球磨机节能高产简析

  1 球磨机优质节能高产的现实意义
  球磨机优质节能高产”，是一个永恒的话题。尤其是立窑水泥企业，随着全面管理的技术进步，立窑熟料台时产量不断提高;跨世纪后，水泥新标准的实施，对水泥的细度、比表面积和颗粒组成都提出了更高的要求。因此，在当今提出“球磨机优质节能高产”的课题，更加具有重要的现实意义。
  1.1熟料台时产量的提高对生料需求量的增加
  近年来，许多立窑水泥企业由于采用了新的配料方案、人窑生料合格率的提高、应用小料球缎烧技术、更换节能型配套耐火材料、选择新型布料器和卸料蓖子等，使其熟料台时产量明显提高。原先配套的生料磨机，现在已显得生产能力不足，有些企业出现了“现磨现烧”的现象。这样不仅限制了立窑熟料台时产量的提高，而且因生料储存量不足，来不及充分均化，又无法搭配使用，严重地影响立窑热工制度的稳定.以导致熟料质量下降。
  1.2水泥新标准实施要求水泥粉磨质量提高
  水泥新标准实施后，摆在本行业面前最重要和紧迫的课题是:如何提高水泥实物的ISO强度。为了顺利执行水泥新标准，许多立窑水泥企业往往采取这样的措施:降低混合材掺加量或提高水泥比表面积。而要获得较高比表面积最简单的办法是降低磨机的产量和增加研磨时间，但带来的结果是出现“过粉磨现象’，使<3pm的微粉增多，不仅不能提高强度，反而使粉磨电耗大幅度上升。虽然水泥比表面积较高，但颗粒组成状况不佳，水泥实物的ISO强度没有明显增加。这样采用降低水泥成品细度和增加熟料含量来提高水泥早期强度的作法，会造成生产成本上升和磨机产量下降。
  1.3提高磨机产且是降低水泥综合电耗的有效手段
  生料粉磨和水泥粉磨是水泥生产过程中的重要环节。每生产一吨水泥大约需要粉磨2.7吨的物料，用于粉磨作业的电耗约占水泥综合电耗的三分之二以上。尽管目前水泥综合电耗的数值与前二三十年相比已经下降了30%左右，但不断提高粉磨效率，降低粉磨电耗仍然是我们不懈追求的重要目标。
  1.4立窑水泥企业技术进步中不可忽视的环节
  不少立窑水泥企业对水泥粉磨过程的控制与检验不完善，对粉磨成品只测筛余量，而不测定比表面积，致使水泥生产即使非活性混合材改用活性很好的水淬高炉矿渣，由于比表面积偏低而阻碍了矿渣活性的发挥。企业在技术和产品质量管理方面，片面强调“以窑为中心”、“缎烧决定一切”、“加强以熟料为中心的质量管理”等，同时技改、攻关等项目投人亦集中在立窑烧成系统。片面认为只要熟料质量好，水泥质量必然会好。从而有不少厂将水泥粉磨过程中产生的质量问题，却要求从缎烧熟料方面去解决。总之，重视Q烧工艺，忽视粉磨工艺;重视配料，忽视磨机配球等等，这样的指导思想和管理方法，都十分不利于水泥企业的技术进步。
  2影响球磨机产质量的主要因素
  影响球磨机产质量的因素很多，一般可分为工艺因素和机械因素两大类。
  2.1影响球磨机产质量的工艺因素
  2.1.1入磨物料粒度
  由于球磨机干法粉磨时的能量利用率仅为2%-3%，国内外工程技术人员经过多年的科学研究和生产实践，提出了“多破少磨、以破代磨”的预粉碎工艺，使球磨机的产量大幅度提高，粉磨电耗也明显降低，增产节能效果很好。球磨机设计制造的铭牌产量(生产能力)，是按人磨物料平均粒度为25mm时确定的，在其小于25mm的条件下，磨机产量可按下面的经验公式换算:
  Qb=Qa(Da/Db)X
  Qa、Qb分别为入磨物料粒度在Da、Db(mm)时的球磨机产量(t/h)
  X为产量变化系数(0.1-0.145)
  生产实践表明，当人磨物料平均粒度从25mm分别降至5、3和2mm时，则磨机产量可分别提高38%,53%和66%。
  2.1.2入磨物料水分
  物料的水分直接影响着配料的准确性和磨机产量与电耗。其原因有二:首先。由于物料水分大而影响喂料的均匀性，并使喂料时间延长。其次，由于湿物料喂人过多，就有可能造成磨内糊球、糊衬板的现象发生，甚至出现‘饱磨”而被迫停磨处理。一般来说，人磨物料综合水分每增加1%，磨机产量会降低8%-10%;当水分大于5%时，干法磨机基本上无法进行粉磨作业了。
  2.1.3入磨物料的特征与易磨性
  人磨物料的品种及其配比，直接关系到磨机的产、质量和单产电耗。最新研究成果表明:任何混合材都会降低水泥的强度，只是混合材的活性不同，其降低水泥强度的程度不同而已。常用混合材中，矿渣活性最好，但矿渣的比表面积在300m'/kg以下时，其对水泥强度的影响并没有反映出它的优势。物料的易磨性对磨机产量和产品质量的影响是显而易见的。这一点在立窑水泥企业，以往没有得到重视。国家标准规定，物料的易磨性系数以粉碎功指数表示。由于大多数企业没有专业检测设备，一般以试验小磨测物料与标准砂的相对易磨性系数，也能够作为确定粉磨工艺参数的参考。我们使用的原、燃材料的相对易磨性系数测得后，球磨机研磨体的装载量和级配设计计算及调整，就有了依据，提高磨机的产质量就可以采用科学的手段和方法来调控。
  2.1.4粉磨工艺流程
  不考虑磨前的预粉碎，粉磨工艺流程可分为开路流程和闭路流程(简称开流和圈流)。在相同条件下，后者的产量比前者约高20%一30%;实行新标准后，要求水泥出磨的筛余大大降低，圈流粉磨的水泥也要求较高的比表面积，因此，开流粉磨的水泥早期强度高的优势已经不很明显了，所以，建议有条件的水泥厂，尽量采用圈流粉磨工艺流程，这样既可以避免开流粉磨的过粉磨现象，又能保证磨机的节能高产。
  过去对圈流粉磨的工艺控制，常采用“循环负荷率，，和“选粉效率”两个技术参数来实现。实践证明，在出磨细度和成品细度基本不变的情况下，采用回料细度来调控圈流粉磨系统，更为快捷方便。
  2.1.5对粉磨成品的比表面积要求
  不论是生料粉磨，还是水泥粉磨，成品的细度不同，对粉磨过程的产质量影响都很大。我们通过生产实践统计、试验、归纳和计算，得到了粉磨产品比表面积与磨机产量的经验计算公式:
  Qb=Aa(Fa/Fb)X
  Qa:球磨机原来的产量(t/h)
  Fa:原来粉磨产品的比表面积(m2/kg)
  Qb：球磨机后来的产量(t/h)
  Fb:后来粉磨产品的比表面积(m'/kg)
  X:产量变化系数(1.1~1.6,平均1.35)
  按此公式计算，磨机产品比表面积为300m2/kg时产量若为10t/h，如果将产品比表面积提高到350m2/kg，则磨机产量将降低至8.1t/h。
  2.2影响磨机产质量的机械因素
  2.2.1磨机筒体内的通风
  磨内通风良好有利于降低磨内温度、排出水分、减少过粉磨现象和提高粉磨效率。经验证明，圈流粉磨的球磨机，磨内风速应保持在0.8-1.0m/5左右，而开流粉磨时应控制在1.0-1.2m/s左右，这样才能适应磨机节能高产的要求。我们也可以按磨机实际产量来进行通风机的选型，经验公式如下:
  Q=400G
  Q：球磨机通风量(m2/h)
  G：球磨机产量(t/h)
  2.2.2磨内结构
  磨内结构是指磨机筒体内的衬板、蓖板、隔仓板和进、出料装置等。目前立窑水泥企业使用规格为(p2.2m及其以下的球磨机，尽管磨机是现在新购置的，但制造磨机所使用的图纸，还在延用二十世纪五、六十年代的设计资料。如:进料口为900直角进料、磨头进料螺旋叶片角度为370,隔仓板位置和衬板形式等一律照旧。因此，出现进料口有物料滞留区、进料速度慢、影响通风面积、对预粉碎后的物料各仓位产生粉磨不均衡、粉磨效率低等现象，限制了球磨机的优质节能高产。进行适当的磨机结构调整，无疑是十分必要的。
  2.2.3研磨体级配和续充率
  由于粉磨工艺条件的变化，传统的配球方法和填充率设计很难适应目前磨机节能高产的需要。必须根据实际的人磨物料粒度、易磨性系数(或相对易磨性系数)、衬板及隔仓板的形式、安装位置、磨机功率、转速等，进行必要的各仓位研磨体动态试验、计算确定。
  3球磨机优质节能高产的主要途径
  实践证明:“磨前增加预粉碎工艺、磨内进行结构改进、磨后选择高效选粉机。”是进人新世纪以来，球磨机优质节能高产的主要途径。一些受益的企业说:“磨前细碎是前提，磨内改造是根本，磨后优选是保证”。
  3.1预粉碎工艺
  3.1.1预粉碎设备
  球磨机是一种能量利用率较低的粉磨设备，尤其是研磨体以抛落状态为主的第一仓。用能量利用率较高的其它粉碎设备，来代替球磨机第一仓的工作，对磨机的优质节能高产是非常有效的。近十几年来，改革开放的大好形势，使国外许多先进的装备技术被国内引进、消化、吸收，国产预粉碎设备出现一个新的制造高潮。先后用于立窑水泥企业的有:细碎领式破碎机(PEX)、立轴反击式破碎机(PCXL),高细锤式破碎机(PCX)、立式冲击式破碎机(PLJ),筛分滚压破碎机(SCP),喷射式破碎机(PSL)等等。选择细碎破碎机时，首先要看它的结构、工作原理是否先进?物料进人破碎机后，运动轨迹是否合理?能否在破碎腔内实现多功能复合粉碎?然后，还必须考虑其单产电耗是否经济?金属消耗量是否较低?环保指标能否达标?
  总之一句话，要使生产可靠性与技术先进性较好地统一起来。此外，挤压机(辊压机)、立式磨、棒磨机也都可以作为预粉碎设备，效果都很好。
  3.1.2预粉碎工艺流程
  根据预粉碎物料的情况来分，工艺流程可分为:单物料预粉碎和配合料预粉碎。前者是单一的减小某种物料的粒度;而后者不仅减小了物料粒度，而且使配合料的各组分进一步混合均化，有利于粉磨产品的优质高产。无论是单物料还是配合料的预粉碎，都可以分为开路和闭路两种流程。与普通粉磨工艺一样，开路流程简单，一次性投资省;但产品粒度波动大，对球磨机节能高产幅度有一定限制;而闭路流程较复杂，设备投资较多;但产品粒度均齐，细度调节容易控制，更有利于研磨体的级配优化和球磨机的优质节能高产。采用挤压机(辊压机)作预粉碎设备时，选择闭路流程更为重要。因为，国产挤压机出料中朱被真正挤压的漏料，约占总量的15%左右。这些漏料与挤压机真正产品料饼的物理性能(粒度、易磨性等)差异很大，对球磨机的产质量有明显影响。所以，选用打散分级机与挤压机组成预粉碎闭路流程十分必要。打散分级机可以将挤压机的漏料和粒度不合格的粗料选出，待其返回挤压机喂料仓后，既解决了挤压机的边缘效应(漏料)的负面影响，又缓解了挤压机过饱和喂料的需求;同时，依靠打散分级机对预粉碎产品的把关，挤压机可以采用.‘低压大循环”的运行机制，以减轻辊面磨损、提高安全运转率、延长设备使用寿命。
  3.1.3球磨机工艺参数调整
  当球磨机粉磨系统增加预粉碎工艺后，必须及时调节粉磨工艺参数。
  ①钢球级配在维持装载量不变的情况下，要降低各仓平均球径。一仓以60t5mm为宜。如果人磨物料粒度均齐，则应将大规格的钢球检出;如果入磨物料粒度不均齐，则也应减少大球，增补相同装载量的小球
  ②隔仓板位置:人磨物料粒度减小后，粉磨所需要的破碎能力与空间相应减小，因此根据磨内筛析曲线，适当向磨头方向移动隔仓板位置，有利于保持粉磨速度的均衡和仓位的匹配。③填充率:研磨体在磨内的装载情况要根据工艺流程来确定。开流磨后仓应略高于前仓，以控制物料流速和粉磨速度、保证出磨产品的细度合格率;而圈流磨则应该保持前后仓持平，适当加快物料流量、以充分利用选粉机对产品把关的优势。
  ④圈流磨出磨物料细度:人磨物料经过预粉碎后，不仅粒度减小，而且易磨性也不同程度地得到了改善，导致出磨物料中的细粉更细且含量更多。为此，应将出磨物料细度指标(筛余)，由原来的R0.08=40±3%调整到R0.08=30±3%。
  ⑤系统循环负荷率:增加预粉碎工艺后的圈流粉磨系统，应选择高效选粉机来完成产品分级任务，尽量减少粗粉回料量，增加成品细粉量。系统循环负荷率应控制在100%以下，以较高的选粉效率实现球磨机的优质节能高产。
  ⑥尾仓小钢球与钢锻的选择:在粉磨过程中，钢球与物料是点接触，粉磨后的成品细粉颗粒形貌一般为球形;如果是水泥磨，对水泥的后期强度增进率有利，即成品水泥的28天抗压强度较高。而钢锻在粉磨过程中与物料是线接触，粉磨后的成品细粉颗粒形貌一般为多边形或条形，对水泥的后期强度增进率不利，但有利于粉磨产品的比表面积和产量提高。因此，在水泥闭路粉磨时，尾仓研磨体是选择小钢球还是钢锻?主要取决于水泥熟料的强度。为了保证出磨水泥有足够的富裕强度，在熟料强度较高时，选择钢锻较合适;在熟料强度不太富裕时，选择小钢球更为有利。
  3.2磨机结构的改进
  近十年来，根据提高磨机产质量的需要，在构造及其功能上都进行了较大的改进。如:进料口螺旋的改进，不仅解决了堵料现象，而且加大了通风面积;各种新型衬板的使用，对研磨体运动状态的调节以及对物料的适应性都有了较大的改善;隔仓板不仅增加了控制料流及平衡各仓粉碎能力的功能，而且可以实现粗细颗粒的分级作用;磨内增设活化环，使研磨体的能量利用率和粉磨效率大幅度提高;磨机尾仓选用双曲面衬板，在轴向和圆周方向均有倾斜曲面，不仅能够增加钢球的横向分级，还能提高钢段、钢球的研磨效率。
  球磨机工况最佳化，即是指磨内破碎能力与研磨能力相匹配。关键在磨内研磨体的填充率与级配。传统的球磨机工艺参数，都是以当时的机电条件和粉磨理论为依据而确定的;如今进相机、变频调速器、大型滚动轴承、新型衬板及活化环的出现，生产实践早已突破传统的工艺规范:磨内填充率由29%~31%提高到36%~40%a，磨机转速也提高5%~10%，有的接近临界转速，研磨体装载量也相应增加等等，磨机节能高产十分明显。
  3.3圈流粉磨与高效选粉机
  圈流粉磨系统是球磨机优质节能高产的重要途径。与之配套的选粉机也因技术进步的需要，由传统的第一代离心选粉机、第二代旋风式选粉机发展到第三代笼式高效选粉机。
  3.3.1圈流粉磨工艺
  圈流粉磨系统是利用选粉机将粉磨后的合格细粉分选出来，不合格的粗粉返回磨机重新粉磨，来进行粉磨作业的。在我国常用“循环负荷率”和“选粉效率”这两个技术参数来调控圈流粉磨系统的工况。“循环负荷率”是指选粉机的回料量(粗粉)与成品量(细粉)之比;‘选粉效率”是指选粉机选取的成品量与选粉机喂料中的细粉量之比;它们都可以用出磨物料细度、回料细度、成品细度的筛余检测值，计算而得:
  K=T/Q=(A-C)/(B-A)
  K循环负荷率(%)
  T选粉机回料量(t/h)
  E=[(100-C)/(100-A)][1/(1+K)]
  Q选粉机成品量(t/1,)
  E选粉效率(%)
  A选粉机喂料(出磨物料)细度(R0.08%)
  B选粉机回料细度(R0.08%)
  C选粉机成品细度(R0.08%)
  从以上公式分析可得:
  ①当出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变时，循环负荷率K越高，则选粉效率E越低;
  ②当出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变时，选粉机回料细度B越大，则循环负荷率K越小，选粉效率E越高。
  因此，在圈流粉磨工艺中，可以利用此结论来调控系统工况和评价选粉机工作性能的优劣。即:维持出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变，如果回料细度(筛余)越大，说明选粉机选粉效率越高，分级性能越好;反之回料细度越小，选粉效率越低。
  3.3.2选粉机的结构优化
  选粉机的关键技术是“分散”、“分级，和“收集”。“分散”是指进人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、物料水分及其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选粉机，也被称为继离心式、旋风式之后的第三代选粉机。它的选粉效率一般在80%以上，但它不带细粉收集装置，需要配备处理风量较大的袋收尘器或电收尘器，增加了设备投资，工艺布置复杂化，在一定程度上限制了它的推广和应用。转子式旋风选粉机也简称为转子式选粉机。它是20世纪90年代，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。
  (1)采用高抛撒能力的撒料盘，使物料分散均匀、充分。.主轴传动选用了调速电机，可改变撒料盘转速，调节产品细度更加方便。
  (2)在撒料盘上方增加了一个笼形转子，其倒锥形的表面旋转产生的旋流及切向剪力，强化和稳定了离心力分级力场，增大了分散能力和提高了分级效率。
  (:3)采用高效低阻的旋风筒收集细粉，增大了进风涡旋角，延长了含尘气流在旋风筒内的停留时间，从而提高了各级细粉和超细粉的收集量。
  转子式旋风选粉机在一台设备中，串联上、中、下三个选粉室，根据物料在选粉过程中的粗、细粉比例变化，合理安排分级气流的方向、速度和流量，将涡流分级、惯性分级、离心分级等科学地组合于一体，更加适应新标准下的粉磨工艺要求，给球磨机优质节能高产提供了有效手段。
  3.4助磨剂在水泥粉磨中的应用
  在粉磨过程中，加人少量的外加剂，以消除细粉粘附和聚集现象，加快物料的粉磨速度，提高粉磨效率，有利于球磨机优质节能高产。这类外加剂统称为“助磨剂”。在国外助磨剂的应用十分普遍,95%的水泥磨机都使用助磨剂。在国内有些水泥厂，以前也使用过助磨剂，如:三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、石油酸钠皂等一类化工厂下脚料，但由于来源短缺、价格增涨，渐渐停用。从外加剂作用机理看，我们可以把助磨剂分为两类:工艺型助磨剂和功能型助磨剂。工艺型助磨剂是降低物料表面能、减弱分子引力所产生的聚合作用、帮助外力作功时颗粒裂纹的加速扩展，从而提高粉磨效率和产品的比表面积，实现球磨机优质节能高产的目的;功能型助磨剂是利用化学物质特有的功能，激发材料活性、提高水泥强度、缩短凝结时间等实现磨机高产。因此，后者含有一部分碱性物质;在建筑施工中，如果再使用混凝土外加剂，容易产生不兼容现象，造成水泥制品、水泥构件质量下降.特别在钢筋锈蚀、混凝土开裂等方面，危害较为严重。所以，在使用助磨剂时，尽量选择工艺型助磨剂，如:HY-1高效水泥助磨剂等，该助磨剂是由石油精炼所得磺化芳烃的醇酸盐、植物油等原材料，经特殊工艺加工而成的中性物质，不含Cl-,K+,Na+等对混凝土耐久性不利的成分，掺量0.6%-0.8%，提高产量10%一30%，增加比表面积20-80n2/kg。如果粉磨工艺不得不添加功能型助磨剂时，那么，就在小磨试验前、后，都应该请权威部门严格检验认定。之后，方可投人批量使用。
  使用助磨剂，可以获得比表面积较高的粉磨产品、并减少过粉磨现象;同时，物料在磨内的流速会加快，使其在磨内停留时间缩短，引起出磨细度(筛余)的变化。对于开流粉磨来说，必须调节磨内工况，适应粉磨产品的细度要求;对于圈流粉磨则要控制出磨细度(筛余)在正常范围之内，决不允许有筛余值逐渐增大的现象发生。否则，不仅磨机产量会降低，而且，还会引起循环负荷率增加、磨尾提升机过载堵塞，造成停产事故。总之，选择和使用助磨剂是一项科学严谨的技术工作，必须认真做到以下五点：
  ①考虑入磨物料性质，进行小磨比较试验:由助磨机理所决定，助磨剂对物料的适应性是各有差异的，要想得到最佳助磨效果，必须按要求的技术条件，先进行小磨试验;然后优选方案到大磨实施。
  ②注意粉磨工艺条件，选择不同种类的助磨剂:助磨剂有气、固、液三种状态、几十个品种;除了对物料适应性、助磨功能不同之外，对干法磨、湿法磨、开流磨、圈流磨、烘干磨等使用的要求都不一样，需要仔细试验、使用。
  ③使用助磨剂，不要对下续作业有不良影响:在生料磨使用助磨剂时，要考虑对烧成工艺的影响;在水泥磨使用助磨剂时，要考虑对包装、散装工艺以及建筑施工、水泥制品构件质量的影响。
  ④要重视助磨剂来源和成本:助磨剂给用户带来的经济效益，与其价位、市场供应有着密切关系，企业可通过综合评估、核算后，再进行优化选择。
  ⑤助磨剂必须满足环保要求:许多外加剂都是利用化工厂的下脚料配制的，经常残留着一些不利于环境保护的物质。在选用助磨剂时，不要被低价位所迷惑，必须保证使用的助磨剂不污染环境，不危害员工身体健康。