水泥辊压机半终粉磨系统新工艺及其装备的研究与应用

　　以辊压机为代表的料床预粉磨系统是料床粉磨的主导，预粉磨分为循环预粉磨、混合粉磨、联合粉磨和半终粉磨。相对球磨机一级闭路粉磨工艺，联合粉磨和半终粉磨流程具有明显的系统优势。以往，半终粉磨在系统增产方面具有更好的效果，但其节能幅度却略低于联合粉磨，且设备选型时受到一定限制，因此在实际工程设计中，联合粉磨流程得到了更加广泛的应用。

　　为了提高水泥粉磨工艺水平，江苏吉能达建材设备有限公司工程技术人员潜心研究，研发了水泥辊压机（立磨）半终粉磨新工艺及其装备。采用多级分选、分段粉磨的新工艺，将专用分级机设置在辊压机预粉磨系统中的v型选粉机出风口。该项新工艺新设备在中材苏州天山水泥有限公司成功应用，生产P·O42.5水泥由技改前的220~230t/h提高到目前的290~320t/h，比表面积380m²/kg以上，粉磨电耗由35kWh/t降至27kWh/t。为水泥辊压机（立磨）粉磨系统的节能降耗探索了一条新路径。

　　一、对粉磨工艺系统进行技改的思路

　　1、多级分选、分段粉磨

　　2、辊压机做功越多，系统节电效果越明显，联合(半终 )粉磨系统都必须重视辊压机预粉磨系统做功。

　　3、对管磨机而言，必须突出 “磨内磨细为第一要素”的原则，多创造合格产品。

　　4、配套新型高效选粉机

　　任何选粉机的分级过程都可以简单地分三个环节：分散、分级、收集。分散是前提，分级是核心，收集是保证。成品收集的问题随着除尘技术的发展已得到了解决。研究和解决配套半终粉磨工艺系统的选粉机的技术问题应围绕着双向分级来进行，既要收集成品，又要将不利于球磨机粉磨的大颗粒分离。

　　5、适应新标准的质量要求。

　　二、新工艺新技术开发研究过程

　　（1） 配套分级设备对球破磨-球磨机粉磨系统进行过研究。大钢球破碎，在破碎过程中采用风选原理，把细小颗粒及时带走，实现边粉磨边分选，减少垫层产生的无功浪费，同时减少了过粉磨。集破碎、研磨、分级功能为一体，提高破碎效率，粉磨能力，而且具有自动粗细分级功能，分级精度高，可不再单独配套分级设备。

　　（2） 配套双分离高效选粉机对某公司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水泥成品制备系统改造。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%、＜30um以下水泥成品颗粒所占比例约为20%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。

　　系统主、辅机设备配置及技术性能参数如下表示：

　　实施前、后效果： 水泥粉磨系统技术经济参数对比表

　　（3）、配套高效选粉机改造辊压机+V型静态选粉机+双仓管磨机+O-SAPE选粉机组成的联合粉磨系统。2009年以来，我们以“多级分选，分段粉磨”理论及系统工程方法为指导依据，对数家公司水泥制成辊压机+V型静态选粉机+双仓管磨机+O-SAPE选粉机组成的联合粉磨系统采用预粉磨系统专用分级机实施了相应的半终粉磨技改措施，产量提高幅度在15%以上，均取得了理想的效果。

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　　（4）、预粉磨系统专用分级机+粗粉分离器改造辊压机+V型静态选粉机+双仓管磨机+O-SAPE选粉机组成的联合粉磨系统。围绕着双向分级既要收集成品，又要将不利于球磨机粉磨的大颗粒分离。

　　2013年3月，苏州天山技改项目经过我们与天山人的共同努力，水泥成品制备系统配用1812辊压机+V型静态分级机（V型选粉机）+粗粉分离器+预粉磨系统专用分级机+Φ4.2×13m双仓管磨机组成的半终粉磨闭路工艺，达到生产P·O42.5水泥产量由技改前220~230 t/h提高到290~320t/h，水泥比表面积≥380m²/kg，粉磨电耗由35kWh／t降低到27 kWh／t。

　　三、 在苏州天山水泥有限公司项目实施情况

　　1、 水泥粉磨工艺线基本概况

　　水泥成品制备系统配用1812辊压机+V型静态分级机（V型选粉机）+粗粉分离器+预粉磨系统专用分级机+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V型选粉机再入稳流称重仓，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%、＜30um以下水泥成品颗粒所占比例约为20%以上），V型选粉机细粉出口联接下进风式粗粉分离器、预粉磨系统专用分级机，首先分离出由辊压机挤压过程中产生的≤30um的成品。分选出成品后，≥1mm大颗粒和1~200um的粗粉回辊压机重新挤压（也可根据磨机负荷将部分1~200um的粗粉至管磨机粉磨），30~200um细粉入管磨机粉磨。出磨物料经输送设备由上部喂入O-Sape选粉机分选，选出的成品和由辊压机挤压过程中产生的成品一同入库，粗粉回磨头入磨机再次粉磨。

　　该部分终粉磨工艺系统仅增加一台喂料、分选能力大的下进风式预粉磨系统专用分级机，V型选粉机与预粉磨系统专用分级机则共用一台循环风机。该系统取消了原系统中部分管道和输送设备，直接采用原双旋风筒收集由辊压机段挤压所产生的水泥成品，避免了大量＜30um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。

　　由于水泥成品经过双旋风筒收集，后续管道与系统风机中的粉尘浓度显著降低，消除了原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，设备磨耗量明显降低、整个系统粉磨电耗低。

　　苏州天山系统工艺一期改造流程图：

　　工艺系统主、辅机设备配置及技术性能参数见表

　　2、生产调试中遇到的问题

　　a、辊压机工作辊缝较小

　　投产调整初期，由于入辊压机原因以及熟料中含有较多粉料，导致工作辊缝偏小，只有15mm左右，辊压机主电机工作电流较低（50A-60A），即使调节入料斜插板比例（95%左右），工作电流变化仍不大，辊压机挤压出力能力较差。

　　b、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7.0-8.0MPa左右波动，挤压后细粉明显偏少。

　　c、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。

　　d、管磨机做功能力差

　　一般来讲，带有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。

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　　由预粉磨系统专用分级机分离出成品后的入磨物料（粗粉）比表面积平均在130m²/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200m²/kg左右，计算得知：每米研磨体粉磨出的比表面积为（220m²/kg-130m²/kg）/12.5m=7.2m²/kg/m，说明管磨机段研磨能力不足；

　　e、选粉机用风量小

　　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选与四分离高效选粉机拉风量，一般在50%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。

　　3、技术分析及处理措施

　　（1）、辊压机工作压力及辊缝

　　辊压机水泥部分终粉磨工艺系统（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著； 一般规律是辊压机两主辊电流越高，说明辊压机作功越多，系统产量越高。要求达到电机功率的 60% 以上。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，成品量显著增加，被分离出的合格品也越多。

　　a、 首先，对入辊压机熟料采取先进入V选分选的措施，多采用颗粒状料、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7.0.0MPa-8.0MPa，调整至8.0MPa-8.5.MPa；辊压机工作辊缝由原15mm左右，调整至30mm左右；入料斜插板比例拉开至85%以上，以实现过饱和喂料（ 根据挤压物料特性和磨机生产不同品种水泥时，确定辊压机垫片厚度和辊缝尺寸大小）；调整后辊压机主电机工作电流（额定电流105A）由50A-60A提高至70A-80A挤压做功能力显著提高，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。

　　b、最大限度的提高进辊压机物料的堆积密度， 喂料要注意料仓物料离析导致偏辊，偏载。因细料难以施压和形成“粒向破碎”。所以，细粉越多，辊缝越小，功率越低。导料板插入深度越深，辊缝越小，功率越低，最终导致产量下降。辊压机进料口到稳压仓下料点之间柱壁面上粘结细粉后，也影响辊压机产量。

　　在确保系统安全的条件下尽可能适当地提高辊压机的压力，合理调节系统运行保护的延时程序，既有利提高辊压机作功能力，又有利于系统正常纠偏。

　　特别是细料的量应控制在一定的范围，过多的细料量（特别是＜0.2mm以下的细料）会极大的影响辊压机的做功；通过调整，预粉磨系统专用分级机的粗料回料量（风翅角度增大，回料量增多，回料变细；风翅角度减小，回料量减少，回料变粗），找到一个最佳的平衡点，让辊压机多出合格的成品料（确保细度指标）产量进一步增加。

　　（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。目前，已着手筹备将脱硫石膏由库底而直接入磨机。

　　（3）、V型选粉机及预粉磨系统专用分级机用风量，在部分终粉磨系统中，由于V型选粉机与预粉磨系统专用分级机共用一台循环风机，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60%提高至80%以上。

　　（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，高压挤压处理后的入磨物料易磨性明显提高，物料在辊压机段处理时产生的成品已被V型选粉机与预粉磨系统专用分级机预先分选出来，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、节电效果更显著。    

　　 管磨机一仓采用提升能力较好的曲面阶梯衬板，本次技改增加了隔仓板、出磨篦板的通风面积。

　　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，

　　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，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；调整研磨体级配后，出磨物料比表面积达到300m²/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：（300m²/kg-130m²/kg)/12.5m=13.6m²/kg/m，比调整前提高了6.4m²/kg/m。

　　改进前、后水泥产量及系统粉磨电耗对比：

　　由表可知：系统改进后P.O42.5级水泥较改进前增产80t/h、增幅34.7%；电耗降低7kwh/t、比表面积提高5m²/kg；通过合理的改进与调整，该部分终粉磨工艺系统增产、节电效果显著，水泥实物质量指标较改进前有所提高。
　　3、预粉磨专用分级机详细介绍

　　国内常规配置的辊压机、辊式磨（立磨）预粉磨系统成品中小于80μm的细粉占65-75%，含有少部分0.5mm以上的粗颗粒。预粉磨系统专用分级机设置在辊压机、辊式磨（立磨）预粉磨系统中的V型选粉机出口，将V选粉机出口物料分为0-32μm、32-60μm、60-200μm及200mm以上四份。0-32μm直接进入成品水泥，32-60μm、进球磨机粉磨，60-200μm部分进球磨机粉磨，部分回辊压机或辊式磨（立磨）重新碾压，200μm以上的粗颗粒全部回辊压机或辊式磨（立磨）重新碾压。

　　0-32μm的细粉不进磨机，直接进成品，不仅可提高系统产量，还可以大幅度降低磨机的过粉磨现象。

　　入磨物料的粒度为32-200μm之间，物料粒度更为均齐，可以有效提高磨机产量。      

　　200μm以上的粗粉回辊压机可以大幅度降低入磨物料的最大粒度，提高了球磨机的粉磨效率，同时提高辊压机的效率。

　　四种不同粒度范围物料的选净度均达到80%以上。其中进成品的细粉45μm筛余小于3%，比表面积达到420m²/kg以上。

　　经多厂家使用，水泥强度可提高2-3MPa，控制同样龄期强度可增加混合材掺入2-3%，水泥的标准稠度需水量虽有所上升（0.2-0.5%）仍然达标，满足砼的使用要求。

　　4、技术可行性和经济分析

　　水泥生产是一个高能耗的行业，尤其以水泥粉磨是高电耗。所以，想在当前激烈的市场竞争中占据优势，可以在水泥粉磨中做文章，通过节约能源来降低成本。

　　经过我们多年的研究总结凡是辊压机功率/球磨机功率大于0.5就适合进行辊压机预分选技术改造。传统的水泥粉磨电耗在38～45千瓦时/吨水泥，而实施预分选技术改造后水泥粉磨电耗在26～28kWh/t水泥。复合水泥的混合材掺加量增加5％～10％，这样，每粉磨1t水泥可以降低成本20～30元。

　　以苏州天山系统为例，全部技改约200万元，技改周期10天，水泥产量提高80t/h,水泥粉磨电耗下降7.0kWh/t，水泥的混合材掺加量增加2％～3％。这样，每粉磨1t水泥可以降低成本15元左右。

　　5、总结与提高

　　研究表明，水泥颗粒圆形系数(平均)由0.65提高至0.73时，水泥胶砂流动度最大可提高25％，并且随圆形系数的提高，有不断增大的趋势。在相同胶砂流动度下，圆形系数由0.67提高至0.72，W/C可减少8％，且各龄期水泥强度提高均20％以上。球形化水泥的凝结时间比一般水泥长。球形化水泥颗粒堆积密实，水泥胶砂试体中总孔隙率低、中位孔径小，细孔(15.1mm～39mm)或微细孔(3.4mm～15.1mm)含量增多；相同水灰比下中后期强度较一般水泥可提高6～10MPa。

　　为了控制水泥W/C，我们取原水泥需水率X，并做了旋风筒下不同提取量的水泥标准稠度需水量如下表：

　　苏州天山水泥公司根据客户的需求，最终将提取的成品量控制在50-60t/h，比表面积380-400m²/kg。

　　江苏吉能达建材设备有限公司研发的水泥辊压机半终粉磨新工艺及设备在苏州天山水泥有限公司成功应用后，在国内辊压机（立磨）的大型水泥企业中引起了广泛的关注，《中国建材报》于5月7日作了《江苏吉能达在水泥半终粉磨技术取得重大突破》重点报道，5月22日在苏州天山水泥有限公司召开了现场会，吸引了近百家水泥企业参加。继苏州天山水泥公司之后，目前又有屯河天山、伊犁天山、枣庄中联、日照中联、卧龙中联、唐山燕东等多家水泥企业与吉能达公司签订了合同。江苏吉能达公司研发的水泥辊压机半终粉磨新工艺及设备必将为节能降耗、提高水泥的产、质量作出新的贡献。