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合肥水泥研究設計院　 包 瑋

　　摘 要：由于輥壓機及其擠壓粉磨系統(tǒng)占地面積小、布置方便，在水泥廠粉磨系統(tǒng)技術(shù)改造中被廣泛所有。為了達到預期的目的，取得更好的經(jīng)濟效益，必須根據(jù)各種不同擠壓粉磨系統(tǒng)特點，結(jié)合對所需改造的粉磨系統(tǒng)及粉磨物料特性的研究，選擇合適的技改方案。

　　關(guān)鍵詞：輥壓機 擠壓粉磨 技術(shù)改造

　　? 前言

　　輥壓機及擠壓粉磨技術(shù)經(jīng)過十余年的應用已日趨成熟，不僅將其自身的高效節(jié)能的特點得以充分體現(xiàn)，隨著工藝系統(tǒng)的深入研究和主機可靠性的提高，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率已接近球磨機系統(tǒng)。無論在國際還是國內(nèi)都已成為新建水泥生產(chǎn)線，尤其是大型水泥生產(chǎn)線粉磨系統(tǒng)的優(yōu)選方案之一。此外由于輥壓機可以和打散分級機、球磨機、選粉機等構(gòu)成多種粉磨工藝流程，滿足不同生產(chǎn)線產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的要求;并且，因為占地面積小，布置方便，因而在水泥廠粉磨系統(tǒng)的技術(shù)改造中也得到廣泛的應用。本文僅就我院輥壓機在水泥廠粉磨系統(tǒng)技術(shù)改造中的應用情況作一簡要介紹。

　　? 擠壓粉磨主要工藝流程及技術(shù)特點

　　2 .1 系統(tǒng)主機性能特點

　　作為完整的擠壓粉磨工藝系統(tǒng)的主機，包括輥壓機、打散分級機、球 磨機和選粉機等，球磨機和選粉機是水泥廠最常用的設備，不再介紹，這里僅就輥壓機和打散分級機的工藝性能特點簡介如下。

　　2 .1 . 1 、輥壓機

　　a 、 輥壓機采用高壓料層粉碎原理，對物料進行擠壓粉碎。由于所施壓力大大超過物料的強度，所以在擠壓過的物料中產(chǎn)生大量的微粉(一般水泥粉磨在一次擠壓的物料中 0.08mm 以下含量占 20% ～ 30% );同時，由于存在選擇性粉碎的特征，因而即使在料餅中也存在著未擠壓好的顆粒。 由于輥壓機磨輥兩端面存在邊緣效應，因而約有 10% ～ 20% 未經(jīng)充分擠壓的物料混于出料中。 鑒于上述原因，造成擠壓后的物料不僅顆粒分布寬，而且易磨性差異很大。

　　2 .1 . 2 、打散分級機

　　打散分級機是為解決輥壓機存在的上述問題而開發(fā)的，它將輥壓機擠壓后的物料打散后分選出細粉( 0.5 ～ 2.5mm )，送入后序的粉磨系統(tǒng)，而粗顆粒則返回輥壓機重新擠壓。 由于打散分級機可以通過變頻調(diào)速調(diào)整入球磨機物料的粒徑，因而可以合理分配輥壓機和球磨機的負荷，使整個粉磨系統(tǒng)處于最佳的運行狀態(tài)。

　　2.2擠壓粉磨主要工藝流程

　　擠壓粉磨工藝主要有：預粉磨工藝、混合粉磨工藝、半終粉磨工藝、聯(lián)合粉磨工藝及終粉磨工藝。在水泥廠粉磨系統(tǒng)技術(shù)改造中，通常采用預粉磨、半終粉磨和聯(lián)合粉磨工藝，因此，僅就這三種工藝的特點介紹如下：

　　2 .2 . 1 、擠壓預粉磨工藝

　　預粉磨工藝是將入球磨機的物料由輥壓機擠壓預處理，而后送入球磨機粉磨產(chǎn)品(見圖 1 )。由于輥壓機存在上述特性，送入球磨機中大于 5mm 的物料，隨著輥壓機進料裝置的磨損而增加，造成粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量呈周期性變化。此外，為了破碎這些少量的 5mm 以上大顆粒，而不得不使用大規(guī)格的研磨體，造成球磨機研磨能力的下降，粉磨系統(tǒng)工藝參數(shù)不合理，其結(jié)果是技術(shù)經(jīng)濟指標不高。

　　擠壓聯(lián)合粉磨工藝是將擠壓后的物料(包括料餅和邊部漏料)，先經(jīng)打散分級機打散分選，小于一定粒徑的半成品( 0 . 5 ～ 2 . 5mm )送入原有的球磨機粉磨至成品，分選出的粗顆粒返回輥壓機再次擠壓(圖 2 所示)。原有的球磨開路、閉路均可。通過打散分級機調(diào)整入球磨的物料粒徑，分配輥壓機和球磨機系統(tǒng)的負荷，使系統(tǒng)工藝參數(shù)得到優(yōu)化，輥壓機磨輥邊緣效應所產(chǎn)生的大顆粒物料通過打散分級機返回輥壓機重新擠壓，基本消除了輥壓機的運行狀態(tài)對后續(xù)球磨機系統(tǒng)的影響，同時由于入磨物料的最大粒徑得到有效的控制，球磨機一倉球徑大幅度下降，研磨能力得到加強，同時，球徑的降低使球磨機的故障減少。由于打散分級機的半成品中含有 40 ～ 50% 小于 0.08mm 的細粉，這些細粉直接送入球磨機，其產(chǎn)品必然是微粉含量高，顆粒分布寬。因而后續(xù)球磨機系統(tǒng)必須根據(jù)產(chǎn)品需要作優(yōu)化調(diào)整。

　　2 . 2 . 3 、 擠壓半終粉磨工藝

　　擠壓半終粉磨工藝是將打散分級機的半成品與后續(xù)球磨機的出磨物料一同送入選粉機分選(見圖 3 )，也就是說一部分產(chǎn)品未經(jīng)過球磨機而直接由輥壓機和選粉機直接產(chǎn)生。這種粉磨系統(tǒng)的特點是產(chǎn)品的顆粒分布窄，均勻性系數(shù)高。由于這種工藝流程選粉機的入料與一般閉路磨系統(tǒng)的有較大差別，因而，選粉機的選型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)處理顯得尤為重要。與擠壓聯(lián)合粉磨工藝相同，由于球磨機研磨體的最大粒徑和平均粒徑的大幅度降低，球磨機系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率得到較大的提高。

　　3 、 生料粉磨系統(tǒng)改造中擠壓粉磨技術(shù)的應用

　　3 .1 、生料粉磨系統(tǒng)改造的主要特點

　　生料粉磨系統(tǒng)改造的目的一般是為了滿足窯系統(tǒng)產(chǎn)量提高的要求 ，另外兼顧節(jié)能、降耗及環(huán)保、收塵要求。生料粉磨通常以 0.08mm 和 0.2mm 方孔篩的篩余來控制，并且，以控制 0.2mm 的篩余為主，當 0.2mm 篩余小于 1.0 ～ 1.5% 時， 0.88mm 篩余可以放寬至 10 ～ 16% 。而成品中不需要有一定的顆粒組成和大量的微細粉。所以，生料粉磨系統(tǒng)的改造必須圍繞著如何提高以 0.08mm 和 0.2mm 為切割粒徑的粉磨效率。

　　3 .2 、擠壓粉磨工藝選擇

　　根據(jù)生料粉磨系統(tǒng)技術(shù)改造的特點，在選用輥壓機以增強系統(tǒng)粉磨能力的同時，必須著重考慮系統(tǒng)的選粉能力，以解決系統(tǒng)在 0.08mm ，尤其是 0.2mm 的分級效率，減少過粉磨，最大幅度地提高系統(tǒng)產(chǎn)量。

　　由于經(jīng)輥壓機擠壓過的物料含有大量的細粉( 0.08mm 以下的細粉為 30% 左右)，這些細粉在進球磨機之前就先被分選出來，必然會提高粉磨效率，因而，可以大幅度提高系統(tǒng)產(chǎn)量。所以對于生料粉磨系統(tǒng)最佳的改造方案應該是擠壓半終粉磨系統(tǒng)，并且應該使用第三代高效選粉機，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)次之，預粉磨系統(tǒng)效率較低。

　　采用擠壓半終粉磨工藝，使一部分成品由輥壓機和選粉機直接產(chǎn)生并分選出來，減小了球磨機的通過量對整個粉磨系統(tǒng)的限制，所以，就我們現(xiàn)在所掌握的技術(shù)，可以使原有的球磨機系統(tǒng)粉磨能力提高 100 ～ 150% ;而聯(lián)合粉磨工藝則受到球磨機的限制，產(chǎn)量提高約 80% ;預粉磨工藝則由于系統(tǒng)工藝參數(shù)得不到優(yōu)化只能提高 30 ～ 40% 。

　　3 . 3 、應用實例分析

　　3 . 3 . 1 、山東兗州礦務局水泥廠 600t/d 生料擠壓半終粉磨系統(tǒng)

　　在山東兗州礦務局水泥廠 1# 窯技術(shù)改造中，要求生料粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量 由 22t/h 提高到 45t/h 以上。采用合肥水泥研究設計院開發(fā)的擠壓粉磨技術(shù)對現(xiàn)有的φ 2.2 × 6.5m 球磨機進行改造。將原有的φ 3.5m 離心式選粉機更換為 DS750 型高效組合式選粉機，在球磨機前加一套 HFCG100 — 35 型輥壓機和一臺 SF500/100 型打散分級機構(gòu)成擠壓半終粉磨系統(tǒng)。物料經(jīng)輥壓機擠壓并由打散分級機打散分級，將其半成品(小于 0.08mm 占 40% 左右， 2mm 以下約 85 ～ 90% )先送入高效選粉機分選，選粉機的粗粉入球磨，球磨機的出料也進選粉機(見圖 4 )。該系統(tǒng)改造后，經(jīng)廠院聯(lián)合標定，技術(shù)經(jīng)濟指標如下：(表 1 所示)

　　表1 　兗州礦務局水泥廠 1# 窯生料磨改造后的結(jié)果

　　3 .3 .2 、山東水泥廠 1# 窯( 700t/d )生料擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)

　　山東水泥廠 1# 生料磨建于 70 年代，為φ 2 . 4 × 10m 中卸烘干磨， 產(chǎn)量一直低于設計指標，電耗高，系統(tǒng)設備老化，急待改造、完善。改造方案為擠壓聯(lián)合粉磨工藝。新增 HFC120 — 36 型輥壓機一臺， SF500/100 打散分級機一臺，將中卸磨改為兩端進料中間出料的兩臺并聯(lián)單倉開路短磨。該系統(tǒng)于 1994 年 12 月 28 日投料試車， 1995 年 3 月達標驗收， 1995 年 12 月通過了由山東省建材局主持的省級技術(shù)鑒定。在此之后山東水泥廠根據(jù)現(xiàn)場情況恢復了球磨機的選粉機，使系統(tǒng)產(chǎn)量又有較大提高，系統(tǒng)工藝流程見圖 5 所示。系統(tǒng)改造后所達到的技術(shù)經(jīng)濟指標見表 2 。

　　表2 　山東水泥廠 1# 窯生料粉磨系統(tǒng)改造后的技術(shù)經(jīng)濟指標

　　4 、 水泥粉磨系統(tǒng)改造中擠壓粉磨技術(shù)的應用

　　4 .1 、水泥粉磨系統(tǒng)改造的主要特點

　　4.1 .1 、水泥粉磨系統(tǒng)的技術(shù)改造一般基于以下目的考慮的：

　　窯系統(tǒng)改造后熟料生產(chǎn)能力提高;

　　為適應新標準，增加粉磨能力，提高水泥成品的細度和比表面積

　　利用峰低谷電價差異，考慮水泥粉磨系統(tǒng)的避峰運行;

　　解決季節(jié)性銷售問題。

　　4 .1 .2 、水泥粉磨的細度和顆粒組成對水泥的強度和混凝土的性能有很大影響。太粗的熟料顆粒不能完全水化，大于 60 μ m 的熟料顆粒僅起到微集料作用，不能得到有效的利用;小于 30 μ m 的微粉含量不足，水泥早期強度上不去;水泥成品顆粒分布過于集中，造成標準稠度需水量的提高。因而，降低水泥成品的篩余，提高其比表面積，增加熟料的利用率，以達到提高水泥實物強度的目的。目前一般公認的是： 3 ～ 32 μ m 顆粒對強度增進率起主導作用。

　　4 .2 、擠壓粉磨工藝選擇

　　針對水泥粉磨的特點和要求，在選擇擠壓粉磨工藝時，對于要求篩余低、小于 3 μ m 微粉含量低的水泥，應選擇帶第三代高效選粉機的擠壓閉路粉磨系統(tǒng)(閉路預粉磨、閉路聯(lián)合粉磨和半終粉磨);而對篩余要求不是很嚴格，水泥成品顆粒級配分布寬的，則可以采用擠壓開路粉磨系統(tǒng)(開路預粉磨系統(tǒng)、開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng))。

　　對于現(xiàn)有的粉磨系統(tǒng)采用擠壓粉磨技術(shù)改造時，系統(tǒng)產(chǎn)量將大幅度增加，此時不僅要考慮主機的能力匹配，更要注意到輸送設備的能力。尤其是閉路粉磨系統(tǒng)改造，一般由于原有的磨尾提升機、選粉機及其粗粉回料輸送設備在當初設計時不會留出很大的余量，改造后產(chǎn)量大幅度增加，這些設備一般不能滿足要求，并且由于土建的限制很難更換。因此，對條件允許的可以選擇擠壓閉路粉磨工藝;對于原有粉磨系統(tǒng)改造難度大的，選擇擠壓開路粉磨工藝不失為經(jīng)濟可行的方案。

　　對于入磨熟料溫度高，生產(chǎn)高比表面積水泥并且物料(某些石灰石等)易糊磨的粉磨系統(tǒng)，從降低系統(tǒng)設備和物料的溫度，提高粉磨效率角度考慮，應選擇帶第三代高效選粉機的閉路擠壓粉磨工藝，使磨內(nèi)的微粉和熱量通過大量的冷風帶走，降低磨機及系統(tǒng)設備的工作溫度。而對于一般熟料溫度小于 150 ℃，不易糊磨的物料，則可采用開路擠壓聯(lián)合粉磨工藝，尤其是將經(jīng)高細高產(chǎn)磨技術(shù)特殊改造后的開路磨用于擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，使輥壓機卓越的破碎和粗磨功能與球磨機特有的細磨功能有機地結(jié)合，粉磨系統(tǒng)更加簡捷、可靠、高效。

　　4.3 、應用實例分析

　　4 .3 .1 、江蘇花山特種水泥廠φ 2.2 × 6.5m 水泥磨擠壓粉磨技術(shù)改造

　　江蘇花山特種水泥廠 1997 年年產(chǎn)水泥 20 萬噸，后新建一臺立窯，使水泥年產(chǎn)量達到 30 萬噸。與之配套生料和水泥粉磨系統(tǒng)都是分別在原有的兩臺φ 2.2 × 6.5m 球磨機之前加一臺 HFCK100 — 35 型輥壓機作預粉磨。其中水泥臺時產(chǎn)量為 35 ～ 37t/h 。 2000 年該廠為了提高水泥比表面積，適應國家水泥新標準的實施，以及江蘇省實行的分時電價政策，對原水泥擠壓預粉磨系統(tǒng)進行技術(shù)改造。具體方案是：將一臺球磨機暫時恢復為原來普通的閉路磨，與第二期水泥磨改造一同進行。在現(xiàn)有輥壓機后加設一臺 SF400/100 型打散分級機形成閉路，打散分級機的半成品先送入與另一臺球磨機配套的φ 20m 旋風式選粉機選粉，粗粉進經(jīng)高產(chǎn)磨特殊改造后的開 路球磨機粉磨至成品，與選粉機選出的經(jīng)混合后一同入庫。改造后的工藝流程見圖 7 。

　　江蘇花山特種水泥廠水泥粉磨系統(tǒng)兩次改造的結(jié)果如表 3 。

　　注： * 與原有的閉路球磨系統(tǒng)比較。

　　該廠水泥磨技術(shù)改造后由于比表面積的提高，三天強度顯著增加，混合材摻入量增加 8% ，電耗下降 10kW · h/t ，輥壓機運行更加平穩(wěn)，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)率有較大的提高，經(jīng)濟和社會效益十分顯著。另外，從該廠前后兩次技術(shù)改造結(jié)果來看，盡管擠壓聯(lián)合粉磨系統(tǒng)投資要高些，但是，很顯然它的投資效益比擠壓預粉磨系統(tǒng)要高得多。

　　4.3.2 、安徽省安慶白鰭豚水泥有限公司日產(chǎn) 600 熟料新型干法旋窯水泥生產(chǎn)線水泥粉磨系統(tǒng)φ 3.0 × 9.0m 閉路水泥磨系統(tǒng)改造

　　安徽省安慶白鰭豚水泥有限公司出于如下原因考慮，決定大幅度提高旋窯系統(tǒng)水泥粉磨能力：

　　適應國家水泥新標準。在執(zhí)行新標準后保持水泥生產(chǎn)能力;

　　提高水泥粉磨的工藝和裝備水平，降低生產(chǎn)成本;

　　提高旋窯系統(tǒng)粉磨能力，實現(xiàn)立窯和旋窯熟料共同粉磨，改善水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　在提高熟料存儲能力的同時，擴大水泥的粉磨能力，適應水泥銷售的季節(jié)性變化。

　　該廠旋窯水泥粉磨系統(tǒng)原為φ 3.0 × 9.0m 閉路水泥磨， 1999 年臺時產(chǎn)量為 33t/h ，電耗為 42.5kW · h/t ，水泥比表面積不高。 2000 年采用擠壓聯(lián)合粉磨技術(shù)對該系統(tǒng)進行改造。主機采用合肥水泥研究設計院研制的 HFCG120 — 40 型輥壓機一臺、 SF500/100 型打散分級機一臺。將原有的φ 3 . 0 × 9 . 0m 閉路磨采用合肥水泥研究設計院專有的高細高產(chǎn)磨技術(shù)進行改造，改為開路磨。輥壓機和打散分級機構(gòu)成閉路，輥壓機擠壓后的物料經(jīng)打散分級，小于一定粒徑的物料送入高效選粉機先分選出一部分成品，選出的粗粉進開路高產(chǎn)高細磨粉磨至成品，與選粉機的成品混合后一同入庫(工藝流程見圖 8 )。

　　該系統(tǒng)的基本情況為：? 水泥品種： 425# 普通硅酸鹽水泥，原料配比(見表 4 )入輥壓機混合物料： 20.83kW h/t ; 球磨機為兩倉磨高細高產(chǎn)磨，共裝球 74.7 噸，因設備原因未達到設計裝球量 80 噸的要求。其中：一倉裝球 20.7 噸，平均球徑： 44mm ;二倉微鍛：共 54 噸。

　　表 4　 425# 普通硅酸鹽水泥原料配比

　　該系統(tǒng) 2000 年 7 月投產(chǎn)，即達到設計指標。經(jīng)兩個月的運行于 9 月 11 日至 12 日安慶白鰭豚水泥有限公司和合肥水泥研究設計院共同對該系統(tǒng)進行連續(xù) 24 小時測試標定，結(jié)果如表 5 所示。

　　表 5 　安徽省安慶白鰭豚水泥有限公司 4# 水泥磨改造結(jié)果

　　盡管該系統(tǒng)節(jié)電幅度達 30% 以上，但就絕對電耗而言還是偏高，其主要原因是選粉機和收塵器風機裝機功率達 200 多千瓦，而所選出的有效成品量僅為 6 ～ 7 噸，這部分產(chǎn)品電耗高達 30 ～ 40kW · h/t 。對這套系統(tǒng)進一步優(yōu)化后，可望使系統(tǒng)電耗降至 27kW h/t 以下。

　　5 、 結(jié)束語

　　從上述應用實例可以看出，擠壓粉磨技術(shù)在水泥廠粉磨系統(tǒng)改造中有其不可替代的優(yōu)勢。首先可以大幅度提高系統(tǒng)產(chǎn)量，并且可以保持原有的系統(tǒng)，保持一套配料系統(tǒng)不變，僅適當提高配料和輸送能力即可。其次，改造后可以提高長徑比小的球磨機的水泥產(chǎn)品比表面積，以適應國家水泥新標準的實施。另外由于輥壓機、打散分級機、選粉機和球磨機可以組成多種工藝方案，根據(jù)現(xiàn)場情況可以靈活選擇和布置，容易滿足技改要求。 為了使技術(shù)改造能達到預期的效果，必須要做好以下幾項工作：

　　? 物料的物性分析。在盡可能的情況下，按照日后所粉磨水泥物料配比進行物料的水分、易磨性、易碎性、顆粒分布等物性分析，科學預測改造后的技術(shù)經(jīng)濟指標。

　　? 根據(jù)產(chǎn)品要求選擇工藝流程，并且認真研究系統(tǒng)中各設備的能力匹配，尤其是輥壓機和球磨機的匹配。

　　? 系統(tǒng)投產(chǎn)后，必須對系統(tǒng)和各主機設備的參數(shù)進行調(diào)試、優(yōu)化，使系統(tǒng)從投產(chǎn)之日就處于高水平、高效率的運行狀態(tài)之下。

　　總之，輥壓機及擠壓粉磨技術(shù)為水泥廠粉磨系統(tǒng)的改造提供了節(jié)能高效、運行可靠的新型粉磨技術(shù)及裝備，只要我們深入了解并掌握輥壓機的工作原理和性能特征，就能為水泥廠粉磨系統(tǒng)的技術(shù)改造做出其應有的貢獻，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟和社會效益。