改造水泥粉磨工艺 提高产品实物质量

    我国立窑水泥企业粉磨设备普遍使用长径比较小（Ｌ／Ｄ＜４．０）的管（球）磨机，由于采用共同粉磨工艺，加之入磨物料粒度偏大，同时又追求高产量，滥掺多掺混合材降低成本，被磨物料在磨内停留时间短，导致成品细度偏粗、比表面积较小、颗粒级配不合理，水泥水化硬化速度慢、早期强度低。华南理工大学科研人员曾用相同窑型熟料、不同直径与长度的磨机磨制水泥，通过对比测试发现：采用直径２．６×１３米长磨粉磨的水泥不仅比表面积大（＞４８０平方米／千克），而且成品中＜３０微米的颗粒含量高、颗粒级配合理，水泥凝结硬化快、早后期强度显著提高。而用直径２．２×６．５米短磨磨制的水泥物理力学性能明显低于长磨的产品。

    目前，部分企业为了降低水泥细度（８０微米筛余）、维持粉磨系统产量，以求成品力学性能达到新标准，在原有开流工艺增设高效选粉机（如ＮＨＸ高效转子式选粉机），组成一级围绕系统，但相关技术措施未配套完善，磨内粉磨状况较差，未能给磨外的选粉机创造条件，出磨水泥粗粉偏多，其效果事倍功半。

    一、水泥粉磨工艺改造的技术路线

    生产实践证明，未经预处理的大粒度熟料直接入磨，磨机的粉磨能力下降，从磨尾吐出的不规则颗粒，大部分都是强度高的优质熟料。好的熟料得不到细磨，不仅强度发挥不正常，而且造成材料浪费。由于资金方面的原因，一时难以更换长磨的立窑企业，只能立足实际对现有粉磨工艺进行技术改造。

    设置水泥磨前物料预处理工艺，部分或全部替代了磨机粗磨仓功能，以弥补水泥磨长度的不足，可相应缩短粗磨仓，延长细磨仓长度，相对增加被磨物料在磨内停留及与研磨体接触、粉磨时间，得到较高磨细程度及水化活性的产品。山东建材学院科研人员曾对某厂直径２．２×６．５米圈流水泥粉磨系统进行改造：首先，在磨前设置预处理工艺，将入磨物料平均粒度由９．７毫米缩小至５．３毫米，并依此优化设计磨内研磨体级配；其次，改造原有选粉机内部结构，提高选粉机分级效率，适当降低循环负荷率，在增产节电的同时，出磨成品比表面积提高７０％、３天抗压强度提高６５％，取得了显著的效果。

    二、关于磨前物料预处理工艺及设备

    采用预破碎工艺，一次性投资少、流程简单。但现阶段国内推出的细破机型，大都以国外２０世纪７０年代前后破碎机为蓝本制造，破碎石灰石可以较长时间保持较小粒度，而用于处理水泥熟料时，因锤头、护板材质、熟料温度等方面的原因，短期内出机物料保持５毫米以下效果较好，长期效果差。若要得到长期稳定的效果，必须选用生产能力较大的机型，并配备闭路筛分。破碎机单位物料预处理电耗４～５千瓦时／吨，运转率不高，尚需在机前设置除铁器。

    利用料床破碎原理对物料进行挤压预粉碎的辊压机诞生于２０世纪８０年代中期，现阶段虽已完善了许多技术细节，但固有的“边缘效应”及辊面磨损快的缺陷仍未得到完全解决，维护费用高、运转率较低、工艺流程复杂，单位物料预处理电耗在３．５～５．０千瓦小时／吨之间。使用辊压机预处理物料，一次性投入太多，一般企业难以承受。

    水泥磨前物料预处理宜采用短粗型棒磨机预粉磨工艺。该工艺最显著的特点是磨内研磨体不使用钢球，而是采用优质耐磨钢棒，棒荷对物料具有“选择性粉碎”的特殊功能。棒群间呈紧密的“线接触”状态，入磨物料经钢棒辗压辊轧后，出磨最大粒度均在２毫米以下，并且其中尚含有３０％以上的成品，预粉磨电耗＜３千瓦小时／吨。与破碎机和辊压机相比，棒磨机处理物料效率高、投资中等、长期运行安全可靠、维护保养方便、费用低。经过棒磨预处理后的物料粒度小（细砂状）且均匀，易磨性大大改善，实现了磨机高产、高细，显著降低了粉磨系统电耗。棒磨机设置后，既可单独预磨熟料，又能集中处理所有被磨物料。

    三、水泥粉磨工艺改造

    水泥粉磨是利用机械力对被磨物料进行细碎、细磨的物理活化过程，管磨机在运转过程中将能量通过衬板传递给研磨体对水泥颗粒实施有效粉磨，显著提高反应总表面积，使其成为具有较高水化胶凝活性的微米级粉体。

    采用磨前物料预处理工艺后，无论是开流还是圈流系统，必须注重对磨内进行改造。通过对比试验发现：相同粉磨条件下，不同磨细程度（比表面积）的水泥具有不同的胶砂强度，材料磨得越细，反应总表面积越大，水化硬化速率越快，胶砂强度越高。

    磨前预处理工艺的设置，入磨粒度显著缩小，磨机粗磨仓功能被部分或全部取代，可相应缩短粗磨仓、延长细磨仓长度，同时优化设计研磨体级配及装载量，一仓填充率宜低于二仓。降低研磨体平均尺寸，以增大研磨体总表面积及其与物料之间的接触、粉磨机率，提高研磨效率，使被磨物料得到充分磨细，确保水泥成品有较高的比表面积（＞３５０平方米／千克）。开流工艺时，可将磨内普通隔仓板换成具有粗、细分离（过滤）功能的选粉式“筛分隔仓板”，充分发挥微型研磨体在细磨仓的特殊粉磨功能。如无条件使用“筛分隔仓板”，则应进一步缩小现有隔仓板缝隙（≤６毫米），或将其铸造成盲板与篦板组合成隔仓板，以严格控制粗颗粒进入细磨仓，从而使磨机长期保持高细、高效。围绕粉磨工艺使用普通型隔仓板时，其篦缝应不大于８毫米，比控制物料流速，提高磨细程度。同时，适当降低循环负荷（≤１００％）及出磨细度（８０微米筛余），为高效选粉机创造条件，促进粉磨系统的良性循环。

    计算结果表明，每吨直径１０×１０毫米微锻的表面积是直径２５×３０毫米锻表面积的２６５倍。单位重量研磨体的个数越多，总表面积越大，与物料接触粉磨效率越高。在细磨仓内采用小规格球形或段形研磨体，必须注意衬板表面形状对研磨体提升能力的影响。生产实践证实，衬板磨损后工作表面过于光滑时，虽磨机有效内径略有增加，但粉磨效率显著降低，出磨成品细度变粗。针对这种现象，笔者研究推出“细磨仓衬板活化技术”。采用该技术，可以有效地增大衬板的提升摩擦系数及对研磨体的牵制能力，克服最外层研磨体产生的切向滑动，消除传统的衬板排列方法造成的研磨体打滑现象，充分激活并强化细磨仓内微型研磨体对物料的粉磨能力，从而稳定提高磨机的生产效率，获得较高磨细程度的产品，增加水泥中３０微米以下颗粒数量，进一步提高产品实物质量。笔者曾在甲厂对直径１.８３×７米开流水泥磨上采用该技术，在未设磨前预处理工艺的条件下，控制水化细度＜８.０％，磨机台时产量由６～６.５吨提高至９～１０吨；乙厂直径１.８３×７米圈流水泥磨未设预处理，采用该技术改造后，严格控制成品细度＜２.５０％，磨机台时产量由９吨稳定提高至１１.５吨以上，水泥ＩＳＯ强度达标，技术经济效果良好。

    当磨内研磨体表面产生静电吸附而降低粉磨功效时，可引入对水泥性能无害的高效助磨剂，消除静电效应的危害，提高物料的分散度和磨细程度。

    另据资料介绍，椭圆形研磨体能够显著提高粉磨效率和物料磨细程度，增大产品比表面积及３０微米以下颗粒含量与水化活性，有利于提高水泥的ＩＳＯ强度，条件具备的企业应积极采用。

    针对立窑企业水泥磨机长径比小的普遍状况，若要提高产品粉磨比表面积（≥３５０平方米／千克），应积极采取磨前物料预处理工艺，宜选用棒磨机预粉磨流程，既可单位处理熟料又能集中预磨全部物料，确保出棒磨物料粒度均＜２毫米，并以此优化设计研磨体级配。

    磨内改造时，应采用“筛分隔仓板”、微型研磨体（≤１５毫米），同时运用“细磨仓衬板活化技术”，消除研磨体切向滑动，提高磨机粉磨效率及研磨体对物料的磨细程度。

    条件具备的企业可使用椭圆球及助磨剂，提高物料分散度及比表面积与粉磨效率。

    以上改造方案无论对于开流、圈流或分别粉磨工艺都是行之有效的，均能达到提高成品中３０微米以下颗粒含量及水化胶凝活性，以适应水泥新标准的要求。