助磨剂与球磨机优化

水泥格雷斯公司王政 2015-05-29

助磨剂或水泥添加剂的使用量不断增长，过去20年间出现了显著加快的势头，其主要原因在于水泥添加剂技术的进步以及经济环境的变化。二氧化碳排放贸易体系的引入，也使得水泥添加剂技术的应用进一步增加，这是因为水泥添加剂技术可以降低水泥中的熟料含量，同时保持水泥的性能不变，从而可以降低吨水泥的二氧化碳排放量。

此前已有很多文章阐述了如何使用助磨剂或水泥添加剂来提高水泥生产效率，从而提高水泥生产经济效益。这些化合物通常用于水泥生产之中，用来提高粉磨工艺设备的产量和效率，提高水泥成品的性能、质量和易输送性。

显而易见，合理地使用助磨剂，是工艺工程师可以用来提高粉磨工艺效率的诸多工具之一。由于有关助磨剂的工作机理在此前的文章中已有详细的论述1，因此本文将不会重点阐述助磨剂如何直接提高粉磨效率，而是重点分析运用这些工作机理优化磨机循环负荷和粉磨介质来提高磨机产量。

球磨机的粉磨机理

助磨剂的作用主要表现在减少颗粒团聚、减少糊球；提高选粉机的选粉效率，选粉机的效率曲线更陡，旁通量更少；以及降低磨机的物料填充率。降低磨机的物料填充率这一点很重要，这是因为在稳定状态下，与装球量相比，磨机的物料填充率存在一个最佳值，以确保最大限度地提高粉磨效率（即最佳球料比或物料的磨内停留时间）。人们普遍认为，大约85%的物料填隙率为最佳值2（物料填隙率是指物料体积除以粉磨介质之间的空隙的比值）。不过，在实际情况下，最佳循环负荷往往导致物料填隙率超过85%这一比值，通常达到110%-120%，这是因为磨机物料总通过量（新鲜喂料和回料）的提高以及粉磨介质的尺寸缩小（特别是2，3仓），共同导致物料填隙率的增加。

磨机循环负荷的优化

对于任何一个闭路球磨系统而言，均存在一个最佳循环负荷对应最大磨机产量和最小功率消耗（kWh/t）。增加循环负荷可以减少入磨细粉量，减少细粉在磨内团聚的影响。不过，循环负荷的增加，会增加磨机的物料总通过量，和选粉机的负荷，从而降低选粉机的选粉的效率同时会增大磨机的物料填隙率，降低磨机的粉磨效率（当超过85%的最佳填隙率时）。在一定循环负荷下，必须通过试验确定最佳物料填隙率，同时该值取决于很多参数，包括：磨机直径；磨内风速；选粉机的效率；粉磨介质大小；助磨剂，一仓的破碎性能等。

采用助磨剂可以提高物料分散效果，减少磨内物料填隙率，从而提高粉磨效率。此外，助磨剂的这些助磨机理使得应用助磨剂后可以有机会优化磨机循环负荷。简单地说，助磨剂可以让选粉机和磨机在保持同样效率的情况下提高磨机总通过量，从而可以在更高的循环负荷范围内优化磨机循环负荷。

表格中的范例概述了对采用第三代选粉机Sepax选粉机和第2仓应用小粉磨介质（15-30mm，20mm）的FLS磨机开展的一系列测试情况。在第一种条件下，高物料填隙率限制了最佳循环负荷的大小，强行提高循环负荷（第2种条件）不能带来效益。第3种条件是在现有的最佳循环负荷下采用传统助磨剂的情况，在这种条件下，助磨剂所带来的好处相对不大（提高6%）。不过，使用助磨剂改善了一系列磨机条件，降低了磨机物料填隙率，提高了选粉机的选粉效率，减少了糊球。因此得到利用高循环负荷和应用助磨剂带来的好处（第4种条件）。因此，采用助磨剂以及重新确定最佳循环负荷，可以显著提高效益，提产达到15%。

第二仓粉磨介质的优化

有关球磨机的最佳粉磨介质尺寸和级配，此前很多年已有大量的文章进行过论述。其中一个一致的结论是，降低粉磨介质的尺寸，有利于提高粉磨细颗粒的效率。在典型的球磨机系统中，只要满足下列的先决条件，就可以通过降低粉磨介质的平均尺寸，提高第2仓的粉磨效率，这些先决条件是：

- 一仓有充足的破碎能力-目标是95%的颗粒小于1mm

- 磨机内部无过度的糊球

-二仓物料不过多（即填隙率不高）

有关最佳破碎介质尺寸的早期研究工作主要是由Austin公司在1970年代和1980年代开展的。显而易见，一旦颗粒的尺寸低于1mm，大的粉磨介质（如超过25mm）就无法再提供最高的粉磨效率。下图显示的是此前"蓝圈公司水泥研究中心"（Blue Circle Research Division）对类似研究进行的汇总。在水泥粉磨中，一旦将进料的尺寸降至1mm以下，15-25mm的粉磨介质则是用于提高粉磨效率的最佳选择。因此，在第1仓运行情况良好的情况下，可以为二仓装配小的粉磨介质，以便提高粉磨效率。

粗略估算，将粉磨介质的平均尺寸从25mm降至15mm，可望提高20%的粉磨效率。不过，其假定条件是所有其它重要参数保持不变。然而事实上，这种情况并不存在，这是因为使用尺寸更小的粉磨介质往往会导致粉磨介质（球体）总数的大幅增长，增加对物料流动的阻力，从而导致磨机内物料填充率的提高（提填隙率）。如果填隙率超过85%的最佳值，粉磨效率就会下降。如果磨内糊球严重，粉磨效率会进一步降低。此前"蓝圈水泥技术中心"也对平均球径（第二仓）对填隙率的影响开展过研究。

研究结果表明，如果将平均球径从25mm降至15mm，填隙率将增加10%-20%，从而导致粉磨效率下降5%-7%左右。因此，采用尺寸小的介质所带来的净效果受到损害。此外，如果存在粗颗粒，如果糊球很严重时，利用更小粉磨介质的粉磨效率将进一步被削弱。