水泥粉磨工藝發(fā)展趨勢(shì)及改造要點(diǎn)
水泥系由水泥熟料、混合材、石膏及其他材料(如助磨劑)共同或分別磨細(xì)而成的具有水硬性的微米級(jí)粉體。現(xiàn)代水泥粉磨技術(shù)新觀點(diǎn)認(rèn)為:好水泥是“磨”出來(lái)的。當(dāng)今世界水泥粉磨技術(shù)已呈現(xiàn)多元化趨勢(shì),且粉磨設(shè)備也向大型化、低耗高效及自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,水泥粉磨機(jī)理已不再局限于傳統(tǒng)的低效率球、煅研磨方式,而是逐步向高效節(jié)能的輥磨過(guò)渡。
就目前水泥粉磨工藝流程而言,有以下幾種:即管磨機(jī)(開路或閉路)粉磨系統(tǒng)、立磨粉磨系統(tǒng)、筒輥磨粉磨系統(tǒng)及輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)等。粉磨過(guò)程電耗要占水泥總電耗的70%以上,粉磨工藝的選擇與應(yīng)用直接影響水泥的產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)成本,在水泥制備中占有舉足輕重的地位。
水泥粉磨工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)縱觀現(xiàn)代水泥粉磨工藝,絕大部分工藝流程仍以管磨機(jī)作為粉磨設(shè)備。目前,國(guó)內(nèi)水泥管磨機(jī)設(shè)計(jì)直徑已到椎5m左右,產(chǎn)量在150t/h以上。國(guó)際上已設(shè)計(jì)到椎5.8m以上的大型管磨機(jī),用于粉磨水泥,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)200t/h以上。管磨機(jī)的粉磨機(jī)理是利用筒體旋轉(zhuǎn)過(guò)程中將能量傳遞給襯板,由襯板提升、拋落研磨體對(duì)磨內(nèi)物料進(jìn)行沖擊破碎、研磨而完成粉磨作業(yè)。管磨機(jī)內(nèi)所用的研磨體形狀多為傳統(tǒng)的圓球和柱狀,圓球形研磨體對(duì)被磨物料以點(diǎn)接觸方式進(jìn)行沖擊破碎,粉磨效率較低。尤其是當(dāng)入磨物料粒度尺寸較大,易磨性差時(shí),管磨機(jī)低效率、高電耗的矛盾更為突出。
為了改善粉磨作業(yè)條件,提高磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗,水泥工程技術(shù)人員從縮小入磨物料粒度入手,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)襯板工作表面形狀、改變磨內(nèi)各倉(cāng)研磨體的提升,拋落軌跡以及采用助磨劑等技術(shù)手段,在一定程度上,大幅度提高了磨機(jī)的生產(chǎn)效率。
水泥粉磨工藝中,除管磨機(jī)流程外,20世紀(jì)80年代中期在德國(guó)問(wèn)世的輥壓機(jī)主要用于水泥生料和水泥熟料的預(yù)粉碎,即半終粉磨。輥壓機(jī)的粉磨機(jī)理為料床粉碎,現(xiàn)階段已由過(guò)去的半終粉磨引申過(guò)渡到用于水泥制備的終粉磨。被兩只高壓對(duì)輥擠壓的物料產(chǎn)生大量的裂紋和細(xì)粉,顯著改善了物料的易磨性。通過(guò)將擠壓后的料餅打散分級(jí)分選后形成閉路循環(huán),成品被選出,粗顆粒物料再入輥壓機(jī)粉碎。輥壓機(jī)系統(tǒng)的電耗雖低于管磨機(jī)粉磨系統(tǒng),但采用輥壓機(jī)終粉磨制得的水泥成品顆粒形貌呈多角形結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增大,在混凝土制備過(guò)程中的工作性能不如管磨機(jī)粉磨的水泥好。
立磨由于其系統(tǒng)產(chǎn)量高、電耗低而被廣泛應(yīng)用于生料制備過(guò)程。目前,國(guó)際上已有采用立磨粉磨水泥(終粉磨)的報(bào)道。立磨的粉磨機(jī)理與輥壓機(jī)有相似之處,均為料床粉碎。所不同的是,立磨磨輥對(duì)物料的接觸方式是柱面與平面,而輥壓機(jī)輥?zhàn)优c物料間的接觸方式為柱面與柱面。此外,立磨自身不須另外設(shè)置選粉分級(jí)系統(tǒng),而輥壓機(jī)則必須單獨(dú)設(shè)置,系統(tǒng)比立磨復(fù)雜?,F(xiàn)階段世界上大型立磨單產(chǎn)已在600t/h,這是管磨機(jī)和輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)所不能比擬的。同時(shí),立磨粉磨系統(tǒng)電耗明顯低于輥壓機(jī)系統(tǒng)。
水泥粉磨工藝改造要點(diǎn)1.大型管磨機(jī)的改造(椎4m以上)
當(dāng)今水泥工業(yè)生產(chǎn)中,管磨機(jī)仍占粉磨設(shè)備的主導(dǎo)地位。如前所述,管磨機(jī)電能利用率低,粉磨電耗高于輥壓機(jī)、立磨及筒輥磨系統(tǒng)。為了降低粉磨電耗,多數(shù)企業(yè)在管磨機(jī)前增設(shè)物料預(yù)處理工藝,通過(guò)預(yù)處理設(shè)備縮小入磨粒度,在大幅度提高磨機(jī)產(chǎn)量(30%~50%)的同時(shí),顯著降低粉磨系統(tǒng)電耗(20%~30%)及生產(chǎn)成本,提高水泥實(shí)物質(zhì)量。以輥壓機(jī)+打散分級(jí)+管磨機(jī)預(yù)處理粉磨系統(tǒng)(閉路)為例,粉磨新型干法窯熟料,電耗在28kWh/t~32kWh/t,比單獨(dú)采用管磨機(jī),不設(shè)置預(yù)處理工藝時(shí)的電耗要低8kWh/t~12kwh/t.由此可見(jiàn),強(qiáng)化對(duì)入磨物料的預(yù)處理,才能使粉磨系統(tǒng)長(zhǎng)期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率及較低的粉磨電耗。同時(shí),由于入磨物料粒度縮小,可優(yōu)化設(shè)計(jì)磨內(nèi)研磨體級(jí)配、降低研磨體平均尺寸,更有利于顯著提高水泥的磨細(xì)程度(比表面積)和膠砂強(qiáng)度。
大型管磨機(jī)內(nèi)部應(yīng)采用提升、分級(jí)襯板、篩分裝置、活化裝置、研磨體防串裝置。基于大型管磨機(jī)研磨體裝載量多的緣故,為使系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),要求采用質(zhì)量?jī)?yōu)良的硬質(zhì)合金研磨體,如高、中鉻合金材質(zhì)(磨耗<50g/t、破損率<1.0%)。同時(shí),磨內(nèi)其他部位易損件,如襯板、隔倉(cāng)板等,也宜選用與研磨體相同的材質(zhì)與其配副,以獲得最佳抗磨效果和良好的表面光潔度,為穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)、質(zhì)量創(chuàng)造條件。
為了提高出磨水泥的圓型度,部分企業(yè)在細(xì)磨倉(cāng)內(nèi)全部采用椎8mm~12mm的微形球,使用效果良好。大型管磨機(jī)有多個(gè)倉(cāng)位,各倉(cāng)內(nèi)所用的研磨體規(guī)格不同,一般規(guī)律是自進(jìn)料端向出料端各倉(cāng)的研磨體規(guī)格逐漸縮小,以增強(qiáng)研磨體對(duì)物料的磨細(xì)功能。研磨體的填充率一般<32%,大多在26%~30%之間選取。
2.中小型水泥粉磨工藝的改造(椎4m以下)
對(duì)于中小型管磨機(jī)而言,無(wú)論是開路還是閉路粉磨系統(tǒng),必須設(shè)置磨前物料預(yù)處理工藝。可選用的預(yù)處理方式有預(yù)破碎、預(yù)粉碎和預(yù)粉磨,3種預(yù)處理工藝中,以預(yù)粉磨(即采用短粗型棒磨或筒輥磨)技術(shù)效果最好,電耗低、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠,經(jīng)處理后的物料最大粒度均穩(wěn)定在2mm以下,其中尚含有30%左右的成品。預(yù)處理工藝的設(shè)置,部分或全部取代了磨機(jī)粗磨倉(cāng)的功能,相當(dāng)于延長(zhǎng)了磨機(jī)的細(xì)磨倉(cāng),更有利于提高長(zhǎng)徑比較?。↙/D≈3)的中長(zhǎng)磨或短磨的系統(tǒng)產(chǎn)量(30%~50%)、降低粉磨電耗(10%~30%)。現(xiàn)就采用預(yù)處理后的幾種粉磨流程的改造進(jìn)行探討。
3.預(yù)處理開路高細(xì)磨系統(tǒng)眾所周知,水泥成品中30μm以下顆粒所占比例決定膠砂強(qiáng)度的發(fā)揮,特征粒徑16μm~24μm的含量越多越好。中小型磨機(jī)一般磨身較短,物料在磨內(nèi)停留被粉磨的時(shí)間也短,完全依靠磨內(nèi)研磨體對(duì)物料的破碎與粉磨,物料往往不易被磨細(xì),導(dǎo)致成品中粗顆粒含量偏多,嚴(yán)重制約水泥水化活性的發(fā)揮。預(yù)處理工藝的設(shè)置對(duì)開路粉磨系統(tǒng)的增產(chǎn)、節(jié)電及提高水泥的磨細(xì)程度意義重大。
入磨物料經(jīng)過(guò)預(yù)處理,磨機(jī)一倉(cāng)的功能由預(yù)處理設(shè)備完成,磨內(nèi)研磨體平均尺寸縮小,增強(qiáng)了對(duì)物料的細(xì)磨能力,水泥成品中30μm以下顆粒比例顯著增加。
預(yù)處理開路高細(xì)磨工藝形成后,宜對(duì)磨內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)改造,安裝篩分分級(jí)隔倉(cāng)板,同時(shí)對(duì)細(xì)磨倉(cāng)襯板進(jìn)行活化處理,以充分激活微形研磨體的粉磨能量,顯著提高水泥的磨細(xì)程度和膠凝活性。經(jīng)開路工藝磨細(xì)后的水泥顆粒級(jí)配中某一粒徑的含量相對(duì)集中,即通常所說(shuō)的“窄級(jí)配水泥”。磨內(nèi)隔倉(cāng)板及出料篦板篦縫一般≤6mm.開路高細(xì)磨系統(tǒng)必須強(qiáng)化通風(fēng)與收塵措施,磨內(nèi)風(fēng)速保持0.5m/s~0.8m/s,宜選擇布袋收塵工藝。如果出現(xiàn)研磨體表面因靜電吸附細(xì)物料而影響粉磨效率時(shí),可考慮引入助磨劑解決,該工藝粉磨電耗一般在30kWh/t~33kWh/t. 4.預(yù)處理閉路粉磨工藝閉路粉磨工藝是在開路粉磨基礎(chǔ)上通過(guò)增設(shè)高效選粉設(shè)備改造而成。閉路粉磨工藝最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是所選用的選粉機(jī)的分級(jí)精度一定要高(如選粉效率達(dá)85%以上)、性能穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行可靠,否則難以達(dá)到最佳技術(shù)效果。該工藝最佳配置為:磨前預(yù)處理+磨內(nèi)篩分+磨外高效選粉,可以避免閉路粉磨水泥顆粒級(jí)配變寬的現(xiàn)象,力求使特征粒徑的粉體含量更多些,利于水泥水化活性及力學(xué)強(qiáng)度的進(jìn)一步發(fā)揮。閉路粉磨系統(tǒng)電耗低于開路系統(tǒng),一般為≤28kwh/t.山東建材學(xué)院研究人員曾對(duì)某廠椎2.2×6.5m閉路水泥磨系統(tǒng)采用預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行改造,入磨物料平均粒度由9.7mm降至5.3mm,同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)磨內(nèi)研磨體級(jí)配、調(diào)整兩倉(cāng)填充率、改進(jìn)選粉機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu),適當(dāng)降低系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷率。改造后,出磨水泥成品比表面積提高70%、3天抗壓強(qiáng)度提高65%. 5.物料分別粉磨工藝物料分別粉磨工藝可最大限度地發(fā)揮水泥成品的膠凝活性,為大量利用高活性工業(yè)廢渣,凈化生態(tài)環(huán)境創(chuàng)造了良好的條件。經(jīng)分別粉磨再“勾兌配制”的水泥,有更多的混合材摻量。同時(shí)由于熟料摻量減少,制得的水泥中不僅堿含量低,而且水化熱也低,可顯著提高混凝土制品的耐久性。
分別粉磨工藝制備的水泥顆粒級(jí)配更合理,強(qiáng)度增進(jìn)率高,制造成本低,粉磨電耗居中,一般在40~50,是粉磨工藝發(fā)展和改造的方向之一。
作者:中國(guó)建材工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究會(huì)水泥專業(yè)委員會(huì) 鄒偉斌