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水泥粉磨系统高产节能降耗的技术
发布日期:2008-09-12点击: 次

水泥粉磨系统高产节能降耗的技术分析

  • 关键字:磨机-节能
  • 摘要:

      水泥颗粒是一种人工粒体,水泥的群体颗粒具有高比表面积(单位质量物质的二相界面面积)与多分散性(某一样品中每一颗粒都不尽相同)的两大特征。

      水泥的粉体状态的一般表达:磨细程度(细度和比表面积)、颗粒分布和颗粒形貌。

      1、水泥细度

      水泥的粒度就是水泥的细度。水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。

      我国水泥标准规定水泥产品的细度80μm方孔筛筛余不得超过10%。控制细度的方法简单易行,在一定的粉磨工艺条件下,水泥强度与其细度有着一定关系。水泥的筛余量越小表示水泥越细,强度越高。但用这一方法进行水泥质量控制还存在较多问题:
      ⑴当水泥磨得很细时,如80μm方孔筛筛余小于1%,控制意义就不大了。国外水泥普遍磨得很细,所以在国外水泥标准中几乎全部取消了这一指标。
      ⑵当粉磨工艺发生变化时,细度值也随之变化。如开流磨筛余值偏大,圈流磨筛余值偏小,有时很难根据细度来控制水泥强度。
      ⑶细度值是指0.08mm筛的筛余量,即水泥中≥80μm颗粒含量(%)。众所周知,≥64μm的水泥颗粒的水化活性已很低了,所以用≥80μm颗粒含量多少进行水泥质量控制还不能全面反映水泥的真实活性。

      2、水泥的平均粒度

      在水泥粉磨过程中,不是均匀的单颗粒,而是包含不同粒径的颗粒体—粒群,所以在评述水泥细度时若只用筛余这一简单的表示方法,差不多有90%多的水泥颗粒都通过筛孔成了筛下物,然而这些筛下物的颗粒大小并不清楚,故筛余量相同时比表面积也会出现很悬殊的现象。平均粒度有几种表示法,如算术平均直径、几何平均直径、调和平均直径等。

      水泥颗粒的平均粒度是表征水泥颗粒体系的重要几何参数,但所能提供的粒度特性信息则非常有限,因为两个平均粒度相同的粒群,完全可能有不一样的粒度组成(颗粒级配)。

      3、水泥比表面积

      国外水泥标准大多规定比表面积指标,一般都采用勃氏比表面积仪测定水泥比表面积,我国的硅酸盐水泥和熟料的国家标准规定已与国外标准一致。水泥比表面积与水泥性能已存在着较好的关系。但用比表面积控制水泥质量时,主要还有下述两方面的不足:

      ⑴比表面积对水泥中细颗粒含量的多少反映很敏感,有时比表面积并不很高,但由于水泥颗粒级配合理,水泥强度却很高。

      ⑵掺有混合材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的总外表面积,如掺有火山灰质混合材料,水泥比表面积往往会产生偏高现象。

      4、水泥的颗粒级配(粒度分布)

      众所周知,即使筛分细度相同或比表面积相近,水泥的性能有时也会表现出较大的差异,其原因是粒度分布可能不同(颗粒形状的因素也很重要),因此研究水泥粒度的表征、探索与水泥强度更精确的定量关系,有着非常重要的意义。

      国内外长期试验研究证明,水泥颗粒级配是水泥性能的决定因素,目前比较公认的水泥最佳颗粒级配为:3-32μm颗粒对强度的增长起主要作用,其粒度分布是连续的,总量应不低于65%;16-24μm的颗粒对水泥性能尤为重要,含量愈多愈好;小于3μm的细颗粒,易结团,不要超过10%;大于64μm的颗粒活性很小,最好没有。

      此外,水泥粒度分布(颗粒级配)不当还会影响水泥水化时的需水量(和易性),若为了达到水泥砂浆的标准稠度而提高了用水量,则最终会降低硬化后的水泥或混凝土的强度。因此掌握水泥颗粒级配的指标是很重要的。表示水泥粒度分布即颗粒级配的方法有列表法、作图法、矩阵法和函数法。

      20世纪90年代,人们开始研究水泥颗粒形貌对水泥性能的影响。水泥颗粒如果放在电子显微镜下观察,它的形貌并不是圆的,犹如破碎堆积的石灰石,有棱角小的,有棱角大的,有片状的,有针状的。水泥颗粒的形貌与粉磨工艺有关。水泥颗粒形貌通常用圆度系数(f)表示,圆形颗粒的圆度系数等于1,其它形状则都小于1。国外水泥的圆度系数,大多在0.67左右。中国建材科学研究院测定的我国部分大、中型水泥企业水泥的圆度系数平均值为0.63,波动在0.51-0.73之间。同时在对水泥颗粒形貌的研究中还发现:水泥磨机的研磨能力愈强,f值愈大;高细磨水泥f最大;带辊压机预粉碎的磨机磨制的水泥f值也较大。

      试验研究表明,将水泥颗粒的圆度系数由0.67提高到0.85时,水泥砂浆28d抗压强度可提高20-30%。实施ISO强度方法后,水泥细度的提高是在大多数企业粉磨工艺比较落后和采用80μm方孔筛筛余控制细度的条件下取得的,其颗粒组成多数处于不合理的状态。

      水泥的合理颗粒组成是指该组成能最大限度地发挥水泥熟料的胶凝性和具有最紧密的体积堆积密度。熟料胶凝性与颗粒的水化速度和水化程度有关,而堆积密度则由颗粒大小含量比例所决定。采用45μm筛余可以使企业了解水泥中有效颗粒的含量,而使用比表面积可以及时掌握与水泥需水性等密切相关的微细颗粒的含量。二者相结合进行粉磨工艺参数控制,将使水泥性能达到最优化。1>45μm的熟料颗粒全水化时间很长,对水泥强度贡献很小熟料与水作用生成的水化产物是水泥产生胶凝性的根本原因。水泥颗粒的水化程度决定水泥胶凝性的发挥。熟料的水化程度与矿物种类和颗粒大小有关。根据研究,硅酸盐水泥的水化深度与时间的关系可用下式表达:

      X=2t0.25
      式中:X-水化深度,μm;
         t-水化时间,d。

      20μm的颗粒全部水化需要1年多的时间,而2μm的颗粒全水化只需1.5h,45μm颗粒28d大约水化了50%,>45μm的颗粒对水泥性能的贡献也就更小了。

      目前比较公认的水泥最佳性能的颗粒级配为:3-32μm颗粒总量不能低于65%,<3μm细颗粒不要超过10%,>65μm颗粒最好为0,<1μm的颗粒最好没有。因为3-32μm颗粒对强度增长起主要作用,特别是16-24μm颗粒对水泥性能尤为重要,含量越多越好;<3μm的细颗粒容易结团,<1μm的小颗粒在加水搅拌中很快就水化,对混凝土强度作用很小,且影响水泥与外加剂的适应性,易影响水泥性能而导致混凝土开裂,严重影响混凝土的耐久性;>65μm的颗粒水化很慢,对28d强度贡献很小。

      2、比表面积数值主要反映5μm以下的颗粒含量

      把1个直径为80μm假定为球形的水泥颗粒的表面积当作1,然后将其变成直径分别为45、30、20μm、……的颗粒,其总体积不变,但相应的表面积却发生了很大的变化。 1个80μm的颗粒全部变成5μm时,已变成4096颗,表面积也增加至80μm时的16倍。因此水泥比表面积的变化主要与5μm以下的颗粒含量有关。3用45μm筛余和比表面积控制细度操作简便、控制有效、无需大量试验投资

      以球形颗粒推算出来的,与水泥颗粒的实际情况有差别,但可以看出,在固定的工艺条件下,使水泥的45μm筛余量和比表面积控制在一个合理的水平上时,可限制3μm以下和45μm以上的颗粒,以此获得良好的水泥性能和较低的生产成本。这种细度控制方法与其它方法相比,具有操作简便、控制有效的优点。只要取样进行筛析试验和比表面积测定,就可以为磨机的操作提供依据。

      水泥粉磨系统提高产量、降低电耗历来是人们关注的焦点,尤其是ISO标准实施后,对于多数水泥企业来说,都感到既要使产品适应新标准的质量要求,又不影响磨机产量、增加生产成本,对水泥粉磨系统进行优化改造无疑是首选措施。

      1、粉磨工艺改造的原则

      以往进行粉磨工艺的研究主要注重提高磨机产量和降低粉磨电耗。事实上,粉磨工艺对产品的质量有着很大影响,因此今后在研究和进行粉磨工艺改造时,应全面考虑产量、质量和能耗的关系。

      ⑴节能原则

      由于传统的球磨机粉磨工艺能源利用率太低,水泥生产中70%的电耗都用于生料和水泥的粉磨,因此节能是改造粉磨工艺的基本任务。

      ⑵高产原则

      提高粉磨设备的产量是改造和完善粉磨工艺的基本目标。

      ⑶优质原则

      产品不仅达到一定细度和比表面积,并有合理的颗粒级配和尽可能高比例的球形颗粒,是改造和完善粉磨工艺的重要任务。

      2、采用预粉碎技术

      预粉碎是球磨机粉磨系统大幅度提高产量的主要措施,按粉碎理论可分为预破碎和预粉磨。

      2.1预破碎

      预破碎一般是指在球磨机前设置一台细碎机,使入磨粒度降低,将原来球磨机粗磨仓坦负的部分粗碎任务交由效率较高的细碎机来完成,即所谓的“多破少磨”。国内采用水泥磨前加细碎机的措施已有数十年历史,但受设备材质的局限,该技术一直未能得到大量使用。当前有些机械厂推出了新一代细碎机,使用寿命有一定提高,但关键部件磨损的问题仍没有根本改善。

      出库物料的除铁问题必须重视,往往是铁块或其它金属杂质对细碎机造成致命的伤害。增设预破碎后,球磨机内部结构也要进行相应调整,尤其是一仓应以提高研磨能力为目标。有的厂曾尝试过提高磨机转速来提高产量,但效果不好。从理论上分析,加预破碎后入磨物料粒度降低,一仓的破碎作用与研磨作用已退居次要地位。磨速提高,研磨体提升高度增加,破碎能力增大而研磨能力降低,这显然不符合要求。

      采用预破碎系统进行提高磨机产量的改造,低投资是其最大优势,它主要适合于磨机辅助设备和输送设备富裕能力有限,以及大幅度升级成本效益不合理的厂家。

      2.2预粉磨

      预粉磨是指球磨机前增设一台粉磨设备,使原有的粉磨系统大幅度增产的措施。

      用于预粉磨的设备主要有短球磨、辊磨、辊压机、筒辊磨等。上述四种预粉磨设备的能量利用率由低到高依次为短球磨、辊磨、筒辊磨、辊压机。

      采用球磨机作为预粉磨设备,建议采用半终粉磨流程,即预粉磨球磨机与选粉机组成闭路系统,使进入后续球磨机的物料粒度更加均匀,一般<2mm的占90%左右,最大粒度控制在<5mm,可缩短物料在磨内的停留时间,避免出现“饱磨”现象。球磨机预粉磨工艺提高产量的幅度可达50%以上,不过节能效果较差,对于有闲置设备的厂家较为适宜。

      对于采用辊磨、辊压机、筒辊磨作预粉磨设备,由于投资大,工艺相对复杂,一般在立窑水泥企业很少采用。

      3、开流磨的技术改造

      开流高细、高产磨技术主要用于水泥粉磨。对原有磨机进行改造时,应具备以下工况条件:
      ⑴磨机直径可大可小,即Φ1.5-3.8m均可,但磨机的长径比至少要>2.5;
      ⑵入磨物料综合水分<2%;
      ⑶入磨物料粒度、研磨体装载量、磨机运行等正常稳定;
      ⑷磨机通风良好,收尘与计量设备完好。

      3.1开流磨技术改造的主要内容

      ⑴衬板

      经过长期生产实践的检验,目前仍在使用的球磨机筒体衬板主要有11种形式。国外公司推出的衬板有逐渐统一的趋势。一仓一般采用提升衬板即所谓的阶梯衬板,二仓则采用分级衬板。但这种分级衬板不是国内常见的锥形分级衬板或平衬板加锥形分级衬板,而是两种甚至三种衬板的组合或复合体。经过优化组合或复合,一种衬板可发挥不同形式衬板的优势,从而保证了最大限度地将能量输入装球区,并尽量消除磨内死区。建议有关单位加大研究力度,为水泥厂提供性能更优越的衬板。在目前开流磨进行技术改造时,段仓一般都安装活化衬板,有效地消除了“滞留带”,激发和强化了研磨体的运动。

      ⑵隔仓板

      对于隔仓装置的改进,国内企业仍关注于篦板的耐磨、耐冲击及防堵等方面,而对于隔仓装置对磨内料、气流的影响和控制作用重视不够。以Φ2.2m球磨机为例,隔仓板有效通风面积为0.38m2,中心件面积0.33m2,中心件有效通风面积0.03m2,可见仅中心件的面积就相当于隔仓装置有效通风面积的87%,同时也表明此形式的中心件有效通风面积是相当小的。通过分析比较,加大中心件通风面积对于加大整个隔仓装置通风面积的影响最大,也是最可行的方案。因为无论加大篦板孔尺寸或增加开孔数量,都将对篦板强度及其对料球的控制作用产生较大影响。此外,改造老式中心件的另一个目的在于通过它来实现对物料流速的控制,从而方便灵活地调节磨内各仓中的料球比,控制物料磨内停留时间。

      开流磨进行技术改造时,尾仓更换带内筛分装置的隔仓板,严格控制进入尾仓的小颗粒,使前仓的钢球和尾仓的小段各自最大限度地发挥破碎和研磨作用。

      ⑶研磨体

      研磨体尺寸基于粉磨能力和喂料粒度,比较通用的是“两头小,中间大”的级配方案。因为各厂实际情况不同,磨内研磨体和物料运动情况极为复杂,以及物料性能的差异,很难找出普遍不平适用的规律,长期在实践中摸索才是获得合适级配的有效途径。稳定的粉磨工艺条件在很大程度上取决于研磨体的材质。由于磨损消耗,研磨体的级配在磨机运转过程中是不断变化的,不同尺寸研磨体的磨损规律也不同。补球(段)只能保持装载量相对平衡,不能保持级配始终如一。如果研磨体的硬度和耐磨性能差,在运转过程中易发生变形和碎裂,不但影响粉磨效率,碎块还会堵塞篦板孔,使隔仓装置排料困难,磨内运行状况恶化,因此,提高研磨体的质量才是磨机长期稳定工作的有力保证,否则,再合理的级配方案也是难于始终能达到预期效果的。从经济角度出发,研磨体损耗大,不仅影响粉磨能力,频繁的停机补球导致系统运转率低和工况不稳定,还会直接造成粉磨成本提高。国内粉磨1t水泥,普通钢球的损耗最大达1000g/t,补球周期多为半个月;耐磨球如轴承钢球、高铬球、低合金球等,可将损耗降至30-40g/t,仅为普通钢球的1/25-1/30,补球周期可延长至半年以上;普通钢球4000元/t,耐磨球7000-8000元/t,使用耐磨球虽说一次性投资较高,但其优异的性能可大大减轻清仓补球的工作强度,提高磨机粉磨能力,显著降低粉磨成本,进而带来可观的经济效益。

      在目前开流磨进行技术改造时,采用微型研磨体以强化尾仓的研磨能力。直径8-12mm的小段,单位质量的个数是普通钢段的20倍,总表面积是普通钢段的2.5倍。研磨效率与研磨体的表面积的0.5-0.7次方成正比。小段的应用起到了提高产量、增加产品比表面积、适当改善微粉颗粒组成的至关重要的作用。

      ⑷料段分离装置对于微型研磨体,有必要设计一个让细粉顺利出磨,但微型研磨体不致跑出磨外的出料篦板装置。

      ⑸合理的工艺参数设置

      改造后的高细高产磨,其工艺参数应根据生产的水泥品种、熟料的易磨性、混合材的品种和掺加比例、磨机规格等来设计磨机的仓位、研磨体的级配和确定细度的控制。

      3.2开流磨技术改造后的技术指标
      ⑴增产20-35%,节电17-25%;
      ⑵水泥比表面积可达300-350m2/kg;
      ⑶研磨体消耗可降低25%以上。

      3.3微型研磨体消除了在高细粉磨时的“恶性粉磨现象”

      ⑴“恶性粉磨现象”的形成

      在开流水泥磨中粉磨时,在磨仓内的料球(段)率(物料占研磨体的百分率)随着台时产量降低而下降。粉磨比表面积越高,台时产量就越低,其间料球(段)率就越低,即磨仓内的存料越少,研磨体的能力显得越大。于是球与球、段与段、球与衬板之间,在运转过程中,碰撞状态越是剧烈。

      如果硅酸盐水泥磨至320m2/kg以上比表面积时,水泥粉体里就有类似于小的鱼鳞片状体出现。若进一步提高至350-400m2/kg比表面积时,台时产量较大幅度地下降,水泥中的似鱼鳞片状体增大增多,阻碍水泥细度的发展和比表面积的增长,磨内温度急剧升高。若磨至400-500m2/kg时,即使在磨体淋水条件下,出磨水泥温度仍可高达200℃以上,石膏脱水为30-50%。水泥的流动性能和颗粒大小的分级性能显著减弱,流速减慢,使物料在磨内停留时间过长,在单位时间内粉磨冲击次数成倍地增多,因此水泥微小颗粒在过长时间内,在强大的研磨体的机械外力冲击下,反复粉磨、压缩,引起水泥结团、集聚、速凝及在磨内出现水泥包裹球、段和粘糊衬板、篦板等"恶性粉磨现象"。

      ⑵微型研磨体可有效消除“恶性粉磨现象”

      我国高细、高产磨的发明人-已故水泥粉磨专家、合肥水泥研究设计院蒋永灿教授在研究开流高细磨时,在粉磨比表面积高达400-500m2/kg的硅酸盐水泥时,磨内也没有出现"恶性粉磨现象"。其段仓的最佳参数:料段率为12%,填充率23%,微型段的平均尺寸12mm,粉磨情况正常良好。

      与普通开流磨不同的是因为普通开流磨仅仅使用了大尺寸的研磨体,大多为Φ18X22mm、Φ20X25mm、Φ25X30mm,它们的单个重量与微型段相比要高出10-20倍,甚至30倍。

      3.4圈流磨的技术改造

      随着磨机规格的增大和现有磨机对节能、高产、优质的迫切要求,采用圈流粉磨是水泥粉磨工艺的必然趋势。

      4.1选粉机

      圈流粉磨的必要设备是选粉机。选粉机的功能是通过将出磨料中达到一定粒径的颗粒及时选出,减少磨内过粉磨量,从而提高磨机粉磨系统效率。但选粉机本身并不产生细粉,选粉机的选用和改造应与磨机的改造结合起来进行。当然,一般说来,选粉机的效率高,系统产量也高。

      选粉机的关键技术是“分散”、“分级”和“收集”。“分散”是指进入选粉机的物料要尽可能地抛撒开来,物料颗粒之间要形成一定的空间距离。因此,撒料盘的结构、转速、撒料空间大小、物料水分及物料流量都直接影响着布料的分散率;“分级”是指物料分散后,在选粉室停留的有限时间内,要充分利用气流各种形式的分选功能,把物料的粗、细颗粒尽可能地分开,并送至各自的出口。因此,气体流量、气流速度、气流方式、气固交汇点和流场分布以及选粉室数量、结构等对分级效率影响很大;“收集”是捕捉粗粉和细粉的能力,这与收集方式和收集部件的结构形式有关。

      1979年日本小野田公司开发了O-Sepa选粉机,它不仅保留了旋风选粉机外循环的优点,而且采用笼型转子平面螺旋气流选粉原理,从而大幅度提高了选粉效率。以它为代表的笼式选粉机称之为高效涡流选粉机,也被称为继离心式选粉机、旋风式选粉机之后的第三代选粉机。它的选粉效率一般在80%以上,与离心式或旋风式的选粉机相比,涡流式高效选粉机可提高磨机产量15-40%,节电10-20%,体积小、重量轻、布置灵活,产品可在300-600m2/kg的比表面积内任意调节,系统负压操作,无粉尘污染。

      由于O-Sepa选粉机不带细粉收集装置,需要配备与其处理风量相匹配的大规格的袋收尘器或电除尘器用于收集成品,这无疑较大幅度地增加了系统投资,也使工艺布置复杂,操作控制困难,在一定程度上限制了它的推广和应用。上世纪90年代南京化工学院张少明教授等研究、开发的转子式旋风选粉机,简称为转子式选粉机。将笼型转子选粉原理嫁接于旋风选粉机而形成的一种实用于立窑水泥厂的中、小型高效选粉机。针对“分散”、“分级”和“收集”三个关键技术,它在结构上比旋风式选粉机有了突破性的改进。在相同产量的情况下,与高效涡流选粉机相比效率相当,但可降低系统投资20-30%;与旋风式及高效离心式选粉机相比,不但可减少设备规格,而且可提高效率20-40%。

      随着水泥新标准的实施,各水泥企业普遍提高产品细度和比表面积,对水泥磨使用的转子选粉机提出了更高的要求,因而制造厂商也都在不断改进。如今年三月通过江苏省级技术和产品鉴定的江苏科行公司研制的内循环选粉机,集德国动态选粉机悬浮分离、日本O-Sepa选粉机笼形分离、转子选粉机旋风分离、旁路除尘分离和辅助进风分离为一体的五级分离的高效选粉机,其分散、分级及收集机理非常明确,尤其分级机理与离心式、旋风式包括转子式选粉机相比有突破性的改变,选粉机的各环节均达到了相当高的水平,因而分级效率高达85%;从结构上彻底解决了传统选粉机的磨损、振动、分风不匀、水泥早期强度低等缺点;对高产磨、高细磨、短磨、长磨及高水分物料有较强的适应性。是具有明显优势的分级设备。

      4.2开流改圈流粉磨后的工艺调整:开流改为圈流粉磨后应作必要的工艺调整,主要有:
      ⑴钢球级配。一仓钢球平均球径要适当增大。
      ⑵隔仓板的篦孔孔隙尺寸应适当地放大,以增加物料在磨内的流动速度。
      ⑶加大磨头中空轴的喂料绞刀,以增加喂料量。
      ⑷细度控制,生料磨可适当放宽,80μm孔筛余可控制在10%以下。水泥磨细度要提高,比原开流粉磨时要细2-3%左右,以确保水泥的强度。

      4.3提高圈流磨水泥的比表面积

      水泥成品的比表面积与其物理力学强度之间具有良好的相关性,某种意义上说,提高水泥的比表面积,增大其磨细程度是提高水泥强度的有效途径之一。由于圈流粉磨工艺的特殊性及选粉机自身的分级精度,研磨体级配等方面的原因,其成品比表面积一般都不很高,制约了水化活性的发挥。实际生产过程中,可采取以下技术措施,将水泥比表面积提高至350m2/kg以上。

      ⑴积极采用磨前物料预处理技术,严格控制入磨物料最大粒度小于5mm,减轻磨机一仓负担,适当缩短一仓长度。延长二仓长度。

      ⑵根据入磨物料粒度优化研磨体级配,缩小研磨体平均尺寸,增加研磨体与物料的接触面积,创造更多的微粉。

      ⑶磨机一仓填充率应低于二仓2~3%,并在二仓内对衬板实施活化排列,如使用分级衬板等,对研磨体进行“激活”,充分发挥研磨体的细度作用。

      ⑷适当降低粉磨系统循环负荷,宜控制≤150%。同时还可适当降低选粉机的循环风量,使其能够将更细的成品分选出来。

      ⑸采取强力通风除尘措施,磨内风速宜控制1.0~1.5m/s。借鉴圈流粉磨工艺特点,近年已开始研究用开流高细高产磨和高效选粉机组成新型的圈流粉磨系统,经生产实践表明,效果十分显著,其增产节能可比开流粉磨系统和普通圈流粉磨系统提高30-80%,为水泥厂的粉磨增产节能提供了新的技术途径。由于许多圈流水泥磨使用的是老式的选粉系统,生产出的水泥比表面积偏低,水泥微粉量少,早期强度不足。另因磨机的仓长比不合理,加之隔仓板和出料篦板篦缝大,破碎仓未能细碎的物料涌入研磨仓,致使研磨仓研磨能力不足,磨尾吐渣严重,既污染了环境,又增加了工人劳动强度,而且水泥产量还低。为此合肥水泥研究设计院已利用高产高细磨技术对现有圈流水泥磨进行技术改造。圈流磨内的物料流量大,而且随着物料的波动而波动。因此要求在破碎仓与研磨仓之间的筛分装置必须适应这一工况,既要控制粒度,又要保证流量。在确定筛分方案时,围绕提高水泥比表面积和产量的目标,适当调整仓位、优化研磨体级配和填充率,同时采用特殊的出料装置。根据通过筛分装置的物料粒度已得到有效控制的情况,在研磨仓内主要使用微型研磨体,强化研磨能力,以增加水泥中的微粉量及提高出磨细度合格率。经改造后一般能使5-25μm的微粉量增加10-15%,水泥三天抗压强度提高3.9MPa,水泥比表面积增加20m2/kg,磨机产量提高10-15%。

      1、老式磨机存在的缺陷

      1.采用滑动轴承:摩擦系数大,起动困难,运行阻力大,运行过程中主轴承产生大量的摩擦热,缺油短水易产生事故,导致磨机运转率低,维修量大,操作人员多。

      2.电耗高:老式磨机滑动轴承的摩擦系数在0.04—0.08,主轴承能耗占装机容量的11—15%,磨内研磨结构的影响,粉磨效率低,水泥吨电耗在25—30KWh,生料在14—18KWh。

      3.耗油高:滑动轴承润滑油在轴瓦与中空轴的正压力和高温的影响下易产生劣变,润滑油消耗高,有些磨机密封不良油耗会进一步加大,老式2.2m磨机年耗油在1—2吨。大型磨机需配套润滑站,投资增加,运行中产生费用,设备安全运行受其影响大,需经常维护维修。稀油产生的油渍还会影响文明生产。

      4.产量低:滑动轴承摩擦系数大,磨机起动困难,起动电流高,致使多数磨机达不到额定装载量;受落后的粉磨工艺的影响,其磨机内部研磨结构技术落后,研磨效率低;不合理的研磨体的级配,这些都会导致磨机产量低。水泥厂常用的Ф2.2x7m和Ф2.4x13m水泥磨闭路产量多为10--13t/h和28—30t/h,现代磨机已达18—22t/h和32—36t/h。

      5.安装维修困难:巴氏合金瓦安装时需要长时间的刮研、磨合,维修量大。

      6.磨内研磨结构落后:老式磨机多数采用阶梯衬板、有些采用环沟衬板和双曲面;隔仓板也多采用单隔仓,二仓也不设置活化装置,仓尾也没有排料控置装置,这些大大影响了磨机的研磨效率。

      2、老式磨机改造

      1.主轴承改造
      2.磨内改造:衬板、隔仓板、料球平衡装置。
      3.磨机工艺改造:根据物料特性重新确定仓长比,调整研磨体级配和物料流速,磨前预粉碎技术。
      4.扩径改造:对Φ1.83m、Φ2.2m、Φ2.4m的短磨的筒体加粗,前题是主轴承改造,原电机、减速机、大小齿轮、基础不变,产量可增加25%以上。
      5.加长改造:将筒体较短的水泥磨加长,以适应水泥新标准,提高产量。
      6.提速改造:老式磨机转速较低,大部分研磨体没处于最佳工作状态,提速后增加了研磨次数,增加了动能。改造方法:主轴承更换为滚动轴承,满足功率需求后改变减速机的速比。

      1、球与段的研磨功能差异

      磨机各仓实际上都具有破碎及研磨功能,只是主次及程度不同而已。细磨仓的主要功能是研磨,而小钢球与小钢段的研磨能力是不同的。物料填充在研磨介质之间,研磨效率的高低主要取决于研磨介质与物料之间的接触表面积。若接触表面积大,则研磨机会多,单位时间内的成品生成率就高。等质量的球与段相比,由于段的线接触方式,从而明显比球具有更高的接触表面积。对于单仓而言,同样的研磨体装载量和同样的喂入细料量,单位时间内钢段仓的成品生成量比钢球仓要高,这是粉磨理论及应用实践所证明了的。需要指出的是,目前细磨仓的研磨介质尺寸相对物料而言都太大,这里有篦缝宽度限制等原因。丹麦的康必登磨和我国开发的高细磨都较好地解决了这一问题,在细磨仓成功地应用了微细钢段,显著地提高了研磨效率。当然采用高效能的筛分隔仓板及磨尾回段装置是成功的关键。因此应当明确,对于细磨和超细磨,段比球的研磨效率要高。

      2、水泥细磨仓的研磨体改用小钢球的原因

      目前国外水泥磨机在细磨仓趋向于使用小钢球代替钢段,其原因为:
      ⑴使用小钢球的能耗比小钢段低;
      ⑵优质小钢球的磨耗比钢段小得多;
      ⑶小钢球磨出的水泥颗粒形貌呈球形的比钢段磨出的要多,但使用钢段可使磨内物料流速较快、能防止水泥在磨内结团。

      磨机的粉磨功能总体上包括破碎与研磨两个部分,磨机工况的最优化即是使破碎与研磨能力达到平衡,从而提高粉磨效率,此时产量与成品细度均在较好水平,这也是解决粉磨问题的最基本原则。正确分析不同工况下破碎与研磨能力的匹配情况,才是决定细磨仓的研磨体采用钢段还是采用钢球的判断依据。

      3、细磨仓选用小钢球的必要充分条件

      ⑴圈流粉磨

      开流粉磨,磨机内物料一次性通过,出磨料即为成品,因此对研磨的能力要求较高。圈流粉磨则需保证一定的物料循环量,无论采用离心或高效选粉机,磨尾卸料的细度筛余(80μm)一般控制在30-40%,所以对研磨能力的要求相对低于开流磨。为保证成品细度,开流磨的细磨仓一般应采用钢段。圈流磨的细磨仓可采用小钢球,一方面可加快物料流速,增加通过量;另一方面入细磨仓的物料筛余(200μm)要比开流磨高,对保证有一定的小钢球冲击有好处。

      ⑵预粉碎

      磨前的预粉碎有一级或多级和开流或圈流,它决定了入磨物料的粒度。目前高效细碎机、辊压机等可明显降低入磨粒度,甚至80%左右的物料在2mm以下,这实际上已完成了磨机Ⅰ仓的大部分功能,缓解了磨机的负担。预破碎效果好,则Ⅰ仓的长度要缩短,且钢球的平均球径可下降。而钢球的平均球径的下降则使Ⅰ仓的研磨功能增强,进入细磨仓的物料筛余相对降低,从而细磨仓的研磨负担减轻。若入料粒度稳定在很好的水平上,则开流磨的细磨仓也可采用小钢球,既能保证细度,又提高了产量。相反,若预粉碎环节很差,磨机Ⅰ仓完全成了破碎仓,则细磨仓的研磨负担加重,即使圈流磨也不能轻易使用小钢球。尽管调节选粉机能控制细度,但可能因研磨能力不足而无形中牺牲了产量。

      ⑶磨机长度

      这主要针对开流磨而言。目前水泥厂使用十几米开流长磨的为数不少,一般分三至四仓。磨机长度决定了物料的粉磨路径即粉磨时间的长短,长磨机内物料的有效粉磨时间自然要长。况且较双仓短磨,长磨机的合理多仓使粉磨功能更加明确,研磨体级配易于合理,粉磨效率大为提高,则采用小钢球为宜。如此时再使用钢段,既会减缓物料流速,降低产量,又容易造成过粉磨现象,产生糊段及逆粉碎效应,反而降低研磨效率。

      ⑷仓长比例

      这主要针对圈流磨而言。目前双仓圈流磨的Ⅰ、Ⅱ仓长度各厂并非完全相同。有比例为1:2的,也有接近1:1的。1:2的比例为正常范围,此时Ⅱ仓选用小钢球比较合适。若两仓长度相近,则易造成Ⅰ仓粗磨能力过剩而Ⅱ仓细磨能力不足。若再使用小钢球,则Ⅱ仓在相对减小的粉磨容积中难以完成所需的研磨任务,最后导致产量下降。

      ⑸粉磨水泥的品种

      这主要针对水泥而言。水泥的品种不同,则对粉磨的细度要求也不同。兹举两种:
      a.快硬(或超细)水泥

      要求水泥水化快、早强高。除矿物组成有要求外,对水泥的细度控制也很严格。这也对磨机的粉磨提出了更高要求。此时无论开流长磨还是圈流磨都应考虑在细磨仓使用小钢段,而对钢球的使用一定要慎重。从目前的应用实践看,用钢段磨制的超细水泥效果较好。
      b.多混合材掺量水泥

      为降低生产成本,工厂尽可能地多掺混合材,如有的企业矿渣甚至掺到40-50%的比例。矿渣的易磨性差,对于共同粉磨时,磨机的研磨功能必须很强。掺量高时,喂料中矿渣及循环回磨的细料之和比例很高,而粗磨仓对这些料的研磨作用很有限。细磨仓应优先使用小钢段,否则即使高效选粉机也难以提高产量,因为磨机研磨能力不足,磨尾卸料中成品量有限,若再提高磨机循环负荷,则磨机更适应不了。

      ⑹水泥颗粒的球形化

      如前所述,水泥颗粒的球形化程度越高,则水泥的强度越高。为提高水泥强度和充分发挥熟料的作用,对水泥颗粒的球形化要求高的,应创造条件,在水泥磨的细磨仓使用小钢球。

      4、椭圆球在水泥粉磨中的应用

      从棒球磨降低粉磨电耗中得到启迪,出现了椭圆球,它具有圆形球所不具备的优点,已开始应用于水泥粉磨中。

      ⑴椭圆球与同直径的圆球相比,质量增加,冲击力增强;与同重量的圆球相比,椭圆球重心低,斜面稳定性好,提升高度比圆球高,破碎能力大,而其较好的稳定性又使得研磨体作泻落运动时的剪切作用大大增强。

      ⑵椭圆球表面各点曲率半径不同,可形成不同粒径的接触角,与不同粒径的物料同时接触的机会大于圆球。计算机模拟实验表明:椭圆球与物料的有效接触面积比圆球大30%,且在接触角内对不同粒径的物料产生弧形钳制,因而对物料具有选择性粉磨和良好的筛分作用,使水泥的颗粒级配和颗粒形貌得到有效改善。

      ⑶弧形钳制使得椭圆球的点接触在粉磨物料时不再是几何意义上的点接触,其接触作用已向曲线和曲面延伸。椭圆球特殊的几何形状和设计参数增加了磨机的粉磨能力,增大了成品的比表面积,提高了水泥的实物质量。实践已经证明,椭圆球作研磨介质时,比圆球提高水泥比表面积20m2/kg以上。

      ⑷电荷有尖端放电特性,电荷富集椭圆球的两端,可减轻椭圆球大粉磨面的微粉吸附,从而提高了粉磨效率。

      ⑸由于椭圆球之间、椭圆球与衬板之间接触物料的面积增加,使得钢球和衬板的损耗减少,噪音降低。

      5、球段混装

      已有报道,在圈流水泥磨的尾仓中采用球段混装比单纯使用小钢球(Φ20-40mm)或单纯使用钢段的效果要好,既保证了合理的水泥比表面积,又提高了磨机的产量。而单独使用小钢球研磨,水泥水泥比表面积、抗压强度下降;单独用钢段磨机产量下降。另从颗粒图象观测仪观察发现,水泥颗粒的圆度系数也得到较大提高。

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