预粉磨技术应用研究

摘 要:水泥工业是高耗能产业,其粉磨电耗占产品综合电耗的60%以上,直接影响水泥的制造成本。如何积极采用新工艺、新技术、新材料,大幅度提高粉磨系统生产效率、降低能源消耗成本,是摆在水泥工程技术人员面前的一项紧迫任务。本文通过对水泥粉磨系统的研究分析,探讨磨前预处理工艺对水泥粉磨过程产、质量的影响。

关键词:预粉磨;应用;技术研究

1 水泥磨前预处理

球磨机作为一种传统的粉磨设备,其开流和闭路粉磨流程因操作简便、适应性强等特点,一直在水泥粉磨生产中占据着主要地位。但这种基于概率破碎原理的粉磨设备,能量利用率很低(仅3%～5%),大部分能量被碰撞发热、噪音所消耗,真正用于粉磨作功的能量很少。随着粉磨工艺的不断改善和发展,“以破代磨”、“多破少磨”的理念已逐步为人们接受,以其他能量利用率较高(30%以上)的粉磨设备来代替球磨机一仓的细碎、粗磨工作,让球磨机充分施展以研磨为主的细磨作用,对于粉磨工艺的节能高产具有十分重要的意义。

入磨物料粒度是制约磨机粉磨效率的重要工艺参数。尤其是对水泥粉磨工艺而言,因所磨物料理化性能和显微硬度不同,易磨性指标均差于生料组成中的物料。所以必须采取合理的技术手段,实施磨前物料预处理,缩小入磨粒度“多碎少磨”,把磨机一仓的破碎功能部分或全部移至磨外完成,才能大幅度提高现有粉磨系统产量、降低粉磨电耗。就目前采用的水泥磨前物料预处理方式而言,一是预破碎,二是预粉磨。

1.1 预破碎

预破碎是指磨前采用破碎机对入磨物料进行集中或单独处理,缩小其粒度至5-8mm以下。常用的有锤式破碎机、立式冲击破碎机等,一般可使粉磨系统增产15~20%。由于机内所用锤头、护板耐磨材料和被破物料硬度等方面的原因,预破碎设备的出机物料粒度短期内较好,长期效果较差。必须及时对机内锤头,护板间隙进行调整,否则,随着时间的推移,其出机粒度变大,失去预处理意义。具体来讲,单独采用预破碎而未设置出机物料闭路筛分为系统,难以长期保持稳定的增产效果;而采用由回转筛、破碎机组成的闭路筛分破碎系统的工艺复杂,设备多,维护量大;预破碎对石灰石等中硬度物料的处理能力较好,而对硬度高的水泥物料,尤其是新型干法窑生产的“干硬”熟料的破碎能力较差。尽管预破碎一次性投资较省,物料处理电耗不高(3-5Kwh/t),但长期的维护费用较高。预破碎工艺的局限性导致入磨物料中细粉比例较少,尤其2mm以下颗粒更少,故系统增产幅度不会太大。

1.2 预粉磨

辊压机的问世已有20多年历史,其粉碎机理为高效率的高压料床粉碎,物料受到挤压后,矿物晶格缺陷增加,内部裂纹增多、邦德功指数降低、易磨性显著提高,辊压机处理物料电耗一般在4-6Kwh/t。

目前,大中型新型干法水泥企业或规模较大的粉磨站多采用辊压机+打散分级机(或V型选粉机)+管磨机(开路或闭路)的挤压联合粉磨系统。物料经循环挤压、打散分级后,可保证入磨物料为2mm以下,能使后续管磨机增产50-100%,相应降低电耗20~30%,以国内某100万吨粉磨站为例,采用辊压机+V型选粉机+闭路管磨机的挤压联合粉磨工艺,Φ3.2×13m闭路水泥磨产量达120t/h,粉磨电耗在26Kwh/t左右,其指标尚属国内先进水平。

但是,辊压机加工精度要求高、系统较复杂、辊面磨损后的处理和日常维护费用高。以Φ3.2m磨前配置的辊压机和分级设备为例,设备造价在300万元左右,一般地方企业难以承受,在维护应用中受到一定的限制。此外,辊压机自身固有的“边缘效应”及侧挡板、辊面磨损到一定程度后,会显著影响管磨机的增产和节电。因此该技术的普及性受到一定的限制。

1.3 棒磨机

水泥磨前加装棒磨机,对所有进磨物料进行预粉磨或单独预磨熟料,比加装球磨机的效果更好。在0-3mm粗磨阶段,钢棒对物料的粉碎具有独特的“选择性”,这是球磨所不具备的。棒磨预粉磨充分体现出钢棒对物料的“线接触”特性,粉磨过程中,钢棒对被磨物料进行碾压辊轧,从而达到缩小物料粒度的目的.而球对物料的粉碎只有“点接触”功能,故其效果较差。采用棒磨预处理物料,粉磨电耗

关于钢棒材质可选用硬度高、耐磨性和韧性优良的淬火轴承钢(GCr15)、Mn13Cr2、60CrVTi、40CrMoCu等。

采用棒磨机预处理后的物料既可以直接入磨,也可以采取分级机粗细分离形成闭路,

(1)直接入磨。该工艺简单,设置磨头仓(棒磨机产量高于后续磨机产量),后续磨机可以是闭路,也可以是开路。

(2)设置粗细分级,1mm物料回棒磨处理,工艺较复杂;设置选粉机对棒磨机处理后的物料进行选粉,选出的成品与后续闭路磨机成品一同入水泥园库,粗粉一部分回棒磨,工艺较复杂;对于后续磨机为开流系统而言,中选粉机的粗粉入后续磨机,棒磨所产生的成品与后续磨机的成品一同入水泥园库,工艺较复杂。

在中、小型水泥企业,闭路水泥粉磨工艺应用较广泛。不同于开路粉磨系统是其带有选粉机形成闭路循环,在原开路基础上可提高产量20-30%。闭路粉磨工艺最重要的技术环节是选粉机的分级精度一定要高,性能稳定,长期运行可靠,否则难以达到最佳技术效果。最佳配置为:棒磨预处理+磨内筛分+磨外高效选粉。由于吸收了开路高细磨的部分技术特点,可以避免水泥颗粒级配变宽的现象,力争使特征粒径含量更多一些,更有利于水泥水化活性及力学强度的进一步发挥。但目前采用磨内筛分的闭路磨不多,一般只用普通隔仓板及出料篦板,只是篦缝较以前有所缩小(如采用6-8mm),并采取防堵设计。

采用棒磨预粉磨粉磨物料,后续水泥磨机的入磨粒度50%)、节电(>20%)、高细(成品比表面积≥380/Kg)、高强的综合技术经济效果。

各水泥企业可根据自身的实际,选择设置高效的粉磨工艺。在设备的选型上也要以先进技术的预粉磨设备为首选。

2 预粉磨工艺的几个技术问题

企业实行预粉磨工艺技术时,应当注意以下几个问题,以求达到最佳的粉磨效果。

(1)选用耐磨性能优良的钢棒,使棒磨长期保持较高而稳定的预粉磨功效,出磨粒度小而均匀。

(2)预粉磨前物料强化除铁。物料预粉磨前需实施高效除铁,铁质进入棒磨会引起钢棒磨损变快和磨损量不均匀,造成出磨物料粒度均匀性变差。同理,当后续磨机为闭路流程时,仍需加强除铁,可在选粉机回料的粗粉或磨尾设置高效除铁器,消除铁质对粉磨过程的影响。

(3)定期检查磨内钢棒磨损程度。机械性能再优良的钢棒都会被磨损,磨损量是相对的,磨损是绝对的,磨损是时间的函数。应定期检查磨内钢棒磨损程度,防止“断棒、乱棒”事故造成的不良循环。

(4)后续磨机应采用耐磨性能优良的研磨体。采用预粉磨机后,研磨成为水泥磨的主要工作。采用硬度高,耐磨性能良好的研磨体能稳定研磨体级配,大幅度降低球耗。另外,由于各仓研磨体规格较小,尤其细磨仓内研磨体尺寸更小,宜对衬板实施活化,以充分激活研磨体对物料的细磨能力。同时,加强磨内通风,使磨机长期保持稳定的高效率粉磨状态。

(5)采用防堵设计的隔仓板及篦板。磨内采用8-10mm较小缝隙的隔仓板及出料篦板时,为防止较小规格的研磨体堵塞篦缝,可采用垂直防堵设计,以保持良好的通风及物料流速。

(6)如果借鉴挤压联合粉磨的工艺特点,在预粉磨系统中进行一次成品与粗粉的分离,预粉磨中产生的成品与后续磨机的成品均匀混合,预计整个粉磨系统较现有产量会再提高10-20%。

3 结论

现代粉磨技术中,有种类繁多的水泥粉磨形式,除了传统的开流与圈流水泥粉磨系统外,又开发了立式磨、辊压机等用于水泥粉磨系统。在各种水泥粉磨系统中,预粉碎上磨加球磨机的圈流系统和辊压机加球磨机的圈流粉磨效率高、单位电耗低。就对圈流球磨的增产效果来看,立磨预粉磨系统,是当今大型水泥厂较多采用的节能型粉磨系统,其共同特点是粉磨效率高、单位电耗低。目前粉磨工艺落后仍然是国内众多中小水泥企业的突出问题,采用传统粉磨设备对电能的有效利用率不足3%,绝大部分电能没有被有效利用。因此,采用预粉磨新技术、新装备等措施已成为实现优质高产、节能降耗的有效途径。