水泥粉磨工藝發(fā)展趨勢及改造要點
水泥系由水泥熟料、混合材、石膏及其他材料（如助磨劑）共同或分別磨細而成的具有水硬性的微米級粉體。現(xiàn)代水泥粉磨技術(shù)新觀點認為：好水泥是“磨”出來的。當今世界水泥粉磨技術(shù)已呈現(xiàn)多元化趨勢，且粉磨設備也向大型化、低耗高效及自動化方向發(fā)展。隨著科學技術(shù)的不斷進步，水泥粉磨機理已不再局限于傳統(tǒng)的低效率球、煅研磨方式，而是逐步向高效節(jié)能的輥磨過渡。
就目前水泥粉磨工藝流程而言，有以下幾種：即管磨機（開路或閉路）粉磨系統(tǒng)、立磨粉磨系統(tǒng)、筒輥磨粉磨系統(tǒng)及輥壓機終粉磨系統(tǒng)等。粉磨過程電耗要占水泥總電耗的70%以上，粉磨工藝的選擇與應用直接影響水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)成本，在水泥制備中占有舉足輕重的地位。
水泥粉磨工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢縱觀現(xiàn)代水泥粉磨工藝，絕大部分工藝流程仍以管磨機作為粉磨設備。目前，國內(nèi)水泥管磨機設計直徑已到椎5m左右，產(chǎn)量在150t/h以上。國際上已設計到椎5.8m以上的大型管磨機，用于粉磨水泥，臺時產(chǎn)量達200t/h以上。管磨機的粉磨機理是利用筒體旋轉(zhuǎn)過程中將能量傳遞給襯板，由襯板提升、拋落研磨體對磨內(nèi)物料進行沖擊破碎、研磨而完成粉磨作業(yè)。管磨機內(nèi)所用的研磨體形狀多為傳統(tǒng)的圓球和柱狀，圓球形研磨體對被磨物料以點接觸方式進行沖擊破碎，粉磨效率較低。尤其是當入磨物料粒度尺寸較大，易磨性差時，管磨機低效率、高電耗的矛盾更為突出。
為了改善粉磨作業(yè)條件，提高磨機系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗，水泥工程技術(shù)人員從縮小入磨物料粒度入手，通過優(yōu)化設計襯板工作表面形狀、改變磨內(nèi)各倉研磨體的提升，拋落軌跡以及采用助磨劑等技術(shù)手段，在一定程度上，大幅度提高了磨機的生產(chǎn)效率。
水泥粉磨工藝中，除管磨機流程外，20世紀80年代中期在德國問世的輥壓機主要用于水泥生料和水泥熟料的預粉碎，即半終粉磨。輥壓機的粉磨機理為料床粉碎，現(xiàn)階段已由過去的半終粉磨引申過渡到用于水泥制備的終粉磨。被兩只高壓對輥擠壓的物料產(chǎn)生大量的裂紋和細粉，顯著改善了物料的易磨性。通過將擠壓后的料餅打散分級分選后形成閉路循環(huán)，成品被選出，粗顆粒物料再入輥壓機粉碎。輥壓機系統(tǒng)的電耗雖低于管磨機粉磨系統(tǒng)，但采用輥壓機終粉磨制得的水泥成品顆粒形貌呈多角形結(jié)構(gòu)，標準稠度需水量增大，在混凝土制備過程中的工作性能不如管磨機粉磨的水泥好。
立磨由于其系統(tǒng)產(chǎn)量高、電耗低而被廣泛應用于生料制備過程。目前，國際上已有采用立磨粉磨水泥（終粉磨）的報道。立磨的粉磨機理與輥壓機有相似之處，均為料床粉碎。所不同的是，立磨磨輥對物料的接觸方式是柱面與平面，而輥壓機輥子與物料間的接觸方式為柱面與柱面。此外，立磨自身不須另外設置選粉分級系統(tǒng)，而輥壓機則必須單獨設置，系統(tǒng)比立磨復雜。現(xiàn)階段世界上大型立磨單產(chǎn)已在600t/h，這是管磨機和輥壓機粉磨系統(tǒng)所不能比擬的。同時，立磨粉磨系統(tǒng)電耗明顯低于輥壓機系統(tǒng)。
水泥粉磨工藝改造要點1.大型管磨機的改造（椎4m以上）
當今水泥工業(yè)生產(chǎn)中，管磨機仍占粉磨設備的主導地位。如前所述，管磨機電能利用率低，粉磨電耗高于輥壓機、立磨及筒輥磨系統(tǒng)。為了降低粉磨電耗，多數(shù)企業(yè)在管磨機前增設物料預處理工藝，通過預處理設備縮小入磨粒度，在大幅度提高磨機產(chǎn)量（30%~50%）的同時，顯著降低粉磨系統(tǒng)電耗（20%~30%）及生產(chǎn)成本，提高水泥實物質(zhì)量。以輥壓機+打散分級+管磨機預處理粉磨系統(tǒng)（閉路）為例，粉磨新型干法窯熟料，電耗在28kWh/t~32kWh/t，比單獨采用管磨機，不設置預處理工藝時的電耗要低8kWh/t~12kwh/t.由此可見，強化對入磨物料的預處理，才能使粉磨系統(tǒng)長期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率及較低的粉磨電耗。同時，由于入磨物料粒度縮小，可優(yōu)化設計磨內(nèi)研磨體級配、降低研磨體平均尺寸，更有利于顯著提高水泥的磨細程度（比表面積）和膠砂強度。
大型管磨機內(nèi)部應采用提升、分級襯板、篩分裝置、活化裝置、研磨體防串裝置。基于大型管磨機研磨體裝載量多的緣故，為使系統(tǒng)能夠長期保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，要求采用質(zhì)量優(yōu)良的硬質(zhì)合金研磨體，如高、中鉻合金材質(zhì)（磨耗＜50g/t、破損率＜1.0%）。同時，磨內(nèi)其他部位易損件，如襯板、隔倉板等，也宜選用與研磨體相同的材質(zhì)與其配副，以獲得最佳抗磨效果和良好的表面光潔度，為穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量創(chuàng)造條件。
為了提高出磨水泥的圓型度，部分企業(yè)在細磨倉內(nèi)全部采用椎8mm~12mm的微形球，使用效果良好。大型管磨機有多個倉位，各倉內(nèi)所用的研磨體規(guī)格不同，一般規(guī)律是自進料端向出料端各倉的研磨體規(guī)格逐漸縮小，以增強研磨體對物料的磨細功能。研磨體的填充率一般＜32%，大多在26%~30%之間選取。
2.中小型水泥粉磨工藝的改造（椎4m以下）
對于中小型管磨機而言，無論是開路還是閉路粉磨系統(tǒng)，必須設置磨前物料預處理工藝。可選用的預處理方式有預破碎、預粉碎和預粉磨，3種預處理工藝中，以預粉磨（即采用短粗型棒磨或筒輥磨）技術(shù)效果最好，電耗低、長期運行可靠，經(jīng)處理后的物料最大粒度均穩(wěn)定在2mm以下，其中尚含有30%左右的成品。預處理工藝的設置，部分或全部取代了磨機粗磨倉的功能，相當于延長了磨機的細磨倉，更有利于提高長徑比較小（L/D≈3）的中長磨或短磨的系統(tǒng)產(chǎn)量（30%~50%）、降低粉磨電耗（10%~30%）。現(xiàn)就采用預處理后的幾種粉磨流程的改造進行探討。
3.預處理開路高細磨系統(tǒng)眾所周知，水泥成品中30μm以下顆粒所占比例決定膠砂強度的發(fā)揮，特征粒徑16μm~24μm的含量越多越好。中小型磨機一般磨身較短，物料在磨內(nèi)停留被粉磨的時間也短，完全依靠磨內(nèi)研磨體對物料的破碎與粉磨，物料往往不易被磨細，導致成品中粗顆粒含量偏多，嚴重制約水泥水化活性的發(fā)揮。預處理工藝的設置對開路粉磨系統(tǒng)的增產(chǎn)、節(jié)電及提高水泥的磨細程度意義重大。
入磨物料經(jīng)過預處理，磨機一倉的功能由預處理設備完成，磨內(nèi)研磨體平均尺寸縮小，增強了對物料的細磨能力，水泥成品中30μm以下顆粒比例顯著增加。
預處理開路高細磨工藝形成后，宜對磨內(nèi)進行相應改造，安裝篩分分級隔倉板，同時對細磨倉襯板進行活化處理，以充分激活微形研磨體的粉磨能量，顯著提高水泥的磨細程度和膠凝活性。經(jīng)開路工藝磨細后的水泥顆粒級配中某一粒徑的含量相對集中，即通常所說的“窄級配水泥”。磨內(nèi)隔倉板及出料篦板篦縫一般≤6mm.開路高細磨系統(tǒng)必須強化通風與收塵措施，磨內(nèi)風速保持0.5m/s~0.8m/s，宜選擇布袋收塵工藝。如果出現(xiàn)研磨體表面因靜電吸附細物料而影響粉磨效率時，可考慮引入助磨劑解決，該工藝粉磨電耗一般在30kWh/t~33kWh/t. 4.預處理閉路粉磨工藝閉路粉磨工藝是在開路粉磨基礎(chǔ)上通過增設高效選粉設備改造而成。閉路粉磨工藝最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是所選用的選粉機的分級精度一定要高（如選粉效率達85%以上）、性能穩(wěn)定、長期運行可靠，否則難以達到最佳技術(shù)效果。該工藝最佳配置為：磨前預處理+磨內(nèi)篩分+磨外高效選粉，可以避免閉路粉磨水泥顆粒級配變寬的現(xiàn)象，力求使特征粒徑的粉體含量更多些，利于水泥水化活性及力學強度的進一步發(fā)揮。閉路粉磨系統(tǒng)電耗低于開路系統(tǒng)，一般為≤28kwh/t.山東建材學院研究人員曾對某廠椎2.2×6.5m閉路水泥磨系統(tǒng)采用預處理技術(shù)進行改造，入磨物料平均粒度由9.7mm降至5.3mm，同時優(yōu)化設計磨內(nèi)研磨體級配、調(diào)整兩倉填充率、改進選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適當降低系統(tǒng)循環(huán)負荷率。改造后，出磨水泥成品比表面積提高70%、3天抗壓強度提高65%. 5.物料分別粉磨工藝物料分別粉磨工藝可最大限度地發(fā)揮水泥成品的膠凝活性，為大量利用高活性工業(yè)廢渣，凈化生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造了良好的條件。經(jīng)分別粉磨再“勾兌配制”的水泥，有更多的混合材摻量。同時由于熟料摻量減少，制得的水泥中不僅堿含量低，而且水化熱也低，可顯著提高混凝土制品的耐久性。
分別粉磨工藝制備的水泥顆粒級配更合理，強度增進率高，制造成本低，粉磨電耗居中，一般在40~50，是粉磨工藝發(fā)展和改造的方向之一。
作者：中國建材工業(yè)經(jīng)濟研究會水泥專業(yè)委員會 鄒偉斌