技术 | 挖掘水泥粉磨系统节能增效潜能的4个建议

随着我国新型干法水泥生产工艺日臻完善，围绕新型干法工艺设备技术的改造对行业发展至关重要。在水泥生产中，粉磨工艺的过程能耗巨大，约占水泥总能耗的72%。随着工业化和城镇化的继续推进，水泥需求在未来若干年内还将保持稳定。但在环境执法力度不断加大，错峰生产常态化下，由于水泥产能过剩，对生产和节能减排技术落后的企业将要淘汰出局。这是挑战，也是机遇，节能减排已经刻不容缓。

就目前水泥粉磨工艺流程而言，有：管磨机（开路或闭路）粉磨系统，辊压机+球磨机联合粉磨系统、立磨粉磨系统、筒辊磨粉磨系统及辊压机终粉磨系统等。粉磨工艺的选择与应用直接影响的水泥的产、质量及生产成本，在水泥装备中占有举足轻重的地位。

发达国家一个粉磨站最多能生产70多个品种水泥，全靠闭路流程调整。而我国既有“开路系统”也有“闭路系统”，如何挖掘节能潜能，实现提质增效，本人从管磨机作为粉磨设备的改造要点进行相关论述，抛砖引玉，谬误之处，恳请业界各位老师予以批评指正。

//一、从设备布局、选型、安装、维护工艺上挖掘潜能//

有市场的地方建粉磨站，从布局合理性上，应该建在销售地区附近，还可设置在城市附近，即能吸收城市工业废渣，又能节省40%左右的运费。

大多数水泥厂在水泥预粉磨设备选型时，常常是以现有球磨机设计生产能力的2倍来选用。这种选型思维比较保守，球磨机的增产幅度收到限制，没有充分发挥球磨机的预粉磨设备的各自特点。比如辊压机电机功率之和与磨机主电机功率之比在0.4以下，应选择打散分级机。它集料饼打散与颗粒分级于一体，与辊压机配套使用,可以消除辊压机边缘漏料和开停机过程中,及正常工作时未被充分挤压的大颗粒对后续球磨系统产生的不利影响,以获得大幅度增产节能的效果。同时对物料水分适应性强，工艺流程简单节省投资。又如辊压机电机功率之和与磨机主电机功率之比在0.5以上。则应选择V型分级机,因内部无运转部件，属于完全通过气流分选的静态分级设备，适宜于配置在处理能力较大的辊压机系统中，工作可靠稳定，利于辊压机的平稳运行，提高系统产量；结构简单，耐磨部件使用寿命长；使用风量小，压差损失小；成品细度可以通过调节风速来控制，调节方便可靠；具有烘干功能。由于采用气流分级，V选分级精度比打散分级机有所提高，入磨粒度细在0.5毫米左右。

球磨机和其他辅助设备制造安装误差大，易给今后正常运转和维护带来诸多问题。在设备安装维护上要依据JC/T334.1-2006《水泥工业用管磨机》和JC/T451-2007《微介质水泥磨机》中规定的标准。另外隔仓板不允许设置在筒体段节对接焊缝处、固定在筒体端部的法兰横断面平面度小于0.1㎜，法兰端面偏摆小于0.1㎜。中控轴径在加工后要抛光到要求的光洁度。为确保球磨机传动部件长期安全高效运转，还要注意装于出料端筒体上大齿圈温会升高，直径会膨胀。故冷态侧隙要加大，同时加强齿轮副的润滑管理，最好采用合成开式齿轮油喷雾润滑。并积极开展预防性维修。

//二、从入磨物料粒度、易磨性和温度上挖掘潜能//

由管磨机的粉磨特性分析可知，这种工艺流程磨细功能有余，破碎能力不足，大粒度物料由磨机粗磨仓破碎是不合理的。所以，必须设置高效而稳定的磨前物料预处理工艺、缩小入磨粒度，将管磨机粗磨仓的工作部分或全部移至磨外完成，达到‘多破少磨’是实现粉磨系统增产、降低电耗最有效的技术途径。根据德国R.阿斯穆斯等人做过模拟计算，若将物料预磨到勃氏比表面积150——200m2/kg,则球磨机系统产量可以提高100%能耗降低24%——30%的这一结论。当入磨物料的颗粒粒径达到勃氏比表面积150——200m2/kg,也就是入磨物料粒度应不超0.9毫米。球磨机就可以取消破碎仓，只起最终细磨并控制颗粒形状与颗粒组成的作用。采用单仓简化磨机结构，全部加装研磨效率高的小直径钢段，充分发挥球磨机研磨效率高的特点，使球磨机专门用于水泥研磨。

物料的易磨性是物料本身的一种性质，表示粉磨的难易程度。物料的易磨性系数大表示容易磨细，易磨性系数小则表示难磨。为此采取分别粉磨，各种物料可以根据要求磨至不同的细度。物料分别粉磨工艺可最大限度地发挥水泥成品的胶凝活性，为大量利用高活性工业废渣，净化生态环境创造了良好的条件。经分别粉磨再均匀搅拌成的水泥，有更多的混合材掺量。采用分别粉磨与混合粉磨矿渣水泥是，在产品混合细度相同的情况下，分别粉磨的产量高10%左右。

降低磨内温度，是提高粉磨效率的有效方法。首先降低熟料温度，最直接的方法是自然冷却，并保持一定的库存量，避免刚出窑的熟料直接入磨。其次，向粉磨仓喷人少量的雾状水，尤其是粉磨纯熟料水泥，在熟料温度较高时，磨内喷水效果更为显著。另外，可采用水泥冷却器控制出磨水泥温度，防止出磨水泥温度高造成“假凝”、“快凝”的现象。对外加剂的适应性有很大的提高，满足用户需求。

//三、从磨机衬板的结构形状及材料上挖掘潜能//

在确保入磨物料粒度的同事，应优化设计磨机内部衬板的工作表面形状。粗磨仓宜选用提升能力较好的阶梯衬板，细磨仓采用活化衬板。安装筛分型隔仓板机篦板。衬板表面形状的选择目的只有一个：选择理想的磨球工作状态，追求球磨机的最大研磨能力。 

衬板的结构多种多样，磨矿效率很大程度上受球磨机衬板结构的影响。衬板形状的差异，会使提升摩擦系数不同，对介质和物料的提升能力也不同，并且还影响介质在抛落点的受力，导致介质在筒体内的运动状态不同。衬板结构将直接影响到球磨机的磨矿效率以及钢耗、能耗。合适的衬板结构，能将介质提升到理想的高度，使各层介质降落时碰撞能量分布合理。研制合理的衬板结构，对球磨机的发展非常重要。水泥管磨机一仓需要一定的粗粉磨功能，常采用对研磨体提升能力较好的曲面阶梯衬板、沟槽阶梯衬板、大波纹衬板、波纹阶梯衬板等，阶梯衬板带球端厚度尺寸取值不能太低，以保证对研磨体的有效提升高度，传递给研磨体最大能量。如沟槽衬板：工作表面上有圆弧形沟槽的衬板。与平面衬板相比，沟槽衬板与介质的接触相对较长的弧面，研磨角比平直衬板与介质的研磨角大的多。可见沟槽衬板对物料的研磨和粉碎作用非常有利，并且介质与衬板之间存在着物料，又能对衬板和介质产生保护作用，使介质磨损损耗降低及提高衬板的使用寿命。与其它形状的衬板相比，沟槽衬板对介质提升均匀，磨机转动时不会产生脉动力矩，能起到减振降噪的作用。加上沟槽衬板的质量比一般衬板约轻10%，磨机需要的功率下降20%左右。

对于细磨仓而言：当研磨体使用微锻时，多采用小波纹衬板+活化环结构。细磨仓活化装置的合理设置：主要目的是减少“滞留带”（研磨死区）产生的的负面效应，充分激活微型研磨体能量；一般按细磨仓有效长度方向在1.25m—2.25m（五块至九块单孔小衬板）长度范围内设置一周圈或沿圆周方向错开安装；根据物料易磨性及成品细度控制指标等技术参数，活化环有效高度尺寸可取管磨机公称直径的20%--30%，高度过低则影响活化效。当研磨体采用小钢球时，多选用分级衬板；但也可采取3—5种不同工作表面形状的衬板与活化环搭配使用；总之，无论采取何种配置，必须以达到“磨内磨细”为最终目的。

就球磨机而言，衬板对生产的影响比磨球大的多。借用机械设计中的“基孔制”或“基轴制”概念理解最好。因此在衬板和磨球的选择之中，首先应决定的是衬板，必须保证球磨机衬板的使用寿命在两个大修期以上，并且尽可能的不要维修。应选择那些含碳量较高的铬钼合金钢或高铬铸铁之类的材质。这里要注意的一个问题是“工况适用”的概念。并不是合金化越高越好，衬板的硬度应大于HRC50。

//四、从钢球装载量和级配上挖掘潜能//

衬板和磨球毫无疑问是相互配合的关系，他们和物料共同形成三体磨料磨损。物料在磨机内磨成细粉，是通过研磨体的冲击和研磨作用的结果，因此，研磨体级配设计的好坏对磨机产质量影响很大。要设计好磨机研磨体级配，必须充分考虑研磨体装载量、各仓填充率、平均球径、物料水分、物料流动性、物料粒度、隔仓板形式、隔仓板蓖缝大小、各仓长度、粉磨流程等因素。

填充率设计俞高，磨机的装载量就会俞高。要提高磨机的产量，应尽可能提高磨机的装载量。但磨机装载量不能无限提高，磨机装载量太高，磨机电机的电流会很高，有可能会烧毁电机或威胁磨机机械设备的安全。磨机研磨体填充率设计多少，应充分考虑磨机的机械设备的承受能力以及磨机电机的承受能力。为了提高磨机的产量，一般可采用液体变阻起动器和进相机等设备，降低磨机的起动电流和提高磨机电机的过载能力，从而提高磨机的装载量。在解决了磨机的起动和提高了电机的过载能力后，绝大多数磨机的装载量都可超过设计装载量。一般磨机的设计填充率为28％左右，但在加装了液体变阻起动器和进相机设备后，通常都可达到35%～38%，甚至达到40%～42%，研磨体装载量大大超过设计装载量，磨机产量也大幅度提高。  

在确定了磨机的总装载量后，紧接着就是要确定各仓的填充率，也就是要确定每个仓的装载量。这主要靠经验和观察确定，但可以掌握一个原则：磨机各仓研磨能力的平衡。如果磨机各仓研磨能力达到平衡了，那么在此装载量的条件下，磨机也就达到最大产量了。那么如何确定磨机各仓研磨体是否达到了平衡，常用方法有听磨音、检查球料比、绘制筛余曲线法。设计磨机各仓填充率，还要考虑磨机的流程，一般来说对于有选粉机的磨机，磨机内研磨体的球面通常采用逐仓降低的装法，前后两仓球面相差25～50MM，这样可增加物料在磨内的流速；没有带选粉机的磨机，研磨体的球面常采用逐仓升高的办法，以控制成品细度。  

磨机各仓的填充率还受隔仓板形式和篦缝大小的影响，隔仓板形式和篦缝大小决定物料通过隔仓板的速度，从而影响到磨机内各仓的物料料位的高低，显然，高料位必须用高的填充率，料位低，当然也就不需要那么高的填充率了。此外，物料水分含量、物料流动性质、物料粒度大小都会影响到物料在磨内的流动速度，从而造成磨内各仓料位高低不同，因此，磨机各仓的研磨体填充率也要作相应的调整。

合理选择研磨体级配，确定一定条件下的填充率，是提高球磨机产质量必不可少的措施。 磨机在进行粉磨时，物料一方面受到研磨体的冲击作用，另一方面受到研磨体的研磨作用。显然，在单位时间内，研磨体与物料接触点越多，粉磨越容易完成。当球磨机装载量一定时，要增加物料与研磨体的接触，则研磨体的尺寸越小越好。因此，在球磨机各仓长度、入磨物料粒度等一定条件下，只有通过选择大小适合的研磨体及其合理级配才能完成。

研磨体的级配目前尚无统一的理论方案，通常我们在进行研磨体级配使用时，应坚持以下原则：

（1）被粉磨的物料平均粒度大，硬度大或要求成品细度可以粗些，这时钢球的平均球径应大些，反之应小些。

（2）两仓或以上磨一般前仓用钢球，后仓用钢锻或钢球。

（3）研磨体必须大小搭配，大小球的配比原则应保证小球的掺入量不影响大球的填充率，一般小球占大球重量的3%--5%。钢球的规格一般用3～5级不同直径的钢球配合使用，锻仓级配的钢锻规格一般以2～3级组成。若有两个仓用钢球时，则两仓的钢球一般相差两级。

（4）同一仓钢球级配应坚持两头小中间大的原则，即最大直径和最小直径的钢球少，中间规格的钢球多。若用两种钢锻时，各占一半即可，若用三种钢锻时，可根据具体情况适当搭配。

（5）在确保成品细度的前提下，平均球径应当小些，以增加接触面积和单位时间的冲击次数。 当入磨物料粒度小，易磨性好，产品细度要求较细时，就需要加强对物料的研磨作用，适当降低研磨体的平均球径，反之应加大研磨体的平均球径。另外闭路粉磨的平均球径要比开路粉磨大一些。  

研磨体级配是否合理，可从如下判断：

（1）如果磨机产量正常而产品细度太粗，一般是由于物料流速太快，一仓粉碎能力过强，二仓研磨能力不足而造成。此时应取出部分大球大锻用小球小锻代之；减少一仓或增加二仓的装载量。

（2）如果磨机产量低、细度过细，可能是由于一仓粉碎能力不足，二仓研磨体填充系数过大。此时应补加大球及增大一仓的填充系数。

（3）如果磨机产量低、细度过粗，一般可能是装载量不足，磨耗大。此时应补加研磨体。

（4）正常喂料情况下停磨观察，如果一仓大部分球露出料面2～3cm（约半个球），二仓物料面刚好盖过或略高于研磨体为正常。如果一仓物料面超过研磨体很多，说明研磨体装载量不足或平均球径过小；反之，说明装载量过多或平均球径过大。

（5）如果两仓料层都很厚，产量低、细度不宜控制，可能是由于研磨体总装载量少或出料篦孔堵塞及出料空心轴内螺旋糊死，造成出料困难。

（6）在正常喂料的情况下，一仓钢球的冲击声较强，有哗哗的响声。如果一仓钢球的冲击声音特别宏亮时，说明它的平均球径过大或填充率较大。若声音发闷，说明一仓钢球的平均球径过小或填充率过低，此时应提高钢球的平均球径和填充率。二仓正常时应能听到研磨体轻微的刷刷声。

（7）此外，我们还可以根据主机电流正常下降幅度、圈流水泥磨配套选粉机电流大小、出磨输送设备电流变化等来判断研磨体级配是否合理性。

“系统环保、高效、节能是企业发展的硬道理”，今后水泥工业将围绕这个主题，持续开展“节能减排、低碳经济、净化环境”为中心的技术创新工作，进一步降低粉磨能耗。

来源：《水泥行业专家联盟》

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