水泥生產(chǎn)線工藝中水泥粉磨工藝改進(jìn)直接影響水泥質(zhì)量

　　近年來，新型干法線基建投資不斷上漲，影響了投產(chǎn)后的經(jīng)濟效益。造成投資逐漸增高的原因是多方面的，例如：基建投資、建筑工程、設(shè)備費、水泥設(shè)備安裝工程等的投資增加。然而，設(shè)計因素導(dǎo)致投資增加的情況也不容忽視。在水泥廠的設(shè)計過程中，根據(jù)原料、廠址、資金等諸多綜合因素，從設(shè)計角度降低新型干法線設(shè)備投資，正確選用水泥生產(chǎn)線工藝各系統(tǒng)水泥主機設(shè)備是非常重要的。

　　粉磨是水泥生產(chǎn)的重要工藝過程，它不僅決定了水泥生產(chǎn)的單位電耗，而且對水泥性能也有重要的影響。長期以來，水泥生產(chǎn)線工藝水泥熟料粉磨都是在球磨機中進(jìn)行的。球磨機具有對物料適應(yīng)性強，易于調(diào)節(jié)粉磨產(chǎn)品的細(xì)度；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，維護(hù)管理方便等特點。但是，其能量的有效利用率較低，僅有2%～5%。近十幾年來，水泥粉磨技術(shù)得到了長足的發(fā)展。傳統(tǒng)的磨機得到了改進(jìn)，并采用了高效選粉設(shè)備，立磨和擠壓磨也相繼得到應(yīng)用，大大降低了粉磨能耗，提高了水泥生產(chǎn)線工藝粉磨效率。由于粉磨工藝的改進(jìn)，對水泥顆粒的特性也產(chǎn)生了一定的影響。因此有必要研究分析這些變化，以便工藝設(shè)備的改進(jìn)和操作參數(shù)的優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能、降耗和改善水泥性能的綜合效果。

　　1 水泥顆粒特性及其基本要求

　　水泥顆粒特性包括有細(xì)度、顆粒級配及顆粒形貌等。

　　通常評判水泥細(xì)度僅通過篩余或比表面積測定，如0.08mm方孔篩篩余不超過10%，或比表面積在300m²/kg左右。人們還注意到水泥比表面積與強度有一定的相關(guān)性，如425號水泥比表面積一般為260～300m²/kg，而525號水泥比表面積則要求達(dá)到300～340m²/kg。

　　但即使是篩余相同或比表面積相近，水泥的性能也會表現(xiàn)出較大的差異，原因是由于顆粒粒級和形貌不同所致。

　　水泥顆粒大小與水化和硬化過程有著直接的聯(lián)系。不同粒徑的水泥水化速度及程序差異很大。大于60μm的顆粒對水泥水化及強度的作用甚微，僅起填料作用；而小于3μm的顆粒的水化速度很快，在漿體硬化之前即已完成，所以僅對早期強度有利；3～30μm的顆粒則是擔(dān)負(fù)強度增長的主要粒級。另一方面，水泥顆粒粒級和形貌對水泥的性能，如流動度、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量及強度的發(fā)展也有一些影響。

　　水泥的水化及強度的發(fā)展與水化產(chǎn)物的數(shù)量有關(guān)，水泥生產(chǎn)線工藝水化產(chǎn)物越多，水泥強度越高。在同一比表面積條件下，水泥顆粒粒級分布可能較寬，也可能較窄。前者的水化特性是水泥早期有微小顆粒的水化作用，強度較高，但后期大顆粒水化速度慢、水化程度低，強度增進(jìn)率也較小

　　盡管水泥具有基本相同的比表面積，由于有的水泥顆粒分布較窄，水泥的水化程度高，強度也較高，尤其是水泥的后期強度增進(jìn)率較高。但是，過窄的顆粒分布會使水泥流動性下降，需水量增加。

　　水泥顆粒形貌對水泥性能的影響較為復(fù)雜。有的水泥顆粒大多為多角形，有的則為近似圓形或橢圓形。用顆粒形貌分析儀進(jìn)行分析，并通過圓形度(具有與顆粒相等投影面積的圓周長與實際顆粒投影周長之比)公式計算，得到前者圓形度為47%，后者的圓形度為73%。

　　2 水泥粉磨工藝的改進(jìn)

　　水泥粉磨可在球磨、立磨或擠壓磨中進(jìn)行，但其產(chǎn)品顆粒特性都應(yīng)滿足一些基本要求，這就是有一定量的細(xì)粉顆粒，如3～30μm顆粒在50%以上，有相對較窄的顆粒分布和較高的圓度系數(shù)，進(jìn)而保證水泥的正常性能以及較高的粉磨效率。為此，水泥粉磨工藝也產(chǎn)生了許多改進(jìn)。

　　2.1　水泥生產(chǎn)線工藝球磨機系統(tǒng)的水泥粉磨

　　在球磨機中，水泥熟料受到長時間的沖擊、研磨作用，因而有較高的顆粒圓形度和較高的細(xì)粉含量，故水泥有正常的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量及較高的強度。但對于一些小型球磨機，由于沖擊作用小以及過粉磨現(xiàn)象嚴(yán)重，使水泥顆粒分布相當(dāng)寬，即3～30μm顆粒含量較高，因而影響到強度的發(fā)展。

　　近年來發(fā)展的一種新型渦旋組合選粉機可以有助于水泥顆粒特性的改善，并顯著地降低粉磨電耗。

　　其工作原理是：物料從進(jìn)料口進(jìn)入機體上部分級室內(nèi)，落在旋轉(zhuǎn)葉輪的均料板上而得到初步分散。隨后物料隨渦旋氣流運動進(jìn)行分級，細(xì)粉隨上升氣流經(jīng)葉輪內(nèi)側(cè)從出風(fēng)管排出，由旋風(fēng)收塵裝置捕集。較粗粉料及尚未分離的粉料落入下部內(nèi)錐體，與下出口外的螺槳撒料盤相遇，在葉片及輔助風(fēng)葉的作用下又得到進(jìn)一步分離。細(xì)粉隨氣流上升，粗粉料落入下部機體蝸殼內(nèi)，并與切向進(jìn)入機體的旋轉(zhuǎn)氣流相遇，再次得到分離，最終粗顆粒經(jīng)出料口卸出。

　　(1)選粉室的布置更為合理。物料在選粉室內(nèi)經(jīng)慣性力、重力及渦旋流的多次分散分級，使粗細(xì)顆粒得到充分分離。其空間尺寸選擇較為合理，使選粉效率顯著提高，能耗下降。

　　(2)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)易于調(diào)節(jié)。由于選粉機電機轉(zhuǎn)速及小風(fēng)葉和輔助風(fēng)葉的數(shù)目、角度均可調(diào)節(jié)，可使系統(tǒng)參數(shù)匹配達(dá)到理想的狀態(tài)，產(chǎn)品粒度易于調(diào)節(jié)。

　　(3)采用了特殊設(shè)計的葉輪轉(zhuǎn)子裝置。葉輪轉(zhuǎn)子及螺槳二次撒料裝置串聯(lián)在一根軸上，并增加浮動支承。葉輪與可調(diào)節(jié)角度的導(dǎo)風(fēng)葉片相配合，可適應(yīng)多種工況需求，葉輪與導(dǎo)風(fēng)葉片構(gòu)成了較理想的選粉空間，在上升旋流作用下，使粗細(xì)顆粒得到充分分離。由于選粉區(qū)內(nèi)物料均勻地分撒分級，且停留時間較長，使選粉效率大大提高。

　　(4)采用改進(jìn)的旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)。旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)緊湊，并增大了進(jìn)風(fēng)渦旋角，延長了含塵氣流在旋風(fēng)筒內(nèi)的停留時間，從而提高了細(xì)粉收集量。[Page]

　　標(biāo)定數(shù)據(jù)表明，采用該選粉機可提高選粉效率20%～30%，單產(chǎn)能耗下降12%～15%，水泥中小于30μm的細(xì)粉含量增加10%，水泥顆粒分布更為合理，強度增加3～5MPa。

　　2.2　水泥生產(chǎn)線工藝立磨和擠壓磨系統(tǒng)的水泥粉磨

　　立磨是借肋相對運動的磨輥和磨盤裝置來粉磨物料的，立磨中的粉磨過程是物料被拽入并被磨輥和磨盤夾住，由于壓力集中在較大的顆粒上，它們最先受到擠壓作用并被破碎，隨后由磨輥施加的壓力被傳遞到較小的顆粒上，進(jìn)行較小顆粒的粉碎，這一過程連續(xù)進(jìn)行直到磨輥與磨盤間的最窄處，并伴隨有表面積的增加。與此同時，在有重載荷下的單一顆粒將進(jìn)行空間位置重排，產(chǎn)生的擠壓和剪切作用將進(jìn)一步提高粉磨效果，增加細(xì)粉顆粒含量，磨輥與磨盤之間的相對運動也有助于這一作用。

　　水泥立磨粉磨的實現(xiàn)在很大程度上取決于產(chǎn)品的細(xì)度。在應(yīng)用立磨粉磨水泥的初期則發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品細(xì)顆粒較少，水泥早期強度低，并出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。有關(guān)研究通過下列措施進(jìn)行了改進(jìn)，完善了立磨水泥粉磨工藝。這包括：①改變磨輥和磨盤的外型，增大切向擠壓力或增加摩擦力，并以此提高產(chǎn)品細(xì)度，磨輥在設(shè)計中有以下關(guān)系：b2＞b1，Rv1＞Rv2，M為磨輥與磨盤相對滑動速度為零的點。由于M點向磨盤中心的區(qū)域相對滑動速度較小，物料的主要粉磨形式為擠壓粉磨，所以叫擠壓粉磨區(qū)。M點向磨盤外緣的區(qū)域相對滑動速度較大，物料除受擠壓粉磨外，還受到較大的摩擦粉磨，所以叫摩擦粉磨區(qū)。進(jìn)入磨內(nèi)的物料首先在擠壓粉磨區(qū)進(jìn)行粗磨，然后在摩擦粉磨區(qū)進(jìn)行細(xì)磨，以達(dá)到所要求的細(xì)度。②通過物料磨外循環(huán)、風(fēng)量控制和采用高效選粉設(shè)備相配合的工藝，對被擠壓粉碎的物料進(jìn)行精選，以保證產(chǎn)品的合格顆粒級配。所謂磨外循環(huán)即讓一部分粗物料從磨盤邊緣落下，排出機外，再由提升機提升入磨，這就使系統(tǒng)風(fēng)量減小，細(xì)粉塵濃度增加，為細(xì)選粉創(chuàng)造了條件，再加上高效選粉機的應(yīng)用，可以使水泥立磨粉磨達(dá)到水泥成品的細(xì)度要求，并有較好的顆粒特性。

　　(1)水泥的顆粒特性，包括水泥中3～30μm顆粒含量，顆粒分布及形貌對其水化性能及強度的發(fā)展有著重要的影響。水泥中3～30μm顆粒含量要求在40%以上，并應(yīng)有相對較窄的顆粒分布，水泥顆粒應(yīng)為圓形或近似圓形。

　　(2)球磨粉磨的水泥具有較好的顆粒特性，進(jìn)而保證了水泥正常的水化性能。但對于一些中小型磨機，由于粉磨能力的不足以及物料流動不暢，則產(chǎn)生有很寬的顆粒分布，這對水泥強度的發(fā)展并不有利。采用高效選粉機有助于彌補這一缺陷。

　　(3)立磨和擠壓磨均可用于水泥粉磨。立磨采用了增加摩擦粉磨力及多次擠壓技術(shù)，使水泥產(chǎn)品顆粒特性滿足了正常水泥性能的要求。擠壓磨中產(chǎn)品顆粒經(jīng)多次循環(huán)粉磨可以達(dá)到一定細(xì)度要求，而“差動、異徑”方案的實施則有助于減小循環(huán)次數(shù)，改善水泥顆粒形貌，使水泥生產(chǎn)線工藝水泥各項性能指標(biāo)趨于正常。