提高磨机粉磨效率的技术更新

　　1、相当一部分人认为我们目前现有的粉磨技术是传统的老一套技术，他们一味追求一些实验室和纯理论的所谓“高、新、精”技术，忽略对传统技术的研究与探索。而事实证明，能够把传统技术掌握好并加以革新，不仅同样能够取得很好的经济效益，而且不需较大的投入，这样的技术革新应该是更适合企业的新技术。 

　　2、人们通常更多追求的是工艺装备要精良，甚至到了一切问题都迷信于工艺装备的精良程度，忽视了更为重要的工艺本身，例如球锻级配、磨内通风等。基于此，笔者将在提高磨机粉磨效率生产实践和技术改造中取得实效的一些研究成果作一介绍，以便和同行们进行探讨。  

　　 一、粉磨机组及钢球级配  

　　1、粉磨机组粉磨系统包括开路粉磨和闭路粉磨系统，两种操作方法基本相似。闭路系统相对来说动态因素较多，复杂一些，不过闭路磨上的操作方法在开路磨上完全适用。众所周知，影响磨机产质量的因素很多，其中包括三个大的方面，一是物料性质方面，有入磨粒度、易磨性、成品粒度、物料温度、水分、助磨剂等；二是工艺参数方面，有球锻级配、装载量、磨内物料流速、冷却、通风；三是机械结构方面，有长径比、仓位、衬板形式、篦板形式、篦孔大小、选粉机的性能、收尘等。 

　　2、入磨粒度不是越小越好在生产实际中，当把入磨平均粒径降低到10mm以下时，对于磨机产量的增加并不明显。以前大家都认为粉磨一吨物料所需的能量是破碎一吨物料所需的能量20倍以上，现在看来这个理论不完全正确。一台磨机有两个功能，一是破碎，二是研磨，原因是当入磨物料小于一定粒径后，即使再减小入磨粒径，增产的效果也不会明显。特别是对于闭路系统，管磨机至少设为两仓，前面所说的20倍，是指的研磨仓，大球仓是破碎而不是研磨。当物料小于一定粒径后，只要一仓的级配合理、仓长到位，物料进入二仓完全能够达到所需粒径要求。 

　　3、钢球级配   

　　3.1 破碎仓级配 很多水泥厂家运用公式283√D确定一仓最大球径。试想一下，Φ1.83m、Φ2.2m、Φ3.0m、Φ4.0m的磨机能一样吗?磨机的直径不同，带球高度不同，所产生的势能完全不同。从试验可以看出，当把一个Φ70mm的球从40cm的高度自由落下，其所具有的势能完全可以将一个直径为25mm的熟料颗粒击碎。那么，一仓球级配应确定几级？根据我厂以及其它生产厂家多年来的实践经验，一仓级配为3级或2级甚至于1级。目前很多厂家大球仓至少4级以上配球，甚至达6级之多，理由是大块料用大球破，小块料用小球破。还有人认为一仓的流速可用球配控制，使物料进入二仓或研磨仓的粒度达到人为的要求。实际并非如此。例如，在生产中时常遇到混仓现象，打开大球仓后，小球或小锻一个都看不到。而当一个个将大球拿出仓外时就会发现，小球在仓的最下面，并且从上到下球径逐渐减小。不难想象，当磨机在运转过程中带到最高位置的绝大部分是最小的球。依此类推，大多数最大级别的大球在粉磨过程中所带的高度是最小的。一个Φ100mm的球所具备的势能甚至还不如一个Φ60mm的球所具备的势能高。然而，一个Φ100mm的球的重量相当于2个Φ80mm的球，或3个Φ70mm的球，或5个Φ60mm的球。假如把一个Φ100mm的球换成2个Φ80mm的球，或者3个Φ70mm的球，那么球的表面积将从314㎡分别增加到392㎡和449.4㎡，在单位时间和空间内冲击物料的次数增多，冲击能量大大提高。这样，一仓用Φ80mm和Φ70mm的球以及少量的Φ60mm的球已经足够了。至于一仓用级配来控制物料的流速，或想要起到研磨效果，可能性很小，主要是将级配控制好。另外，球径还要和衬板形式相匹配：提升衬板带球高、冲击力大，球径可小些；对于一仓的新衬板和旧衬板也要区别对待。在冲击能量足够的前提下，球径应最小，以便增加钢球的个数，使钢球对物料的冲击次数增多，从而达到提高粉磨效率的目的。 

　　3.2 研磨仓的级配 

　　二仓用球好还是用锻好，值得探讨。国外有95%的水泥磨二仓或研磨仓是用球。事实上也是用球比用锻好。在粉磨过程中，球是点接触而锻是线接触，从理论上讲用锻比用球好，但是，在系统中即使将锻的级配调整到合理状态，保持的时间也不会太长，原因是锻的两头带有轮角，特别质量较差的锻，轮角易损度大，锻与锻之间的空隙率将发生明显变化。而使用球时，磨损变化较小，调整到最佳状态后能够保持半个月以上，范围较宽。众所周知，合理的磨内流速决定合理的出磨细度，合理的出磨细度决定合理的循环负荷，合理的循环负荷决定合理的水泥颗粒级配，同时也决定台时产量。此外，二仓应尽可能使球的表面积最大化，使每吨研磨体的表面积达到50㎡以上；球的级配不要超过二级，小球级配太多，流速难以控制，影响粉磨效率。 

　　4、补球和加球    

　　在生产过程中补球非常关键，什么时候补球要有依据，不能盲目。最简单的方法就是，通过出磨、回料、成品三个细度进行分析判断，把三个细度用30μm、45μm、60μm、80μm筛筛出12个结果，根据这12个结果进行分析。例如，若出磨中30μm颗粒含量偏低、80μm含量高，说明磨内流速过快，二仓填充率低，一仓填充率过高或磨内通风过大，或二仓研磨体的研磨能力差。在日常控制过程中，要控制出磨中30μm、45μm、60μm、80μm级配关系。对于闭路粉磨系统，如果出磨中没有所需的颗粒，即使选粉机的效率再高也没有用。对于Φ2.2m磨，首先把出磨中80μm的结果分析一下，正常情况下出磨筛余值应在30%左右，然后观察出磨筛余中颗粒组成和颗粒分布情况，同时还要观察回料的颗粒分布，因为回料可以看成是浓缩了的出磨，可以看得更加直观。如果出磨细度过细，说明磨内流速过慢，然而细度过细不一定颗粒级配合理。研磨体的补充量，一般可以通过磨机电流的变化情况确定。对于Φ2.2m磨，大球仓内加一吨大球相当于增加0.8个电流，研磨仓内加一吨研磨体相当于增加1个电流。在正常电流情况下，根据出磨物料的颗粒分布，确定大球仓与小球仓的比例，正常情况下为4∶6；不正常情况下，要根据感觉加小球。在加球时如果没有把握，大球和小球最好不要同时加，先加小球；当小球或小锻加进去之后，运转一到二个班，看电流和三个细度的变化情况，再从磨头加入大球。如果磨机电流正常，或变化不大，磨内流速过快，可能有以下几个方面的原因： 

　　（1）二仓的装载量偏少； 
　　（2）二仓的球配不合理，造成研磨体间的空隙率过大； 
　　（3）一仓装载量偏多； 
　　（4）磨内风速过大； 
　　（5）助磨剂的用量过多。如果磨机的电流变化不大，但磨机的流速慢、产量低，有可能是二仓装载量偏多、一仓装载量偏少，磨内风速过小，助磨剂的用量偏少。 

　　5、研磨体的装载量  

　　在粉磨过程中，适当提高填充率（研磨体装载量）对提高产量是有一定作用的，在某种程度上可提高磨机的粉磨效率。但研磨体的填充率不是越高越好，特别对于直径较小的磨机来说，若一仓的填充率过大，势必降低大球仓中大球的势能。研磨体的装载量增多有时是一种假象，多了不一定是好事，它与磨内衬板的工作面关系很大，随着衬板工作面的不断磨损，磨机的装载量将会逐渐增加，然而粉磨效率不一定能够提高。在正常情况下为使磨机的装载量最大，必须做到以下几点：

　　（1）使每一块衬板的重量最轻； 
　　（2）滑动轴承面与中空轴的接触面要合理，不能包轴产生制动现象； 
　　（3）润滑； 
　　（4）电机的实际功率和线路产生的压降，压降大对研磨体的装载量影响很大。这些问题都是日常生产当中的管理问题。解决这些问题的主要目的使起动电流尽可能减小。 

　　6、选粉机的性能   

　　选粉机是闭路粉磨系统的重要组成部分，选粉机的操作参数将关系到整个机组的生产，其性能将直接影响系统的技术经济指标。为此，了解选粉机的性能和合理的有关工艺参数至关重要。但更具实用价值的是看选出的成品粒度组成、选粉效率和部分分选曲线。单以选粉效率来评价选粉机的效果还远远不够。最基本的方法是要求随着循环负荷的增加，选粉效率下降的幅度要小。更能反映其性能的就是超姆曲线（Tromp-Curve），主要看选粉机对30μm以下颗粒段当中某一特定颗粒的选尽度，也就是旁路值的大小，旁路值越小，选粉机的分选效率越高，成品量越多，磨机的产量也越高。同时也说明选粉机撒料盘结构合理、分散效果好等。最简单的方法，就是测定回料中30μm颗粒的百分含量，回料中30μm含量越少，选粉机的性能也就越好。 

　　7、粉磨只对粗级别的颗粒起作用  

　　“粉磨只对粗级别的颗粒起作用”这句话是粉磨理论的精髓。一仓内产生的较细物料都是打碎的或者说击碎的，从磨头进入的回料从球的空隙里很快穿过一仓通过隔仓板进入二仓，二仓内的研磨体对物料只存在研磨，不存在破碎，或者说对物料破碎的作用较小，小的研磨体在磨机筒体的带动下，运动状态为蹭动、滚动和滑动。小的研磨体在泻落和蹭动过程中对物料颗粒进行研磨和剥离作用。假如说有一个大颗粒不是回料颗粒，可以称它为原颗粒，该颗粒从隔仓板开始运动到磨尾。对于开路磨来说，运动到磨尾时要求它小于80μm，甚至更小；对于闭路磨来说，从开始研磨到出磨，不要求它小于80μm，只要求它将原始颗粒表面剥离一部分下来，从颗粒表面剥离下来的部分大部分是30μm以下的颗粒。当原颗粒一次、二次地进入磨机后，随着体积的逐渐变小，剥离和研磨的难度越来越大，原因是颗粒一小，软化程度就增大，当颗粒小到一定尺寸时，就完全软化了，任何物体都是一样。通俗一点讲，进入磨机二仓的大颗粒越多，粉磨的效率就越高。要想增加磨内的大颗粒的量，就要适当增加循环负荷。更重要的一点是所用的选粉机对某一范围内的特定颗粒的选尽度要高。据有关资料报道，日本一般磨机的循环负荷大于250%，最高达到1000%。循环负荷越高，3～30μm的量相应也就越高；循环负荷越低，水泥颗粒中的3～30μm的量相对越少，水泥强度也就相应越低。循环负荷高，选粉效率必定相应降低，一般的高效选粉机的选粉效率能够达到65%已经不错了，选粉效率已不能作为衡量选粉机的一项主要指标。对于任何一台选粉机组，都能够将选粉机的选粉效率调到90%以上，最简单的方法就是把出磨细度调到成品细度，走到极端，这样闭路粉磨就失去了意义。 

　　8、收尘与通风 

　　磨机的收尘在粉磨系统中也是比较关键的。收尘器除了环保作用外，更重要的一个作用是风选作用。Φ2.2m水泥磨，如果通风不好，可影响台时产量1.5吨以上，一般的为2吨。通过收尘器的风选，将磨内的微粉回收到系统之外。如果磨内的微粉不能及时排至循环系统外，这些小于3μm的颗粒塑性很强，也可以说是塑性颗粒像橡皮泥一样，并且能带有较高的电荷。日本石川岛公司的测定结果表明，磨内最高电压可达到2000V。这些颗粒如果不能及时排出，将会越聚越多，在研磨体之间、研磨体与磨体之间形成缓冲垫层，严重影响粉磨效率。还有一个重要的方面，通风能够带走磨内的热量。在正常情况下，磨内温度不超过50℃时，对台时产量没有明显的影响；温度超过50℃、小于80℃时，台时产量下降15%；温度超过80℃时，台时产量下降20%以上。原因就是随着温度的升高，可塑性颗粒将增多。不难想象，为将这些微小颗粒及时排至循环系统之外，收尘与通风至关重要。 

　　二、选粉能力和粉磨能力的匹配  

　　 在生产实际中很难使粉磨能力与选粉能力达到平衡，那么选粉能力与磨机的粉磨能力如何匹配呢？通常情况下，选粉能力要大于粉磨能力，决不能因选粉能力的不足而影响粉磨能力的发挥。目前有95%以上的水泥磨的粉磨能力都没有得到很好的发挥。粉磨效率的提高是一个系统工程。木桶理论说明盛水的多少不是取决于最长的板而是取决于最短的板，粉磨机组同样如此。在生产过程当中，经常要将“最短的板”提一提，例如球锻级配、磨内通风、选粉机等。 

　　众所周知：磨内物料通过量随循环负荷的增加而增高。如果选粉机成品细度不变，而磨内物料的通过量增大，或磨内物料通过量不变而成品细度减小，则循环负荷也增加。循环负荷的数值取决于选粉机的回料量中粗级别含量与合格颗粒量的比值。比值愈大，即排料愈粗，循环负荷也就愈大；反过来讲，循环负荷愈大，则选粉机回料中粗级别含量愈高，磨机中的粗级别含量就高，从而磨内物料的通过量也就提高。但是，选粉效率又随循环负荷的增加而降低。回磨头的物料中粗级别的含量减少，也就是磨内粗颗粒的量减少，磨机的粉磨效率又将降低。从某种意义上讲，粉磨效率也将随选粉效率的提高而提高，随选粉效率的降低而降低。对于一台选粉机，如果选粉效率低、循环负荷大，那么回料中未选清的合格颗粒也就越多，小于30μm的颗粒重新回到磨头的量相应就多，导致过粉磨现象严重，使粉磨效率下降、台时产量低、颗粒级配不合理；如果选粉效率高，那么回料量就相对少，过粉磨现象减少，粉磨效率高，产量一定能够提高。在闭路粉磨系统中如果适当增加选粉机的选粉能力，使选粉机处理物料的能力有富裕，则选粉效率就能提高，回料量肯定就少，循环负荷也就低。选粉效率高的选粉机，回料量必然少。

　　三、助磨剂 

　　目前国外已有95%的水泥使用了分散剂，而我国只有为数不多的水泥厂家能够成功地使用分散剂。从形态来看，助磨剂有固体助磨剂和液体助磨剂之分。固体助磨剂多制成粒状或粉状；液体助磨剂多是溶液或乳剂，它们都可以从磨头喂料中加入。采用液体助磨剂比采用固体助磨剂，在工艺上更容易控制。对于助磨剂能够强化粉磨的机理，尽管国内外都进行了大量的研究工作，但目前尚不够深入，观点也不同，甚至相互矛盾。不过比较多的看法是认为助磨剂具有表面活性，能够产生较大的吸附能力，极易吸附在研磨体、衬板、物料颗粒和物料颗粒裂缝的表面上，形成一层“包裹薄膜”，于是使粉料不易粘附在研磨体和衬板的表面上，从而有效地减弱或消除糊球现象，破坏料粉的垫层作用，提高粉磨效率。关于在粉磨过程中粉末集聚的原因，曾有人认为是由于静电或相邻颗粒瞬时生长的微晶所致。助磨剂的作用就是能够迅速地提供外来的离子或分子，满足断开面上未饱和的电价键，消除或减弱集聚的趋势，阻止断裂面的重新复合。分散剂作用于水泥颗粒的机理，用通俗易懂的例子作比喻，就是划玻璃，当玻璃刀划过之后，把划过的缝口立即涂一点煤油，然后用刀轻轻一撬，玻璃就很容易折断。分散剂的作用和煤油的作用有些相似。笔者自2000年使用分散剂以来，使用至今效果很好，台时产量增加16%以上。目前分散剂或助磨剂在很多厂使用不成功，可以断言，这些厂家的粉磨系统肯定存在问题。他们往往认为使用分散剂没有效果，但是笔者用过几个品种的分散剂或助磨剂，都收到很好的效果，由此可以得出结论：在使用过程中不是让分散剂适应你的粉磨系统，而应该是反过来让粉磨系统适应分散剂（助磨剂）。 

　　使用分散剂后，一般磨机产量增加17%左右，水泥的3天强度提高1.8MPa以上，28天强度可提高3MPa以上，仅节约的电能就可收回投资。使用分散剂后应注意以下几点： 

　　（1）使用分散剂后物料在磨内的停留时间缩短，磨内流速加快，因此必须改变研磨体的级配和循环负荷； 
　　（2）使用分散剂后水泥的表面颜色发生明显变化，原因是圆形度增加了，光的折射率发生改变； 
　　（3）使用后比表面积有可能减小，不是真的小了而是圆形度增加了，水泥颗粒间的空隙率增大，勃氏仪的透气时间短了，实际水泥比表面积反而增大了。颗粒圆形度的增加是由于颗粒表面在一仓中形成的裂纹由于分散剂的作用，裂纹没有愈合，进入二仓后在二仓研磨介质剥离和研磨的过程中形成小块近似球形的颗粒。如果没有分散剂，片状的或条形状的水泥颗粒比较多。这在电子显微镜下可以观察到。还有一点可以确定，使用分散剂后，系统中的微粉量增加了。另外，分散剂还可改善选粉机的分散效果。水泥颗粒不是选出来的，而是磨机磨出来的。选粉机的高效是提高粉磨机组粉磨效率的途径之一，关键还是磨机。对于粉磨机组而言，台时产量以及粉磨质量，决不是系统中某一单项设备的效果，而是一个系统工程，缺一不可，需要用现代粉磨工程学的观念进行理解和探索。如何进一步提高磨机的粉磨效率，革新水泥生产工艺，通过降本增效提高企业的综合经济效益，是水泥工作者研究和探索的主要方向。