(tǒng)增產(chǎn)、節(jié)電的技術關鍵，必須充分發(fā)揮輥壓機高效料床粉磨的技術優(yōu)勢，摸索出該系統(tǒng)中輥壓機適宜的工作壓力、工作輥縫、兩臺主電機運行電流、V型選粉機及雙分離高效選粉機用風等最佳技術參數(shù)；輥壓機系統(tǒng)投入的功耗越多，擠壓做功效果越顯著，該半終粉磨（或聯(lián)合粉磨系統(tǒng)）工藝系統(tǒng)節(jié)電幅度越大；

　　6.3經(jīng)雙分離高效選粉機分離成品后的入磨粗粉已具備“粒度效應”（入磨粒徑細）及“裂紋效應”（晶格裂紋多），易磨性顯著改善，邦德粉磨功指數(shù)降低15%-25%，送入后續(xù)管磨機研磨的物料中45um以下細粉明顯減少，可有效消除過粉磨及研磨體、襯板工作表面粘附現(xiàn)象，大幅度提高管磨機的磨細做功能力。

　　6.4“磨內磨細為根本”，應合理調整管磨機研磨體級配，尤其是細磨倉的研磨能力，充分挖掘第二段（管磨機）的增產(chǎn)潛力，提高研磨體研磨總表面積及其“集群研磨效應”、每米多創(chuàng)造合格品的能力與適宜的磨機通風參數(shù)，提高出磨物料比表面積，增加出磨成品顆粒含量，為雙分離高效選粉機有效分選創(chuàng)造先決條件；

　　6.4改進后，該半終粉磨工藝系統(tǒng)生產(chǎn)能力可達150萬噸/年以上，按兩個不同品種、等級水泥平均節(jié)電6.95kwh/t計算，年節(jié)電1042.5萬kwh，以平均電價0.60元/kwh計，年節(jié)電效益可達625.5萬元。

　　參考文獻

　　1.鄒偉斌 《水泥粉磨系統(tǒng)優(yōu)化分析與探討》，《四川水泥》2011.4-5期

　　2.鄒偉斌《水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)故障原因與解決措施》，《新世紀水泥導報》2012.3期