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    水泥粉磨系統高產節能降耗的技術分析

    水泥粉磨系統高產節能降耗的技術分析

  • 關鍵字:磨機-節能
  • 摘要:

      水泥顆粒是一種人工粒體,水泥的群體顆粒具有高比表面積(單位質量物質的二相界面面積)與多分散性(某一樣品中每一顆粒都不盡相同)的兩大特征。 

      水泥的粉體狀態的一般表達:磨細程度(細度和比表面積)、顆粒分布和顆粒形貌。

      1、水泥細度 

      水泥的粒度就是水泥的細度。水泥細度直接影響著水泥的凝結、水化、硬化和強度等一系列物理性能。

      我國水泥標準規定水泥產品的細度80μm方孔篩篩余不得超過10%?刂萍毝鹊姆椒ê唵我仔,在一定的粉磨工藝條件下,水泥強度與其細度有著一定關系。水泥的篩余量越小表示水泥越細,強度越高。但用這一方法進行水泥質量控制還存在較多問題:
     、女斔嗄サ煤芗殨r,如80μm方孔篩篩余小于1%,控制意義就不大了。國外水泥普遍磨得很細,所以在國外水泥標準中幾乎全部取消了這一指標。
     、飘敺勰スに嚢l生變化時,細度值也隨之變化。如開流磨篩余值偏大,圈流磨篩余值偏小,有時很難根據細度來控制水泥強度。
     、羌毝戎凳侵0.08mm篩的篩余量,即水泥中≥80μm顆粒含量(%)。眾所周知,≥64μm的水泥顆粒的水化活性已很低了,所以用≥80μm顆粒含量多少進行水泥質量控制還不能全面反映水泥的真實活性。

      2、水泥的平均粒度

      在水泥粉磨過程中,不是均勻的單顆粒,而是包含不同粒徑的顆粒體—粒群,所以在評述水泥細度時若只用篩余這一簡單的表示方法,差不多有90%多的水泥顆粒都通過篩孔成了篩下物,然而這些篩下物的顆粒大小并不清楚,故篩余量相同時比表面積也會出現很懸殊的現象。平均粒度有幾種表示法,如算術平均直徑、幾何平均直徑、調和平均直徑等。

      水泥顆粒的平均粒度是表征水泥顆粒體系的重要幾何參數,但所能提供的粒度特性信息則非常有限,因為兩個平均粒度相同的粒群,完全可能有不一樣的粒度組成(顆粒級配)。

      3、水泥比表面積

      國外水泥標準大多規定比表面積指標,一般都采用勃氏比表面積儀測定水泥比表面積,我國的硅酸鹽水泥和熟料的國家標準規定已與國外標準一致。水泥比表面積與水泥性能已存在著較好的關系。但用比表面積控制水泥質量時,主要還有下述兩方面的不足:

     、疟缺砻娣e對水泥中細顆粒含量的多少反映很敏感,有時比表面積并不很高,但由于水泥顆粒級配合理,水泥強度卻很高。

     、茡接谢旌喜牧系乃啾缺砻娣e不能真實反映水泥的總外表面積,如摻有火山灰質混合材料,水泥比表面積往往會產生偏高現象。

      4、水泥的顆粒級配(粒度分布)

      眾所周知,即使篩分細度相同或比表面積相近,水泥的性能有時也會表現出較大的差異,其原因是粒度分布可能不同(顆粒形狀的因素也很重要),因此研究水泥粒度的表征、探索與水泥強度更精確的定量關系,有著非常重要的意義。 

      國內外長期試驗研究證明,水泥顆粒級配是水泥性能的決定因素,目前比較公認的水泥最佳顆粒級配為:3-32μm顆粒對強度的增長起主要作用,其粒度分布是連續的,總量應不低于65%;16-24μm的顆粒對水泥性能尤為重要,含量愈多愈好;小于3μm的細顆粒,易結團,不要超過10%;大于64μm的顆;钚院苄,最好沒有。

      此外,水泥粒度分布(顆粒級配)不當還會影響水泥水化時的需水量(和易性),若為了達到水泥砂漿的標準稠度而提高了用水量,則最終會降低硬化后的水泥或混凝土的強度。因此掌握水泥顆粒級配的指標是很重要的。表示水泥粒度分布即顆粒級配的方法有列表法、作圖法、矩陣法和函數法。

      20世紀90年代,人們開始研究水泥顆粒形貌對水泥性能的影響。水泥顆粒如果放在電子顯微鏡下觀察,它的形貌并不是圓的,猶如破碎堆積的石灰石,有棱角小的,有棱角大的,有片狀的,有針狀的。水泥顆粒的形貌與粉磨工藝有關。水泥顆粒形貌通常用圓度系數(f)表示,圓形顆粒的圓度系數等于1,其它形狀則都小于1。國外水泥的圓度系數,大多在0.67左右。中國建材科學研究院測定的我國部分大、中型水泥企業水泥的圓度系數平均值為0.63,波動在0.51-0.73之間。同時在對水泥顆粒形貌的研究中還發現:水泥磨機的研磨能力愈強,f值愈大;高細磨水泥f最大;帶輥壓機預粉碎的磨機磨制的水泥f值也較大。

      試驗研究表明,將水泥顆粒的圓度系數由0.67提高到0.85時,水泥砂漿28d抗壓強度可提高20-30%。 實施ISO強度方法后,水泥細度的提高是在大多數企業粉磨工藝比較落后和采用80μm方孔篩篩余控制細度的條件下取得的,其顆粒組成多數處于不合理的狀態。

      水泥的合理顆粒組成是指該組成能最大限度地發揮水泥熟料的膠凝性和具有最緊密的體積堆積密度。熟料膠凝性與顆粒的水化速度和水化程度有關,而堆積密度則由顆粒大小含量比例所決定。采用45μm篩余可以使企業了解水泥中有效顆粒的含量,而使用比表面積可以及時掌握與水泥需水性等密切相關的微細顆粒的含量。二者相結合進行粉磨工藝參數控制,將使水泥性能達到最優化。1 >45μm的熟料顆粒全水化時間很長,對水泥強度貢獻很小熟料與水作用生成的水化產物是水泥產生膠凝性的根本原因。水泥顆粒的水化程度決定水泥膠凝性的發揮。熟料的水化程度與礦物種類和顆粒大小有關。根據研究,硅酸鹽水泥的水化深度與時間的關系可用下式表達:

      X=2t0.25
      式中:X-水化深度,μm;
         t-水化時間,d 。

      20μm的顆粒全部水化需要1年多的時間,而2μm的顆粒全水化只需1.5h,45μm顆粒28d大約水化了50%,>45μm的顆粒對水泥性能的貢獻也就更小了。

      目前比較公認的水泥最佳性能的顆粒級配為:3-32μm顆?偭坎荒艿陀65%,<3μm細顆粒不要超過10%,>65μm顆粒最好為0,<1μm的顆粒最好沒有。因為3-32μm顆粒對強度增長起主要作用,特別是16-24μm顆粒對水泥性能尤為重要,含量越多越好;<3μm的細顆粒容易結團,<1μm的小顆粒在加水攪拌中很快就水化,對混凝土強度作用很小,且影響水泥與外加劑的適應性,易影響水泥性能而導致混凝土開裂,嚴重影響混凝土的耐久性;>65μm的顆粒水化很慢,對28d強度貢獻很小。

      2、比表面積數值主要反映5μm以下的顆粒含量

      把1個直徑為80μm假定為球形的水泥顆粒的表面積當作1,然后將其變成直徑分別為45、30、20μm、……的顆粒,其總體積不變,但相應的表面積卻發生了很大的變化。 1個80μm的顆粒全部變成5μm時,已變成4096顆,表面積也增加至80μm時的16倍。因此水泥比表面積的變化主要與5μm以下的顆粒含量有關。3 用45μm篩余和比表面積控制細度操作簡便、控制有效、無需大量試驗投資

      以球形顆粒推算出來的,與水泥顆粒的實際情況有差別,但可以看出,在固定的工藝條件下,使水泥的45μm篩余量和比表面積控制在一個合理的水平上時,可限制3μm以下和45μm以上的顆粒,以此獲得良好的水泥性能和較低的生產成本。這種細度控制方法與其它方法相比,具有操作簡便、控制有效的優點。只要取樣進行篩析試驗和比表面積測定,就可以為磨機的操作提供依據。

      水泥粉磨系統提高產量、降低電耗歷來是人們關注的焦點,尤其是ISO標準實施后,對于多數水泥企業來說,都感到既要使產品適應新標準的質量要求,又不影響磨機產量、增加生產成本,對水泥粉磨系統進行優化改造無疑是首選措施。

      1、粉磨工藝改造的原則

      以往進行粉磨工藝的研究主要注重提高磨機產量和降低粉磨電耗。事實上,粉磨工藝對產品的質量有著很大影響,因此今后在研究和進行粉磨工藝改造時,應全面考慮產量、質量和能耗的關系。

     、殴澞茉瓌t

      由于傳統的球磨機粉磨工藝能源利用率太低,水泥生產中70%的電耗都用于生料和水泥的粉磨,因此節能是改造粉磨工藝的基本任務。

     、聘弋a原則

      提高粉磨設備的產量是改造和完善粉磨工藝的基本目標。

     、莾炠|原則

      產品不僅達到一定細度和比表面積,并有合理的顆粒級配和盡可能高比例的球形顆粒,是改造和完善粉磨工藝的重要任務。

      2、采用預粉碎技術 

      預粉碎是球磨機粉磨系統大幅度提高產量的主要措施,按粉碎理論可分為預破碎和預粉磨。

      2.1 預破碎 

      預破碎一般是指在球磨機前設置一臺細碎機,使入磨粒度降低,將原來球磨機粗磨倉坦負的部分粗碎任務交由效率較高的細碎機來完成,即所謂的“多破少磨”。國內采用水泥磨前加細碎機的措施已有數十年歷史,但受設備材質的局限,該技術一直未能得到大量使用。當前有些機械廠推出了新一代細碎機,使用壽命有一定提高,但關鍵部件磨損的問題仍沒有根本改善。

      出庫物料的除鐵問題必須重視,往往是鐵塊或其它金屬雜質對細碎機造成致命的傷害。增設預破碎后,球磨機內部結構也要進行相應調整,尤其是一倉應以提高研磨能力為目標。有的廠曾嘗試過提高磨機轉速來提高產量,但效果不好。從理論上分析,加預破碎后入磨物料粒度降低,一倉的破碎作用與研磨作用已退居次要地位。磨速提高,研磨體提升高度增加,破碎能力增大而研磨能力降低,這顯然不符合要求。

      采用預破碎系統進行提高磨機產量的改造,低投資是其最大優勢,它主要適合于磨機輔助設備和輸送設備富裕能力有限,以及大幅度升級成本效益不合理的廠家。

      2.2 預粉磨    

      預粉磨是指球磨機前增設一臺粉磨設備,使原有的粉磨系統大幅度增產的措施。

      用于預粉磨的設備主要有短球磨、輥磨、輥壓機、筒輥磨等。上述四種預粉磨設備的能量利用率由低到高依次為短球磨、輥磨、筒輥磨、輥壓機。

      采用球磨機作為預粉磨設備,建議采用半終粉磨流程,即預粉磨球磨機與選粉機組成閉路系統,使進入后續球磨機的物料粒度更加均勻,一般<2mm的占90%左右,最大粒度控制在<5mm,可縮短物料在磨內的停留時間,避免出現“飽磨”現象。球磨機預粉磨工藝提高產量的幅度可達50%以上,不過節能效果較差,對于有閑置設備的廠家較為適宜。

      對于采用輥磨、輥壓機、筒輥磨作預粉磨設備,由于投資大,工藝相對復雜,一般在立窯水泥企業很少采用。

      3、開流磨的技術改造

      開流高細、高產磨技術主要用于水泥粉磨。對原有磨機進行改造時,應具備以下工況條件:
     、拍C直徑可大可小,即Φ1.5-3.8m均可,但磨機的長徑比至少要>2.5;
     、迫肽ノ锪暇C合水分<2%;
     、侨肽ノ锪狭6、研磨體裝載量、磨機運行等正常穩定;
     、饶C通風良好,收塵與計量設備完好。

      3.1 開流磨技術改造的主要內容

     、乓r板  

      經過長期生產實踐的檢驗,目前仍在使用的球磨機筒體襯板主要有11種形式。國外公司推出的襯板有逐漸統一的趨勢。一倉一般采用提升襯板即所謂的階梯襯板,二倉則采用分級襯板。但這種分級襯板不是國內常見的錐形分級襯板或平襯板加錐形分級襯板,而是兩種甚至三種襯板的組合或復合體。經過優化組合或復合,一種襯板可發揮不同形式襯板的優勢,從而保證了最大限度地將能量輸入裝球區,并盡量消除磨內死區。建議有關單位加大研究力度,為水泥廠提供性能更優越的襯板。在目前開流磨進行技術改造時,段倉一般都安裝活化襯板,有效地消除了“滯留帶”,激發和強化了研磨體的運動。

     、聘魝}板  

      對于隔倉裝置的改進,國內企業仍關注于篦板的耐磨、耐沖擊及防堵等方面,而對于隔倉裝置對磨內料、氣流的影響和控制作用重視不夠。以Φ2.2m球磨機為例,隔倉板有效通風面積為0.38m2,中心件面積0.33m2,中心件有效通風面積0.03m2,可見僅中心件的面積就相當于隔倉裝置有效通風面積的87%,同時也表明此形式的中心件有效通風面積是相當小的。通過分析比較,加大中心件通風面積對于加大整個隔倉裝置通風面積的影響最大,也是最可行的方案。因為無論加大篦板孔尺寸或增加開孔數量,都將對篦板強度及其對料球的控制作用產生較大影響。此外,改造老式中心件的另一個目的在于通過它來實現對物料流速的控制,從而方便靈活地調節磨內各倉中的料球比,控制物料磨內停留時間。

      開流磨進行技術改造時,尾倉更換帶內篩分裝置的隔倉板,嚴格控制進入尾倉的小顆粒,使前倉的鋼球和尾倉的小段各自最大限度地發揮破碎和研磨作用。

     、茄心ンw

      研磨體尺寸基于粉磨能力和喂料粒度,比較通用的是“兩頭小,中間大”的級配方案。因為各廠實際情況不同,磨內研磨體和物料運動情況極為復雜,以及物料性能的差異,很難找出普遍不平適用的規律,長期在實踐中摸索才是獲得合適級配的有效途徑。穩定的粉磨工藝條件在很大程度上取決于研磨體的材質。由于磨損消耗,研磨體的級配在磨機運轉過程中是不斷變化的,不同尺寸研磨體的磨損規律也不同。補球(段)只能保持裝載量相對平衡,不能保持級配始終如一。如果研磨體的硬度和耐磨性能差,在運轉過程中易發生變形和碎裂,不但影響粉磨效率,碎塊還會堵塞篦板孔,使隔倉裝置排料困難,磨內運行狀況惡化,因此,提高研磨體的質量才是磨機長期穩定工作的有力保證,否則,再合理的級配方案也是難于始終能達到預期效果的。從經濟角度出發,研磨體損耗大,不僅影響粉磨能力,頻繁的停機補球導致系統運轉率低和工況不穩定,還會直接造成粉磨成本提高。國內粉磨1t水泥,普通鋼球的損耗最大達1000g/t,補球周期多為半個月;耐磨球如軸承鋼球、高鉻球、低合金球等,可將損耗降至30-40g/t,僅為普通鋼球的1/25-1/30,補球周期可延長至半年以上;普通鋼球4000元/t,耐磨球7000-8000元/t,使用耐磨球雖說一次性投資較高,但其優異的性能可大大減輕清倉補球的工作強度,提高磨機粉磨能力,顯著降低粉磨成本,進而帶來可觀的經濟效益。

      在目前開流磨進行技術改造時,采用微型研磨體以強化尾倉的研磨能力。直徑8-12mm的小段,單位質量的個數是普通鋼段的20倍,總表面積是普通鋼段的2.5倍。研磨效率與研磨體的表面積的0.5-0.7次方成正比。小段的應用起到了提高產量、增加產品比表面積、適當改善微粉顆粒組成的至關重要的作用。

     、攘隙畏蛛x裝置  對于微型研磨體,有必要設計一個讓細粉順利出磨,但微型研磨體不致跑出磨外的出料篦板裝置。

     、珊侠淼墓に噮翟O置  

      改造后的高細高產磨,其工藝參數應根據生產的水泥品種、熟料的易磨性、混合材的品種和摻加比例、磨機規格等來設計磨機的倉位、研磨體的級配和確定細度的控制。

      3.2 開流磨技術改造后的技術指標    
     、旁霎a20-35%,節電17-25%;    
     、扑啾缺砻娣e可達300-350m2/kg;
     、茄心ンw消耗可降低25%以上。

      3.3 微型研磨體消除了在高細粉磨時的“惡性粉磨現象”

     、拧皭盒苑勰ガF象”的形成

      在開流水泥磨中粉磨時,在磨倉內的料球(段)率(物料占研磨體的百分率)隨著臺時產量降低而下降。粉磨比表面積越高,臺時產量就越低,其間料球(段)率就越低,即磨倉內的存料越少,研磨體的能力顯得越大。于是球與球、段與段、球與襯板之間,在運轉過程中,碰撞狀態越是劇烈。

      如果硅酸鹽水泥磨至320m2/kg以上比表面積時,水泥粉體里就有類似于小的魚鱗片狀體出現。若進一步提高至350-400m2/kg比表面積時,臺時產量較大幅度地下降,水泥中的似魚鱗片狀體增大增多,阻礙水泥細度的發展和比表面積的增長,磨內溫度急劇升高。若磨至400-500m2/kg時,即使在磨體淋水條件下,出磨水泥溫度仍可高達200℃以上,石膏脫水為30-50%。水泥的流動性能和顆粒大小的分級性能顯著減弱,流速減慢,使物料在磨內停留時間過長,在單位時間內粉磨沖擊次數成倍地增多,因此水泥微小顆粒在過長時間內,在強大的研磨體的機械外力沖擊下,反復粉磨、壓縮,引起水泥結團、集聚、速凝及在磨內出現水泥包裹球、段和粘糊襯板、篦板等"惡性粉磨現象"。

     、莆⑿脱心ンw可有效消除“惡性粉磨現象”

      我國高細、高產磨的發明人-已故水泥粉磨專家、合肥水泥研究設計院蔣永燦教授在研究開流高細磨時,在粉磨比表面積高達400-500m2/kg的硅酸鹽水泥時,磨內也沒有出現"惡性粉磨現象"。其段倉的最佳參數:料段率為12%,填充率23%,微型段的平均尺寸12mm,粉磨情況正常良好。

      與普通開流磨不同的是因為普通開流磨僅僅使用了大尺寸的研磨體,大多為Φ18X22mm、Φ20X25mm、Φ25X30mm,它們的單個重量與微型段相比要高出10-20倍,甚至30倍。

      3.4 圈流磨的技術改造

      隨著磨機規格的增大和現有磨機對節能、高產、優質的迫切要求,采用圈流粉磨是水泥粉磨工藝的必然趨勢。

      4.1 選粉機

      圈流粉磨的必要設備是選粉機。選粉機的功能是通過將出磨料中達到一定粒徑的顆粒及時選出,減少磨內過粉磨量,從而提高磨機粉磨系統效率。但選粉機本身并不產生細粉,選粉機的選用和改造應與磨機的改造結合起來進行。當然,一般說來,選粉機的效率高,系統產量也高。

      選粉機的關鍵技術是“分散”、“分級”和“收集”!胺稚ⅰ笔侵高M入選粉機的物料要盡可能地拋撒開來,物料顆粒之間要形成一定的空間距離。因此,撒料盤的結構、轉速、撒料空間大小、物料水分及物料流量都直接影響著布料的分散率;“分級”是指物料分散后,在選粉室停留的有限時間內,要充分利用氣流各種形式的分選功能,把物料的粗、細顆粒盡可能地分開,并送至各自的出口。因此,氣體流量、氣流速度、氣流方式、氣固交匯點和流場分布以及選粉室數量、結構等對分級效率影響很大;“收集”是捕捉粗粉和細粉的能力,這與收集方式和收集部件的結構形式有關。

      1979年日本小野田公司開發了O-Sepa選粉機,它不僅保留了旋風選粉機外循環的優點,而且采用籠型轉子平面螺旋氣流選粉原理,從而大幅度提高了選粉效率。以它為代表的籠式選粉機稱之為高效渦流選粉機,也被稱為繼離心式選粉機、旋風式選粉機之后的第三代選粉機。它的選粉效率一般在80%以上,與離心式或旋風式的選粉機相比,渦流式高效選粉機可提高磨機產量15-40%,節電10-20%,體積小、重量輕、布置靈活,產品可在300-600m2/kg的比表面積內任意調節,系統負壓操作,無粉塵污染。 

      由于O-Sepa選粉機不帶細粉收集裝置,需要配備與其處理風量相匹配的大規格的袋收塵器或電除塵器用于收集成品,這無疑較大幅度地增加了系統投資,也使工藝布置復雜,操作控制困難,在一定程度上限制了它的推廣和應用。上世紀90年代南京化工學院張少明教授等研究、開發的轉子式旋風選粉機,簡稱為轉子式選粉機。將籠型轉子選粉原理嫁接于旋風選粉機而形成的一種實用于立窯水泥廠的中、小型高效選粉機。針對“分散”、“分級”和“收集”三個關鍵技術,它在結構上比旋風式選粉機有了突破性的改進。在相同產量的情況下,與高效渦流選粉機相比效率相當,但可降低系統投資20-30%;與旋風式及高效離心式選粉機相比,不但可減少設備規格,而且可提高效率20-40%。

      隨著水泥新標準的實施,各水泥企業普遍提高產品細度和比表面積,對水泥磨使用的轉子選粉機提出了更高的要求,因而制造廠商也都在不斷改進。如今年三月通過江蘇省級技術和產品鑒定的江蘇科行公司研制的內循環選粉機,集德國動態選粉機懸浮分離、日本O-Sepa選粉機籠形分離、轉子選粉機旋風分離、旁路除塵分離和輔助進風分離為一體的五級分離的高效選粉機,其分散、分級及收集機理非常明確,尤其分級機理與離心式、旋風式包括轉子式選粉機相比有突破性的改變,選粉機的各環節均達到了相當高的水平,因而分級效率高達85%;從結構上徹底解決了傳統選粉機的磨損、振動、分風不勻、水泥早期強度低等缺點;對高產磨、高細磨、短磨、長磨及高水分物料有較強的適應性。是具有明顯優勢的分級設備。

      4.2開流改圈流粉磨后的工藝調整:開流改為圈流粉磨后應作必要的工藝調整,主要有:
     、配撉蚣壟。一倉鋼球平均球徑要適當增大。
     、聘魝}板的篦孔孔隙尺寸應適當地放大,以增加物料在磨內的流動速度。
     、羌哟竽ヮ^中空軸的喂料絞刀,以增加喂料量。
     、燃毝瓤刂,生料磨可適當放寬,80μm孔篩余可控制在10%以下。水泥磨細度要提高,比原開流粉磨時要細2-3%左右,以確保水泥的強度。

      4.3 提高圈流磨水泥的比表面積

      水泥成品的比表面積與其物理力學強度之間具有良好的相關性,某種意義上說,提高水泥的比表面積,增大其磨細程度是提高水泥強度的有效途徑之一。由于圈流粉磨工藝的特殊性及選粉機自身的分級精度,研磨體級配等方面的原因,其成品比表面積一般都不很高,制約了水化活性的發揮。實際生產過程中,可采取以下技術措施,將水泥比表面積提高至350m2/kg以上。

     、欧e極采用磨前物料預處理技術,嚴格控制入磨物料最大粒度小于5mm,減輕磨機一倉負擔,適當縮短一倉長度。延長二倉長度。

     、聘鶕肽ノ锪狭6葍灮心ンw級配,縮小研磨體平均尺寸,增加研磨體與物料的接觸面積,創造更多的微粉。

     、悄C一倉填充率應低于二倉2~3%,并在二倉內對襯板實施活化排列,如使用分級襯板等,對研磨體進行“激活”,充分發揮研磨體的細度作用。 

     、冗m當降低粉磨系統循環負荷,宜控制≤150%。同時還可適當降低選粉機的循環風量,使其能夠將更細的成品分選出來。

     、刹扇娏νL除塵措施,磨內風速宜控制1.0~1.5m/s。借鑒圈流粉磨工藝特點,近年已開始研究用開流高細高產磨和高效選粉機組成新型的圈流粉磨系統,經生產實踐表明,效果十分顯著,其增產節能可比開流粉磨系統和普通圈流粉磨系統提高30-80%,為水泥廠的粉磨增產節能提供了新的技術途徑。由于許多圈流水泥磨使用的是老式的選粉系統,生產出的水泥比表面積偏低,水泥微粉量少,早期強度不足。另因磨機的倉長比不合理,加之隔倉板和出料篦板篦縫大,破碎倉未能細碎的物料涌入研磨倉,致使研磨倉研磨能力不足,磨尾吐渣嚴重,既污染了環境,又增加了工人勞動強度,而且水泥產量還低。為此合肥水泥研究設計院已利用高產高細磨技術對現有圈流水泥磨進行技術改造。圈流磨內的物料流量大,而且隨著物料的波動而波動。因此要求在破碎倉與研磨倉之間的篩分裝置必須適應這一工況,既要控制粒度,又要保證流量。在確定篩分方案時,圍繞提高水泥比表面積和產量的目標,適當調整倉位、優化研磨體級配和填充率,同時采用特殊的出料裝置。根據通過篩分裝置的物料粒度已得到有效控制的情況,在研磨倉內主要使用微型研磨體,強化研磨能力,以增加水泥中的微粉量及提高出磨細度合格率。經改造后一般能使5-25μm的微粉量增加10-15%,水泥三天抗壓強度提高3.9MPa,水泥比表面積增加20m2/kg,磨機產量提高10-15%。

      1、老式磨機存在的缺陷

      1.采用滑動軸承:摩擦系數大,起動困難,運行阻力大,運行過程中主軸承產生大量的摩擦熱,缺油短水易產生事故,導致磨機運轉率低,維修量大,操作人員多。

      2.電耗高:老式磨機滑動軸承的摩擦系數在0.04—0.08,主軸承能耗占裝機容量的11—15%,磨內研磨結構的影響,粉磨效率低,水泥噸電耗在25—30KWh,生料在14—18KWh。

      3.耗油高:滑動軸承潤滑油在軸瓦與中空軸的正壓力和高溫的影響下易產生劣變,潤滑油消耗高,有些磨機密封不良油耗會進一步加大,老式2.2m磨機年耗油在1—2噸。大型磨機需配套潤滑站,投資增加,運行中產生費用,設備安全運行受其影響大,需經常維護維修。稀油產生的油漬還會影響文明生產。

      4.產量低:滑動軸承摩擦系數大,磨機起動困難,起動電流高,致使多數磨機達不到額定裝載量;受落后的粉磨工藝的影響,其磨機內部研磨結構技術落后,研磨效率低;不合理的研磨體的級配,這些都會導致磨機產量低。水泥廠常用的Ф2.2x7m和Ф2.4x13m水泥磨閉路產量多為10--13t/h和28—30t/h,現代磨機已達18—22t/h和32—36t/h。

      5.安裝維修困難:巴氏合金瓦安裝時需要長時間的刮研、磨合,維修量大。

      6.磨內研磨結構落后:老式磨機多數采用階梯襯板、有些采用環溝襯板和雙曲面;隔倉板也多采用單隔倉,二倉也不設置活化裝置,倉尾也沒有排料控置裝置,這些大大影響了磨機的研磨效率。

      2、老式磨機改造

      1.主軸承改造
      2.磨內改造:襯板、隔倉板、料球平衡裝置。
      3.磨機工藝改造:根據物料特性重新確定倉長比,調整研磨體級配和物料流速,磨前預粉碎技術。
      4.擴徑改造:對Φ1.83m、Φ2.2m、Φ2.4m的短磨的筒體加粗,前題是主軸承改造,原電機、減速機、大小齒輪、基礎不變,產量可增加25%以上。
      5.加長改造:將筒體較短的水泥磨加長,以適應水泥新標準,提高產量。
      6.提速改造:老式磨機轉速較低,大部分研磨體沒處于最佳工作狀態,提速后增加了研磨次數,增加了動能。改造方法:主軸承更換為滾動軸承,滿足功率需求后改變減速機的速比。

      1、球與段的研磨功能差異

      磨機各倉實際上都具有破碎及研磨功能,只是主次及程度不同而已。細磨倉的主要功能是研磨,而小鋼球與小鋼段的研磨能力是不同的。物料填充在研磨介質之間,研磨效率的高低主要取決于研磨介質與物料之間的接觸表面積。若接觸表面積大,則研磨機會多,單位時間內的成品生成率就高。等質量的球與段相比,由于段的線接觸方式,從而明顯比球具有更高的接觸表面積。對于單倉而言,同樣的研磨體裝載量和同樣的喂入細料量,單位時間內鋼段倉的成品生成量比鋼球倉要高,這是粉磨理論及應用實踐所證明了的。需要指出的是,目前細磨倉的研磨介質尺寸相對物料而言都太大,這里有篦縫寬度限制等原因。丹麥的康必登磨和我國開發的高細磨都較好地解決了這一問題,在細磨倉成功地應用了微細鋼段,顯著地提高了研磨效率。當然采用高效能的篩分隔倉板及磨尾回段裝置是成功的關鍵。因此應當明確,對于細磨和超細磨,段比球的研磨效率要高。

      2、水泥細磨倉的研磨體改用小鋼球的原因

      目前國外水泥磨機在細磨倉趨向于使用小鋼球代替鋼段,其原因為:
     、攀褂眯′撉虻哪芎谋刃′摱蔚; 
     、苾炠|小鋼球的磨耗比鋼段小得多;
     、切′撉蚰コ龅乃囝w粒形貌呈球形的比鋼段磨出的要多,但使用鋼段可使磨內物料流速較快、能防止水泥在磨內結團。

      磨機的粉磨功能總體上包括破碎與研磨兩個部分,磨機工況的最優化即是使破碎與研磨能力達到平衡,從而提高粉磨效率,此時產量與成品細度均在較好水平,這也是解決粉磨問題的最基本原則。正確分析不同工況下破碎與研磨能力的匹配情況,才是決定細磨倉的研磨體采用鋼段還是采用鋼球的判斷依據。

      3、細磨倉選用小鋼球的必要充分條件

     、湃α鞣勰

      開流粉磨,磨機內物料一次性通過,出磨料即為成品,因此對研磨的能力要求較高。圈流粉磨則需保證一定的物料循環量,無論采用離心或高效選粉機,磨尾卸料的細度篩余(80μm)一般控制在30-40%,所以對研磨能力的要求相對低于開流磨。為保證成品細度,開流磨的細磨倉一般應采用鋼段。圈流磨的細磨倉可采用小鋼球,一方面可加快物料流速,增加通過量;另一方面入細磨倉的物料篩余(200μm)要比開流磨高,對保證有一定的小鋼球沖擊有好處。 

     、祁A粉碎

      磨前的預粉碎有一級或多級和開流或圈流,它決定了入磨物料的粒度。目前高效細碎機、輥壓機等可明顯降低入磨粒度,甚至80%左右的物料在2mm以下,這實際上已完成了磨機Ⅰ倉的大部分功能,緩解了磨機的負擔。預破碎效果好,則Ⅰ倉的長度要縮短,且鋼球的平均球徑可下降。而鋼球的平均球徑的下降則使Ⅰ倉的研磨功能增強,進入細磨倉的物料篩余相對降低,從而細磨倉的研磨負擔減輕。若入料粒度穩定在很好的水平上,則開流磨的細磨倉也可采用小鋼球,既能保證細度,又提高了產量。相反,若預粉碎環節很差,磨機Ⅰ倉完全成了破碎倉,則細磨倉的研磨負擔加重,即使圈流磨也不能輕易使用小鋼球。盡管調節選粉機能控制細度,但可能因研磨能力不足而無形中犧牲了產量。

     、悄C長度

      這主要針對開流磨而言。目前水泥廠使用十幾米開流長磨的為數不少,一般分三至四倉。磨機長度決定了物料的粉磨路徑即粉磨時間的長短,長磨機內物料的有效粉磨時間自然要長。況且較雙倉短磨,長磨機的合理多倉使粉磨功能更加明確,研磨體級配易于合理,粉磨效率大為提高,則采用小鋼球為宜。如此時再使用鋼段,既會減緩物料流速,降低產量,又容易造成過粉磨現象,產生糊段及逆粉碎效應,反而降低研磨效率。

     、葌}長比例

      這主要針對圈流磨而言。目前雙倉圈流磨的Ⅰ、Ⅱ倉長度各廠并非完全相同。有比例為1:2的,也有接近1:1的。1:2的比例為正常范圍,此時Ⅱ倉選用小鋼球比較合適。若兩倉長度相近,則易造成Ⅰ倉粗磨能力過剩而Ⅱ倉細磨能力不足。若再使用小鋼球,則Ⅱ倉在相對減小的粉磨容積中難以完成所需的研磨任務,最后導致產量下降。

     、煞勰ニ嗟钠贩N

      這主要針對水泥而言。水泥的品種不同,則對粉磨的細度要求也不同。茲舉兩種:
      a.快硬(或超細)水泥  

      要求水泥水化快、早強高。除礦物組成有要求外,對水泥的細度控制也很嚴格。這也對磨機的粉磨提出了更高要求。此時無論開流長磨還是圈流磨都應考慮在細磨倉使用小鋼段,而對鋼球的使用一定要慎重。從目前的應用實踐看,用鋼段磨制的超細水泥效果較好。
      b.多混合材摻量水泥  

      為降低生產成本,工廠盡可能地多摻混合材,如有的企業礦渣甚至摻到40-50%的比例。礦渣的易磨性差,對于共同粉磨時,磨機的研磨功能必須很強。摻量高時,喂料中礦渣及循環回磨的細料之和比例很高,而粗磨倉對這些料的研磨作用很有限。細磨倉應優先使用小鋼段,否則即使高效選粉機也難以提高產量,因為磨機研磨能力不足,磨尾卸料中成品量有限,若再提高磨機循環負荷,則磨機更適應不了。

     、仕囝w粒的球形化

      如前所述,水泥顆粒的球形化程度越高,則水泥的強度越高。為提高水泥強度和充分發揮熟料的作用,對水泥顆粒的球形化要求高的,應創造條件,在水泥磨的細磨倉使用小鋼球。

      4、橢圓球在水泥粉磨中的應用

      從棒球磨降低粉磨電耗中得到啟迪,出現了橢圓球,它具有圓形球所不具備的優點,已開始應用于水泥粉磨中。

     、艡E圓球與同直徑的圓球相比,質量增加,沖擊力增強;與同重量的圓球相比,橢圓球重心低,斜面穩定性好,提升高度比圓球高,破碎能力大,而其較好的穩定性又使得研磨體作瀉落運動時的剪切作用大大增強。

     、茩E圓球表面各點曲率半徑不同,可形成不同粒徑的接觸角,與不同粒徑的物料同時接觸的機會大于圓球。計算機模擬實驗表明:橢圓球與物料的有效接觸面積比圓球大30%,且在接觸角內對不同粒徑的物料產生弧形鉗制,因而對物料具有選擇性粉磨和良好的篩分作用,使水泥的顆粒級配和顆粒形貌得到有效改善。

     、腔⌒毋Q制使得橢圓球的點接觸在粉磨物料時不再是幾何意義上的點接觸,其接觸作用已向曲線和曲面延伸。橢圓球特殊的幾何形狀和設計參數增加了磨機的粉磨能力,增大了成品的比表面積,提高了水泥的實物質量。實踐已經證明,橢圓球作研磨介質時,比圓球提高水泥比表面積20m2/kg以上。

     、入姾捎屑舛朔烹娞匦,電荷富集橢圓球的兩端,可減輕橢圓球大粉磨面的微粉吸附,從而提高了粉磨效率。

     、捎捎跈E圓球之間、橢圓球與襯板之間接觸物料的面積增加,使得鋼球和襯板的損耗減少,噪音降低。

      5、球段混裝

      已有報道,在圈流水泥磨的尾倉中采用球段混裝比單純使用小鋼球(Φ20-40mm)或單純使用鋼段的效果要好,既保證了合理的水泥比表面積,又提高了磨機的產量。而單獨使用小鋼球研磨,水泥水泥比表面積、抗壓強度下降;單獨用鋼段磨機產量下降。另從顆粒圖象觀測儀觀察發現,水泥顆粒的圓度系數也得到較大提高。

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