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贾华平：对水泥生产粉磨工艺的技术展望
天瑞集团水泥有限公司 贾华平
众所周知，水泥行业是能耗大户，能源消耗伴随着水泥生产的全过程，粉磨工序是电老虎，水泥生产的电耗主要用在粉磨上。在激烈的市场竞争和紧迫的节能压力下，节能措施不断推陈出新。......
　　众所周知，水泥行业是能耗大户，能源消耗伴随着水泥生产的全过程，粉磨工序是电老虎，水泥生产的电耗主要用在粉磨上。在激烈的市场竞争和紧迫的节能压力下，节能措施不断推陈出新。在生料立磨、水泥辊压机联合粉磨等工艺技术，已经成熟并得到快速推广的今天，是否还有效果显著的节能工艺呢？本文就自己了解的一些片面情况，作一下技术展望。
一、关于生料制备
　　1. 关于生料的分别粉磨
　　分别粉磨这个概念起源于水泥粉磨系统，国内外在这方面已有诸多室内试验和工业使用案例，主要是针对易磨性相差较大的不同组分采取的措施，目前在国内外仍有使用的案例。而对于生料粉磨系统，目前尚未见到这方面的报道。
　　实际上，就生料粉磨来讲，在不少的厂家，同样存在着易磨性相差较大的配料组分。比如硅质原料，特别是采用硬质砂岩配料的企业，砂岩与石灰石等其他组分，其易磨性就相差很大。这一点在窑灰的成分上有很好的体现，窑灰的KH明显高于生料的，就说明砂岩与石灰石的易磨性相差很大。
　　当砂岩与其他组分的易磨性相差较大时，其生料中的组分细度就会有较大差别。生料就会在预热器内发生分选现象，导致窑灰与生料的成分产生了较大的差别，给窑灰的使用带来一定的麻烦，最终导致了含窑灰的入窑生料在成分上的不稳定，严重干扰了窑系统热工制度的稳定。
　　更重要的是，较大的砂岩颗粒形成了制约固相反应的瓶颈。我们都知道，水泥熟料矿物都是通过固相反应完成的，生料磨的愈细、物料的颗粒愈小、比表面积愈大、组分间的接触面积就愈大、表面质点的自由能也就愈大，就能使扩散和反应能力增强，反应速度加快。
　　有人做过试验，当生料中粒度大于0.2mm的颗粒占到4.6%时，在1400℃烧成的熟料fCa0为4.7%；当生料中粒度大于0.2mm的颗粒减少到0.6%时，同样在1400℃烧成的熟料，其fCa0尽然减少到1.5%以下。可见粒度对生料易烧性的影响有多么大！
　　理论上，物料的固相反应速度与其颗粒尺寸的平方成反比，即使有少量较大尺寸的颗粒存在，都会显著延缓其反应过程的完成。所以，生产上，要尽量使生料的颗粒控制在较窄的范围内，特别是要控制好0.2mm以上的颗粒。
　　但在实际生产中，生料粉磨得越细电耗就会越高。我们怎么样在尽量减少生料粗颗粒的同时又少增加电耗呢？就是要将生料细度控制在较窄的范围内；对于易磨性相差较大的原料组分，怎么样在将砂岩磨细的同时，又不会把其他组分磨得过细呢？将砂岩与其他组分进行分别粉磨，就是完全必要的了。
　　在这方面，亚东水泥的江西公司已进行了工业尝试，实践证明，对于同样细度的生料，其易烧性得到了大幅度提高，可以节约燃料。换句话说，在同样易烧性的情况下，可以将生料细度放粗，实现节电的目的。
　　江西亚东由原来外购软砂岩，改采用自有砂岩（硬质结晶），降低成本约21元/t(生料）。 使用一套原有RM56.4立磨，既研磨砂岩粉又磨石灰石粉，不增加主设备投资。采用砂岩分磨技术后，初步的结果显示，对于熟料的强度有较大的提高，电耗下降，具体对比如下：
2012年10月
2012年11月
2012年12月
2012年10月
2012年12月
　　2. 生料辊压机终粉磨系统
　　目前生料制备有中卸烘干磨、立磨、辊压机终粉磨三种方案，由于中卸磨能耗较高（22~28kWh/t），目前大都采用电耗较低的立磨粉磨生料（~18kWh/t），近几年将辊压机终粉磨用于粉磨生料，进一步降低了电耗（11~13kWh/t）。
　　辊压机终粉磨用于生料制备，不但节电效果显著，而且操作和维护都较容易，备品备件费用也低得多，应该是今后的一个发展方向。
　　下面以2500t/d窑系统所配生料制备系统作一下对比：
中卸烘干磨
辊压机方案
&O4.6*（9.5+3.5）m
选粉机功率
提升机功率
主机装机功率
主机装机电耗
实际生料电耗
24kWh/t生料
18kWh/t生料
12kWh/t生料
折合熟料电耗
37kWh/t熟料
28kWh/t熟料
19kWh/t熟料
　　就粉磨系统来讲，生料的比表面积一般在200m2/kg左右，在这个阶段根本就谈不上易磨性，影响产质量的主要是易碎性；受易磨性影响的阶段，比表面积一般在320m2/kg以上，这就是水泥了。所以，对原料关注的应该是易碎性，而不是易磨性，辊压机用于生料粉磨比用于水泥粉磨更适合。
河南嵩基5000t/d线辊压机终粉磨中控操作画面[Page]
　　鉴于生料辊压机终粉磨系统具有显著的节电效益，而且后续维护维修简单、运行成本低，我也作了一些调查，了解的几家公司的情况大致如下：
　　陕西满意水泥，采用mm &2*1800kWh 辊压机，台时430t/h，电耗10.7kWh/t生料；四川亚东水泥，采用mm &2*1800kWh 辊压机，台时340~350t/h，电耗15~16 kWh/t生料；登封嵩基水泥，采用mm &2*1800kWh 辊压机，台时430~450t/h，电耗12 kWh/t生料左右；邯郸太行水泥，采用 ?mm &2*1120kWh 辊压机，台时250t/h，电耗13.5kWh/t生料；采用钢渣配料时，台时200t/h，电耗17kWh/t生料；山西智海水泥，采用mm &2×900kW辊压机，台时 210～230t／h，电耗12kWh／t左右。
辊压机终粉磨示意图
　　仔细分析各公司的情况，有成功的、有不理想的、也有失败的，但总体上节电效果都是肯定的，问题主要出在辊压机的粘堵上。在北方干旱地区没有太大问题，而同样在南方多雨地区为什么有成功有失败呢，进一步分析发现：辊压机终粉磨系统并不怕雨水多、也不怕含土多，怕的是两者都多，导致辊压机粘堵。
　　就目前的运行情况来看，台湾花莲是雨水多，但含土少，运行良好；邯郸太行是含土多，但雨水少，运行良好；登封嵩基是新厂设计，加大了物料堆存，具有较强的抗雨能力，也运行良好；四川亚东是雨水多、含土多、天气潮湿，经常发生粘堵现象，台时产量较低，但由于节电效果还是有的，目前仍在使用。
　　因此，在选择辊压机生料终粉磨系统时，一定要慎重考虑辊压机的粘堵问题，适当加大防雨库存、加强系统保温措施、加强系统的烘干能力、甚至在破碎系统引入烘干功能，以确保在节电的同时能正常生产。对于雨水多而且原料含土多的生产条件，最好不要采用！
　　3. 中卸烘干磨改为辊压机终粉磨的最新案例
　　某公司2006年投产的4000t/d窑生产线，配置的生料磨为φ4.6×（9.5+3.5）m中卸烘干管磨系统，设计台时190t，配置总功率为4800kw，吨生料设计电耗为27度。近几年磨机台时在185～190吨，窑产量维持在2900t/d左右，生料工序电耗为28度左右，能力上也不能满足窑的需要。
改造前运行中的中卸烘干磨
　　为了降低生料粉磨电耗和提高生产能力，该厂在2014年4月份，在准备好的情况下，停窑15天，将中卸烘干磨就地改成了辊压机终粉磨，使系统装机功率下降了1200多kw。
　　辊压机终粉磨系统的工艺主机为，一台HFCG160-140辊压机、一台HFV4000 V型气流分级机、一台NBHm循环提升机。
　　由于是老厂改造，为了利用原有空间、厂房、部分设备，系统增加一台原料提升机、3条短皮带机，从而利用了原有中卸烘干磨空间和厂房，解决了布置难题、降低了基建投资；系统利用了原有热风系统、废气处理系统，对选粉机进行了局部改造，降低了设备投资。改造方案比新建方案投资降低了600多万元。
辊压机终粉磨改造方案图
　　辊压机生料终粉磨，与日投入运行。一周的试运行表明，细度控制80um筛余16%，200um筛余在1.5%左右，台时产量在190t/h左右；细度放粗到80um筛余18%，200um筛余将上升到1.7%左右，台时产量在210t/h。如果把细度放粗到80um筛余20%，200um筛余将上升到2.0%左右，估计台时产量能到230t/h。
　　从一周的试运行来看，辊压机终粉磨的生料易烧性较好，80um筛余可以比中卸烘干磨放宽2.0%左右。辊压机终粉磨20% 的细度，相当于中卸烘干磨18% 细度的易烧性。
　　从一周的试运行来看，生料电耗已经由原来中卸烘干磨的28kWh/t下降到辊压机终粉磨的16kWh/t。生料电耗下降了12kWh/t以上。在系统调整后，有望下降到13kWh/t生料以下。
　　改造总投资约1390万元，按节电12kWh/t生料，0.55元/kwh，年产熟料80万t，料耗1.55算，年节电效益800多万元，投资回收期不到两年。
试运行中的辊压机终粉磨中控操作画面[Page]
二、关于水泥粉磨
　　1.关于水泥的分别粉磨
　　前面已谈到了生料的分别粉磨，实际上分别粉磨这个概念，在水泥粉磨系统早有应用，是普通开流磨年代的主要增效措施之一。后来，由于选粉机的出现，特别是由于辊压机的出现，直至发展到目前的联合粉磨系统，分别粉磨的光环逐渐被掩盖。
　　对于水泥在混凝土中的使用性能来讲，应该说0~80um的颗粒都是必要的，但对于水泥强度的贡献，则主要是3~32um的熟料颗粒。熟料颗粒＞32um就会影响到其水化速度，影响到其活性的发挥，影响到其对水泥强度的贡献，应该尽量控制；＜3um的颗粒虽能显著提高水泥的早期强度，但会导致水泥的后期强度降低，引起水泥强度的前后不平衡，也是应该努力减少的；由于熟料是水泥配料中成本最高的组分，所以水泥中的其他粒级应该尽量减少对熟料的占用，而由其他成本较低的组分来补足。
　　用于粉磨水泥的不同组分的易磨性是相差很大的，目前的配料后共同粉磨，对水泥强度起主要贡献的熟料很难磨到最佳的细度，造成一定的潜能浪费；而比较易磨的其他组分又很难做到不产生过粉磨现象，增加除尘难度、影响磨内通风、产生包球及糊蓖缝，最终是降低了台时和增加了电耗。那么，如何在各组分的易磨性相差很大的情况下，实现对水泥中熟料的最佳粉磨呢？
　　目前，随着联合粉磨系统可挖的潜力已经不多，为了进一步的节能降耗，分别粉磨又逐步被重视起来，在国内的水泥厂、粉磨站，都已经有了设计、改造、运行的案例。这里简单介绍一下瑞安东骏公司的水泥分别粉磨情况，供大家参考。
　　东骏公司拥有一条4000t/d的新型干法水泥生产线，于2005年6月点火生产，设计年生产水泥148万t。水泥粉磨采用分别粉磨工艺, 粉磨设备采用两台史密斯的OK33-4立磨，混合材和熟料的粉磨是分开进行的。
熟料粉磨系统
混合材粉磨系统
混合搅拌系统&&[Page]
　　熟料和石膏用一台立磨粉磨，矿渣和石灰石用一台立磨粉磨，分别送入相对应的粉料库储存。然后，根据市场对水泥品种的需求，经冲板流量计计量按比例配合后，喂入两台KM3000D型混合搅拌机，经过搅拌混合后送入水泥储存库储存及出厂。
　　立磨设计生产能力为：比表面积＞420㎡/kg，台时84t/h；熟料粉比表面积＞330㎡/kg ，台时150t/h。其中熟料磨可以粉磨熟料粉或者直接生产水泥成品，可以在矿粉库满时先用熟料洗磨，然后调入熟料粉库粉磨熟料粉，可以根据生产情况和市场需求灵活多变的组织生产。
2009年本步电耗情况统计表：
年累计用电量（kW.h）
年累计单耗（kW.h／t）
混合材矿粉
2009年水泥粉磨系统综合平均电耗为31.13 kWh∕t，各品种电耗如下：
&　　通过以上数据我们可以清楚的看出，该公司选用立磨机进行水泥的分别粉磨是具有极大优势的，在当前的行业局势下，在原材料价格一路攀升的情况下，它可以控制水泥粉磨的电耗。需要指出的是，东骏公司系统的大型电机采用已经淘汰的水电阻启动方式，如果采用先进的变频调速技术，水泥粉磨电耗还能进一步降低。
　　2. 水泥立磨终粉磨已经成熟
　　立磨以其粉磨、烘干效率高，入磨物料粒度大，粉磨物料适应性好，工艺流程简单，空间布置紧凑，维护费用低等优点，在生料粉磨系统中的应用得到了迅猛发展。
　　但目前，国内粉磨水泥熟料仍然以辊压机+球磨机双闭路联合粉磨为主。球磨机的粉碎机理是对于大块物料，靠球的冲击，属于单颗粒破碎。100多年来球磨机的结构和工艺系统有了很大改变，但粉碎机理依旧，所以能量利用率没有大幅度的变化。由于破碎粉磨效率低下，绝大部分钢球的冲击能转变为热能，少部分冲击能转变为噪声，不但浪费了能源，而且污染了环境。
　　水泥粉磨是保证水泥成品质量的最后一关，尽管人们一直想将水泥行业推进到无球化时代，但由于球磨机结构简单、实用可靠、适合水泥工业的粉磨要求，所以它仍然长期占据着水泥粉磨的主导地位。
　　实际上，以立磨为代表的新一代水泥粉磨，尤其是水泥立磨终粉磨技术，以其工艺系统流程简单，单位电耗低、水泥产品质量稳定以及操作方便等诸多优点，已经在水泥工业迅速发展起来。国外尤其是欧美等国大公司在水泥立磨终粉磨方面技术已经非常成熟，已经有大量的销售使用业绩。
　　实践表明，水泥立磨终粉磨产品，完全可以和球磨机媲美，能够满足各种工程需要。根据中国水泥行业的资深专家高长明的统计，在历年新建水泥项目中，水泥立磨终粉磨的选用率如下表：
国外（不含中国）
　　2004年9月台湾幸福水泥公司在越南福山（phuc son）设计的无球化工厂，设计能力为5000t/d，采用1台LM48.4的生料磨、2台LM46.2+2C的水泥磨和1台MPS3070BK的煤磨。整个水泥厂的吨产品电耗降到78~80kWh/t。
　　成都院设计的阿联酋10000TPD生产线，也于2006年投产，印度新建的10000TPD生产线也投入运行，全部采用立磨，分别粉磨原料、煤、水泥，都取得了良好的业绩。还有多条新建水泥生产线采用了水泥立磨终粉磨技术。
　　在国内，湖北亚东(莱歇立磨)、云南东骏（史密斯立磨OK33-4）、四川（莱歇立磨）等水泥公司采用了进口水泥立磨，目前这些水泥立磨系统均运行正常。目前水泥立磨已成功的生产出了普通水泥、中热水泥、矿渣粉，可以认为各品种的水泥，立磨系统均能正常生产。
湖北亚东的水泥立磨
　　2009年张家口水泥有限公司，率先采用两台国产TRMS3131立磨稳定粉磨水泥的目标，磨机产量和主机电耗达到了预期的指标，实现了国产水泥立磨的工业应用。
　　2010年6月，东川水泥公司采用华新设计的HXLM4300水泥立磨用于水泥粉磨。水泥成品的颗粒分布和标准稠度需水量，与球磨系统的产品相当；混凝土的性能，也达到了工程要求的优良水平。
　　日，据的副总李华讲，立磨用于水泥粉磨已经在华新得以普及，目前，华新公司的水泥粉磨系统已有29台立磨在生产，全部是华新自己制造的立磨，产品质量没问题，节电效果显著。
华新东川HXLM4300水泥立磨
　　实践证明，立磨粉磨系统和辊压机+球磨联合粉磨系统，生产的水泥都能达到国家标准要求。
　　立磨终粉磨工艺集烘干、研磨、选粉于一体，工艺流程简单，设备数量少，粉磨效率高，物料停留时间短，设备装机功率低、电耗低、运转率高，建筑面积和占地面积小，运行费用低，操作维护简单，单机规格大。
　　特别是，立磨终粉磨系统，允许入磨物料综合水分更高。这在干排粉煤灰资源已经紧张、价格大幅度上涨的今天，优势更加突出，国内还有历史遗留的、大量的、原来湿排的，粉煤灰资源可资利用，是降低生产成本的有效措施之一。
　　通过磨盘和磨辊的研磨曲线组合、磨内选粉机性能的改进、和磨盘转速及压力的调整，可以优化水泥颗粒形状和级配；在系统操作参数方面，通过提高立磨磨内温度，在风量一定的情况下，提高选粉机转速，可以明显降低水泥的筛余，但对提高比表面积影响并不明显；在选粉机转速一定的情况下，降低风量，有利于比表面积的提高；可以对水泥组分的石膏变化施加影响来优化水泥性能。
　　大家所担心的主要是水泥的颗粒形状。目前，大家公认的比较好的水泥立磨是莱西公司的立磨，根据日，莱西公司在武汉会议上的介绍，我仔细分析了这台立磨的特点，概括起来主要是：
辅料辊预碾压，料床研磨，颗粒级配宽分布
宽磨盘短锥辊，边缘辊压，减小颗粒棱形化
莱西公司水泥立磨结构图 [Page]
　　增加辅辊预碾压，可提前实现回料的排气和预压，形成一个有一定承载力的料床，避免主辊与磨盘的直接冲击引起振动，同时料床研磨比冲击研磨更能提高颗粒级配的分布宽度；
　　较大的磨盘较短的磨辊在边缘辊压、采用大锥度的磨辊，让每个接触点的线速度尽量保持一致，使磨辊、磨盘实现相对滚动，有利于使磨盘与磨辊给予物料的力趋于同向，从而减小由于相对搓动导致的剪切力，使研磨部件的磨损更均匀，使水泥颗粒的形状更球形化。
莱西公司水泥立磨原理图
　　两项措施较好的解决了原有立磨生产的水泥，球形度不好和颗粒级配分布过窄的问题，从而改善了立磨水泥的和易性。
　　实践证明，立磨系统生产的水泥完全能够达到国家标准要求。下面是西南科技大学的有关调查资料，供参考：
不同粉磨流程电耗对比
水泥比表面积m2/kg
水泥粉磨流程
较圈流节电
辊压机预粉磨
辊压机联合粉磨
立磨终粉磨
&不同粉磨流程实际运行参数对比
不同粉磨流程管理及投资对比
　　不同流程水泥标准稠度用水量对比如下图。由图可见，需水量最高的是闭路联合粉磨系统，而不是立磨。
水泥成品的颗粒分布对比
颗粒含量(%)
不同磨别普通波特兰水泥（OPC）性能对比
表5&普通波特兰水泥（OPC）
比表面积/(m2·kg-1)
水泥性能测试（ISO）
标稠需水量/%
抗压强度/MPa
不同磨别水泥配置混凝土性能比较
表6&不同磨别水泥配置混凝土性能比较
水泥28d抗压强度
混凝土试验配比，kg
混凝土初始坍塌度mm
混凝土28d抗压强度
JF-9型减水剂
3，水泥磨外粉碎磨新理念[Page]
　　水泥窑由于生料分解要消耗大量的能量，为了减轻窑的负荷将分解功能移出窑外，专门设置了分解效率比窑更高的分解炉，由此形成了窑外分解窑。
　　那么，水泥磨的主要能耗用于物料粉碎，能否将粉碎功能移出磨外，也设置一个粉碎效率更高的设备承担，由此形成磨外粉碎磨呢？答案是可以的。现有的辊压机预粉磨、辊压机联合粉磨系统都是在不同程度上的粉碎移出。
　　我们知道，目前在水泥粉磨系统上，还不能使用辊压机终粉磨，其主要原因不是辊压机的效率低，而是由辊压机终粉磨系统生产出的水泥，一是颗粒级配过窄，二是水泥颗粒的球形度不好，所以仍然甩不掉球磨机。
　　联合粉磨系统就是要利用辊压机和球磨机各自的长处，既要实现高效率，又要有好的颗粒级配和球形度，只是目前的分工还不够彻底。
　　如果我们在联合粉磨系统中，进一步把辊压机做大、并加大其循环负荷，就能将大部分粉碎功能在磨外完成，留给球磨机的任务就主要是整形了，这就形成了磨外粉碎磨。从而使球磨机的负荷大幅度减轻，便可以把球磨机的规格缩小并改为单仓磨，不但减轻了球磨机本身的能耗，而且降低了系统阻力。
　　首先，在水泥粉磨系统的设计上，要敢于大胆尝试，因为经过这几年联合粉磨系统的发展，辊压机越配越大，实际上走的就是这条路线，只是还不到位而已，已经没有什么风险了。下图是天津院近几年的配置变化：
　　如果受辊压机装备制造能力的限制，一时还做不了足够大的辊压机，则可以先把球磨机配小点，并采用单仓磨配置，适当降低一些系统能力也是可以的，只要系统电耗降下来就值得。
　　退一步讲，如果暂时不具备改造条件，在现有联合粉磨系统的操作中，我们也应该努力加大辊压机的循环负荷，向磨外粉碎磨趋近，这也是一个有效的节能措施。
　　诚然，问题并非如此简单，这不单是一项辊压机技术，而是一项粉磨系统的系统工程技术。在制定方案和实施过程中，还有好多具体问题需要做系统的研究，这也正是这项技术至今未能推开的原因。实际上，国内一些比较前卫的公司已经在这方面做了一些探索，但结果都不太理想。
　　4.关于水泥辊压机半终粉磨系统
　　目前，部分厂家在积极推行半终粉磨系统，将辊压机闭路系统收集的部分细粉直接加入到成品中，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，拓宽水泥粒度的分布范围，降低水泥的需水量。
　　所谓半终粉磨，就是将一部分未加整形的水泥颗粒，直接加进了水泥成品之中，提高了系统的选粉效率，提高产量和降低电耗是必然的，这一点儿毋容置疑。但至于水泥需水量，既取决于颗粒级配、又取决于颗粒形状，级配的拓宽能降低需水量、但颗粒的异化又能增加需水量，实践证明，半终粉磨系统的水泥其需水量是增加的。
天山苏州公司的水泥半终粉磨双选粉机流程
　　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，姑且不论是否能拓宽颗粒级配的分布范围，但可以肯定，这部分物料是没有通过球磨机整形的辊压机细粉，其颗粒的球形度极差。
　　水泥的堆积密度、需水量，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破碎，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，这也正是辊压机甩不掉球磨机的主要原因。所以，半终粉磨系统不可能改善水泥的需水量，事实证明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。
　　生产混凝土对水泥的要求是多方面的，首先要满足国家标准要求的各项技术指标，除了水泥强度以外，混凝土企业更关注水泥的需水量。 如果任其需水量增高，就难以保证混凝土的标号；如果使用减水剂保证混凝土标号，就要增加混凝土的生产成本，牺牲混凝土企业的利益。这等于把水泥企业的效益建立在了混凝土企业的成本之上，实际上是在与自己的用户争夺利益，最终导致了混凝土企业提出限制水泥比表面积、直至限制水泥需水量的措施。用户是上帝吗，他可是有这个权利！
　　所用水泥的需水量，关系到混凝土企业的利益，势必影响到水泥企业的产品竞争力。多数水泥企业已经注意到了这个问题，一般将水泥的需水量控制在了24~26%之间；也有一些企业给予了高度关注，已经把降低水泥需水量，作为了提高产品竞争力的措施。比如，在福建、广东的一些公司，已将水泥需水量控制到22.0~23.0%左右，其水泥产品也因此受到了混凝土企业的青睐，有效促进了销售增长。
　　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。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，只要我们能用其所长避其所短，半终粉磨还是能有所作为的。
　　比较适应半终粉磨的条件：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。
　　5.水泥辊压机终粉磨探讨
　　众所周知，辊压机和立辊磨，是近几年在水泥行业粉磨系统中广泛采用的节电设备，应该说都取得了显著的效果。但立辊磨已经广泛应用于生料终粉磨，应用于水泥的终粉磨也已经起步，而辊压机却晚了一步，辊压机生料终粉磨才刚刚起步，辊压机水泥终粉磨尚处在萌芽阶段。
　　实践证明，辊压机用于生料终粉磨确实比立辊磨更加节电，那么用于水泥终粉磨能否也具有比立辊磨更节电的效果呢？大家普遍担心的对水泥颗粒级配和颗粒形状的影响，是否能够取得突破呢？
　　在球磨机粉磨系统中，对物料的粉磨是以无数次的冲击与摩擦混杂进行的，其中不乏钢球之间、钢球与磨体衬板之间的冲撞，做了不少无用功；包含选粉在内，物料在粉磨系统中停留时间长，粉磨效率低，单位电耗高。
　　物料在立磨粉磨系统中，所受的粉磨力以挤压为主，研磨为辅，物料在磨盘与磨辊之间被粉磨的次数较少，整个粉磨过程包含选粉在内进展快时间短；因而粉磨效率高，节省粉磨电耗。
　　鉴于辊压机已成功用于生料终粉磨，并且具有系统简单、操作方便、管理维护容易、电耗低的特点，那么辊压机是否也可以取代立磨作为水泥终粉磨系统呢？辊压机与立磨同样属于挤压粉碎，立磨能生产性能合格的水泥，辊压机为什么就不能呢？
　　实际上，水泥辊压机终粉磨，是每个水泥人的希望，也受到了水泥行业专家和领导的重视，我国在上世纪末就有一个专题项目，直接叫“无球磨机挤压粉磨系统”项目，所指很明确，就是期望辊压机的节能优势在水泥粉磨中得到体现。
　　伯力鸠斯和洪堡公司也进行了这方面的尝试，遗憾的是，由于没有从系统工艺和设备原理上进行改进，仅仅将研究局限在设备的适应性调整上，简单试验的结果是：水泥需水量大、快凝、早期强度下降。由于两大公司在国际水泥界的地位和声望，他们的简单试验反而影响了该项技术的进一步研究。
　　可喜的是，目前国内外有关这方面的研究和尝试并没有停止，并取得了一定的进展，我们有理由相信他们能够取得成功。
　　据有关资料介绍，在水泥辊压机终粉磨工艺技术攻关期间，合肥水泥研究设计院，在安徽省安庆白鳍豚水泥有限公司，就建成了一套水泥辊压机终粉磨生产线，并在实际运行中，通过调整辊压机的液压压力、磨辊转速等操作参数，摸索了一些辊压机在挤压不同粒径、不同物料时的运行规律。
　　在水泥成品比表面积＞300m2/kg时，可以保证辊压机在安全、平稳的状态下运行，使辊压机的性能得到充分发挥；通过调整粉磨系统的循环负荷、打散分级机的分级转速、以及选粉机转速等工艺参数，实现了水泥粉磨系统单位电耗＜24kWh/t，比表面积为300±10m2/kg，质量符合P.O 42.5水泥标准的基本要求。
　　据介绍，合肥水泥研究设计院还研制了出粒度分布调节器,用以控制返回辊压机重新挤压的回粉量和调节入机物料的粒度分布，使水泥成品的颗粒形貌、粒度组成趋于合理；通过调整辊压机的循环负荷，实现了对水泥成品颗粒的整形，水泥性能等指标基本与普通圈流磨一致。辊压机终粉磨成品粒度分布见下表。&
辊压机终粉磨水泥的成品粒度分布
　　天津院的研究也表明，在多次挤压料层粉碎条件下，辊压机能够实现2~3um的水泥颗粒，而且生产微细产品的能耗远远低于通常的粉磨系统。
　　天津院曾经在天津振兴水泥公司，在联合粉磨系统上做过简单的终粉磨生产试验，据有关资料介绍，该系统为φ180/140辊压机+φ3.8×13m球磨机的联合粉磨系统，原生产能力为180t/h。
　　终粉磨工业试验结果为：比表面积达到380m2/kg，产量达到120~140t/h，系统电耗为26.4kWh/t，标准稠度需水量检测为28.3%。其中系统电耗的分项为：辊压机20 kWh/t，风机4.0 kWh/t，选粉机0.4 kWh/t，其他辅机2.0 kWh/t。
　　从以上天津院的试验可以看出，系统在专项设计后，电耗还有下降的空间；标准稠度需水量虽然偏高，但还没有到了失控的状态，在采取一定措施后，还有下降的可能。
天津振兴水泥公司的水泥磨中控画面 [Page]
　　绵阳职业技术学院认为，国外学者的有关研究，采用的熟料铝率高达3．0，与我国硅酸盐水泥熟料的铝率相差甚远，不符合我国的实际情况。他们采用铝率较低的水泥熟料，对终粉磨水泥的颗粒级配、水化特性进行了小磨研究。有关数据见表1、表2、表3、表4。
　　实验采用四川某厂硅酸盐水泥熟料，在熟料中加入3％石膏后分成两部分，一部分进φ500×500球磨，磨细成球磨水泥；另一部分经辊压机挤压成料饼(其中包含部分合格细粉)，其中粗粉在实验室装入模具挤压至合格。
　　采用GXS一203A光定点扫描式颗粒分布仪测定，比表面积测定采用勃氏法，对水泥颗粒分布进行了测定对比；对两种水泥的标准稠度用水量和凝结时间进行了测定对比；对两种水泥的净浆、砂浆强度(净浆采用2 cm×2 cm×2 cm小试模)进行了测定对比。
　　实验表明，辊压机终粉磨水泥与球磨机粉磨水泥凝结时间都正常，均符合国家标准；辊压机终粉磨水泥凝结时间较球磨机粉磨水泥短，辊压机终粉磨水泥标准稠度用水量比球磨机粉磨水泥大。
　　实验结论认为，对铝率在1．3左右的水泥，辊压机终粉磨水泥与球磨机粉磨水泥性能差别不大；辊压机终粉磨水泥凝结时间比球磨机粉磨水泥略短、需水量略大、早期强度高，完全可用于实际生产中。
　　比利时水泥制造商CBR是世界最大的水泥制造集团之一。其在比利时的Lixhe水泥厂设备能力为年产熟料170万吨，包括80万吨波特兰水泥、60万吨粉煤灰水泥和30万吨矿渣水泥。由8台球磨机完成170万吨的粉磨任务，总装机容量为1600kW。
　　其中5台水泥磨是50年代初期安装的，随设备老化生产费用上升，为补救这种状况，CBR在与世界著名的装备公司和水泥公司，进行了反复的实验和论证后，于1992年下半年决定在Lixhe水泥厂采用辊压机终粉磨系统。
　　辊压机终粉磨系统的工艺设计为，辊压机和打散机、高效选粉机形成闭路循环操作，选粉机的细粉经袋收尘器收集，粗粉返回辊压机。该系统的工艺流程图如下：
Lixhe水泥厂辊压机终粉磨水泥系统工艺流程
　　CBR认为辊压机终粉磨系统的可靠性可以同球磨系统相媲美，它能提供精确的辊子尺寸，适宜的运转压力。除了节能和总投资费用上的效益以外，该粉磨系统尚有如下优点：①水泥成品温度即使在夏季也低于50℃；②该系统适应不同品种水泥的粉磨，转换时间很短；③该技术不需要辅助粉磨设备，这也是一种节约。
　　在设计 方面考虑了如下问题：①当粉磨勃氏比表面积为300m2／kg的水泥时，粉磨物料经辊压机的循环次数需达到五次，因此决定平行设置两列斗式提升机；②辊压机喂料仓采用溢流操作，以保证在辊压机上方尽可能有稳定的料柱，这个喂料措施相当重要；③辊压机采用变频调速，变频电机允许辊子的圆周速度，可根据喂料细度在1．00～1．65m／s之间作相应调节，这对于辊压机的无振动操作非常必要。
　　在装备方面采用了一流的设备：辊压机由KruppPolysius公司提供，规格为POLYCOM20／13，Φ2．00m×1．30m，装机功率2×1460kW；两列斗式提升机由Rexnord公司提供，输送能力为2×660t／h，比系统的物料循环量要高；选粉机和打散机采用一体化设备，选粉机内置打散机，由KruppPolysius公司提供，选粉机的栅笼直径为3．1m，最大分选风量为285000m3／h；后置的袋收尘器过滤面积为4400m2。
SEPOL-IP选粉机简图
　　比利时的Lixhe水泥厂的第一套辊压机终粉磨水泥系统，于1995年4月投入生产。该系统至今已运转了3000小时，生产了40万吨水泥，节电效果显著，其电耗情况见下表。
辊压机系统中各单机电耗(kWh/t)表
碎散机、选粉机、主风机、斗式提升机
水泥输送设备
球磨系统与辊压机系统粉磨电耗比较(kWh/t)表
辊压机系统
节能效果(%)
　　对比球磨机系统和辊压机系统的水泥性能，生产的Ⅱ42.5波特兰水泥的砂浆及混凝土性能如下表。数值n表示水泥在比表面积340m2/kg时水泥颗粒分布的斜率。
球磨机系统与辊压机系统水泥性能比较
球磨机系统
辊压机系统
比表面积(m2/kg)
混凝土水灰比
初凝时间(h)
抗压强度(MPa)
　　可以看出,辊压机系统比球磨系统水泥颗粒分布窄, 因为新粉磨系统装备了高效选粉机，需水量受其影响也由26%上升到29%。而在混凝土上目前尚未暴露出问题,水灰比与抗压强度之间基本没有区别，在CemⅢA32．5高炉矿渣水泥检测中结果也相同。
　　在某些销售市场，需水量高的水泥不被接受，但CBR公司很幸运，辊压机系统生产的水泥为顾客所接受，他们对水泥很满意。尤其在质量稳定性与水泥温度低两方面，即使夏季也＜50℃，尽管需水量仍有些偏高,但销售状况良好。
　　实践证明，辊筒磨已经成功用于水泥终粉磨，而且其产品水泥的性能要优于立磨。辊筒磨在一个橄榄形变径辊与一个圆筒内面间粉磨物料，具有如下特点：
　　① 由于辊子为带动旋转，中间还有物料，滑动不可避免，二者的角速度不同；② 由于辊子沿轴向变径，辊面在轴向上的线速度不同。两个不同导致物料沿轴向受到的挤压力和剪切力不同，有利于拓宽产品的颗粒级配。
　　③ 由于辊子较长，辊筒之间给予物料的力不是太大；④ 由于辊筒磨的长径比较大，物料将受到多次循环粉磨。中等压力下的多次循环、反复搓磨，有利于产品颗粒形状的球形化。
　　那么，用于终粉磨的辊压机也可借鉴辊筒磨的特点，采用变径辊甚至调速设计，也可作为优化水泥颗粒级配和形状的措施之一。
　　最简单的是将辊子设计为锥台结构，沿轴线方向呈一头大一头小，将两个辊子调头装配，一支辊子大头与另一支辊子的小头置同一侧。这样，当两支辊子相对旋转时，即使两个辊子的转速相同，即辊子的角速度相同，但两个辊子相对应点的线速度却不同，通过辊子的物料就会在受到压力的同时，在轴线上的不同点也受到不同剪切力。
　　其一，剪切力的不同可以拓宽物料的颗粒级配；其二，在中等压力大循环的情况下，剪切力可以对物料反复搓磨，从而使挤压产生的片状、柱状、棱形物料被球形化。如果对两个辊子再分别施行变频调速，将进一步增大对物料的适应性和改善水泥的和易性。
　　辊压机与立磨的粉磨机理同样为料层粉碎，冲击物料的飞溅能得到比立磨更好的应用，因而粉磨能量利用率更高，粉磨电耗应该比立磨更低。但辊压机粉磨产品存在球形度差、石膏粒度偏粗、C3A活化不佳等问题，导致水泥需水量高，影响了水泥的产品性能。
出立磨与出辊压机的颗粒形状对比
　　辊压机与立磨的不同点在于立磨是多次粉碎，而辊压机的粉碎次数要少得多。那么，我们是否能够通过增加辊压机闭路系统的循环负荷，以增加粉碎次数呢？这一点，我们已经利用现有的水泥联合粉磨系统，作了一定的研究试验，遗憾的是，结果很不理想。
　　随着辊压机及其循环系统的进一步加大，结果是系统装机功率上去了，而辊压机的实际运行功率却要比预想的小的多，有的还有所下降，大辊压机只是干了小辊压机的活，导致了系统电耗不但不能降低，反而升高。
　　怎么会是这种结果呢？分析认为，辊压机对物料的粒度均一性要求较高，特别对易碎性比较差的物料更是如此，不像球磨机对大粒小粒都能做功，对物料颗粒的适应范围较宽。
　　当辊压机被粒大难碎的物料挤开辊缝后，对粒度小得多的回粉做功就非常有限了，所以单纯的提高循环负荷是没有用的。问题讲清了措施也就有了，辊压机用于水泥终粉磨的根本问题，就是必须解决辊压机对物料粒度的均一性要求。
　　要解决辊压机对物料粒度的均一性要求，最简单的措施就是采用二级辊压粉磨系统。第一级为辊压机预粉碎系统，采用高压力辊压机，开路一次通过，主要是消除物料的大颗粒；第二级为循环粉磨系统，采用中压力辊压机，闭路多次循环通过，经分级设备分选出合格产品。据有关报导,法国Cormeillers水泥厂，就是采用多次循环工艺建成投产了世界上第一条辊压机水泥终粉磨生产线。
水泥辊压机终粉磨系统流程图
　　不论是“辊压机磨外粉碎” 系统、辊压机终粉磨系统，还是现有的辊压机预粉磨和联合粉磨，都必须关注入料的粒度均一性问题。如果入料粒度的均一性较差，特别是易碎性差时，就应该考虑对大粒度物料的预破碎或者预辊压。
　　以上，只是一些理念性设想，尚需大量的实践验证。今天谈这个问题还有点儿早，目的是想通过抛砖引玉，促进沟通交流，希望设计院、设备厂、水泥厂等都不要丧失信心，共同携手开发，让水泥辊压机终粉磨技术尽快成熟起来，服务于水泥行业。
(责任编辑：何姝）
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