辊压机水泥半终粉磨工艺系统增产调试

　　辊压机水泥半终粉磨工艺系统增产调试

　　邹伟斌  中国建材工业经济研究会水泥专业委员会（100024）

　　邹  捷  南京工业大学粉体科学与工程研究所 （210009）

　　题要：本文总结了ZC公司5000t/d新型干法水泥熟料生产线，水泥制成工序采用辊压机、V型静态选粉机、双分离高效选粉机、双仓管磨机组成的半终粉磨闭路工艺系统增产调试过程，调整中以“分段粉磨”理论及系统工程方法为指导依据，并对粉磨系统中各段存在的技术问题进行了诊断分析，制定并实施了相应的改进措施，充分挖掘粉磨系统中每一段生产潜力，最终达到增产、降耗的目的。

　　关键词：辊压机  半终粉磨系统   双分离高效选粉机  增产调试

　　1.水泥粉磨工艺线基本概况

　　ZC公司5000t/d新型干法水泥熟料生产线，两套水泥成品制备系统均配用160-140辊压机+V型静态分级机（V型选粉机）+双分离高效选粉机+Φ4.2×13m双仓管磨机组成的半终粉磨闭路工艺；其具体工艺流程为：物料经过配料站由高速板链斗式提升机输送至稳流称重仓，进入辊压机挤压后通过V型选粉机分级出细粉（＜80um以下颗粒占70%-85%、＜45um以下水泥成品颗粒所占比例约为55%以上），V型选粉机细粉出口联接下进风的双分离高效选粉机（负压抽吸式进入高浓度布袋收尘器收集成品），首先分离出由辊压机挤压过程中产生的成品，分选出成品后的粗粉输送至管磨机粉磨，出磨物料经输送设备由上部喂入双分离高效选粉机再次分选。在辊压机、管磨机两段正常运行后，双分离高效选粉机承受下部（V选出口）及上部（由管磨机磨尾输送的）两股料流，同时进行分选。我们可以将辊压机水泥半终粉磨工艺系统理解为：它是传统联合粉磨工艺系统的另一个变种，辊压机半终粉磨工艺系统与辊压机联合粉磨工艺系统各有其技术特点、均可使粉磨系统增产能力达到70%-200%甚至200%以上、节电幅度达20%-30%。

　　该半终粉磨工艺系统与传统联合粉磨工艺系统相比，须采用一台物料处理能力较大的辊压机和一台喂料、分选能力大的下进风双分离高效选粉机，V型选粉机与双分离高效选粉机则共用一台系统风机，取消了联合粉磨系统中一台循环风机与旋风收尘器（双旋风筒或单旋风筒）及部分管道和输送设备，减少了设备数量及维护点，维修成本降低。此外，该半终粉磨系统中直接采用高浓度布袋收尘器收集由辊压机段挤压所产生的及管磨机段粉磨后生产的水泥成品，避免了大量＜45um细粉进入管磨机内部，导致细磨仓出现“过粉磨”所引起的研磨体及衬板表面严重粘附现象，使管磨机系统始终保持较高而稳定的粉磨效率。

　　由于水泥成品经过高浓度布袋收尘器收集，后续管道与系统风机中的粉尘浓度显着降低，彻底消除了传统联合粉磨工艺系统中导致管道与循环风机叶轮磨损严重的因素，降低了系统设备磨损并减少了装机功率，设备磨耗量明显降低、整个系统粉磨电耗低。

　　该系统的管磨机段既可由闭路粉磨流程转换为开路粉磨流程、亦可由开路粉磨流程转换为闭路粉磨流程，实现了一套粉磨系统可开、可闭的灵活转换与调节，转换操作简单、快捷。

　　在辊压机水泥半终粉磨工艺系统中，当后续管磨机系统为开路方式操作时，即辊压机段创造的成品与开路管磨机粉磨系统生产的成品共同混合入库，成品颗粒级配范围比闭路操作时要宽；

　　当后续管磨机系统为闭路方式操作时，即辊压机段创造的成品与闭路管磨机粉磨系统生产的成品共同混合入库，成品颗粒级配范围仍然比开路操作时要窄，且由辊压机制造的水泥颗粒球形度非常低，其颗粒形貌多呈不规则的长条状、多角形等；采用辊压机高效率料床粉磨设备制得的水泥颗粒分布范围相对集中（窄），即颗粒粒径更均匀，均匀性系数n值增大，颗粒之间空隙增多，水泥粉体颗粒堆积密度就小，难以形成最紧密堆积，当达到相同流动度时需要多加水，水则变成了填充物，充填于水泥颗粒之间的空隙、穴道，导致水泥标准稠度需水量增大；水泥制成系统的粉磨效率越高，对增产、节电越有利，但成品水泥需水量增大现象则会越突出，这就是造成半终粉磨闭路工艺系统水泥标准稠度需水量偏大的主要原因之一；此外，该系统因辊压机段挤压生产的水泥中≤5um以下微细颗粒含量较高、成品水泥比表面积与抗压强度一般均偏高，为综合利用工业废弃物，大掺量制备复合水泥、降低水泥生产成本创造了先决条件，但该粉磨系统应用中须权衡水泥使用性能与系统高效、增产、节电等几个方面的关系，并对系统中相关控制参数、管磨机内部结构以及所用混合材料品种等做出相应调整，以使水泥成品性能满足混凝土制备技术要求。

　　该系统中管磨机磨尾配置有单独的通风、收尘设备，收尘风机采用变频调速控制，便于生产过程中磨内通风量的调节与操作。（系统工艺流程见图一）

　　辊压机水泥半终粉磨工艺系统主辅、机设备配置及技术性能参数见表1：

　　表1    水泥半终粉磨工艺系统主、辅机设备配置及技术性能参数

图一    水泥半终粉磨闭路工艺系统流程图[Page]

　　2.生产调试中遇到的问题

　　2.1辊压机工作辊缝较小

　　投产调整初期，由于入辊压机熟料中含有较多黄心、粉料，导致工作辊缝偏小，只有28mm左右，辊压机主电机工作电流较低（46A左右），即使调节入料斜插板比例（75%左右），工作电流变化不大，辊压机挤压出力能力较差。

　　2.2辊压机工作压力偏低

　　受辊压机工作辊缝偏小的影响，工作压力上不去，挤压效果较差，辊压机工作压力在8.5MPa左右波动，挤压后细粉明显偏少。

　　2.3脱硫石膏水份大

　　由于入辊压机的脱硫石膏水份达到8%-12%不易下料、计量，称重仓粘附、挂壁现象严重，甚至造成挤压后的料饼进入V型选粉机内部不易散开，影响分级效果。

　　2.4管磨机做功能力差

　　由双分离高效选粉机分离出成品后的入磨物料（粗粉）比表面积平均在100m2/kg（95m2/kg ---105m2/kg）左右，而在管磨机有效长度12.5m范围内研磨体做功少，出磨水泥比表面积仅在185m2/kg左右，计算得知：每米研磨体粉磨出的比表面积为185m2/kg-100m2/kg/12.5m=6.8m2/kg/m，说明管磨机段研磨能力不足；

　　一般来讲，带有双分离高效选粉机的水泥半终粉磨系统，由于预先分离出成品，入磨物料中的细粉量极大地减少，较好地避免了细粉在磨内产生的“过粉磨”与细磨仓研磨体与衬板表面粘附现象，研磨体磨细做功能力提高，每米研磨体创造出磨物料比表面积能力至少应≥10m2/kg/m；

　　2.5两台选粉机用风量小

　　因处于设备磨合期，辊压机段与管磨机段做功能力均不理想，即挤压处理与研磨两段的成品量不足，以致不能增加V选与双分离高效选粉机拉风量，一般在80%-85%左右。中控操作增加系统风机风量时，造成水泥成品比表面积低、细度粗；由此判断：辊压机与管磨机两段创造成品量低时，系统风机拉风量必须降低，最终导致系统产量低、电耗较高；

　　3.技术分析及处理措施

　　3.1辊压机工作压力及辊缝

　　高压、慢速、过饱和喂料是辊压机料床挤压粉磨技术特性，除国外粉磨生产线设计、应用辊压机水泥终粉磨工艺（国内目前只应用于生料终粉磨，节电效果显着），在国内水泥制成工序辊压机只是在水泥联合粉磨系统中承担半终粉磨（或预粉磨）的任务，经施以双辊之间的高压力（≥150MPa）挤压后的物料，其内部结构产生大量的晶格裂纹及微观缺陷、＜2.0mm及以下颗粒达到65%以上，其中＜80um、＜45um以下细粉含量增多（颗粒裂纹与粒度效应），分级后的入磨物料粉磨功指数显着下降（15%-25%），易磨性明显改善；因后续管磨机一仓破碎功能被移至磨前，相当于延长了管磨机细磨仓，可充分发挥研磨体对物料的磨细能力，从而大幅度提高了系统产量，降低系统粉磨电耗。

　　辊压机水泥半终粉磨工艺系统（或联合粉磨工艺系统）的共同特点是：辊压机及分级设备的投入，实现了系统中的“分段粉磨”，必须充分发挥辊压机系统料床粉磨的技术优势及其较大的处理能力，辊压机段做功越多，对系统增产节电越有利；辊压机的吸收功耗越多，后续管磨机段节电效果越显着；辊压机吸收功耗一般在7.5kwh/t-13kwh/t，在此范围内吸收功耗越多，管磨机段节电幅度越大。基本规律是：辊压机吸收功多投入1kwh/t，则后续管磨机系统节电1.5kwh/t--2kwh/t；

　　在相对稳定的工艺条件下，辊压机工作压力越大，挤压处理物料过程中产生的粉料越多，成品量显着增加，被分离出的合格品也越多。

　　首先，对入辊压机熟料采取多库搭配措施，多采用颗粒状、减少粉状料；其次，称重仓必须保持一定的仓容，料位比例一般控制在70%-80%，以有效形成入机料压，实现过饱和喂料，确保挤压效果；同时将辊压机工作压力由8.0MPa-9.0MPa，调整至10.0MPa-11.0MPa；辊压机工作辊缝由原27mm--29mm，调整至30mm--34mm；入料斜插板比例拉开至85%以上，以实现过饱和喂料；调整后辊压机主电机工作电流（额定电流76A）由44A--50A（58%-66%）提高至54A--60A（71%--79%）挤压做功能力显着提高，经由V型选粉机分级后的物料R80um、R45um筛余量明显减少，比表面积提高，合格品比例大幅度增加。

　　3.2脱硫石膏水份及下料处理

　　进厂脱硫石膏水份较大，实施入堆棚预先存放措施、分批周转取用。将存放较长时间且含有一定水份（＜5%）的脱硫石膏与颗粒较大的石灰石按照一定比例搭配（1:1）混匀入配料库，库壁内锥体及筒体内壁部分采用表面光洁度优良、耐磨性能良好的超高分子量聚乙烯板敷贴，处理后库壁光滑、物料不粘壁，下料效果较好；

　　3.3V型选粉机及双分离高效选粉机用风量，

　　在半终粉磨系统中，由于V型选粉机与双分离高效选粉机两台粗、细分级设备共用一台高浓度布袋收尘器和一台系统风机，在满足水泥质量控制指标的前提下，应尽量采用大风操作方式，最大程度上将辊压机段及管磨机段创造的成品分选出来，系统风机的拉风比例由原85%提高至90%以上（根据实际生产状况，在V型选粉机入料口上方增设打散棒，以形成均匀、分散的料幕；同时关闭了最上部一排进、出风导流板，有效延长物料分级路线与分级时间，提高V选出口物料的比表面积）。

　　3.4管磨机研磨体级配及通风参数

　　管磨机的特点是磨细能力有余而粗碎能力较差，而由辊压机+V型静态分级设备组成的磨前预粉磨系统，能够充分发挥辊压机高效率料床粉磨优势，高压挤压（＞150Mpa）处理后的入磨物料易磨性明显提高，管磨机一仓的粗碎功能已移至磨外由辊压机完成，可缩短一仓并延长细磨仓有效长度，提高磨细能力。物料在辊压机段处理时产生的成品已被V型选粉机与双分离高效选粉机预先分选出来，粗粉再进入管磨机粉磨，由此实现了良好的“分段粉磨”。生产实践早已证明：采用“分段粉磨”工艺比一段粉磨工艺所需能量更低、系统增产、节电效果更显着。

　　管磨机一仓采用提升能力较好的曲面阶梯衬板，安装应用筛分隔仓板（同心圆状、粗筛缝宽度6.0mm、内筛缝宽度2.0mm），出磨篦板（同心圆状、篦缝宽度6.0mm，内部设置料、锻分离内筛板，内筛板篦缝宽度4.0mm）。为了更好的使用微型研磨体、充分激活微型研磨体的粉磨能量，消除“滞留带”（研磨死区）的不良影响、提高细研磨能力、在磨内多创造成品，细磨仓采用五波峰小波纹衬板，增大衬板与微锻之间的提升摩擦力，在有效长度方向均布安装了5圈活化环（活化环高度1100mm、自隔仓板位置起至磨尾出料篦板之间，每隔1.75m安装一圈）。

　　投产初期，由于设备磨合及研磨体级配等方面的原因，管磨机粉磨效果较差，我们根据入磨物料细度、比表面积等参数，重新设计、调整了各仓级配，改进前、后级配方案见表2：

　　表2         改进前、后各仓研磨体级配

　　在管磨机段粉磨过程中，主要依靠研磨体的“集群研磨效应”实现物料磨细；管磨机的粉磨效率与磨内研磨体总表面积的0.6-0.7次方成正比关系，即研磨体总表面积越大，与物料接触时的集群研磨能力越好，粉磨效率越高，在单位时间、有效长度内创造的成品量越多，越有利于系统增产、节电；为此，我们在调整细磨仓级配时，有意识增加了Φ10mm×10mm微锻43t，相应地减少较大规格Φ18mm×18mm及Φ14mm×14mm锻；经粗略计算，磨内研磨体级配改进后，一仓钢球在装载量及填充系数不变的前提下，平均球径由27.3mm降至25.82mm，较调整前净增加研磨面积83.4m2；细磨仓平均锻径由13.42mm降至11.89mm，装载量由180t增至188t，填充系数由31.8%提高到33.1%，细磨仓微锻净增加研磨面积1783.35m2、两仓合计增加研磨总表面积1886.75m2，磨内研磨体研磨面积较调整前综合提高21.62%，管磨机段粉磨效率显着提高；

　　同时，我们根据磨机主电机及主减速机的驱动功率富裕系数，合理增加细磨仓微锻研磨体装载量、增大填充率，能够有效提高微锻的总研磨面积，提高细磨仓内微型研磨体对物料的细研磨能力；总之，在管磨机段必须凸显“磨内磨细”为根本要素；

　　出磨物料（入双分离高效选粉机之前）比表面积的高低，可以较好地衡量其中成品量所占比例及研磨体做功效率。总之，出磨比表面积越高，说明管磨机段研磨体有效做功能力越好，水泥颗粒分布中的颗粒粒径整体向下移，即向小粒径下移，平均粒径减小，成品颗粒比例增加，由双分离高效选粉机分选出的合格品量则显着提高。

　　调整研磨体级配后，出磨物料比表面积达到289m/kg，已接近一般成品水泥的比表面积，在管磨机有效长度范围内平均每米研磨体创造比表面积为：289m2/kg-100m2/kg/12.5m=15.12m2/kg/m，比调整前提高了8.32m2/kg/m，净提高幅度达122.35%。

　　管磨机通风参数的调整：磨尾收尘风机风量由28HZ下降至23HZ、磨内净空风速由1.01m/s降至0.83m/s、磨尾出口负压由-1100Pa降至-800Pa~ -900Pa，以有效延缓物料流速，增加物料在磨内细磨时间，降低出磨物料中粗颗粒比例、提高水泥成品含量。中控操作应与生产现场结合，以“磨头不冒灰-保持负压、入口不溢料-料流畅通、磨机不饱磨-磨音正常、磨尾不跑粗-比表提高、温度不上升-通风顺畅”；为控制原则；调整后，出磨水泥温度一般在103℃-110℃之间，管磨机主电机（进相后）运行电流一般控制在224A-230A之间波动为宜。[Page]

　　4.辊压机料床挤压粉磨能量利用率比管磨机高出3-5倍，尤其对进入管磨机前物料的预处理，挤压过程中所产生的部分成品先由V选粗分级再经双分离高效选粉机二次分级与收集，选粉机回料（入磨的粗粉颗粒）已具备“粒度效应”（入磨物料粒径细）及“裂纹效应”（晶格裂纹缺陷多），易磨性显着改善，邦德粉磨功指数降低15%-25%，送入后续管磨机研磨，可有效消除磨内过粉磨及粘附现象，大幅度提高管磨机的磨细能力，从而实现粉磨过程良好的分段，每一段均能够充分发挥各自的粉磨技术优势、提高系统产量、降低粉磨电耗。

　　5.改进后的效果

　　改进前、后水泥粉磨系统技术经济参数对比见表3、表4：

　　表3   改进前、后V选进入双分离高效选粉机物料参数

　　表4   改进前、后水泥产量及系统粉磨电耗对比

　　由上表可知：系统改进后P.C32.5级水泥较改进前增产60t/h、增幅34.29%；电耗降低7.9kwh/t、节电幅度21.49%、比表面积提高15m2/kg；

　　P.O42.5级水泥较改进前增产40t/h、增幅25%；电耗降低6kwh/t、节电幅度15.79%、比表面积提高5m2/kg；通过合理的改进与调整，该半终粉磨工艺系统增产、节电效果显着，水泥实物质量指标较改进前有所提高；

　　6.结束语

　　6.1分段粉磨工艺电耗比一段粉磨工艺电耗更低，高效分级设备的应用，使辊压机水泥半终粉磨（或辊压机水泥联合粉磨）工艺系统实现了良好的“分段粉磨”；系统中的每一段之间的接口都很重要，诊断其中存在的技术问题可运用分段粉磨理论与系统工程方法分析解决；经过一段时间的生产磨合，系统运行会更顺畅，设备运转效率将显着提高，本系统设备运转率达90%以上；

　　6.2辊压机水泥半终粉磨（或辊压机水泥联合粉磨）工艺系统，均由几个子系统（分段）组成，第一段（辊压机）物料预粉磨非常重要，是整个粉磨系统增产、节电的技术关键，必须充分发挥辊压机高效料床粉磨的技术优势，摸索出该系统中辊压机适宜的工作压力、工作辊缝、两台主电机运行电流、V型选粉机及双分离高效选粉机用风等最佳技术参数；辊压机系统投入的功耗越多，挤压做功效果越显着，该半终粉磨（或联合粉磨系统）工艺系统节电幅度越大；

　　6.3经双分离高效选粉机分离成品后的入磨粗粉已具备“粒度效应”（入磨粒径细）及“裂纹效应”（晶格裂纹多），易磨性显着改善，邦德粉磨功指数降低15%-25%，送入后续管磨机研磨的物料中45um以下细粉明显减少，可有效消除过粉磨及研磨体、衬板工作表面粘附现象，大幅度提高管磨机的磨细做功能力。

　　6.4“磨内磨细为根本”，应合理调整管磨机研磨体级配，尤其是细磨仓的研磨能力，充分挖掘第二段（管磨机）的增产潜力，提高研磨体研磨总表面积及其“集群研磨效应”、每米多创造合格品的能力与适宜的磨机通风参数，提高出磨物料比表面积，增加出磨成品颗粒含量，为双分离高效选粉机有效分选创造先决条件；

　　6.4改进后，该半终粉磨工艺系统生产能力可达150万吨/年以上，按两个不同品种、等级水泥平均节电6.95kwh/t计算，年节电1042.5万kwh，以平均电价0.60元/kwh计，年节电效益可达625.5万元。

　　参考文献

　　1.邹伟斌 《水泥粉磨系统优化分析与探讨》，《四川水泥》2011.4-5期

　　2.邹伟斌《水泥联合粉磨系统故障原因与解决措施》，《新世纪水泥导报》2012.3期