贾华平：半终粉磨工艺与水泥的需水量

天瑞集团水泥有限公司总工贾华平

所谓半终粉磨，准确的说就是在粉磨系统的预粉磨阶段，提前选出一部分细度已经合格的半成品，将其直接加入到成品中。让细度上已经合格的产品提前离开粉磨系统，不再接受后续粉磨，从而提高整个粉磨系统的选粉效率，减少过粉磨现象、减少粉磨能的浪费，提高系统的粉磨效率。

半终粉磨，实际上是利用选粉设备的闭路工艺，对现有联合粉磨工艺的一种优化。根据所选预粉磨设备的不同，有多种具体形式，但由于系统选粉效率的提高，其提高粉磨效率是一定的。

关于半终粉磨工艺的水泥需水量问题，几种半终粉磨工艺不尽相同，具体要看其在预粉磨阶段采用什么设备，导致成品中的微粉含量、颗粒级配和颗粒形状有何变化。微粉含量的增加、颗粒级配的窄化、颗粒形状的非球形化，都会导致水泥需水量的增加。

比如早期的两台球磨机串联粉磨工艺（第一台是闭路的）就是最早的半终粉磨，能提高粉磨效率，能减少过粉磨现象，减少水泥的微粉含量，确实能降低水泥的需水量；比如近年有将生料中卸烘干磨改造的水泥磨，应属于紧凑型的半终粉磨，但由于其水泥的颗粒级配较窄，水泥的需水量有所增加。

现在多数说到半终粉磨，实际上指的是辊压机半终粉磨。就是将辊压机闭路系统收集的部分细粉直接加入到水泥成品中，一些商家在推行中有一种说词是值得商榷的。据说：一是能增加产量降低电耗，二是能改善水泥的颗粒级配，减少其微粉含量、拓宽其粒度分布，降低水泥的需水量。[Page]

1、辊压机半终粉磨系统概述

所谓辊压机半终粉磨系统，参见图5.167，就是将辊压机闭路系统中一部分未加整形的水泥颗粒，直接加进了水泥成品之中，由此提高了整个粉磨系统的选粉效率，使细度上已经合格的部分物料不用再通过球磨机耗电粉磨，提高产量和降低电耗是必然的，这一点儿毋容置疑。

至于辊压机半终粉磨的水泥需水量，既取决于水泥的微粉含量（水化速度）、颗粒级配（堆积密度），还与水泥的颗粒形状（堆积密度）有关。微粉含量的减少、级配的拓宽能降低水泥的需水量，但颗粒形状的异化（非球形化）又能增加水泥的需水量。

实践证明，辊压机半终粉磨系统的水泥，其需水量总体上是增加的；至于增加多少，与进入辊压机的原始物料的特性及细度有关，即辊压机对其颗粒形状的异化程度有关。天山苏州水泥公司的半终粉磨系统流程如图5.167所示。

图5.167 天山苏州水泥公司的半终粉磨流程

如图5.167所示，由于其在V选与旋风收尘器之间加了一台选粉机，降低了对成品水泥颗粒级配的拓宽能力，这对降低水泥的需水量是不利的。姑且不论是否能拓宽颗粒级配的分布范围，但可以肯定，这部分物料主要是没有通过球磨机整形的辊压机细粉，其颗粒的球形度是较差的。

影响水泥需水量的堆积密度，除与水泥的颗粒级配有关外，还与水泥的颗粒形状有关，圆度系数（与颗粒投影面积相等的圆的周长与颗粒投影面积的实际周长之比）越高，与水的接触表面积就越小，标准稠度需水量就越小。

辊压机为料床挤压一次粉碎，效率高但球形度不好，球磨机为多次冲击研磨，效率低但球形度高，这也正是在水泥粉磨系统中辊压机甩不掉球磨机的主要原因，甚至辊压机配单仓短球磨的试验也尚未成功。所以，辊压机半终粉磨系统不可能改善水泥的需水量，事实证明辊压机半终粉磨系统生产的水泥，其需水量反而比较高，不太受用户欢迎。

实际上，如果考虑拓宽水泥的颗粒级配，降低其需水量，将球磨机磨内通风的收尘粉直接加入成品中更加合适。但要注意收尘粉的细度，如果存在过粗的颗粒，则可以在袋除尘器之前加一级旋风除尘器。

但这不等于说辊压机半终粉磨系统就没用了，反倒可以说是精细化管理的一项成果。辊压机半终粉磨虽然具有水泥需水量高的缺点，但对提高粉磨系统的产量和降低电耗还是确实有效的。任何性能的提高都伴随着针对性提高和适应性下降，只要我们能用其长避其短，辊压机半终粉磨还是能有所作为的。

比较适应辊压机半终粉磨的条件：对辊压机异化颗粒形状小的物料（比如较细的粉煤灰），对水泥需水量不敏感的市场和用户、对于大部分低标号水泥、对于水泥开路粉磨系统、对于比表面积控制比较低的水泥、对于需水量不高的熟料、对于外掺矿渣微分的水泥。

不太适合辊压机半终粉磨的因素：对水泥需水量要求苛刻的市场和用户、对于大部分高标号水泥、对于水泥闭路粉磨系统、对于比表面积控制比较高的水泥、对于需水量高的熟料、对于比较差的石灰石矿山、对于碱含量比较高的原料。

实际上，上述条件都不是一成不变的，有时适应有时不适应。我们可以设计为“半终粉磨”和“联合粉磨”并存的工艺，按需切换、各取所长、互相弥补，在具备条件的情况下把产能发挥到最大、把电耗降到最低。

2，辊压机半终粉磨未增加需水量的案例

这里有一个特殊案例，2014年初，河南某水泥公司在一番调研后，加了一台三分离选粉机，将自己的一台Ф4.2m×13m水泥联合粉磨系统改成了辊压机半终粉磨系统，其改造后的系统流程如图5.168所示。

改造后，生产PC32.5水泥，产量比原来的每小时270多吨提高了20%以上，电耗尚未详细统计，但肯定有较大的降低；水泥强度、特别是大家强调的水泥需水量，看不到有什么变化。老板兴奋的说：我说行、你们说不行，这不很好吗，设计院不是说需水量会增大吗？有时候设计院的话也不一定就对。

一周后，该公司总经理突然接到施工单位的电话，说水泥质量出问题了。该公司有全面的质量指标统计，生产中没发现任何问题，施工中怎么会有质量问题呢？该总经理立即赶到现场，结果看到墙上的水泥砂浆难以推平、小车中拌好的水泥砂浆表面浮着10多mm厚的一层水。

坏了，是水泥的保水性出问题了。该总经理回厂后立即下令停止了试生产，并给三分离选粉机加了一个旁路管道，恢复了联合粉磨生产系统。该总经理十分纳闷的说，设计院不是说需水量会有问题吗，没有人说过保水性出问题呀！老板这一次又有话说了。

图5.168 河南某公司水泥半终粉磨系统流程

实际上，老板和总经理都不要怪设计院，辊压机半终粉磨系统不利于控制水泥需水量，这话没有说错，是一个共性问题。该公司的问题肯定有其特殊性，是一个个性问题，要具体问题具体分析。[Page]

事后了解到，该公司PC32.5水泥的粉煤灰掺加量达到30%以上，而且掺加的是经过二级粉煤灰选剩的余灰，细度总体较粗、微粉已经很少。“成也萧何败也萧何”也，需水量没出问题、保水性出了问题都是这个粉煤灰的原因。

需水量之所以没有象其它公司一样出问题，是因为其掺有大量的粉煤灰。粉煤灰本身为球形颗粒，未通过辊压机的粉煤灰被直接选进水泥成品中，不会恶化水泥的总体颗粒形状；粉煤灰总体较细，即使它经过了辊压机，因为在其他组分大颗粒的掩护下，粉煤灰的颗粒形状也不会有多大改变。如此，辊压机半终粉磨未能改变水泥的颗粒形状，所以其需水量也不会有多大变化。

哪水泥的“保水性”为什么会出问题呢？粉煤灰是表面致密的球形颗粒，吸附水的能力本来就差，大掺量粉煤灰水泥的保水性，即使没出问题也已经处于临界状态；保水性与粒度成反比，该公司所掺的粉煤灰又是经过二级粉煤灰选剩的余灰，细度总体较粗、微粉已经很少，再不经过球磨机研磨改善，水泥的保水性肯定要恶化。

实际上，还有一个没有引起大家重视的问题，选粉机虽然与易磨性关系不大，但其选粉性能与各组分的体积密度和容重相关联。比如，如果你采用粉煤灰做混合材，则粉煤灰与熟料的容重就相差较大，选粉机对粉煤灰和熟料的选粉性能是不会“一碗水端平”的，其选出的产品中熟料较细、而粉煤灰较粗，等于放松了对影响保水性的粉煤灰的把关。

我们知道，选粉机的分选原理是按物料的粒径切割分离的，一般讲某台选粉机在某种特定情况下都存在一个切割粒径，小于切割粒径的物料进入成品，大于切割粒径的物料则进入回粉当中，被视为不合格品返回粉磨系统继续研磨。

选粉机对粒径的切割，依赖于气流施予物料的速度、以及选粉机转笼叶片（或导风板）作用于物料的失速回弹，而这两个因素对不同容重的物料其效率是不同的。对于容重大的熟料，由于其表面积小，获得的速度较小、受到的回弹力较大，通过选粉机转笼的机会就少；对于容重小的粉煤灰则不同，由于其表面积大，获得的速度较大、受到的回弹力较小，通过选粉机转笼的机会就大。

如此分析，该公司也不一定就要把辊压机半终粉磨系统废掉，可以通过调整选粉机，把水泥成品细度控制得再细一点，就有可能解决其保水性问题。当然，调整后产量就高不了那么多了，电耗就降不了那么多了，在不得已的情况下应该退而求其次，在电耗与保水性之间找一个平衡点，看是否还能有利可图。

3，辊压机半终粉磨系统的平衡案例

任何事物都是一分为二的，辊压机半终粉磨也不例外，虽然具有增加水泥需水量的缺点，但对提高产量和降低电耗却是实实在在的，辊压机半终粉磨工艺可以说是对联合粉磨系统精细化管理的一次深入探讨。

任何性能的提高都将伴随着针对性提高和适应性下降，对任何事物我们追求至善至美没有错，但在某一方面不能退让时必须懂得从另一方面退而求其次，才能用其所长避其所短，寻求一个两方面都能接受的平衡点。

应该说，尽管大家对辊压机半终粉磨的看法还不统一，但都在关注它的存在和发展是一致的。特别是江苏盐城，辊压机半终粉磨几乎成了一个产业，是多家公司主推的工艺，已经由一味的唱好逐步转变为实事求是了，应该是一种进步。在2014年8月15日的《中国建材报》上，发表了一篇“谈水泥半终粉磨系统改造实践的体会”的文章，就是由盐城市水泥粉磨技术研究所陈开明等撰写的，应该具有较大的参考价值。

该文详细介绍了他们在溧阳金峰水泥对半终粉磨系统的调试体会，文章既讲到“系统产量在原有基础上提高了20%~25%”，又同时讲到“这种工艺形式也不完全是尽善尽美的，如果一味注重系统产量的提高而忽视了水泥质量的稳定，那么最终也是得不偿失的，业内已有多家水泥生产企业将原本拆除了的旋风式分离器重新恢复使用（笔者注：就是将半终粉磨恢复到联合粉磨）便是明证”。

文章进一步提出了“半终粉磨系统改造的提产幅度，一般情况下控制在20%～25%为宜”的结论，这一点是有问题的，这只是在一个厂一定时期的结论，还不具备推而广之的可信度，但毕竟提出了限产的概念。提产幅度应该控制不错，但具体控制多少合适，各个厂的情况是不一样的，这取决于通过辊压机的物料中含有多少细度合格的微粉，与原始物料的特性和细度有关，选粉机只能选出合格的产品而不能制造合格的产品，各厂切勿盲目照搬。

溧阳金峰水泥原有4条水泥生产线，均为Ф1.7m×1.2m辊压机＋Ф4.2m×13m球磨机＋O-Sepa4000选粉机的联合粉磨系统。系统装机容量约8500kW，生产PO42.5水泥，配料为熟料81%、粉煤灰2%、石膏5%、矿渣5%、石灰石7%，比表面积340～350m2/kg，台时产量220t/h，水泥需水比在26.8%～27.5%之间，综合电耗为32~35kWh/t。

该公司先对其中一台水泥磨进行了辊压机半终粉磨改造，将V选后续的旋风分离器更换成FV4000型涡流选粉机，并进行了一系列的适应性调整和产质量平衡后，产量稳定在了270t/h，与相同条件未改的4#粉磨系统相比，在台时产量提高了20%的情况下，水泥需水量达到了可以接受的27%～28%之间。

起初，因改造后系统阻力的增加，使得风速下降，V型选粉机中占比较大的中粉无法进入磨机系统，球磨机因“吃不饱”使磨内温度升高，超过了磨瓦报警温度而频繁停机，同时系统产量不仅没有增加，反而从220t/h下降到180t/h。解决办法是优化系统工艺布置，降低系统阻力，同时提升风机性能克服系统阻力，系统产量迅速提升到320t/h。

在系统产量大幅度提高的同时，随之而来的是水泥需水量的同步上升，最高时达到了29.5%，严重制约了水泥的销售。调试过程中又对熟料与混合材的配比、水泥的细度等方面进行了调整，并将系统的产量降回到270t/h，水泥需水比才得以稳定在27.5%左右。

综合改造及调试情况，盐城市水泥粉磨技术研究所，对水泥半终粉磨系统改造总结了一些注意事项，现整编如下：

（1）不可一味追求高产量，更不应夸大宣传，这样会对用户会产生误导作用。无论提产的空间多大，必须要保证产品的质量，具体表现在水泥的需水量和早期强度两个方面。

（2）产量提高20%时，水泥的需水量和3天、28天强度几乎不发生变化；产量提高25%时，需水量增加了3%~5%，水泥的3天、28天强度都不同程度出现小幅下降；产量提高30%以上时，水泥的需水量就超出了市场的承受能力。辊压机半终粉磨系统改造的提产幅度，一般情况下控制在20%～25%为宜。

（3）辊压机半终粉磨导致了入磨物料的微粉减少，打破了原有一二仓能力的平衡，实践证明，在一仓加入一定数量Φ80mm的钢球是必要的；为弥补在预粉磨系统中选出的水泥颗粒形状不好的缺陷，使得通过球磨机的水泥颗粒的形状更加重要，应控制好球磨机的磨内流速，减小磨内通风和增设挡料环都是必要的措施。[Page]

4，没有辊压机的半终粉磨

前面谈了半终粉磨能提高粉磨能力、降低粉磨电耗；谈了辊压机半终粉磨，由于水泥的颗粒球形度不好，是增加水泥需水量的主要原因。那么，是否有一种不用辊压机的半终粉磨，既提高产量、降低电耗，又不增加或者少增加水泥的需水量呢？

南京苏材重型机械有限公司、近期推出的“风选磨半终粉磨”系统（参见图5.169、图5.170）就有这种特性，该系统实际上是球磨机串联粉磨的一个变种,具有如下两个特点：

（1）由于用风选磨取代了半终粉磨系统的辊压机，回避了水泥颗粒形状的球形度问题，就缓解了水泥的需水量问题，这已在球磨机串联粉磨上得到验证。更准确点说，是在较大程度上改善了半终粉磨水泥的需水量问题，因为任何半终粉磨都是提高了整个系统的选粉效率，选粉效率的提高必然带来颗粒级配的窄化，水泥颗粒分布的窄化必然导致需水量的提高，这是风选磨半终粉磨系统也回避不了的。

（2）由于用风选磨取代了球磨机串联粉磨的“第一台”球磨机，相当于结合水泥技术装备的发展对球磨机串联粉磨工艺进行了优化，使粉磨效率得到进一步提高。但概念必须清楚，单就某台设备来讲，尽管风选磨的效率比“第一台”用球磨机高，但它还是没有辊压机高，这是它的粉磨原理决定的。

图5.169 南京苏材的风选磨半终粉磨工艺流程

图5.170 扬中大地水泥公司的风选磨半终粉磨系统

尽管风选磨的效率没有辊压机高，但由于其改善了辊压机半终粉磨的水泥需水量问题，使得风选磨半终粉磨的系统效率、在同等水泥需水量的情况下、反而比辊压机半终粉磨系统有所提高、系统粉磨电耗进一步降低，而且风选磨半终粉磨的系统投资比辊压机半终粉磨系统低一半左右。综合平衡起来，特别对于已有生产线的改造，应该是一种不错的选择。

该系统的特点，除了采用半终粉磨新工艺以外，关键还采用了风选磨这个新设备，这里有必要作一简单介绍。所谓风选磨，其工作原理如图2.12所示，实际上是大家已经熟悉的球破磨的一个改进型，主要改进之处在于采用了筒体边缘排料，并在出料处设置了粗细筛分装置。应该强调指出，这一改进对半终粉磨系统是非常重要的，单就粉磨效率来讲，球破磨半终粉磨达不到风选磨半终粉磨的效果，是无法与辊压机半终粉磨相比的。

管磨机在回转过程中筒体内的物料会产生粗细离析，较大的颗粒倾向于分布在筒体的中心，细粉倾向于分布在筒体的周边，中心出料具有中心料优先的特点，既容易导致中心的粗颗粒跑粗，又容易造成周边的细粉过粉磨，这显然是不合理的。风选磨改为边缘出料，给分布于筒体周边的细粉以优先出磨的机会，较好地解决了球破磨的跑粗和过粉磨问题，提高了粉磨效率。

风选磨设置有出料筛分装置，使出磨物料的颗粒受到严格控制，设计大于1mm的颗粒不得出磨，留在风选磨内继续粉碎直至达到出料要求，从而为半终选粉打下了基础、为后续球磨机减轻了负担、为系统提产创造了条件。

风选磨的出磨物料细度，一般控制在80μ_m筛余50%左右。2014年7月17日，曾经对扬中大地水泥公司的风选磨出料取样，由南京工业大学进行了电镜粒径分析，测得的粒径分布见图5.171和表5.79。

图5.171 风选磨出磨物料电镜粒径数据分布

表5.79 风选磨出磨物料电镜粒径数据

由表5.79可见，风选磨的出磨物料最大粒径为724.44μ_m，全部达到了1mm以下，这对于球破磨以及通常的球磨机是做不到的，说明了风选磨出料筛分装置的有效性。但应该指出，这一结果的基础是风选磨采用了边缘出料，控制了跑粗行为，为出料筛分打下了基础；如果是球破磨或现在的球磨机，即使设置了出料筛分装置，也不可能得到这一结果。

2014年8月4日的《中国建材报》，刊出了一篇“南京苏材风选磨半终粉磨工艺通过专家评议”的报道。报道指出：近日，江苏省建材行业协会组织有关专家，对南京苏材重型机械有限公司研制的“风选磨半终粉磨工艺及装备”，听取了报告、考察了使用、审阅了资料，进行了质询和评议。

专家评议会一致认为：该系统具有工艺简洁、设备简单、操作方便、工作稳定可靠、工况适应性强、投资运行费用低等突出优点。经江苏、贵州部分厂家实际使用，与辊压机半终粉磨工艺相比，产量相当，电耗进一步降低2kWh/t～3kWh/t，混合材多掺3%～5%。

水泥是由整个粉磨系统生产的，而不仅是其中的某台设备生产的，辊压机的粉碎效率高并不表示它所在的系统粉磨效率就高。前面关于溧阳金峰的调试已经谈到这个问题，仅管辊压机的能力可以使半终粉磨系统的产量提高30%以上，但由于受水泥需水量的制约，只允许辊压机半终粉磨系统提高20%的产量。

关于需水量的制约问题，对风选磨半终粉磨系统的影响，比对辊压机半终粉磨系统的影响要小得多。这就是说，仅管辊压机能力较大，但不允许它全部发挥出来；虽然风选磨能力较小，但允许它充分发挥。最终使得风选磨半终粉磨系统的效率，并不比辊压机半终粉磨系统的效率低，甚至还有所提高。

江苏扬中大地水泥在会上详细介绍了实际运用情况：公司原有Φ3.5m×13m开路水泥磨机1台，今年春天采用南京苏材风选磨半终粉磨工艺进行了技术改造，增加了1台FM40风选磨（φ4.0×5m）作为预粉磨工艺的设备，增加了1台新型SX1500型选粉机作为前（风选磨）闭路、后（球磨机）开路工艺的选粉设备，合格成品直接入库，粗粉进入原有球磨机再粉磨。改造后，系统台时产量由65t/h提高到120t/h，粉磨电耗由原来的36kWh/t降低到了28kWh/t，熟料利用率提高3%～5%。