1、前言

　　自水泥問世至今已有180余年歷史，經過水泥工程技術人員的不懈努力與創(chuàng)新，現(xiàn)已發(fā)展成為三大系列。即由英國人發(fā)明的第一系列（波特蘭水泥，現(xiàn)稱硅酸鹽水泥）；法國人發(fā)明的第二系列（鋁酸鹽水泥）；第三系列由中國人自主發(fā)明（硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥）。

　　水泥系由水泥熟料、混合材、石膏及其它材料（如助磨劑）共同或分別磨細而成的具有水硬性的微米級粉體?，F(xiàn)代水泥粉磨技術新觀點認為：好水泥是“磨”出來的。當今世界水泥粉磨技術已呈現(xiàn)多元化趨勢，且粉磨設備也向大型化、低耗高效及自動化方向發(fā)展。隨著科學技術的不斷進步，水泥粉磨機理已不再局限于傳統(tǒng)的低效率球、鍛研磨方式，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用直接影響到水泥的產、質量及生產成本，在水泥制備中占有舉足輕重的地位。

　　本文擬就水泥粉磨工藝發(fā)展趨勢及改造要點進行相關的技術探討，謬誤之處，懇請業(yè)界各位同仁予以批評指正。

　　2、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備。目前，國內水泥管磨機設計直徑已到Φ5m左右，產量在150t/h以上。國際上已設計到φ5.8m以上的大型管磨機，用于粉磨水泥，臺時產量達200t/h以上。管磨機的粉磨機理是利用筒體旋轉過程中將能量傳遞給襯板，由襯板提升、拋落研磨體對磨內物料進行沖擊破碎、研磨而完成粉磨作業(yè)。管磨機內所用的研磨體形狀多為傳統(tǒng)的圓球和柱狀鍛，圓球形研磨體對被磨物料以點接觸方式進行沖擊破碎，粉磨效率較低。尤其是當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)產量、降低粉磨電耗，水泥工程技術人員從縮小入磨物料粒度入手，通過優(yōu)化設計襯板工作表面形狀、改變磨內各倉研磨體的提升、拋落軌跡以及采用助磨劑等技術手段，在一定程度上，大幅度提高了磨機的生產效率。

　　由管磨機的粉磨特性分析可知，這種工藝流程磨細功能有余，破碎能力不足，大粒度物料由磨機粗磨倉破碎是不合理的。所以，必須設置高效而穩(wěn)定的磨前物料預處理工藝、縮小入磨粒度，將管磨機粗磨倉的工作部分或全部移至磨外完成，是實現(xiàn)粉磨系統(tǒng)增產、降低電耗最有效的技術途徑。

　　入磨物料粒度d與磨機生產效率Kd的關系，可由下式計算得出：

　　Kd=G2/G1=（d1/d2）^X                                                     （1）

　　式中：Kd—磨機的相對生產率或稱粒度系數(shù)。

　　         G1、G2—給料粒度分別為d1、d2時磨機的產量（t/h）。

　　         X—指數(shù)，與物料特征、產品細度、粉磨條件有關，一般在0.10~0.25。

　　現(xiàn)以X=0.20為例計算出不同給料粒度時磨機的相對生產率Kd。

　　上表中數(shù)據(jù)證明：入磨物料粒度越小，磨機相對生產率越高。在其它工藝條件不變的前提下，縮小入磨物料粒度是管磨機增產、節(jié)電的關鍵因素。

　　水泥粉磨工藝中，除管磨機流程外，20世紀80年代中期在德國問世的輥壓機原主要用于水泥生料和水泥熟料的預粉碎，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生大量的裂紋和細粉，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。輥壓機水泥終粉磨的電耗雖低于管磨機粉磨系統(tǒng)50%左右，但由于輥壓機終粉磨制得的水泥成品顆粒形貌呈多角形結構，標準稠度需水量增大，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，國內未采用該粉磨系統(tǒng)。

　　立磨由于其系統(tǒng)產量高、電耗低而被廣泛應用于生料制備過程。國際上早有采用立磨粉磨水泥（終粉磨）的報道，國內有幾家企業(yè)采用立磨終粉磨。立磨的粉磨機理與輥壓機有相似之處，均為高效率料床粉磨。所不同的是，立磨磨輥對物料的接觸方式是柱面與平面或輪胎與凹槽，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置選粉分級系統(tǒng)，而輥壓機則必須單獨設置，整個系統(tǒng)比立磨復雜得多?，F(xiàn)階段世界上最大的生料立磨單產已在1200t/h，水泥立磨單產已達350t/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)。

　　另一種高效的水泥粉磨系統(tǒng)，系采用法國FCB公司研制開發(fā)的H0RO mill（筒輥磨），配用高效選粉機組成的閉路水泥粉磨工藝，系統(tǒng)產量高、電耗低于25kwh/t。我國牡丹江水泥廠采用H0RO mill閉路粉磨系統(tǒng)，配用TSVR4500HF選粉機，臺時產量最高達166.6t/h（設計120t/h，后經過調試達130t/h），水泥比表面積366㎡/kg[2]。冀東水泥公司二分廠，則采用φ2.6m筒輥磨預磨新型干法窯熟料，預磨后的熟料＜0.9mm顆粒占50%左右，切割粒徑大致在2mm，與φ3×11m閉路管磨機配套（配用O—SePaN1000選粉機），生產比表面積350㎡/kg的P.O32.5級水泥，粉磨系統(tǒng)增產30%，電耗下降24%[3].

　　綜上所述，今后一段時間內，水泥工業(yè)高耗能粉磨設備（如管磨機）的選用將會逐步減少，而具有高效低耗的輥磨將成為水泥粉磨領域主機設備的首選方向。據(jù)筆者調研，國內某臺資企業(yè)采用立式輥磨用于水泥終粉磨，并取得了良好的技術經濟效果。

　　3、水泥粉磨工藝改造要點

　　本文著重探討對現(xiàn)有水泥管磨機系統(tǒng)的改造。管磨機粉磨工藝分為開路和閉路兩種系統(tǒng)，其中以一級閉路粉磨系統(tǒng)居多。由于水泥的膠凝活性與其自身的磨細程度和顆粒級配、顆粒形貌密切相關，故在對現(xiàn)有粉磨工藝進行改造時可以采取針對性措施。

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　　3.1 大型管磨機的改造（φ4m以上）

　　當今水泥工業(yè)生產中，管磨機仍占粉磨設備的主導地位。如前所述，管磨機電能利用率低，粉磨電耗明顯高于輥壓機、立磨及筒輥磨系統(tǒng)。為了降低粉磨電耗，多數(shù)企業(yè)在管磨機前增設輥壓機+分級設備或CKP立磨等物料預處理工藝，通過預處理設備縮小入磨粒度、擠壓或碾磨處理后的物料產生裂紋效應、顯著改善易磨性，在大幅度提高磨機產量（30—100%）的同時，降低粉磨系統(tǒng)電耗（20—30%）及生產成本，穩(wěn)定提高水泥實物質量。以輥壓機+打散分級機+管磨機預處理粉磨系統(tǒng)（雙閉路）為例，粉磨新型干法窯熟料，系統(tǒng)粉磨電耗在28—32kwh/t；輥壓機+V型選粉機+管磨機預處理的雙閉路粉磨系統(tǒng)，比較先進的粉磨電耗指標已低于27kwh/t。比單獨采用管磨機，不設置預處理工藝時的電耗要低8—12kwh/t。由此可見，強化對入磨物料的預處理，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)化設計磨內研磨體級配、降低研磨體平均尺寸，更有利于顯著提高水泥的磨細程度（比表面積）和膠砂強度。

　　大型管磨機內部應采用提升、分級襯板、篩分裝置、活化裝置、料鍛（球）分離裝置?；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、高產，要求采用機械性能優(yōu)良的硬質合金研磨體，如高鉻多元合金材質（單倉磨耗＜30g/t、破損率＜1.0%）。同時，磨內其他部位易損件，如襯板、隔倉板等，也宜選用與研磨體相同的材質與其配副，以獲得最佳抗磨效果和良好的表面光潔度，為長期穩(wěn)定系統(tǒng)產、質量創(chuàng)造條件。

　　為了提高出磨水泥的圓形度，部分企業(yè)在細磨倉內全部采用φ8—12mm的微形球，使用效果良好。大型管磨機有多個倉位，各倉內所用的研磨體規(guī)格不同，一般規(guī)律是自進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功能。研磨體的填充率一般＜32%，大多在26—30%之間選取。

　　總而言之，最佳的水泥粉磨工藝，是由多項實用技術組合而成的系統(tǒng)工程。作為水泥工程技術人員，不可忽視技術細節(jié)對整個系統(tǒng)帶來的不利影響，只有不斷改進與創(chuàng)新，才能使粉磨系統(tǒng)始終處于良性循環(huán)狀態(tài)。

　　3. 2 中小型水泥粉磨工藝的改造（φ4m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)，必須設置磨前物料預處理工藝?？蛇x用的預處理方式有預破碎、預粉碎和預粉磨，三種預處理工藝中，以預粉磨（即采用短粗型棒磨或筒輥磨、細碎機+篩分等）技術效果最好，電耗低、長期運行可靠，經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。預處理工藝的設置，部分或全部取代了磨機粗磨倉的功能，相當于延長了磨機的細磨倉，更有利于提高長徑比較小（L/D≈3）的中長磨或短磨的系統(tǒng)產量（30—50%）、降低粉磨電耗（10—30%）?，F(xiàn)就采用預處理后的幾種粉磨流程的改造進行探討：

　　3.2.1 預處理開路高細磨系統(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16—24μm的含量越多越好。中小型磨機一般磨身較短，物料在磨內停留被粉磨的時間也短，完全依靠磨內研磨體對物料的破碎與粉磨，物料往往不易被磨細，導致成品中粗顆粒含量偏多，嚴重制約水泥水化活性的發(fā)揮。預處理工藝的設置對開路粉磨系統(tǒng)的增產、節(jié)電及提高水泥的磨細程度意義重大。

　　入磨物料經過預處理，磨機一倉的功能由預處理設備完成，磨內研磨體平均尺寸縮小，增強了對物料的細磨能力，水泥成品中30μm以下顆粒比例顯著增加。

　　預處理開路高細磨工藝形成后，宜對磨內進行相應改造，安裝篩分分級隔倉板，同時對細磨倉襯板進行活化處理，以充分激活微形研磨體的粉磨能量，提高了水泥的磨細程度和膠凝活性。采用開路高細磨工藝磨細后的水泥顆粒級配分布較寬，磨內隔倉板及出料篦板粗篩縫一般≤6mm、內篩板縫可在2.0—3.0mm之間選取。

　　開路高細磨系統(tǒng)必須強化通風與收塵措施，磨內風速保持0.6—1.2m/s，宜選擇高效布袋收塵工藝。如果出現(xiàn)研磨體表面因靜電吸附細物料而影響粉磨效率時，可考慮引入助磨劑解決，及時分散研磨體表面粘附層，該工藝系統(tǒng)粉磨電耗一般在28—33kwh/t。

　　采用開路高細磨技術磨制的礦渣水泥強度見表下表：

　　表3 數(shù)據(jù)表明：采用開路高細磨工藝，提高水泥的磨細程度后，即使礦渣摻量在30%左右，仍能制備物理力學性能優(yōu)良的525號水泥。混合材摻量增加，水泥成本降低。

　　3.2.2 預處理閉路粉磨工藝

　　閉路粉磨工藝是在開路粉磨基礎上通過增設高效選粉設備改造而成。閉路粉磨工藝最重要的技術環(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85%以上）、性能穩(wěn)定、長期運行可靠，否則難以達到最佳技術效果。該工藝最佳配置為：磨前預處理+磨內篩分+磨外高效選粉，可以優(yōu)化閉路粉磨水泥顆粒級配，力求使對強度有利的粒徑粉體含量更多些，利于進一步發(fā)揮水泥水化活性及力學強度。現(xiàn)階段優(yōu)化設計并運行良好的閉路粉磨系統(tǒng)電耗低于開路系統(tǒng)，一般≤28kwh/t。

　　山東建材學院研究人員曾對某廠φ2.2×6.5m閉路水泥磨系統(tǒng)采用預處理技術進行改造，入磨物料平均粒度由9.7mm降至5.3mm，同時優(yōu)化設計磨內研磨體級配、調整兩倉填充率、改進選粉機內部結構，適當降低系統(tǒng)循環(huán)負荷率。改造后，出磨水泥成品比表面積提高70%、3d抗壓強度提高65%。具體數(shù)據(jù)見下表：[Page]

　　表4數(shù)據(jù)得知：經過改造后的粉磨系統(tǒng)，由于一倉、二倉研磨體平均尺寸縮小，對物料的研磨能力大大增強，雖然80μm篩余基本相同，但水泥的比表面積卻提高了175㎡/kg，3d抗壓強度較原方案增長14.7MPa，磨機臺時產量增加1.7t/h，取得了顯著的技術經濟效果。

　　3.2.3 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，強度增進率高，制造成本低，粉磨電耗一般在30—40kwh/t，是粉磨工藝發(fā)展和改造的方向之一。

　　同濟大學材料學院研究人員采用分別粉磨工藝制備低熱P.S525R水泥，在熟料：礦渣：石膏=48：48：4配比條件下，生產出物理力學性能優(yōu)良的高摻量高強礦渣水泥。

　　表5數(shù)據(jù)看出：采用分別粉磨工藝，可制得物理力學性能優(yōu)良的高摻量混合材的高強水泥。

　　3.2.4 開路與閉路串聯(lián)粉磨工藝

　　在現(xiàn)有閉路粉磨工藝流程中串聯(lián)一臺開路磨機作為二級磨，專門用來粉磨經一級閉路磨選粉后的粗粉（回料），經串聯(lián)的開路磨磨制的水泥比表面積可達400㎡/kg以上，使水泥的膠凝活性得以充分發(fā)揮。串聯(lián)粉磨工藝系統(tǒng)產量高、電耗低、兩臺磨機系統(tǒng)的平均粉磨電耗在≤28kwh/t。采用串聯(lián)粉磨工藝，可最大限度地挖掘一級閉路磨及二級開路磨機的生產潛力，在相同熟料摻入量的條件下，經二級磨生產的水泥，具有比一級磨更合理的顆粒級配，膠砂強度要比一級磨產品高出一個標號（或強度等級）。

　　由表6得知：采用開路、閉路串聯(lián)粉磨工藝制備的水泥克服了兩種流程單獨使用時顆粒級配方面的缺陷。

　　實際生產過程中，采用串聯(lián)粉磨工藝時，必須在二級磨前設置一個容量為200—400t的過渡倉，用以儲備一級磨粗粉。二級磨可充分利用低谷電生產?？紤]到粗粉狀物料的流動性較差，可以選用調速螺旋秤作為二級磨的計量進料設備。經閉路磨選粉后進入二級磨的粗粉中絕大部門是煅燒質量優(yōu)良的水泥熟料及少量不易磨細的活性混合材，經二級磨磨細后，制得的水泥物理性能良好。

　　串聯(lián)粉磨后的成品水泥，既可單獨包裝（散裝）銷售，亦可將兩臺磨機生產成品混合均勻后再包裝（散裝）銷售。由于二級磨的產品要高出一級磨產品一個強度等級，單獨包裝（散裝）銷售，經濟效益更好。

　　4、結束語

　　4.1 縮小入磨物料粒度是提高粉磨系統(tǒng)產、質量、降低電耗最有效的技術途徑。合理選取磨前物料預處理設備至關重要，技術上要求預處理設備性能穩(wěn)定、長期處理效果好、運行可靠、處理電耗低。大型管磨機可考慮采用輥壓機或CKP磨，中小型磨機可選用棒磨機或性能較好的細碎機+篩分作為磨前預處理設備。

　　4.2 在確保入磨物料粒度＜5mm的同時，應優(yōu)化設計磨機內部襯板的工作表面形狀。粗磨倉宜選用提升能力較好的階梯襯板，細磨倉采用分級襯板。安裝使用高效篩分型隔倉板及篦板，粗篩縫≤6mm、內篩縫選用2.0—3.0mm。

　　4.3 襯板及研磨體宜選用硬質耐磨材料（如高鉻多元合金），提高襯板及研磨體的表面光潔度，降低磨耗，使磨機始終保持較高而穩(wěn)定的粉磨效率。

　　4.4 中小型兩倉磨機研磨體填充率的選擇：一倉應低于二倉2—4%，提高研磨體的粉磨能力，確保水泥具有良好的磨細程度和力學強度。

　　4.5 中小型磨機磨內改造時，應注重對細磨倉襯板進行活化處理，消除最外層研磨體切向滑動造成的低效率粉磨狀態(tài)，以充分激活研磨體對物料的粉磨功能。

　　4.6 上述四種粉磨流程，各企業(yè)均可視各自條件選用。如磨內出現(xiàn)包球、包鍛現(xiàn)象而影響粉磨效率時，可引入助磨劑予以解決。

　　無論大型還是中小型水泥磨機，改造過程中必須重視磨前物料預處理工藝及設備的選型配置。只有不斷對粉磨系統(tǒng)進行技術創(chuàng)新和持續(xù)改進，才能獲得長期穩(wěn)定的優(yōu)質高產低消耗技術經濟效果。

　　參考文獻

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