同力重機(jī)：水泥粉磨系統(tǒng)高產(chǎn)節(jié)能的技術(shù)措施

一、粉磨工藝

1、閉路粉磨工藝

就粉磨工藝流程而言，目前主要有開路和閉路兩種。前者優(yōu)點(diǎn)是工藝操作簡(jiǎn)單，物料出磨后即為成品。缺點(diǎn)是物料在磨內(nèi)流速慢，滯留時(shí)間長(zhǎng)，為保證出磨物料的粒度全部符合要求，其中已磨細(xì)的物料也不能及時(shí)排出磨機(jī)。經(jīng)常造成過粉磨現(xiàn)象。開路磨系統(tǒng)生產(chǎn)能力相對(duì)較低，能耗較高，不可能隨時(shí)靈活地調(diào)整出磨物料的細(xì)度。后者加設(shè)了選粉設(shè)備，可及時(shí)地將已磨細(xì)的細(xì)粉排出磨外，有效地避免了過粉磨現(xiàn)象，并可通過調(diào)節(jié)選粉機(jī)的工作參數(shù)靈活調(diào)節(jié)成品水泥的細(xì)度。

此外，閉路磨內(nèi)物料流速加快，各倉的研磨體分別恰當(dāng)?shù)爻袚?dān)著粉碎或粉磨任務(wù)，故產(chǎn)量提高，電耗降低，尤其是對(duì)水泥細(xì)度要求較高時(shí)，高產(chǎn)低耗的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。與開路相比，閉路粉磨工藝的產(chǎn)量提高在30%以上，電耗降低約20%左右。因此，采用閉路粉磨工藝是水泥粉磨工藝發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2、預(yù)粉碎多級(jí)串聯(lián)粉磨工藝

球磨機(jī)作為粉磨設(shè)備是比較理想的，但作為粉碎或破碎設(shè)備，它卻是低效率的。將磨機(jī)中粒度較大的十幾mm甚至數(shù)十mm的物料粉碎過程從磨內(nèi)移至磨外，在專門的粉碎設(shè)備中進(jìn)行，是提高球磨機(jī)生產(chǎn)能力的有效途徑?！岸嗨樯倌ァ保磁p小入磨物料粒度是多年來水泥粉磨作業(yè)實(shí)踐的寶貴經(jīng)驗(yàn)，因而預(yù)粉碎工藝的應(yīng)運(yùn)而生就是十分自然的了。

根據(jù)粉碎理論，脆性物料從數(shù)十mm破碎至數(shù)mm，其碎裂的本質(zhì)是內(nèi)部裂紋的不斷產(chǎn)生和擴(kuò)展，而促使這一過程的外界因素即是以一定的方式對(duì)其施加的強(qiáng)大作用力——粉碎力。

(1)輥壓機(jī)+球磨機(jī)粉磨工藝。

該工藝也包括各種立磨與球磨機(jī)串級(jí)粉磨的工藝配置。這里僅以輥壓機(jī)+球磨機(jī)的串級(jí)粉磨系統(tǒng)進(jìn)行分析。被粉碎的水泥熟料較先進(jìn)入輥壓機(jī)，強(qiáng)大的輥壓力將其從數(shù)十mm壓碎至幾mm甚至更細(xì)后入球磨機(jī)。由于熟料顆粒經(jīng)輥壓粉碎的同時(shí)，內(nèi)部也產(chǎn)生許多微裂紋，因而在球磨機(jī)內(nèi)較容易進(jìn)一步被粉碎而很快進(jìn)入粉磨階段。在這種粉磨系統(tǒng)中，球磨機(jī)的主要任務(wù)只是粉磨，所以，粗磨倉可選用較小尺寸的研磨體，研磨體表面積的增大顯然有利于粉磨效率的提高，進(jìn)而大幅度提高粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用輥壓機(jī)+球磨機(jī)串級(jí)粉磨工藝后，水泥磨系統(tǒng)的產(chǎn)量可提高40%，粉磨電耗可降低10%。

(2)沖擊式破碎機(jī)+球磨機(jī)粉磨工藝。

細(xì)粉碎設(shè)備的研制是目前熟料預(yù)粉碎方面的熱點(diǎn)之一。從20世紀(jì)80年代的細(xì)顎式熟料破碎機(jī)到近年來的各種沖擊式細(xì)碎機(jī)，有力地推動(dòng)了水泥粉磨工藝的改革和創(chuàng)新。這些熟料細(xì)破碎設(shè)備大致有如下幾種：細(xì)顎式破碎機(jī)(PEX型)、立式反擊式破碎機(jī)(PCF型)、立式錘式破碎機(jī)(PCL型)、立軸錘式細(xì)碎機(jī)(XCL型)、高效節(jié)能破碎機(jī)(PGXJ型)、立式?jīng)_擊破碎機(jī)和渦動(dòng)沖擊破碎機(jī)等。它們的平均出料粒度均可達(dá)3mm一5mm，其中立式?jīng)_擊破碎機(jī)的出料中粒徑<2.5mm者可達(dá)80%一90%。應(yīng)該指出的是，無論是輥壓機(jī)還是上述各種細(xì)破碎機(jī)，技術(shù)上的突出問題是輥面或粉碎工作部件的材質(zhì)，只有工作部件具有高硬度和高耐磨性，才能保證它們長(zhǎng)期有效地工作;否則，較短的使用壽命和更換周期勢(shì)必影響系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)能力，同時(shí)也會(huì)增大材料消耗，不利于經(jīng)濟(jì)效益的提高。

二、球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

球磨機(jī)本身的結(jié)構(gòu)也是影響其粉磨能力的重要方面。它包括磨內(nèi)各倉長(zhǎng)度的設(shè)置、襯板的形式、隔倉板的類型、通孔率及布置方式等。

(1) 磨機(jī)內(nèi)各倉的長(zhǎng)度。

目前，各種規(guī)格的球磨機(jī)粗磨倉的長(zhǎng)度多是根據(jù)入料大粒度為25mm進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因而粗磨倉長(zhǎng)度普遍相對(duì)較長(zhǎng)。隨著預(yù)粉碎工藝的引入，入磨物料粒度顯著減小，磨內(nèi)粗磨的壓力大大減緩，因此，如果仍保持原來的倉長(zhǎng)度，則會(huì)造成粗磨倉能力過剩、細(xì)磨倉能力吃緊的不平衡現(xiàn)象。為了使各倉能力相匹配，許多廠家采取了適當(dāng)縮短粗磨倉長(zhǎng)度、增大細(xì)磨倉長(zhǎng)度的做法，取得了較好的效果。

(2) 隔倉板的改進(jìn)。

近年來，高細(xì)磨的發(fā)展促進(jìn)了隔倉板的改進(jìn)，使其除具有阻隔大塊料、防止研磨體串倉、保證通風(fēng)、強(qiáng)制送料等傳統(tǒng)功能外，還具有了新的分級(jí)功能。如帶分級(jí)篩的雙層隔倉板，除具有強(qiáng)制送料作用外，還能將粒度較大的粗顆粒返送回粗磨倉繼續(xù)粉磨。由于此分級(jí)作用，進(jìn)入細(xì)磨倉的物料粒度穩(wěn)定性大大提高，可在相當(dāng)程度上避免出磨粗顆粒的存在，同時(shí)對(duì)于穩(wěn)定系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷率進(jìn)而穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)都具有積極的意義。

(3) 新型襯板的使用。

磨機(jī)襯板形式多種多樣，作用及效果也不盡相同，其中，階梯襯板是水泥磨粗磨倉使用較廣的襯板形式，其阿基米德螺線狀彎曲表面保證了磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能均衡地將研磨體提升至一定高度，從而增大其沖擊粉碎物料的作用，但這種襯板仍然不能克服鋼球與之點(diǎn)接觸的缺點(diǎn)。圓角方形襯板、角螺旋襯板、溝槽襯板等新型襯板的出現(xiàn)，使襯板與研磨體的配合趨于合理，鋼球與襯板之間有一層不易脫離的物料，充分利用了它們相互之間的滑動(dòng)摩擦，粉磨效率隨之提高。角螺旋襯板則是通過改變磨內(nèi)研磨體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使研磨體的脫離角具有多變性，以增強(qiáng)研磨體與物料的交叉穿透和混合充分接觸粉磨，以及鋼球自動(dòng)分級(jí)來提高粉磨效率。在環(huán)形溝槽活化襯板的基礎(chǔ)上，又研究開發(fā)了新型節(jié)能襯板——環(huán)溝一雙曲面襯板，該襯板使研磨體的提升更為合理，研磨體與物料的接觸摩擦機(jī)會(huì)更多，產(chǎn)量可進(jìn)一步提高10%-18%，電耗降低10%-20%。

三、研磨體的裝載量及其級(jí)配

(1)研磨體的裝裁量。

球磨機(jī)中研磨體的裝載量通常是根據(jù)填充系數(shù)或填充率來確定的，一般球磨機(jī)的填充系數(shù)多為0.28-0.32。許多研究和實(shí)踐證明，研磨體的填充系數(shù)可以適當(dāng)增大，即可適當(dāng)增加研磨體的裝載量，細(xì)磨倉尤其如此。首先，增大研磨體填充量在不改變級(jí)配的前提下可增加粉碎或粉磨的幾率;其次，填充率增大后，研磨體的重心向磨機(jī)的軸線靠近，總作用力矩并無明顯增大，故不會(huì)對(duì)功率傳動(dòng)造成影響。實(shí)際上，磨機(jī)配套電機(jī)的功率儲(chǔ)備完全允許在一定范圍內(nèi)增加裝載量。實(shí)踐證明，研磨體裝載量適當(dāng)增大后，磨機(jī)產(chǎn)量可提高20%左右。

(2) 研磨體的級(jí)配優(yōu)化。

磨機(jī)內(nèi)研磨體的級(jí)配佳化一直是水泥粉磨技術(shù)中的探討熱點(diǎn)之一。近年來，關(guān)于鋼球級(jí)配的實(shí)踐報(bào)道很多，也有不少規(guī)律性的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，如平均球徑法、斯坦納曲線法等。級(jí)配確定要解決的幾個(gè)重要參數(shù)是：大球徑、平均球徑以及鋼球(或段)級(jí)數(shù)以及各級(jí)所占比例。事實(shí)上，影響研磨體級(jí)配的因素很多，許多方法也僅僅是在特定物料及工藝條件下的較佳選擇。下面就研磨體級(jí)配確定中應(yīng)考慮的問題談一些看法。

1)大球徑和平均球徑的計(jì)算應(yīng)考慮物料的易磨性或易碎性。

不同窯型煅燒的物料其易碎性是有差異的，即使是同種窯型煅燒的熟料，由于工藝配方及燒成條件不同，其易磨性也往往不相同。另外，混合材為礦渣時(shí)，因其粒度相對(duì)較小，又難磨，所以，配球中則需適當(dāng)增加小尺寸研磨體的比例。

2)預(yù)破碎粉磨工藝中對(duì)粗磨倉中研磨體平均球徑及其級(jí)數(shù)的調(diào)整應(yīng)視預(yù)粉碎設(shè)備情況而定。

具體地講，經(jīng)輥壓和擠壓破碎的熟料除顆粒粒度較小外，其內(nèi)部還有大量的裂紋缺陷，因而入磨后較易粉碎;而經(jīng)沖擊破碎后的熟料顆粒較均勻，同時(shí)破碎主要是由內(nèi)部裂紋擴(kuò)展所致，顆粒內(nèi)部缺陷相對(duì)較少，故入磨后相對(duì)難粉碎些。因此，配球時(shí)，對(duì)這兩種預(yù)粉碎系統(tǒng)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

3)出磨水泥的細(xì)度和性能。

成品水泥細(xì)度是其直接的質(zhì)量指標(biāo)之一。對(duì)于開路系統(tǒng)，這一指標(biāo)取決于磨內(nèi)研磨體的級(jí)配;對(duì)閉路系統(tǒng)，如果出磨水泥細(xì)度太粗，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致循環(huán)負(fù)荷率過大，增大選粉機(jī)的壓力。另一方面，選粉機(jī)的臨界分離粒徑是以0.08mm即80um界定的，它不可能改變小于此粒徑的各粒度級(jí)別的含量，而對(duì)于有些水泥，或要求提高早期強(qiáng)度，或希望提高28d強(qiáng)度，因此對(duì)水泥的粒度分布則有相應(yīng)的要求，如果是前者，則希望細(xì)顆粒<10um的含量大一些，欲實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須增大磨內(nèi)小尺寸研磨體的比例。

四、襯板和研磨體的材質(zhì)

穩(wěn)定的粉磨工藝條件在很大程度上取決于襯板和研磨體的材質(zhì)，如果襯板材料的硬度、耐磨性及抗沖擊性能差，則其內(nèi)表面會(huì)很快改變?cè)瓉淼膸缀涡螤?同理，研磨體的級(jí)配在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是動(dòng)態(tài)的、不斷變化的，若研磨體的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到要求，經(jīng)一段時(shí)間的粉磨作業(yè)后，原來的佳級(jí)配顯然難以保證。盡管人們總結(jié)了很多補(bǔ)球的辦法，但畢竟不同尺寸的研磨體在粉磨過程中的磨損規(guī)律是不同的，所以補(bǔ)球充其量只能保持裝載量的相對(duì)平衡，并不能保持級(jí)配的始終如一。因此，改善襯板和研磨體的材質(zhì)是研磨體級(jí)配和磨機(jī)工作條件長(zhǎng)期穩(wěn)定并提高其運(yùn)轉(zhuǎn)率和生產(chǎn)效率的根本保證。

對(duì)于襯板而言，長(zhǎng)期工作必要的材質(zhì)條件是：具有整體均勻的硬度和組織結(jié)構(gòu)，和高抗沖擊疲勞強(qiáng)度、低磨損率、不變形、不斷裂，顯然普通鋼襯板難以具備這些特點(diǎn)。高鉻白口鐵襯板硬度高、耐磨，但應(yīng)力集中敏感性強(qiáng);貝氏體球鐵襯板具有較高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度和優(yōu)良的耐磨性，與高錳鋼襯板相比，壽命可提高1倍以上;多元低合金鋼襯板的使用壽命為高錳鋼襯板的4倍以上。

研磨介質(zhì)消耗是水泥粉磨過程中的主要材料消耗，它包括研磨體之間及其與物料之間相互摩擦造成的磨耗和自身碎裂導(dǎo)致的損耗。研磨體損耗過大，不僅影響磨機(jī)的粉磨能力，且頻繁的停機(jī)補(bǔ)球?qū)е逻\(yùn)轉(zhuǎn)率低及工作狀態(tài)的不穩(wěn)定，還直接造成粉磨成本提高。粉磨1t水泥普通鋼球的研磨體損耗大致為1000g，補(bǔ)球周期多為15d左右，而耐磨球如軸承鋼球、高鉻球、低合金鋼球的損耗可降至30g/t一40g/t，平均磨耗為60g/t左右，損耗僅為前者的1/15—1/20，補(bǔ)球周期可達(dá)180d以上。若考慮運(yùn)轉(zhuǎn)率和粉磨效率的提高等因素，其經(jīng)濟(jì)效益是不言而喻的。

不難看出，耐磨球的價(jià)格雖然昂貴些，但其優(yōu)異的性能既可大大減輕清倉補(bǔ)球的工作強(qiáng)度，又能大大穩(wěn)定磨機(jī)工作狀態(tài)，提高磨機(jī)粉磨能力，同時(shí)也顯著降低粉磨成本，可帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

值得提出的是，當(dāng)物料細(xì)粉磨時(shí)，研磨體密度的影響大大減弱，重要的是其硬度和表面積，在試驗(yàn)?zāi)C(jī)中分別用?10mm和?5mm的同尺寸鋼球和瓷球進(jìn)行的礦渣細(xì)粉磨試驗(yàn)結(jié)果表明，在同一粉磨條件下，二者粉磨后物料的粒度分布(尤其是10um-30um級(jí)別和<10um級(jí)別)基本一致，這對(duì)于減少傳動(dòng)功率，降低粉磨電耗具有積極的意義。

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