预粉碎工艺及其对球磨机节能高产的作用

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1、预粉碎工艺及其对球磨机节能高产的作用目前我国水泥工业生产中最常见的粉磨设备是球磨机，生产 1吨水泥需要粉磨 3 吨物料，耗电约80 度左右， 占水泥生产总电耗的 60%-70%。尽管这个数字比 20 年前下降了 30%多，但继续研究新工艺、新设备、新 技术，不断创新球磨机节能高产新记录，仍然是我们不懈追求的重要目标。影响球磨机节能高产的因素很多，其中入磨物料粒度大小，是主要影响因素之一。通俗地说，“预粉碎 工艺”就是一种“采用降低入磨物料粒度的方法，来使磨机节能高产”的生产工艺。20 世纪 80 代以前，我国 水泥工业生产规程中，将入磨物料粒度定为2025毫米。物料由矿山开采粒度（300600

2、毫米）加工到入磨 物料粒度的过程，主要由破碎机来完成，称之为破碎工艺；物料由入磨物料粒度加工到出磨物料粒度（0.08 毫米左右）的过程，主要由球磨机来完成，称之为粉磨工艺。破碎工艺和粉磨工艺又统称为粉碎工艺。 20 世纪 80 年代前后，节能高产技术的研究结果表明，把入磨物料粒度由 2025 毫米降低到 5 毫米以下，对 球磨机的节能高产有明显作用。完成这一粒径范围粉碎任务的工艺过程，就被称之为预粉碎工艺。预粉碎 工艺设备可以是破碎机，也可以是球磨机或其他机械设备，因此，单纯按粉碎设备来进行工艺分类是不适 合的。近10年来，粉碎工艺分类的现代理念，是根据粉碎物料的目的和任务来划分的。由于水泥生

3、产工艺 “两磨一烧”的特殊性，以生产入窑生料或出厂水泥为目的的粉碎工艺，被称之为终粉碎工艺；而为其做准 备工作的其他粉碎工艺，就可以广义地称之为预粉碎工艺。一、预粉碎的作用机理水泥工业生产中需要粉碎的原材料，主要来源于矿山开采和热工烧成。因此，在粉碎之前，这些物料 内部都不同程度地存在着晶格缺陷和微细裂纹。在机械外力的作用下，物料内部的凝聚力受到破坏，应力 波向四处传播，并在其内部缺陷、裂纹、晶格界面等处产生应力集中，使物料首先沿着这些脆弱面开裂而 被粉碎。同时，这些被粉碎后形成的不同大小的颗粒内部，也因机械外力作用方式及大小不同，残留下不 同程度的晶格缺陷和微细裂纹。为球磨机粉磨过程的节能高

4、产奠定了基础。这就是说：外力给予物料以动 能，并转变为物料的变形能，在其内部产生较大的应力集中，是导致物料被粉碎的主要原因。预粉碎工艺 不仅使入磨物料粒度变小，而且使入磨物料的易磨性不同程度地得以改善。从另一角度讲，球磨机是一种能量利用率较低 （3%-5%）的粉磨设备，尤其是研磨体以抛落状态为主的 头一仓。大部分能量被碰撞发热、噪音所消耗，真正用于粉碎作功的能量却很少。预粉碎工艺中俗称“以破 代磨”、“多破少磨”的理念，正是以其他能量利用率较高（30%以上）的粉碎设备，来代替球磨机头一仓的粉 碎工作，让球磨机扬长避短，充分施展以研磨为主的粉碎作用。从而，使粉磨系统中配置的不同设备发挥 各自不同

5、的优势，这对于粉磨工艺节能高产，具有十分重要的意义。在粉磨工艺学里，常把入磨物料80%能够通过的筛孔孔径称之为入磨物料的平均粒径，以d80表示。 球磨机的增产系数Kd则以d80为计算基准，计算公式如下：Kd=（dl /d2）l/4式中：Kd球磨机助增产系数dl原来入磨物料的平均粒径（毫米）d2预粉碎后入磨物料的平均粒径（毫米）G2=KdG1G1原来球磨机的产量（吨/小时）G2减小入磨粒度后球磨机的产量（吨/小时）举例：1台球磨机的入磨物料粒度（d80）由20毫米减小到5毫米；台时产量可提高41%左右。Kd=（d1/d2）1/4 = （20/5）1/4 = 1. 411二、预粉碎工艺设备近十几年

6、来，许多外国的先进的技术装备被引进、消化、吸收。给预粉碎工艺的设备选型提供了多样 化的挑选余地。要根据本企业自身发展的实际情况，遵循“技术先进、经济合理”的原则，来选择预粉碎工 艺设备。1细碎破碎机20 世纪 90 年代，我国细碎破碎机的生产制造，出现了一个高潮。破碎比、产品粒度、金属消耗量、 单产电耗等多项经济技术指标都有明显进步（见表 1）。表1常见国产细碎机设备名称进料粒度虫口（毫米）产品粒度口（毫米）生产能力（吨/小时）电机功率（千瓦）单产电耗（千瓦小时/吨）細碎萸式破碎机PEX250X750 210 51520301.52.0立轴反击式砥碎机PCXL1000 100 52030551

7、.82.2高细锤式破碎机PC径800x400 120 52030371,51.8立式冲击破碎机PLJ8CI 60 530-35551.6-1.S筛分滚丿玉破碎机SGP14 150 520-3030.11IlE选择细碎破碎机，首先要看它的结构、工作原理是否先进。物料进入破碎机后，能否有一个曲折、合 理的运动轨迹 ?物料在破碎腔内能否实现多功能复合粉碎过程 ?然后还必需考虑它的单产电耗是否经济 ?金 属消耗量是否低?安全运转率是否高?价格是否合理?环保指标是否达标等等。使生产可靠性与技术先进性较 好地统一起来。2挤压机（辊压机）1985年世界上第1台挤压机（又称：辊压机）问世以来，迅速得到发展。由

8、于它实现了高压（50300兆 帕）条件下的料床粉碎，不仅使粉碎产品的颗粒粒度大幅度降低，而且产品颗粒内部微细裂纹增加，使物料 的易磨性得到明显改善。在挤压机正常工作时，挤压粉碎力是由活动压辊，通过被粉碎的物料料层，传递 到固定压辊的；大部分能量被用于物料之间的相互挤压、磨剥，使其变形、粉碎；在高负荷的挤压作用下 物料磨擦产生的声能、热能也被转化为物料的变形能。因此，能量利用率相当高，作为预粉碎设备，对球 磨机的节能高产作用十分明显。挤压机的规格一般以压辊直径压辊长度表示（见表 2）。表2： HFC型挤压机技术参数规格（毫米】进料粒度鮎o（毫米）产品粒度 虫沁毫米）生产能力C吨/小时）电机功率（

9、千瓦）单产电耗（千瓦 小时/吨y800/200 40 223282x755.46.51000/300 60 240-602x1324.46.61200/360 70 2801102x2254.17.51400/500 80 21001602x3551 由于挤压机在高压状态下工作，因此对设备的材质、装配、安装及操作维护都有较高要求。国产挤压 机的质量正在不断地提高，一般都采用“大辊径、小辊宽”的方案。压辊直径大，对物料的啮入性能好，进 料粒度可以放宽。同时，物料受挤压的时间相对较长，轴与轴承的承载能力提高，安全运转率和使用寿命 延长。但是，压辊表面窄，容易产生“边缘效应”。所谓“边缘效应”就是在

10、物料被粉碎的过程中，部分未被 真正挤压的物料从压辊两端漏出，使粉碎产品质量及其均匀性受到影响。如不认真对待，对球磨机的节能 高产会起到负面作用。选用挤压机作为预粉碎设备时，还必须满足挤压机的 “过饱和喂料”要求。根据挤压 机的工作原理，一方面在挤压粉碎腔内，需要全充满的物料传递粉碎作功的挤压力；另方面，进入粉碎 腔的物料在强大的挤压作用下，其体积会压缩很多。因此，挤压机的喂料仓必须有足够的料位，能均匀、 充足地喂入粉碎腔，即过饱和喂料。否则，挤压机的产量、质量将受到明显的影响。一般情况下，只要工 艺流程设计合理，这些问题是可以解决的。3棒磨机装有钢棒作为研磨体的球磨机称之为棒磨机。钢棒是一种具

11、有选择性粉碎作用的研磨体，它不仅质量 大、冲击力强，而且与物料之间是线接触起粉碎作用。因此，对粒度较大的物料冲击多、对粒度小的物料 冲击少；粉碎产品粒度均齐，是其显著特点之一。作为预粉碎设备对球磨机节能高产十分有利。目前我国 已将单仓小型棒磨机，应用于球磨机的预粉碎工艺之中（见表 3）。表M常见预紛碎棒磨机规格毫米）进料粒度 如傭米）产品粒度 出毫米）生产能力（吨“卜时）电机功率（千瓦）单产电耗f千瓦小时，吨）直径 1.5x2.5 40 2 ：.15553.6克径 1.8x2.3 50 2 、27953.5直径 2.0x3.0 60 2.351303.7亘径 2.2x3.3 60 2 *35-

12、180 i t棒磨机仓内采用直径5575毫米的刚棒,材质以45Mn或70号高碳钢为宜;仓内填充率一般为25% 28%，钢棒长度应比仓的长度短50100毫米，以防止钢棒被大块物料挤住，不能自由运动而造成乱棒事 故。在棒磨机的使用过程中,预防和处理乱棒事故是一项重要的操作技能。导致乱棒的原因较多,其中最 常见的是磨机饱磨。因此，磨机负荷控制一定要仔细、认真。处理乱棒的方法是，首先将仓内物料全部卸 空，再将容易取出的钢棒取出，用气割将妨碍棒群复直的弯棒割断并取出，使棒群有足够的下落空间，然 后转动磨机，直至全部理顺为止。4立式磨立式磨又称碾辊磨，它是利用碾辊和磨盘的相对运动将物料粉碎。由于磨盘由主电

13、机驱动，碾辊从动 时有液压系统加压，因此，粉碎物料的过程中，既有类似挤压机的料层粉碎作用，又有辊与盘相对滑动产 生的剪切、研磨作用。所以，其能量利用率比球磨机高得多。用于预粉碎的立式磨与终粉碎的立式磨有所 不同，前者为机械出料，而后者为风送出料。从外观上看，前者只有后者的下半截。目前仅在国内几个大 型水泥厂，使用了日本川崎公司的 CKP 型立式磨（见表4）。蔻4国內用于预紛碎的CKP立式磨规格（亳米）进料粒度产品粒度生产能力电机功率单产电耗（千瓦屯沁毫米）虫沁毫米）（吨/小吋）（千瓦）小时.：吨）CKP-170 6Q 21008006.95CKP-180、 60 2, 110, 11008.4

14、6CKP-240 60 21802100 j对碾辊施加不同的压力，产品的粒度大小及颗粒组成将发生变化。随着压力的增加，开始变化较大， 后来其变化幅度越来越小；接近额定压力的67%78%之后，产品的细度状态几乎不再变化。从使用情况 来看，在机械结构性能、运行稳定性、操作难易程度、辊套耐磨寿命等方面，都优于挤压机。从粉磨效率 来看，立式磨可以有效地对熟料进行预粉碎，其效率与挤压机相当，但对熟料易磨性的改变程度不及挤压 机。对于大型球磨机水泥粉磨系统的预粉碎配套与改造，选用 CKP 型立式磨更为合适。三、预粉碎工艺流程根据预粉碎加工物料的品种，工艺流程可分为：单物料的预粉碎和配合料的预粉碎两大类型。

15、前者是 单一的减小物料粒度，而后者不仅减小了物料粒度，而且使多组分物料相互混合、起到均化作用，对粉磨 产品的优质、高产有利。无论是单物料的预粉碎，或者是配合料的预粉碎，都可以分为开路流程和闭路流 程。与普通粉磨工艺一样，开路流程简单、一次性投资少，但产品粒度波动大、对球磨机的节能高产幅度 有一定的限制；而闭路流程复杂、设备投资大，但产品粒度均齐、细度调节容易控制，更有利于球磨机的 节能高产。1预粉碎开路流程物料经预粉碎后，直接进入球磨机终粉磨的预粉碎工艺流程，称之为预粉碎开路流程。根据磨头操作 空间的大小，预粉碎设备可以安置在球磨机进口的上方，也可以安置在进口的下方，采用斗式提升机进行 联接。

16、在老厂技术改造中，如果当地地下水位浅或原磨房就是框架结构建筑，则可采用前一方案；而干旱 地区或磨房为简易建筑结构，一般采用后一方案比较有利。由于开路流程工艺特点所至，预粉碎设备的生 产能力不必选择过大，与球磨机生产能力持平即可。需要预粉碎的物料，尤其是配合料，其中小于 5 毫米 的细颗粒都占有一定比例（有的超过 15%）。因此，在它们进入预粉碎设备之前，应该预先筛分一下。最简 单的办法，就是在预粉碎设备的进料溜管底面开一个方孔，上面焊上几根钢筋，做成缝宽为 5 毫米的条筛， 条筛下接一个溜管通向球磨机入口。进预粉碎设备的物料中，小于 5 毫米的细颗粒被条筛筛下，直接入磨； 其它粗颗粒经预粉碎后

17、再入磨。这样不仅减少了细颗粒对预粉碎设备内冲击粉碎过程的影响，使预粉碎效 率得到提高；而且也储备了一定的生产能力，为球磨机节能高产解决了后顾之优。2预粉碎闭路流程经过预粉碎设备粉碎后的物料，如果进行筛选或分流处理，较细的一部分进入球磨机细磨，而较粗的 一部分重新返回预粉碎设备再粉碎的工艺流程，我们称其为预粉碎闭路流程。该流程中带有检查筛分或分 级机（选分机），不仅可以严格控制入磨物料的细度，而且可以充分发挥预粉碎设备的生产能力和节能效果。 不论是生料制备还是水泥粉磨，都可以大幅度地, 提高球磨机的产量、质量。例如：重庆长桥公司在预粉碎 闭路流程中采用检查筛分工艺，严格控制产品粒度，确保入磨物料

18、粒度中90%都小于3毫米，使直径1.83x7 米闭路粉磨生料制备系统的产量达到了21 吨/小时，将该球磨机设计产量翻了一番。采用挤压机作预粉碎设备，选择闭路流程更为重要。国产挤压机出料中未被真正挤压的漏料，约占总 量的 15%左右，这些漏料与挤压机真正产品料饼的物理性能（粒度、易磨性等）差异很大，对球磨机的产量、 质量有明显影响。因此，选用打散分级机，与挤压机组成预粉碎闭路流程十分必要。打散分级机可以将挤 压机的漏料和粒度不合格的粗料选出，待其返回挤压机喂料仓后，既解决了挤压机边缘效应 （漏料）的负面 影响，又缓解了挤压机过饱和喂料的需求。同时，依靠分级机对预粉碎产品的把关，挤压机可以采用低压

19、 大循环的运行机制，以减轻辊面磨损、提高安全运转率、延长设备使用寿命。从另一方面看，打散分级机 还可以将粒度合格的物料喂入球磨机，既保证了球磨机的节能高产，还可以根据球磨机生产能力的需要， 调节粗、细物料的分选比例，合理控制粉磨系统的运行负荷。四、球磨机工艺参数调整在水泥厂技术改造中，如果球磨机粉磨系统新增预粉碎工艺，必须注意：要及时调节粉磨系统工艺参 数。首先是钢球级配，在维持装载量不变的情况下，要降低各仓平均球径，一仓为直径 605 毫米较为合适。 如果入磨粒度均齐，则检出大规格的钢球；如果入磨粒度不均齐，则减少大球数量、增补相同装载量的小 球。有条件的地方，球磨机尾仓则可以用直径2030

20、毫米的小球全部代替钢段。开流磨的填充率应该是后 仓略高于前仓；圈流磨填充率则是前、后仓持平。由于入磨物料经预粉碎后，粒度减小、易磨性不同程度 地改善，因此，出磨机的细粉也应该更细且含量更多,尤其是圈流磨，应将出磨粒度由原来的R0.08 = （403）% 调整控制到R0.08 = （303）%；同时选用选粉效率更高（60%）的分级设备，来完成物料分级任务，如转子式 旋风选粉机等；尽量减少粗粉回料量、增加成品细粉量（即球磨机产量）。总之，系统循环负荷率要调控到 100%以下。五、预粉碎工艺经济效益分析选择哪种预粉碎设备及工艺流程，是根据各企业自身的生产条件和经济实力所决定的。国内几家水泥 企业，在

21、增设预粉碎工艺前后的技术经济指标变化列入表 5。表百预粉碎工艺投资效应分析: 目名称細 PCSLIOOO挤压机:HF匚1200/360撞磨机直径2.2，：3.3立式磨匸KP21CI设备价格（万元）7；6030；200配套工程c万元），“5，“50020600球磨机（台）直径2.2x7米（1 ）直径2.4x10米 （1）直径1,53x6.47米 （1）直径4.4x13米(1)粉磨产品生料生料水泥水泥原产量（吨“卜时）192622180现产星吨“卜时）245528.2276原电耗（千瓦小时/吨）25.233.039.520,6现电耗（千瓦小时/吨）21.B20.733.517.7増产r h）26.3112.828.253.3节电（址）15.759.417.916.4年増产量（吨）3500020300043400672000回收期 年）. 1. 2.1.5：,t我国水泥新标准颁布实施后，对水泥生产过程及产品质量提出了更高的要求。预粉碎工艺应用干球磨 机粉磨工艺，不仅实现了其粉磨系统的节能高产，而且使其粉磨产品更加适应水泥新标准的有关要求。同 时，预粉碎工艺既适合于老厂技术改造，又适合于新建厂设计采用。该技术先进可靠、经济效益好，是适 合我国水泥工业发展的有效途径。