水泥粉磨工藝發(fā)展趨勢及改造要點
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粉體?,F(xiàn)代水泥粉磨技術(shù)新觀點認(rèn)為:好水泥是“磨”出來的。當(dāng)今世界水泥粉磨技術(shù)已呈現(xiàn)多元化趨勢,且粉磨設(shè)備也向大型化、低耗高效及自動化方向發(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)能的輥磨過渡。
就目前水泥粉磨工藝流程而言,有以下幾種:即管磨機(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)及輥壓機終粉磨系統(tǒng)等。粉磨過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)展趨勢縱觀現(xiàn)代水泥粉磨工藝,絕大部分工藝流程仍以管磨機作為粉磨設(shè)備。目前,國內(nèi)水泥管磨機設(shè)計直徑已到椎5m左右,產(chǎn)量在150t/h以上。國際上已設(shè)計到椎5.8m以上的大型管磨機,用于粉磨水泥,臺時產(chǎn)量達(dá)200t/h以上。管磨機的粉磨機理是利用筒體旋轉(zhuǎn)過程中將能量傳遞給襯板,由襯板提升、拋落研磨體對磨內(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,圓球形研磨體對被磨物料以點接觸方式進(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,管磨機低效率、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,通過優(yōu)化設(shè)計襯板工作表面形狀、改變磨內(nèi)各倉研磨體的提升,拋落軌跡以及采用助磨劑等技術(shù)手段,在一定程度上,大幅度提高了磨機的生產(chǎn)效率。
水泥粉磨工藝中,除管磨機流程外,20世紀(jì)80年代中期在德國問世的輥壓機主要用于水泥生料和水泥熟料的預(yù)粉碎,即半終粉磨。輥壓機的粉磨機理為料床粉碎,現(xiàn)階段已由過去的半終粉磨引申過渡到用于水泥制備的終粉磨。被兩只高壓對輥擠壓的物料產(chǎn)生大量的裂紋和細(xì)粉,顯著改善了物料的易磨性。通過將擠壓后的料餅打散分級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粉碎。輥壓機系統(tǒng)的電耗雖低于管磨機粉磨系統(tǒng),但采用輥壓機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,在混凝土制備過程中的工作性能不如管磨機粉磨的水泥好。
立磨由于其系統(tǒng)產(chǎn)量高、電耗低而被廣泛應(yīng)用于生料制備過程。目前,國際上已有采用立磨粉磨水泥(終粉磨)的報道。立磨的粉磨機理與輥壓機有相似之處,均為料床粉碎。所不同的是,立磨磨輥對物料的接觸方式是柱面與平面,而輥壓機輥子與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)置選粉分級系統(tǒng),而輥壓機則必須單獨設(shè)置,系統(tǒng)比立磨復(fù)雜。現(xiàn)階段世界上大型立磨單產(chǎn)已在600t/h,這是管磨機和輥壓機粉磨系統(tǒng)所不能比擬的。同時,立磨粉磨系統(tǒng)電耗明顯低于輥壓機系統(tǒng)。
水泥粉磨工藝改造要點1.大型管磨機的改造(椎4m以上)
當(dāng)今水泥工業(yè)生產(chǎn)中,管磨機仍占粉磨設(shè)備的主導(dǎo)地位。如前所述,管磨機電能利用率低,粉磨電耗高于輥壓機、立磨及筒輥磨系統(tǒng)。為了降低粉磨電耗,多數(shù)企業(yè)在管磨機前增設(shè)物料預(yù)處理工藝,通過預(yù)處理設(shè)備縮小入磨粒度,在大幅度提高磨機產(chǎn)量(30%~50%)的同時,顯著降低粉磨系統(tǒng)電耗(20%~30%)及生產(chǎn)成本,提高水泥實物質(zhì)量。以輥壓機+打散分級+管磨機預(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,比單獨采用管磨機,不設(shè)置預(yù)處理工藝時的電耗要低8kWh/t~12kwh/t.由此可見,強化對入磨物料的預(yù)處理,才能使粉磨系統(tǒng)長期保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率及較低的粉磨電耗。同時,由于入磨物料粒度縮小,可優(yōu)化設(shè)計磨內(nèi)研磨體級配、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)和膠砂強度。
大型管磨機內(nèi)部應(yīng)采用提升、分級襯板、篩分裝置、活化裝置、研磨體防串裝置?;诖笮凸苣C研磨體裝載量多的緣故,為使系統(tǒng)能夠長期保持穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),要求采用質(zhì)量優(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,磨內(nèi)其他部位易損件,如襯板、隔倉板等,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)磨倉內(nèi)全部采用椎8mm~12mm的微形球,使用效果良好。大型管磨機有多個倉位,各倉內(nèi)所用的研磨體規(guī)格不同,一般規(guī)律是自進(jìn)料端向出料端各倉的研磨體規(guī)格逐漸縮小,以增強研磨體對物料的磨細(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)
對于中小型管磨機而言,無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??蛇x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、長期運行可靠,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粗磨倉的功能,相當(dāng)于延長了磨機的細(xì)磨倉,更有利于提高長徑比較?。↙/D≈3)的中長磨或短磨的系統(tǒng)產(chǎn)量(30%~50%)、降低粉磨電耗(10%~30%)?,F(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度的發(fā)揮,特征粒徑16μm~24μm的含量越多越好。中小型磨機一般磨身較短,物料在磨內(nèi)停留被粉磨的時間也短,完全依靠磨內(nèi)研磨體對物料的破碎與粉磨,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)過預(yù)處理,磨機一倉的功能由預(yù)處理設(shè)備完成,磨內(nèi)研磨體平均尺寸縮小,增強了對物料的細(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,宜對磨內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)改造,安裝篩分分級隔倉板,同時對細(xì)磨倉襯板進(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)后的水泥顆粒級配中某一粒徑的含量相對集中,即通常所說的“窄級配水泥”。磨內(nèi)隔倉板及出料篦板篦縫一般≤6mm.開路高細(xì)磨系統(tǒng)必須強化通風(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,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)是所選用的選粉機的分級精度一定要高(如選粉效率達(dá)85%以上)、性能穩(wěn)定、長期運行可靠,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,同時優(yōu)化設(shè)計磨內(nèi)研磨體級配、調(diào)整兩倉填充率、改進(jìn)選粉機內(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配更合理,強度增進(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:中國建材工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究會水泥專業(yè)委員會 鄒偉斌