水泥料床終粉磨系統的發展現狀

沒有配置管磨機的水泥料床終粉磨系統，備選的高效率料床粉磨設備有輥壓機、立磨(內循環立磨或外循環立磨)、筒輥磨以及BETA磨。水泥料床終粉磨系統具有工藝流程簡單，占地面積小，水泥成品溫度低，粉磨效率高，系統電耗低等技術優勢。我國輥壓機+管磨機組成的水泥粉磨系統應用十分廣泛，研究輥壓機水泥料床終粉磨系統，對我國水泥粉磨系統的優化改造有著十分重要的技術支撐作用。

1、輥壓機水泥料床終粉磨系統

1995年，國內第一臺輥壓機水泥料床終粉磨系統在陜西咸陽冶金建材廠進行了生產運行。現階段輥壓機水泥料床終粉磨系統可通過兩種方式實現，第一種是在新線設計輥壓機終粉磨工藝，第二種是在現有聯合(半終)粉磨系統中實施部分技術改造，停用原系統中的管磨機與其他輔機設備,只采用輥壓機與一級V型靜態氣流分級機+二級下進風高效動態選粉機組成水泥料床終粉磨系統。由于該終粉磨系統中無管磨機及動態研磨體參與水泥磨細過程，從理論上分析，能夠實現粉磨系統電耗節省50%的效果。但在實際運行過程中，盡管系統中管磨機段電耗為0，但由于水泥物料粉磨特性(易磨性、水分、溫度、入機物料粒徑等)與配比不同，輥壓機工作壓力與中控人員操作水平以及設備穩定性等因素的影響，輥壓機水泥料床終粉磨系統實際節電幅度達不到理論上的節電效果，如果原來的聯合粉磨系統運行水平較高，改造實現的節電幅度會低些。四川峨勝水泥集團股份有限公司在5號水泥半終粉磨系統改為水泥輥壓機終粉磨系統，實現的節電效果大于30%。與下文所述案例相比，峨勝公司還需要消除一些影響輥壓機優質高產的不利因素。

由于輥壓機水泥料床終粉磨系統(見圖1)中已沒有管磨機以及動態研磨介質參與物料磨細過程，由兩只磨輥擠壓生產的水泥成品溫度大幅度降低，系統循環負荷大幅度提高，有利于改善混凝土施工性能，降低溫度開裂風險，提高混凝土的耐久性。

圖1 輥壓機水泥料床終粉磨工藝流程

2、筒輥磨水泥料床終粉磨系統

筒輥磨(HORO mill)由法國FCB公司研發，可以看作輥壓機磨輥與短球磨機筒體有機結合的產物。這種高效率料床粉磨設備，具備了輥壓機與立磨兩種粉磨設備的優點。與筒體切向運動的高壓力磨輥可以直接加壓到進入筒體內部的物料床上。與管磨機相同直徑的筒輥磨筒體工作轉速高，筒輥磨筒體工作轉速與臨界轉速之比高達160%。如此高的筒體轉速，加之磨輥對物料的嚙入角高達18°左右，分別是輥壓機磨輥和立磨磨輥對物料嚙入角的3倍和1.5倍，與被碾壓的物料接觸面更大。由此可見，筒輥磨在水泥料床粉磨過程中，必然產生高的粉磨效率，從而獲得較低的系統電耗，生產現場運行噪音低，相對于帶有管磨機的聯合(半終)粉磨系統而言，筒輥磨制備的水泥成品溫度低。
在采用相同的物料配比，磨制相同強度等級水泥的前提下，筒輥磨生產的水泥成品顆粒形貌為薄片狀，與水接觸面積大，水化反應速度快，3d、7d、28d齡期膠砂抗壓強度明顯高于管磨機系統制備的水泥3~5MPa。

圖2 HORO mill筒輥磨水泥料床終粉磨工藝流程

3、立磨用于水泥料床終粉磨系統

立磨，因選粉機外置與內置而分為兩類，選粉機內置立磨應用十分廣泛，選粉機外置立磨常常用作預粉磨立磨，與管磨機結合成聯合粉磨系統。本文僅討論用于水泥終粉磨系統的情況。為便于討論，我們將選粉機外置立磨用于水泥料床終粉磨系統稱為外循環立磨終粉磨系統，將選粉機內置立磨用于水泥料床終粉磨系統稱為內循環立磨終粉磨系統，以免混淆。

3.1 外循環立磨終粉磨系統

選粉機外置立磨，又稱為外循環立磨，采用機械卸料方式，將其用作水泥料床終粉磨系統，采用外置形式的成品選粉機。經立磨處理后的物料排出磨外，通過外部循環提升機進入一級V型靜態氣流分級機與二級下進風動態選粉機，分級后的水泥成品經旋風收塵器或布袋收塵器收集。風機風壓與風機功率配置，相對于采用內置負壓抽吸式選粉機的立磨終粉磨系統低，由于風機電機功率大幅度降低(相對于內循環形式配置的風機功率約降低50%左右)，系統粉磨電耗隨之降低，該外循環立磨終粉磨系統中沒有管磨機配置，現場運行噪音小。

3.2 內循環立磨終粉磨系統

內循環立磨終粉磨系統，內置負壓抽吸式成品選粉機，物料與空氣采用內部循環形式。該系統工藝流程相對簡單、占地面積小，基建投資少，現場運行噪音小，制備的水泥成品溫度低。內循環立磨具備粉磨、選粉、收集、輸送一體化功能，國外已將立磨作為移動式水泥成品與工業廢渣微粉制備粉磨站的首選設備。隨著水泥裝備技術的快速進步與新材料的不斷涌現，內循環立磨得到了長足的發展。尤其采用了高效率傳動技術，低阻高效旋風筒技術，高效選粉機技術，高效率風機與變頻調速技術以及磨輥與磨盤新型耐磨材料技術，粉磨料床穩定技術與立磨助磨劑技術等多種裝備與技術的組合，最終實現了較低的系統粉磨電耗。在水泥工業發展史上，內循環立磨終粉磨系統用于粉磨水泥是在20世紀八十年代。1980年7月，由德國非凡公司制造，安裝于德國漢諾威Teutonia水泥廠的世界上第一臺MPS3750C，正式用于粉磨水泥的立磨。磨盤中徑Φ3750mm，磨輥直徑Φ2700mm，磨盤裝機功率1900kW，選粉機型號SLF6700(PZ45水泥產量達78t/h，系統粉磨電耗為31kWh/t)。輥套和襯板凈磨耗值：粉磨快硬PZ45水泥6.5g/t、粉磨礦渣水泥(礦渣配比78%)38g/t。內循環立磨終粉磨系統工藝流程見圖3。

圖3 內循環立磨水泥料床終粉磨工藝流程

現階段用于水泥料床終粉磨的內循環立磨主機已實現大型化，單機產量已突破500t/h，系統粉磨電耗已低于28kWh/t。由丹麥史密斯公司制造，并獲得吉尼斯紀錄的世界最大的六輥水泥立磨OK81-6(磨輥直徑Φ2640mm，磨輥寬度1080mm，總傳動功率11600kW，設備總高度25.6m，總重量1906t)。在孟加拉國Munshiganji市Shah水泥廠應用，生產OPC水泥(熟料95%，石膏5%，成品比表面積360m2/kg)，系統產量達540t/h。生產PPC水泥(熟料65%，石膏5%，粉煤灰35%，成品比表面積380m2/kg)，系統產量達640t/h。生產比表面積400m2/kg礦渣微粉，系統產量達380t/h。JD海螺公司采用海川公司制造的CK490立磨(輪胎形四磨輥，凹槽形磨盤，磨盤主電機功率5100kW，系統風機電機功率2800kW，頂部采用CKS650選粉機，主軸電機功率500kW)，生產P·O42.5級水泥(成品比表面積控制指標：355±15m2/kg),系統產量達250~260t/h，粉磨電耗為25~26kWh/t。成都建材院在其總承包建設的國外項目中，取得了內循環立磨終粉磨水泥的豐富經驗：(1)合適的擋料圈高度，合理的噴水管形式與布置，以及合理的磨機操作方法是立磨達到最大產能的關鍵因素；(2)降低磨內噴水是提高水泥強度，降低凝結時間的主要途徑，在磨機運行過程中，應當充分利用輔輥穩定料層，如適當提高輔輥速度，排除料層之間的空氣，讓料層進入主輥粉磨區前變得更密實從而穩定料層，而不能一遇振動變大便立刻增加噴水量來穩定料層；(3)提高熟料礦物C3A含量與出磨溫度有利于縮短凝結時間，增加強度。

4 、BETA磨水泥料床終粉磨技術

德國CMP AG公司研發的新型高效率料床粉磨設備BETA磨，屬于中高壓料床粉磨設備，與輥壓機粉磨機理相同，物料經過兩個磨輥擠壓處理，運行過程中可方便調整磨輥工作壓力和料層厚度。從主機技術性能角度來看，BETA磨將立磨與輥壓機兩種料床粉磨設備的優點集中于一身。由于其特殊的結構，相比輥壓機與立磨具有更優異的料床穩定性與設備運行穩定性，粉磨效率與能量利用率高。據測定，輥壓機對物料的單位處理能耗在3.0~3.5kWh/t之間，而BETA磨的單位物料處理能耗為1.8~2.6kWh/t，比輥壓機低1.0kWh/t左右，僅主機的節電幅度就達33%。

通過BETA磨一次性擠壓處理后的物料中小于R90細粉含量高達37%~45%，明顯高于輥壓機處理后的物料細粉含量，充分說明BETA磨對物料具有更為良好的擠壓做功能力。BETA磨外形與內部結構見圖4。

圖4 高效料床粉磨設備-BETA

磨結構相對于配置輥壓機的預粉磨段而言，BETA磨具有更穩定的料層喂入粉磨區，通過上部的磨輥施加粉磨壓力，而下部的磨輥是變頻控制的傳動系統，便于調整工作轉速等技術特點，理論上講其最高轉速不受限制，這也是BETA磨高效率粉磨的重要因素之一。BETA磨料床料層厚度是根據不同的粉磨參數(被磨物料、含水率以及成品細度與系統產量)進行控制的。BETA磨對入磨物料粒徑與水分不敏感，通過在粉磨系統中設置在線氣流烘干，可以處理水分含量35%的物料。目前，只是采用規格較小的雙輥BETA磨，在應用過程中可以發現能夠持續改進的技術細節，設備技術性能尚有進一步完善的空間。極有利于今后根據市場的實際需求制造多輥結構的BETA磨，大幅度提高設備處理能力與粉磨系統產量。多輥結構的BETA磨見圖5。

圖5 多輥結構的BETA磨

采用BETA磨的水泥料床終粉磨系統與輥壓機水泥料床終粉磨系統的電耗對比見表1。

由德國CMP AG公司根據高效率擠壓(碾壓)料床粉磨理論研發、推出的新型節能粉磨設備BETA磨，既能用于水泥預粉磨系統，也能夠用于水泥終粉磨系統。這種料床粉磨設備還能夠用于工業廢渣微粉的高細粉磨。BETA磨終粉磨系統運行現場噪音小，更為環保。相對于配置管磨機的聯合(半終)粉磨系統而言，BETA磨制備的水泥成品溫度低。由表1對比數據可以看出，BETA磨用于水泥料床終粉磨系統的電耗約為輥壓機終粉磨系統電耗的70%左右，已凸顯出這種新型的高效率料床粉磨設備優異的技術性能與顯著的節能效果。

總結：

水泥料床終粉磨系統中沒有配置管磨機，也沒有動態研磨體參與水泥粉磨過程，只有磨輥與磨輥、磨輥與磨盤、磨輥與輥筒對水泥物料進行研磨，靜態研磨部件自發熱能力差，故料床終粉磨系統制備的水泥成品溫度相比聯合(半終)粉磨系統一般降低30~40℃。

相對于帶有管磨機的聯合(半終)粉磨系統而言，采用高效率料床擠壓(或碾壓)設備組成的水泥料床終粉磨系統，理論上可以節省50%電耗。但在實際生產過程中，由于物料的粉磨特性、主輔機設備性能、人員操作等因素的不同，水泥料床終粉磨系統的節電幅度只能達到30%~40%之間。在確保水泥成品質量的前提下，可將現有半終粉磨系統，以較少的輔機投入作針對性技術改造，將每一個工藝接口實現無縫對接，然后停用管磨機系統，就能夠實現輥壓機水泥料床終粉磨，可獲得顯著的節電效果，這種經過改造的終粉磨系統仍需要在運行中予以完善相關細節。

本文中列舉了五種高效率水泥料床終粉磨工藝與設備，各自均有其技術特點，并且五種終粉磨系統中的設備運行現場噪音小。其中一種新型的高效率料床粉磨設備-BETA磨，既能用于水泥預粉磨系統，也能夠用于水泥終粉磨系統，BETA磨終粉磨系統電耗約為輥壓機終粉磨系統電耗的70%左右。小型的BETA磨生產數據已顯示出這種新型的高效率料床粉磨設備優異的技術性能與顯著的節能效果，亟待關注其實現裝備的大型化與實際生產應用。與帶有管磨機的聯合(半終)粉磨系統相比，這五種料床終粉磨設備，由于采用靜態研磨部件，制備的水泥成品溫度低。

早在20世紀90年代初，高長明先生根據當時出現的主要粉磨設備的應用情況就指出，它大有取代球磨系統之勢，是粉磨技術的發展趨向。我國水泥行業輥壓機+管磨機組成的水泥粉磨系統應用十分廣泛，研究輥壓機水泥料床終粉磨系統，對我國水泥粉磨系統未來的優化改造有著十分重要的技術支撐作用。

文章來源：水泥大講堂（原標題   鄒偉斌：水泥料床終粉磨系統的發展現狀）