助磨劑與球磨機(jī)優(yōu)化

  此前已有很多文章闡述了如何使用助磨劑或水泥添加劑來提高水泥生產(chǎn)效率，從而提高水泥生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。這些化合物通常用于水泥生產(chǎn)之中，用來提高粉磨工藝設(shè)備的產(chǎn)量和效率，提高水泥成品的性能、質(zhì)量和易輸送性。

  助磨劑或水泥添加劑的使用量不斷增長(zhǎng)，過去20年間出現(xiàn)了顯著加快的勢(shì)頭，其主要原因在于水泥添加劑技術(shù)的進(jìn)步以及經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化。二氧化碳排放貿(mào)易體系的引入，也使得水泥添加劑技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步增加，這是因?yàn)樗嗵砑觿┘夹g(shù)可以降低水泥中的熟料含量，同時(shí)保持水泥的性能不變，從而可以降低噸水泥的二氧化碳排放量。

  顯而易見，合理地使用助磨劑，是工藝工程師可以用來提高粉磨工藝效率的諸多工具之一。由于有關(guān)助磨劑的工作機(jī)理在此前的文章中已有詳細(xì)的論述1，因此本文將不會(huì)重點(diǎn)闡述助磨劑如何直接提高粉磨效率，而是重點(diǎn)分析運(yùn)用這些工作機(jī)理優(yōu)化磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷和粉磨介質(zhì)來提高磨機(jī)產(chǎn)量。

  球磨機(jī)的粉磨機(jī)理

  助磨劑的作用主要表現(xiàn)在減少顆粒團(tuán)聚、減少糊球；提高選粉機(jī)的選粉效率，選粉機(jī)的效率曲線更陡，旁通量更少；以及降低磨機(jī)的物料填充率。降低磨機(jī)的物料填充率這一點(diǎn)很重要，這是因?yàn)樵诜€(wěn)定狀態(tài)下，與裝球量相比，磨機(jī)的物料填充率存在一個(gè)最佳值，以確保最大限度地提高粉磨效率（即最佳球料比或物料的磨內(nèi)停留時(shí)間）。人們普遍認(rèn)為，大約85%的物料填隙率為最佳值2（物料填隙率是指物料體積除以粉磨介質(zhì)之間的空隙的比值）。不過，在實(shí)際情況下，最佳循環(huán)負(fù)荷往往導(dǎo)致物料填隙率超過85%這一比值，通常達(dá)到110%-120%，這是因?yàn)槟C(jī)物料總通過量（新鮮喂料和回料）的提高以及粉磨介質(zhì)的尺寸縮?。ㄌ貏e是2，3倉(cāng)），共同導(dǎo)致物料填隙率的增加。

  磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷的優(yōu)化

  對(duì)于任何一個(gè)閉路球磨系統(tǒng)而言，均存在一個(gè)最佳循環(huán)負(fù)荷對(duì)應(yīng)最大磨機(jī)產(chǎn)量和最小功率消耗（kWh/t）。增加循環(huán)負(fù)荷可以減少入磨細(xì)粉量，減少細(xì)粉在磨內(nèi)團(tuán)聚的影響。不過，循環(huán)負(fù)荷的增加，會(huì)增加磨機(jī)的物料總通過量，和選粉機(jī)的負(fù)荷，從而降低選粉機(jī)的選粉的效率同時(shí)會(huì)增大磨機(jī)的物料填隙率，降低磨機(jī)的粉磨效率（當(dāng)超過85%的最佳填隙率時(shí)）。在一定循環(huán)負(fù)荷下，必須通過試驗(yàn)確定最佳物料填隙率，同時(shí)該值取決于很多參數(shù)，包括：磨機(jī)直徑；磨內(nèi)風(fēng)速；選粉機(jī)的效率；粉磨介質(zhì)大??；助磨劑，一倉(cāng)的破碎性能等。

  采用助磨劑可以提高物料分散效果，減少磨內(nèi)物料填隙率，從而提高粉磨效率。此外，助磨劑的這些助磨機(jī)理使得應(yīng)用助磨劑后可以有機(jī)會(huì)優(yōu)化磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷。簡(jiǎn)單地說，助磨劑可以讓選粉機(jī)和磨機(jī)在保持同樣效率的情況下提高磨機(jī)總通過量，從而可以在更高的循環(huán)負(fù)荷范圍內(nèi)優(yōu)化磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷。

  表格中的范例概述了對(duì)采用第三代選粉機(jī)Sepax選粉機(jī)和第2倉(cāng)應(yīng)用小粉磨介質(zhì)（15-30mm，20mm）的FLS磨機(jī)開展的一系列測(cè)試情況。在第一種條件下，高物料填隙率限制了最佳循環(huán)負(fù)荷的大小，強(qiáng)行提高循環(huán)負(fù)荷（第2種條件）不能帶來效益。第3種條件是在現(xiàn)有的最佳循環(huán)負(fù)荷下采用傳統(tǒng)助磨劑的情況，在這種條件下，助磨劑所帶來的好處相對(duì)不大（提高6%）。不過，使用助磨劑改善了一系列磨機(jī)條件，降低了磨機(jī)物料填隙率，提高了選粉機(jī)的選粉效率，減少了糊球。因此得到利用高循環(huán)負(fù)荷和應(yīng)用助磨劑帶來的好處（第4種條件）。因此，采用助磨劑以及重新確定最佳循環(huán)負(fù)荷，可以顯著提高效益，提產(chǎn)達(dá)到15%。

  第二倉(cāng)粉磨介質(zhì)的優(yōu)化

  有關(guān)球磨機(jī)的最佳粉磨介質(zhì)尺寸和級(jí)配，此前很多年已有大量的文章進(jìn)行過論述。其中一個(gè)一致的結(jié)論是，降低粉磨介質(zhì)的尺寸，有利于提高粉磨細(xì)顆粒的效率。在典型的球磨機(jī)系統(tǒng)中，只要滿足下列的先決條件，就可以通過降低粉磨介質(zhì)的平均尺寸，提高第2倉(cāng)的粉磨效率，這些先決條件是：

  -  一倉(cāng)有充足的破碎能力-目標(biāo)是95%的顆粒小于1mm

  -  磨機(jī)內(nèi)部無過度的糊球

  -二倉(cāng)物料不過多（即填隙率不高）

  有關(guān)最佳破碎介質(zhì)尺寸的早期研究工作主要是由Austin公司在1970年代和1980年代開展的。顯而易見，一旦顆粒的尺寸低于1mm，大的粉磨介質(zhì)（如超過25mm）就無法再提供最高的粉磨效率。下圖顯示的是此前"藍(lán)圈公司水泥研究中心"（Blue Circle Research Division）對(duì)類似研究進(jìn)行的匯總。在水泥粉磨中，一旦將進(jìn)料的尺寸降至1mm以下，15-25mm的粉磨介質(zhì)則是用于提高粉磨效率的最佳選擇。因此，在第1倉(cāng)運(yùn)行情況良好的情況下，可以為二倉(cāng)裝配小的粉磨介質(zhì)，以便提高粉磨效率。

  粗略估算，將粉磨介質(zhì)的平均尺寸從25mm降至15mm，可望提高20%的粉磨效率。不過，其假定條件是所有其它重要參數(shù)保持不變。然而事實(shí)上，這種情況并不存在，這是因?yàn)槭褂贸叽绺〉姆勰ソ橘|(zhì)往往會(huì)導(dǎo)致粉磨介質(zhì)（球體）總數(shù)的大幅增長(zhǎng)，增加對(duì)物料流動(dòng)的阻力，從而導(dǎo)致磨機(jī)內(nèi)物料填充率的提高（提填隙率）。如果填隙率超過85%的最佳值，粉磨效率就會(huì)下降。如果磨內(nèi)糊球嚴(yán)重，粉磨效率會(huì)進(jìn)一步降低。此前"藍(lán)圈水泥技術(shù)中心"也對(duì)平均球徑（第二倉(cāng)）對(duì)填隙率的影響開展過研究。

  研究結(jié)果表明，如果將平均球徑從25mm降至15mm，填隙率將增加10%-20%，從而導(dǎo)致粉磨效率下降5%-7%左右。因此，采用尺寸小的介質(zhì)所帶來的凈效果受到損害。此外，如果存在粗顆粒，如果糊球很嚴(yán)重時(shí)，利用更小粉磨介質(zhì)的粉磨效率將進(jìn)一步被削弱。

  正是由于這些因素，導(dǎo)致了我們采用更小的粉磨介質(zhì)并不一定能帶來粉磨效率的改進(jìn)以及更高的磨機(jī)產(chǎn)量和更低的單位能耗。。

  值得慶幸的是，采用適宜的助磨劑可以降低填隙率，減少顆粒團(tuán)聚，并減輕磨內(nèi)糊球。這樣，通過采用助磨劑可以大大提高更小粉磨的介質(zhì)在二倉(cāng)中發(fā)揮的積極作用。

  小結(jié)

  要對(duì)水泥球磨機(jī)的粉磨效率進(jìn)行優(yōu)化，必須認(rèn)真考慮所涉及的諸多參數(shù)，包括最佳循環(huán)負(fù)荷以及在粉磨區(qū)（二倉(cāng)）采用尺寸更小的粉磨介質(zhì)等。采用適宜的助磨劑或水泥添加劑，還可顯著改善粉磨工藝狀況。不過，從涉及的這些機(jī)理來看，顯而易見，如要充分發(fā)揮每個(gè)方面的最大效益，必須同時(shí)對(duì)這些方面進(jìn)行優(yōu)化。