第五章 粉磨工艺

第五章粉磨工艺第一节粉磨的目的和要求粉磨是将颗粒状物料通过机械力的作用变成细粉的过程。

对于生料和水泥粉磨过程来说，也是几种原料细粉均匀混合的过程。

粉磨的目的是使物料表面积增大，促使化学反应的迅速完成．粉磨产品细度常用筛余量和比表面积来表示。

一•生料粉磨的目的和要求生料的细度直接影响窑内锻烧时熟料的形成速度。

生料细度越细，则生料各组分间越能混合均匀，窑内锻烧时生料各组分越能充分接触，使碳酸钙分解反应、固相反应和固液相反应的速度加快，有利于游离氧化钙的吸收；但当生料细度过细时，粉磨单位产品的电耗将显著增加，磨机产量迅速降低，而对熟料中游离氧化钙的吸收并不显著。

生料中的粗颗粒，特别是一些粗大的石英（结晶Si0 ：）和方解石晶体的反应能力低，且不能与其他氧化物组分充分接触，这就造成锻烧反应不完全，使熟料,f-Ca 0 增多，严重影响熟料质量，所以必须严格加以控制，而颗粒较均匀的生料，能使熟料锻烧反应完全，并加速熟料的形成，故有利于提高窑的产量和熟料的质量。

因此，生料的粉磨细度，用管磨机生产时通常控制在0. 08mm 方孔筛筛余10 ％左右，0.2m m 方孔筛筛余小于 1. 5 ％为宜。

闭路粉磨时，因其粗粒较少，产品颗粒较均匀，因而可适当放宽0. 08mm 筛筛余，但仍应控制。

．2mm 筛筛余，对于原料中含石英质原料和粗质石灰岩时，生料细度应细些，特别要注意0. 2mm 筛筛余量。

二•水泥粉磨的目的及要求水泥的细度越细，水化与硬化反应就越快，水化愈易完全，水泥胶凝性质的有效利用率就越高，水泥的强度，尤其是早期强度也愈高，而且还能改善水泥的泌水性、和易性等。

反之，水泥中有过粗的顺粒存在，粗颗粒只能在表面反应，从而损失了熟料的活性。

一般试验条件下，水泥颗粒大小与水化的关系是：0--l0μm ，水化最快，3--30μm ，是水泥主要的活性组分；．＞60μm ，水化缓慢；＞90μm ，表面水化，只起集料作用。

水泥比表面积与水泥有效利用率（一年龄期）的关系是：，水化最快，300M 2 /kg 时，只有44 ％可水化发挥作用；700 M 2 /kg 时，有效利用率可达80 ％左右；1000 M 2 /kg 时，有效利用率可达90 ％-95 ％。

必须注意：水泥中小于3pm 颗粒太多时，虽然水化速度很快，水泥有效利用率很高，但是，因水泥比表面积大，水泥浆体要达到同样流动度，需水量就过多，将使水泥硬化浆体内产生较多孔隙而使强度下降。

在满足水泥品种和标号的前提下，水泥细度不宜太细，以节省电能，通常水泥的细度为比表面积控制300M2 /kg 左右。

三•煤的粉磨目的和要求入回转窑的煤粉细度，一般要求控制0. 08mm 方孔筛筛余1000^15 ％为宜。

煤粉越细，比表面积越大，与空气中氧气接触的机会增多，燃烧速度越快、越完全，单位时间内放出的热量越多，可以提高窑内灭焰温度；煤粉太粗时，黑火头长，难着火，燃烧速度慢，火力不集中，烧成温度低。

煤粉太粗时，还会造成窑内还原气氛，煤灰掺入熟料中不均匀；造成窑内结圈．这些因素会使熟料质量降低，窑内热工制度不稳定，操作困难。

第二节粉磨流程一、粉磨系统粉磨流程又称为粉磨系统，它对粉磨作业的产量、质量、电耗、投资，以及便于操作、维护等都有十分重要意义。

粉磨系统有开路和闭路两种。

当物料一次通过磨机后即为成品时称为开路系统，如图1-5-1 所示；当物料出磨后经过分级设备选出产品，粗料返回磨机内再磨称为闭路系统，如图1-5-2 所示。

开路系统的优点是：流程简单，设备少，投资省，操作维护方便，但物料必须全部达到产品细度后才能出磨。

开路系统产品颗粒分布较宽，当产品细度（筛余）达到求时，其中必有一部分物料过细，称为过粉磨现象。

过细的物料在磨内产生缓冲垫层，妨碍粗料进一步磨细，从而降低粉磨效率。

闭路系统与开路系统相比，由于细粉被及时选出，产品粒度分布较窄，过粉磨现象得以减轻。

出磨物料经输送及分选，可散失一部分热量，粗粉再回磨时，可降低磨内温度，有利于提高磨机产量，降低粉磨电耗。

一般闭路系统较开路系统可提高产量15 ％^}25 ％，产品细度可通过调节分级设备来控制。

但是闭路系统设备多，较为复杂，系统设备利用率低，投资大，操作、维护、管理较复杂。

此外，开路系统产品的颗粒分布较宽，而闭路系统产品的颗粒组成较均匀，粗粒和微粉数量减少，因而在相同比表面积的条件下，闭路较开路粉磨的水泥，早期强度略有提高，后期强度有较明显的提高，如保持同样的强度，则闭路系缠的产晶些表面积可些开路系统低一些。

二、生料粉磨流程（一）湿法生朴粉磨系统湿法生料粉磨系统有开路和闭路之分，但以开路系统为主。

开路一般采用长管磨或中长磨机，闭路则用弧形筛和长管磨组成一级闭路系统。

弧形筛的结构简单，体积小，操作方便，该系统的单位产品电耗约12-14kW · h/t, 比开路系统一般可降低15 ％左右，但该系统比开路系统稍复杂，弧形筛对材质的耐磨性要求较高．（二）干法生料粉磨系统干法生料粉磨系统，需要对含有水分的物料进行烘干。

50 年代以前建的水泥厂，物料多数是经过单独烘干设备烘干后再入磨粉磨，随着干法水泥生产技术的发展，特别是悬浮预热器窑和预分解窑的出现，为充分利用窑的废气余热并简化生产工艺过程，出现了多种闭路的烘干一粉磨系统，如尾卸提升烘干磨，中卸提升烘干磨，风扫式钢球磨和立式磨（辊式磨）等，如图1-5-3 、图1-5-4 所示。

采用烘干兼粉磨系统粉磨物料时，既节省了供干设备及物料的中间储存和运输，又节省了投图1-5-3 中卸提升循环烘干磨系统资和管理人员，同时，物料在粉磨过程中进行烘干，由于物料不断被粉碎，比表面积不断增大，供干效果更好，尤其是磨内通入大量热风，能及时将细物料带出磨外减少缓冲垫层作用，有利于提高粉磨效率，但是此系统辅助设备较多，操作控制较复杂。

70 年代以来，采用立式磨系统粉磨生料有了较大的发展，立式磨利用厚床粉磨原理，主要靠磨辊和磨盘间的压力来粉碎物料，经过碾压的物料再次滚压时，可进一步实现相当有效的粉磨，它减图1-5-4 立式磨系统少了钢球磨对研磨体的提升和研磨体互相撞击所消耗的能量，并有效地防止了物料的凝聚现象，所以粉磨效率可比钢球磨提高一倍左右。

磨机本身带有选粉装置，控制成品细度比较方便，而且入磨物料粒度较大，可达100^ -150mm ，可省去二级破碎，所以其电耗较低，且占地面积也小。

特别是立式磨的通风量较一般钢球磨大，可以更好地利用窑尾烟气的余热进行生料的供干。

因此随着悬浮预热器窑和预分解窑的广泛使用而得到迅速发展。

但是立式磨对研磨体和衬板的磨耗则与物料磨蚀性的平方根成正比，因此，当物料中含有一定量的结晶Si0 ：而磨蚀性较强时，就不宜采用立式磨。

我国已从德国菲弗公司引进了MPS 型立式磨的生产技术，其生料磨的技术性能见表1-5-1 表1-5-1三•水泥粉磨流程水泥粉磨系统通常有：长磨或中长磨开路系统，中长磨一级闭路系统，短磨二级闭路系统，闭路中卸磨系统等。

在水泥细度要求不高时，开路系统即可满足要求，但当要求产品细度较高时，普通开路系统的粉磨效率较低，而闭路系统则较高，而且闭路系统易于调节产品细度，可以适应生产不同品种水泥的需要。

因此，水泥粉磨以闭路系统较多，特别是大型水泥磨多为闭路生产。

近年来的研究发现：无论是钢球磨还是立式磨，物料在粉磨时都是受到压力和剪力，而水泥工业所需处理的各种原料、燃料、熟料都属于脆性材料，其特点是抗压强度高，而抗拉强度低，所以致使传统的粉磨设备效率较低。

进一部分析研究后发现：在一颗粒状物料粉碎过程中，如果只施加纯粹的压力，所产生的应变 5 倍于剪力所产生的应变，即如能采用一种只使物料受压的粉碎设备，就能提高粉碎效率，大幅度节能，这就诞生了辊压机（又称挤压磨），其工作原理如图1-5-5 所示。

在辊压机中，物料在两辊之间承受高达100^-200MPa 的挤压，线压力可达lof/cm ，外力使颗粒压实，物料结构，包括微结构遭到破坏，从而产生大量裂纹，出辊压机的料片中，小于90μm 的颗粒约占30 ％，所以可以使磨机以较低的电耗进行粉磨。

生产实践表明，在钢球磨机前增设辊压机后，可使磨机产量增加300o~60 ％，节电150o-5 ％。

熟料挤压前后的动力消耗，如图1-5-6 所示。

近年来水泥粉磨趋向于采用球磨机、辊压机、高效选粉机不同组合的粉磨流程。

辊压机用于水泥粉磨的流程有预粉磨、混合粉磨、终粉磨等几种。

混合型粉磨流程是将辊压机装在球磨机前面（如图1-5-7 ) ，选粉机出来的粗粉一部分进入辊压机，一部分进入球磨机。

这一流程与传统的球磨机相比，节省单位产品电耗30 ％左右。

1 一料仓；2 一辊压机；3 一磨机；4 一提升机巧一选粉机； 6 一粗粉分离器．7 一收尘器；8 一排风机第三节影响磨机产质量及能耗的主要因素在粉磨的过程中，怎样实现优质、高产、低消耗（单位产品的电耗、研磨体和衬板的消耗）是粉磨生产过程所要研究的一个重要问题，其影响因素很多，现简要分析如下。

•人磨物料粒度入磨物料粒度的大小是影响磨机产量和能耗的主要因素之一。

因入磨物料粒度小，就可以减小钢球直径，在钢球装载量相同时，使钢球个数增多，钢球的总表面积增大，因而就增强了钢球对物料的粉磨效果。

如永登水泥厂的归．4m X 13m 湿法生料磨，入磨粒度从20mm 降到l 0mm 以下，使磨机产量提高30 ％左右，由于破碎机的电能利用率约为30 ％左右，而钢球磨机只有10o'~3 ％，最高70o~8 ％，所以降低入磨粒度的实质就是“以破代磨”，可以使粉磨电耗和单位产品破碎粉磨的总电耗降低。

但是，入磨粒度不能过小，因为随着破碎产品粒度的减少，破碎电耗迅速增加，使破碎和粉磨的总电耗反而增加，经济的入磨粒度可按以下经验公式计算：d=0.005D 。

（1-5-1 ）式中： d —经济人磨粒度，以成。

标注，即以80 ％通过的筛孔孔径表示； D 。

—磨机有效内径,mm,一般中型水泥厂，入磨物料粒度以8^-lvmm 为宜。

•易磨性物料的易磨性表示物料粉磨的难易程度。

常用相对易磨性系数Km 来表示物料的易磨性，是物料单位功率产量q 物与标准物料单位功率产量q 标的比值：Km= q 物/ q 标（1-5-2 ）标准物料常用平潭标准砂,Km ．值大表示容易磨细，反之则表示难磨。

物料的易磨性与其本身的结构有关，所以即使是同一类物料，它的易磨性也可以不一样，例如结构致密的石灰石，其易磨性系数较小，而结构疏松的石灰石则易磨性系数大。

熟料的易磨性与各矿物组成的含量以及冷却速度有很大关系。

试验证明，熟料中C3S 含量多，冷却速度快，其质地较脆，易磨性系数就大；如CZS 和铁相含量多，冷却慢，或者因过烧结成大块，则韧性大且较致密，易磨性系数就小，因而难磨，如图1-5-8 、图1-5-9 所示。