水泥粉磨

用外力克服固體物料分子之間的內(nèi)聚力，使之分裂，并使物料顆粒的粒徑減小的過(guò)程，稱(chēng)之為粉碎或磨碎，簡(jiǎn)稱(chēng)粉磨。

水泥粉磨按照工藝流程可分為:1,、開(kāi)路粉末系統(tǒng)，2、閉路粉磨系統(tǒng)，3、聯(lián)合粉末系統(tǒng)。

按照設(shè)備使用方式可以分為:1、球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)，2、立磨終粉系統(tǒng)，3立磨-球磨機(jī)聯(lián)合粉末系統(tǒng)，4、輥壓機(jī)終粉系統(tǒng)，5,、輥壓機(jī)-球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，6、臥式輥磨(Horomill)粉磨系統(tǒng)。

隨著科技的日益發(fā)展，將來(lái)可能有更多種類(lèi)的水泥粉磨系統(tǒng)出現(xiàn)。

開(kāi)路粉磨工藝流程:物料通過(guò)磨機(jī)后即為產(chǎn)品。流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、投資少，但是容易產(chǎn)生過(guò)粉磨現(xiàn)象。

閉路粉磨工藝流程:物料出磨后經(jīng)過(guò)選粉機(jī)系統(tǒng)選出產(chǎn)品，粗粉返回磨機(jī)再磨。減少過(guò)粉磨現(xiàn)象、可以提高產(chǎn)量、降低電耗、產(chǎn)品細(xì)度容易控制，但是系統(tǒng)設(shè)備投資大，操作維護(hù)較為復(fù)雜。

聯(lián)合粉磨系統(tǒng)工藝流程:物料通過(guò)輥壓機(jī)或者立磨的預(yù)粉磨后，篩選出其中的細(xì)料進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行終粉，通過(guò)選粉機(jī)及收塵系統(tǒng)將符合要求的成品選出。此種方式與閉路粉磨系統(tǒng)相比，產(chǎn)量更高，能耗更低，設(shè)備投資更大，操作系統(tǒng)更復(fù)雜

球磨機(jī)粉磨系統(tǒng):是指以球磨機(jī)單獨(dú)作為主要粉磨設(shè)備從而達(dá)到最終粉磨效果的粉磨系統(tǒng)

立磨終粉系統(tǒng):是指以立磨單獨(dú)作為主要粉磨設(shè)備從而達(dá)到最終粉磨效果的粉磨系統(tǒng)。這種方式比球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)效能高，但是，經(jīng)測(cè)驗(yàn)，這種方式產(chǎn)生的成品由于是完全靠擠壓生成，顆粒級(jí)配不太理想，而且顆粒表面形狀也不利于水泥的水化及水泥強(qiáng)度。

立磨-球磨機(jī)聯(lián)合粉末系統(tǒng):是指在物料在進(jìn)入球磨機(jī)終粉前，先經(jīng)過(guò)以立磨作為主要設(shè)備的預(yù)粉磨系統(tǒng)，然后分級(jí)符合要求的細(xì)料進(jìn)入球磨進(jìn)行終粉磨，這種方式效率高，而且最后由球磨機(jī)進(jìn)行終粉，顆粒級(jí)配及顆粒表面形狀好。

輥壓機(jī)終粉系統(tǒng):是指以輥壓機(jī)單獨(dú)作為主要粉磨設(shè)備從而達(dá)到最終粉磨效果的粉磨系統(tǒng)。比立磨終粉系統(tǒng)效能更高，但是和立磨終粉系統(tǒng)類(lèi)似，產(chǎn)品顆粒級(jí)配及表面形狀不理想。

輥壓機(jī)-球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng):即在物料在進(jìn)入球磨機(jī)終粉前，先經(jīng)過(guò)以輥壓機(jī)作為主要設(shè)備的預(yù)粉磨系統(tǒng)，然后分級(jí)符合要求的細(xì)料進(jìn)入球磨進(jìn)行終粉磨，這種方式比立磨-球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)效率更高，而且最后由球磨機(jī)進(jìn)行終粉，顆粒級(jí)配及顆粒表面形狀好。

臥式輥磨粉磨系統(tǒng):臥式輥磨，又稱(chēng)Horomill，是一種新式粉磨設(shè)備，能效比和輥壓機(jī)相似，產(chǎn)量更大。用于取代球磨機(jī)，目前在國(guó)內(nèi)僅有數(shù)臺(tái)。但是根據(jù)其粉磨原理，其產(chǎn)片顆粒狀況應(yīng)當(dāng)和立磨終粉成品類(lèi)似，應(yīng)該不太理想。

主要是研究物料的粉碎機(jī)理以及在粉碎過(guò)程中的能量消耗問(wèn)題。主要的幾種假說(shuō)有:

表面積假說(shuō):粉碎物料所消耗的能量與粉碎過(guò)程中新增加的表面積成正比。其物理基礎(chǔ)是認(rèn)為組成任何純粹脆性的晶體物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)之間，具有恒定的分子吸引力，因此，粉碎所消耗的能量與用來(lái)拆開(kāi)分子間的引力、產(chǎn)生新的表面積所需要的能量有一定關(guān)系。

體積假說(shuō):在相同技術(shù)條件下，將幾何形狀相似的同類(lèi)物料粉碎成幾何形狀也相似的產(chǎn)品時(shí)，粉碎消耗的能量與被粉碎物料的體積或質(zhì)量成正比。根據(jù)物體受外力而引起變形的結(jié)果來(lái)看，當(dāng)物體受外力后必然在內(nèi)部引起應(yīng)力。隨著外力的增加，物體的應(yīng)力及變形亦隨之加大，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到物料的強(qiáng)度極限時(shí)，則外力稍微增加即可使物料破壞。

裂紋理論:又稱(chēng)邦德理論。內(nèi)容為粉碎物料所消耗的能量與新產(chǎn)生的顆粒直徑或邊長(zhǎng)的平方根成反比。實(shí)質(zhì)是物料一定要在壓力下產(chǎn)生變形，積累了一定的能量之后產(chǎn)生裂紋，最后才能粉碎。所以，粉碎所需的功與裂紋的長(zhǎng)度成正比，裂紋長(zhǎng)度又與粉碎顆粒尺寸的平方根成反比。

表面積假說(shuō)的出發(fā)點(diǎn)只考慮生成新表面積的多少，而對(duì)其他條件完全忽略。體積假說(shuō)只是考慮物料變形所消耗的能量，而完全沒(méi)有考慮生成新表面積。表面積假說(shuō)和體積假說(shuō)都只能使用于一定范圍。在破碎和粉磨的中間情況時(shí)，兩者都不能給出準(zhǔn)確的結(jié)果。裂紋理論介于兩者之間，能在比較廣泛的粒度范圍內(nèi)適用，既適合破碎作業(yè)，也適用于粉磨作業(yè)。

隨著預(yù)分解窯發(fā)展日趨完善，熟料生產(chǎn)熱耗大幅度降低，而水泥生產(chǎn)綜合電耗卻長(zhǎng)期居高不下。20世紀(jì)80年代，人們重點(diǎn)關(guān)注粉磨技術(shù)的改進(jìn)和突破。關(guān)注利用擠壓粉磨技術(shù)代替沖擊粉磨技術(shù)的研究，以提高粉磨功的利用率，降低水泥生產(chǎn)綜合電耗。因此，水泥粉磨技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)于提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源消耗、降低水泥成本，使新型干法水泥生產(chǎn)更具經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要意義。

把熟料、石膏、混合材等沒(méi)有水硬性的塊狀物料轉(zhuǎn)變成具有水硬性的粉狀物料。

熟料是組成水泥顆粒的最主要成分，由C 3 S、C 2 S、C 3 A、 C 4 AF四種礦物組成。其中影響水泥強(qiáng)度的最主要礦物是C 3 S，熟料中隨著C 3 S含量的增加，早期強(qiáng)度提高，熟料組成中含量在60%以上;C 2 S是熟料中的次要礦物，它會(huì)對(duì)水泥的長(zhǎng)期強(qiáng)度起到重要作用，尤其是一年之后的長(zhǎng)期強(qiáng)度;C 3 A可以調(diào)節(jié)水泥的性能，水化熱高、水化速度快，因此含量不能太多，一般不能超過(guò)8%; C 4 AF水化熱比C 3 A低，提高耐磨性。其中隨著熟料中硅率、C 2 S的提高熟料的易磨性降低，隨Al 2 O 3 、C 3 S、KH、含量的增加易磨性提高。

石膏是僅次于熟料的主要原料，石膏可以調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，保證水泥在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間凝結(jié)、保證合理的施工性，改善水泥的水化產(chǎn)物，調(diào)節(jié)水泥性能。

具有水泥的水硬性，常用的混合材，可以改善水泥的性能。調(diào)節(jié)礦渣的含量，可以調(diào)節(jié)水泥的標(biāo)號(hào)、改進(jìn)水泥的性能、增加或降低臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。由于礦渣中含有一定量的C 2 S，因此礦渣的活性大，如果加入合適量的礦渣并粉磨到一定程度時(shí)，相應(yīng)會(huì)增加水泥28天的強(qiáng)度，但這時(shí)也會(huì)相應(yīng)降低水泥磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。使用化學(xué)成分和水淬質(zhì)量較好的礦渣，增大摻加量，降低生產(chǎn)成本。

粉煤灰也屬于活性混合材，其由結(jié)晶體、玻璃體以及少量未燃炭組成。粉煤灰的活性主要來(lái)自鐵玻璃體，其含量越高活性越好，結(jié)晶體不具有活性;粉煤灰的粒度對(duì)活性影響也很大，細(xì)小的密實(shí)球形玻璃體含量越高活性越高，需水量也低，不規(guī)則的多孔玻璃體含量多，需水量增加，活性下降，未燃炭含量多需水量大，活性差。粉煤灰摻量少時(shí)，會(huì)起到助磨劑的作用增加臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，大量的摻加粉煤灰會(huì)顯著降低水泥的強(qiáng)度。

石灰石屬于瘠性混合材，摻加量太多會(huì)大大的降低水泥強(qiáng)度，一定量的摻加會(huì)增加臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，并且在摻加后石灰石中的CaO和水反應(yīng)后會(huì)增加OH -粒子的濃度，增加水泥熟料中C 3 S的水化速度，提高早期強(qiáng)度。

閉路粉磨系統(tǒng)如圖所示。它是由管磨機(jī)、提升機(jī)、選粉機(jī)和風(fēng)機(jī)等主要設(shè)備所組成，在粉磨過(guò)程中，粗粒物料幾次通過(guò)磨機(jī)，它具有減少水泥過(guò)粉碎，避免發(fā)生顆粒凝聚和粘倉(cāng)、粘研磨體等優(yōu)點(diǎn)，有利于生產(chǎn)高細(xì)度水泥，改變生產(chǎn)水泥的品種，提高粉磨效率。

隨著生產(chǎn)的大型化，磨機(jī)直徑和生產(chǎn)能力都有很大提高，選粉機(jī)規(guī)格也必須相應(yīng)擴(kuò)大，但是過(guò)大規(guī)格的選粉機(jī)在工藝布置及安裝方面都會(huì)帶來(lái)困難，因此有人提出閉路粉磨系統(tǒng)，采用兩臺(tái)或三臺(tái)選粉機(jī)的工藝流程，同時(shí)也期望通過(guò)采用選粉機(jī)并聯(lián)的辦法，降低選粉機(jī)負(fù)荷，提高選粉效率。

現(xiàn)代粉磨技術(shù)發(fā)展歷經(jīng)兩個(gè)階段:第一，20世紀(jì)50年代至70年代鋼球磨機(jī)大型化及其匹配設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)和提高階段;第二，20世紀(jì)70年代延用下來(lái)的擠壓粉磨技術(shù)發(fā)展完善和大型化階段。其發(fā)展特點(diǎn)是:

(1)在鋼球磨系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大型化的同時(shí)，創(chuàng)新研發(fā)擠壓粉磨技術(shù)和裝備

20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著預(yù)分解窯大型化，鋼球磨系統(tǒng)也向大型化方向發(fā)展。用于水泥粉磨的鋼球磨機(jī)直徑已達(dá)5m以上，電機(jī)功率達(dá)7000kW以k，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量達(dá)300t以上。新設(shè)計(jì)的巨型磨機(jī)直徑已達(dá)6m以上，傳動(dòng)功率達(dá)12000kW以上。采用大型磨機(jī)不但可以提高粉磨效率、降低襯板和研磨體消耗，減少占地面積，并且可以簡(jiǎn)化工藝流程，減少輔助設(shè)備，也有利于降低產(chǎn)品成本。長(zhǎng)期以來(lái)，雖然圈流式鋼球磨機(jī)作為水泥粉磨設(shè)備的基本型式，但由于開(kāi)流磨機(jī)具有工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便和易于進(jìn)行自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，許多小型磨機(jī)仍然采用，丹麥?zhǔn)访芩构驹谛′摱文サ幕A(chǔ)上，把兩級(jí)磨合并在一個(gè)磨機(jī)上，開(kāi)發(fā)了康必丹(Combidan)磨，既能用于開(kāi)流，也能用于圈流。同時(shí)前蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家還研發(fā)了噴射磨、離心磨、爆炸磨、振動(dòng)磨、行星式球磨等新型磨機(jī)。

輥式磨(Rollermill)的發(fā)展主要是20世紀(jì)70年代以來(lái)磨機(jī)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的改進(jìn)，并研發(fā)成功液力壓緊磨輥代替彈簧壓緊磨輥。輥壓機(jī)亦稱(chēng)擠壓機(jī)、雙輥磨(Roller Press)，于1985年研制成功用于水泥工業(yè)，并逐漸大型化。20世紀(jì)90年代以來(lái)，這兩種擠壓粉磨系統(tǒng)不但在生料、礦渣終粉磨系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，并且由它們單獨(dú)或同短型鋼球磨、高效選粉機(jī)組成的預(yù)粉磨、混合粉磨、、聯(lián)合粉磨、半終粉磨以及終粉磨系統(tǒng)亦得到比較廣泛的推廣應(yīng)用，從而使水泥生產(chǎn)綜合電耗由120kW·h/t降低到90kW·h/t左右。

(2)采用高效選粉設(shè)備

為了適應(yīng)磨機(jī)大型化的要求，圈流粉磨作業(yè)越來(lái)越多，作為其重要的配套設(shè)備的選粉機(jī)也得到了較大發(fā)展。撒料式選粉機(jī)(又稱(chēng)機(jī)械空氣選粉機(jī))是水泥工業(yè)應(yīng)用最早的具

有代表性的空氣選粉設(shè)備，其直徑已達(dá)llm以上，選粉能力達(dá)300t/h以上。為了與大型磨機(jī)相匹配，各種新型高效選粉機(jī)在水泥粉磨作業(yè)中也得到了日益廠·泛的應(yīng)用，同時(shí)亦可利用它進(jìn)行水泥冷卻，其選粉能力已達(dá)500t/h。選粉機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)是進(jìn)一步提高分級(jí)效率，提高單機(jī)物料處理量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，機(jī)體小型化，可進(jìn)行遙控操作等。

(3)采用新型耐磨材料，改善磨機(jī)部件材質(zhì)

在磨機(jī)大型化后，無(wú)論鋼球磨、輥式磨、輥壓機(jī)都在不斷采用新型耐磨材料制造磨機(jī)襯板、磨輥、磨盤(pán)等部件，力求在改進(jìn)磨機(jī)結(jié)構(gòu)、提高加工精度的同時(shí)，進(jìn)一步提高磨機(jī)綜合效率和使用壽命。

(4)添加助磨劑，提高粉磨效率

助磨劑能夠消除水泥粉磨時(shí)物料的結(jié)塊及黏糊研磨體及襯板的弊端，改善鋼球磨粉磨條件，提高粉磨效率，而受到越來(lái)越多的重視。

(5)降低水泥溫度，提高粉磨效率，改善水泥品質(zhì)

使用鋼球磨機(jī)粉磨物料時(shí)，會(huì)使大部分輸入能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軅鬟f給物料，使粉磨物料的溫度上升到100t以上。這樣，不但會(huì)使二水石膏脫水，失去作為水泥緩凝劑的作用，而且溫度過(guò)高還會(huì)使物料黏結(jié)，黏糊研磨介質(zhì)，從而降低粉磨效率。因此，為了降低水泥粉磨時(shí)的溫度，提高粉磨效率，改善水泥品質(zhì)，廣泛采用了許多新的冷卻方法。例如:向磨內(nèi)噴水，在選粉機(jī)內(nèi)通風(fēng)冷卻和采用水泥冷卻器對(duì)出磨水泥進(jìn)行冷卻等。

(6)實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化

水泥粉磨系統(tǒng)已廣泛采用電子定量喂料秤、自動(dòng)化儀表及電子計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化，以進(jìn)一步穩(wěn)定磨機(jī)生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。磨內(nèi)作業(yè)主要利用電耳、提升機(jī)負(fù)荷、選粉機(jī)回粉量及利用輥式磨內(nèi)壓差等進(jìn)行磨機(jī)的負(fù)荷控制，對(duì)石膏摻加量等亦可用X-熒光分析儀、電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行配料控制。

(7)采取其他技術(shù)措施

如降低入磨物料粒度，保證水泥成品的合理顆粒級(jí)配及根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)選擇適當(dāng)?shù)谋缺砻娣e，改善配料，選擇合理的熟料礦物組成，降低入磨物料水分等。

(8)開(kāi)發(fā)粉狀輸送的新型設(shè)備

在廣泛推廣應(yīng)用擠壓粉磨的同時(shí)，在粉狀物料輸送方面，研發(fā)機(jī)械輸送粉狀的超高超重提升機(jī)、密封皮帶機(jī)、新型空氣斜槽等裝備，代替氣力輸送粉體物料舊模式，力求水泥生產(chǎn)綜合電耗的進(jìn)一步降低。

水泥生產(chǎn)中，粉磨過(guò)程的能源消耗占了生產(chǎn)全過(guò)程的大部分，因此如何提高粉磨效率、降低粉磨電耗、提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量一直是我國(guó)水泥技術(shù)工作者研究的課題。而另一方面，由于粉磨技術(shù)對(duì)水泥性能有著重要影響，綜合考慮能耗與性能之間的關(guān)系，促進(jìn)粉磨技術(shù)理性發(fā)展也越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注 。

水泥的生產(chǎn)應(yīng)保證其性能優(yōu)越，優(yōu)質(zhì)的材料性能是材料價(jià)值所在。決定水泥性能的主要因素是熟料的礦物組成、礦物的燒成條件、混合材的品種以及水泥顆粒的組成。水泥的顆粒組成又是決定水泥及混凝土性能的重要因素，不同的粉磨系統(tǒng)會(huì)對(duì)水泥顆粒組成產(chǎn)生較大的影響，如何使水泥顆粒組成在水泥及混凝土性能方面發(fā)揮其重要作用，粉磨系統(tǒng)是關(guān)鍵。

水泥及混凝土的配制對(duì)水泥顆粒的組成有著嚴(yán)格的要求，要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水泥和混凝土，粉磨系統(tǒng)的選型是關(guān)鍵?，F(xiàn)階段我國(guó)混凝土行業(yè)還無(wú)法使用摻合料及其配套等技術(shù)對(duì)水泥顆粒組成進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于混凝土的配制上基本依賴(lài)于水泥的原有級(jí)配，因此如何對(duì)粉磨系統(tǒng)進(jìn)行選型顯得尤為重要。

粉磨系統(tǒng)主要有開(kāi)路磨、輥壓機(jī)+開(kāi)路磨、輥壓機(jī)+閉路磨、立磨等幾類(lèi)。不同的粉磨系統(tǒng)在水泥顆粒組成與能源消耗等方面各不相同，且各有利弊。針對(duì)產(chǎn)品的用途，根據(jù)需要，選擇合適的粉磨系統(tǒng)，不但能夠提高水泥和混凝土材料性能，而且可以降低能源消耗和環(huán)境污染。