水泥工厂的无球磨化_辊磨是更替钢球磨的主角

所以对于辊磨产品来说， 从兼顾强度和水分出发 就是要寻求一个恰当的均匀性系数 ｎ 值， 这是合理粒 度级配的结合点。可以通过两个方面来调整。在粉磨 方面， 改变辊盘形状、盘速、辊压、挡料圈高度， 目的是 增加粉磨时间、提高中间产品的细度、加宽粒度范围。 在选粉方面改变风量、风速、转速以控制选粉浓度、选 粉效率、内部循环和成品粒度。
水泥粉磨是保证水泥成品质量的最终工艺过程。粉 磨产品的颗粒大小与水化和硬化过程关系很大， ＞６０μｍ 的颗粒对水泥强度作用很小， 仅起填料的作用， 而＜３μｍ 的颗粒在硬化初期即已水化完成， 真正对检验期龄起作 用的颗粒是 ３μｍ￣３０μｍ 的颗粒。不同的品种要求的 ３μｍ￣３０μｍ 颗粒的含量也有所不同。由于水泥的颗粒 组成测定比较困难， 因此一般用比表面积进行控制。
粉磨要求的粒度， 所以长期处于主导地位。 上世纪 ６０ 年代， 气落磨曾经是大家十分关心的新
设备。气落磨（ Ａｅｒｏｆａｌｌ ｍｉｌｌ） 是矿砾自磨机的一种， 其工 作原理是利用粗块矿石代替钢球作研磨介质来冲击小 块矿石而产生细粉。磨机本身是一个回转的扁平圆筒。
粉磨系统可以开流也可以圈流。水泥工业产品粒 度较小， 一般用圈流。亦有将气落磨作为粗磨机， 开流 生产， 产品喂入后续球磨机完成终粉磨的流程。在 ６０ 年代初有不少水泥工厂应用气落磨来烘干兼粉磨石 灰石和生料。仅英国水泥厂就有 ５ 台圈流磨投产。
但是正是由于 ｎ 值大， 其需水量也增加。一般认 为水泥的需水量， 一小部分（ ＜１０％） 是化学结合水， 决 定于 Ｃ３Ａ 的转化率。绝大部分为物理需水量， 其中最 大 部 分 用 来 填 充 水 泥 颗 粒 之 间 的 孔 隙 。根 据 资 料 报 导： 当水泥的 ｎ 值从 ０．９ 增加至 １．１￣１．２ 时， 水泥的 物理需水量增加 ４％￣６％； 在 ｎ 值相同时， 比面积从 ３ ０００ｃｍ２／ｇ 增 加 至 ５ ０００ｃｍ２／ｇ， 需 水 量 仅 增 加 １％￣ ２％。由此说明水泥成品的 ｎ 值是决定需水量的关键。
三种料床粉磨设备当前在市场上的份额， 据 Ｊｏａｃｈｉｎ Ｈａｒｄｅｒ 的统计：
２００２￣２００４ 年的 ３ 年， ２００５￣２００６ 年的 ２ 年 国 际 市场上粉磨设备份额（ 不包括中国） 如表 １、表 ２。
表１ ２００２￣２００４年粉磨设备市场份额
粉磨 物料
总数 （ 台）
辊磨 （ ％）
筒辊磨
辊压机（ ％）
在水泥辊磨应用的初期， 因为成品的水分偏大而 不被市场认可， 通过较长时间的实践改进， 各相关公 司均已解决了这一难题， 辊磨产品和球磨产品的需水 量可以基本相同。举例如表 ４、表 ５。 ２．３ 有利于设备的大型化
辊磨是中速磨， 其转速 ｎ 与盘径 Ｄ－０．５ 次方成 正 比， 其圆周速度 Ｕ 则与 Ｄ０．５ 次方成正比。辊磨与辊压 机、筒辊磨和球磨相比， Ｕｍ／ｓ 值如下：
粉磨作业大量耗能， 其电耗约占水泥总电耗的 ７０％左右。单位水泥电耗过去为 １１０ｋＷｈ／ｔ 左右， 随着 粉磨技术的进步， 当今可降至 ８０ｋＷｈ／ｔ 以下。粉磨是 效率极低的作业， 传统使用的球磨机能量利用率仅 １％￣３％， 绝大部分转化成热量而散失。因此粉磨技术 的进步， 主要围绕着节能来进行。
从整个水泥工厂来说， 取消球磨机从技术上来说 已经成熟。据报导世界上第一个全部有辊磨生产的新 厂是 Ｍｏｒｎｉｎｇ Ｓｔａｒ Ｐｌａｎｔ， 在越南 Ｈｏｎ Ｃｈｏｎｇ。
天津院设计的无球磨工厂亦于 ２００４ 年 ９ 月在越 南福山（ ｐｈｕｃ ｓｏｎ） 水泥厂投产。设计能力为 ５ ０００ｔ／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。
三种设备基本原理相同， 但工艺参数略有差别。 辊压力： 辊压机＞筒辊磨＞辊磨。粉磨轨迹（ 时间） ： 辊 磨＞筒辊磨＞辊压机。辊压力大粉磨效率略高， 而粉磨 轨迹长有利于产生精粉和粒度调整。三种设备一方面 在与球磨抗衡中发展， 另一方面在相互竞争中进步，
２００８．８ Ｃ Ｈ ＩＮ Ａ Ｃ Ｅ ＭＥ Ｎ Ｔ ５３
辊磨： Ｕ＝（ ２．６７￣３．０６） ＤＲ０．５， ＤＲ 盘径 ｍ；
在熟料粉磨方面虽未有工业应用， 但也进行了大 量的半工业性试验， 认为当作粗磨是可行的。
我国镇江水泥厂也投产过一台气落磨用于生产 生料粉。
但是石灰石的比重较金属矿石为小， 冲击力小， 要求的粒度又小， 粉磨系统也不简单。熟料没有要求 的大块， 而且粉磨产品要求更细。这些条件与气落磨 的适应性有出入， 为此难于达到大量节能的目的。从 而逐步退出市场。
（ ％） 预粉磨 终粉磨
球磨 （ ％）
煤
５４
８１
０
００Biblioteka １０生料１９８
９４
１
０
２
３
水泥
１５７
２６
３
１３
０
５８
矿渣
４１
５３
０
１１
７
２９
表２ ２００５￣２００６年粉磨设备市场份额
物料
总数（ 台） 辊磨（ ％） 球磨（ ％） 其他（ ％）
煤
４０
生料
１３５
８９
８
３
水泥
１６４
２６
６０
１４
矿渣
２６
９２
８
０
从上可知从粉磨系统的整体来看， 在煤、生料和 矿渣粉磨方面， 辊磨已处于主导地位。在水泥粉磨方 面也已占据了 １／４ 以上的份额。
煤粉用于燃烧。煤粉的细度是保证燃烧速度和稳定 燃烧的控制因素。活性强的煤可粗一些， 活性差的煤则 要磨得细一些。生料要满足熟料烧成的要求。熟料烧成 基本上是一种固相反应， 反应速度与颗粒大小和温度有 关。生料颗料小、反应速度快， 不宜有过粗颗粒。特别是 对于＞４５μｍ 的结晶石英和＞１２５μｍ 的石灰石含量应予 限制， 但颗粒也不宜磨得太细， 也就是说要求粒度均匀。
印度新建的一个 １０ ０００ｔ／ｄ 生产线， 在粉磨系统 中也取消了球磨， 全部配备辊磨， 其配置如下：
生料磨： ＬＭ６９．６， ９５０ｔ／ｈ； 水泥磨： ＬＭ６３．３＋３Ｃ， ３１０ｔ／ｈ； 煤 磨： ＬＭ４３．４Ｄ， １００ｔ／ｈ。 由成都院设计出口阿联奠联合水泥公司 １０ ０００ｔ／ｄ 生产线， 生料磨选用 １ 台 ＬＭ６０．４， ８００ｔ／ｈ， Ｒ８０μｍ１２％， 水泥磨选用 ２ 台 ＬＭ５６．３＋３５， ３００ｋＷ， ２１０ｔ／ｈ－ 台， 生产 ＯＰＣ Ｉ 型水泥， 比面积 ３ ４００ｃｍ２／ｇ， 亦可生产ＰＬＣ ＣＥＭ Ⅱ和ＳＬＣ－ ＣＥＭ Ｉ 水泥。由于燃料采用天然气， 故不需 煤磨。该项自己于 ２００６ 年 １２ 月投产。
设计研究 ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＆ ＤＥＳＩＧＮ
水泥工厂的无球磨化
— ——辊磨是更替钢球磨的主角
王仲春 ， 聂文海 ， 崔兆君
（ 天津水泥工业设计研究院有限公司， 天津 ３００４００）
１ 无球磨化的愿望已成现实
物磨作业是水泥生产过程中的重要环节。涉及的 物料主要有煤、生料和熟料。粉磨的目的是提供一定 粒度的产品以满足各工艺过程的需要。
人们不断地探索、实践、更新， 料床粉磨是最有成 效的新技术。料床粉磨的机理是籍助高压形成料床， 施 力体作用于整个料床， 应力的传递依靠颗粒的本身， 相 邻颗粒相互挤压、碾研而粉碎， 无用功少而效率高。按Ｃ． Ｊ．Ｓｔａｉｒｍｏｎｄ 的论文， 球磨的能量利用率为自由破碎的 ５％￣７％， 而料床粉磨中的辊磨（ 也称立磨、立式辊磨、辊 式磨等） 为１０％。料床粉磨的典型设备是辊磨、辊压机、 筒辊磨。它们的主要差别是碾磨装置， 辊磨是辊－ 盘， 辊 压机是辊－ 辊， 筒辊磨是辊－ 筒。
辊磨在一定意义上来说是选择性粉碎， 大颗粒将 被首先压碎， 并且内部循环大， 由选粉机来控制粒度， 不同易磨性的物料在各级粒度中的级配差别较小， 不 像球磨难磨物料在粗级别中的比例较大。
因此对辊磨调整整个成品细度就能达到同时控 制＞４５μｍ 石英的目的。伯利休斯公司的控制指标可 作参数（ 见表 ３） 。
在国内由南京院设计的云南一个水泥厂， 也全部 采用了辊磨作为煤、生料和水泥的粉磨系统。
以上说明水泥工厂无球磨化已成现实。
２ 辊磨是更替钢球磨的主角
料床粉磨中的三种设备— ——辊磨、筒辊磨， 辊压 机虽然各有优缺点， 但实践证明在水泥工业中辊磨更 受欢迎， 更为实用和发展更快。其主要原因是： ２．１ 对物料的适应性强
对生料的粒度要求是均匀。包括两个方面， 一是 不希望有过粗颗粒和过细颗粒， 前者难于反应， 后者增 加飞灰， 对工艺过程不利。二是希望在混合粉磨过程 中， 不同易磨性的物料其粒度分布尽可能保持一致。
工业设备上实际的 ４５μｍ 石英颗粒应控制多少， 报导较少。近年印度一家工厂进行了辊磨系统和辊压 机联合粉磨系统粉磨同一种原料的对比， 其生料细 度 Ｒ９０μｍ 分 别 为 １６．５％ ￣２１．３％ 和 １５．４％ ￣１９．７％ ； 其 中＞４５μｍ 的石英颗粒分别为 ２．９０％￣４．０７％， 平均 ３．４８％和 ２．１１％￣２．７４％、平均 ２．６４％。实践证明两种系 统的生料对烧成均无影响。
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＆ ＤＥＳＩＧＮ 设计研究
在长期实践中经受考验。对水泥工业中涉及的三种物 料， 最先突破的是煤， 之后是生料， 最后是水泥。当前 三种设备均能实现料床终粉磨。但由于水泥要求粒度
级配不能太窄， 应用辊压机调整比较麻烦， 仅在 １９９５ 年ＣＢＲ 有终粉磨的工业设备投产， 近年没有再用， 而 主要用作与球磨机的联合粉磨。
球磨机的粉碎机理是对于大块物料， 靠球的冲击， 一定要被一个球击中才能有破碎作用， 对于细小物料， 靠球的剪切， 颗粒必须夹在两个球之间的作用点上才 能起研磨作用。在整个磨机中这样的几率很小， 因此绝 大部分的钢球作无用功。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。虽然人们一直想从根本上取消 球磨机， 但由于它结构简单、实用可靠、适合水泥工业