球磨机的粉磨生料技术

　　1、生料粉磨作业的功能和意义

　　生料粉磨是水泥生产的重要工序，其主要功能在于为熟料煅烧提供性能优良的粉状生料。对粉磨生料要求：一是要达到规定的颗粒大小（可以细度、比面积等表示）；二是不同化学成分的原料颗粒混合均匀；三是粉磨效率高、耗能少、工艺简单、易于大型化、形成规模化生产能力。

　　由于生料粉磨设备、土建等建设投资高，消耗能量大（一般占水泥综合电耗的1/4以上），因此采用高新技术，优化生料粉磨工艺，对水泥工业现代化建设有着十分重要的作用和意义。

　　2、粉磨的基本原理

　　物料的粉磨是在外力作用下，通过冲击、挤压、研磨克服物料晶体内部各质点及晶体之间的内聚力，使大块物料变成小块以至细粉的过程。

　　为提高粉磨效率，近百年来许多学者从各个不同角度对粉碎理论进行了研究，提出了不少有价值的学说，在一定程度上近似地反映了粉碎过程的客观现实。其中，最著名的有三个基本原理：第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面积原理；第二粉碎原理即克尔皮切夫和基克的粉碎容积或重量原理；第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指数原理。

　　但是由于破碎和细磨过程本身受着很多因素的影响，而这些因素在不同的具体条件下又有着不同的变化。诸如，物料的性质、形状、粒度、产品的细度、设备类型、操作方法等。

　　3、现代生料粉磨技术发展的特点

　　随着新型干法水泥技术日趋势完善，生料粉磨工艺取得了重大进展，其发展历程历经两大阶段：第一阶段，20世纪50年代至70年代，烘干兼粉碎钢球磨机发展阶段（包括：风扫磨及尾卸、中卸提升循环磨）；第二阶段，20世纪70年代至今，辊式磨及辊压机粉磨工艺发展阶段。其发展特点如下：

　　1）原料的烘干和粉磨作业一体化，烘干兼粉碎磨机系统得到了广泛的应用。并且由于结构及材质方面的改进，辊式磨获得新的发展。20世纪90年代中期以来，辊式磨及辊压机终粉磨已成为首选技术装备。

　　2）磨机与新型高效的选分、输送设备相匹配，组成各种新型干法闭路粉磨系统，以提高粉磨效率，增加粉磨功的有效利用率。

　　3）设备日趋大型化，以简化设备和工艺流程，同窑的大型化相匹配。钢球磨机直径已达5.5m以上，电机功率达6500kW以上，台时产量300t以上；辊式磨系列中磨盘直径已达5m以上，电机功率达5000kW以上，台时产量500t以上。

　　4）采用电子定量喂料秤、X荧光分析仪或γ-射线分析仪、电子计算机自动调节系统，控制原料配料，为入窑生料成分均齐稳定创造条件。

　　5）磨机系统操作自动化，应用自动调节回路及电子计算机控制生产，代替人工操作，力求生产稳定。

　　4、中卸提升循环磨系统

　　中卸提升循环磨保持了风扫磨的优点，从烘干作用来说，它是风扫磨和尾卸提升循环磨的结合；从粉磨作用来说，又相当于二级圈流系统。磨机构造如图

　　中卸提升循环磨有如下特点：

　　1）热风从两端进磨，通风量较大，又设有烘干仓，有良好的烘干效果。

　　由于大部分热风从磨头进入，少部分从磨尾进入，故粗磨仓风速大，细磨仓风速小不致产生磨内料面过低的现象，同时有利于除去物料中的残余水分和提高细磨仓温度，防止冷凝。这种磨机系统，利用窑尾废气可烘干含水分8%以下的原料，如另设高温热源，则可烘干含水分14%的原料。

　　2）磨机粗、细磨分开，有利于最佳配球，对原料的硬度及粒度的适应性较好。

　　3）循环负荷大，磨内过粉碎少，粉磨效率较高。

　　4）缺点是密封困难，系统漏风较多，生产流程也比较复杂。

　　磨机规格为ф3.5×10m，产量85-110t/h，入料粒度为25mm，产品细度为4900孔筛筛余12%，磨机为中心传动，功率为1250kW，利用350℃的预热器废气可烘干8%以下的水分，废气用量1.4-1.5m3/kg生料，热气体通过锁风装置后同湿物料一起通过磨头的空心轴，进入烘干仓，烘干仓中的扬料板使物料充分暴露在热气体中，造成强化烘干后物料进入粗磨仓，粗磨后的物料通过磨机中部的卸料口离开磨机，然后经空气斜槽、斗式提升机进入组合式选粉机；从选粉机出来的粗粉导入细磨仓，但是为了使烘干仓内的物料有较好的流动性，亦有少部分粗粉随着喂入的原料一起再回到粗磨仓中去。

　　热气体大部分从磨头进入粗磨仓，为了防止冷凝和除去自由水分，亦有少部分热气通过细磨仓。烘干废气则从磨机中部卸料口抽出，经组合式选粉机、排风机，最后进入窑尾电收尘净化后排出。

　　在烘干含水较大的原料时，中卸磨前亦可增设立式烘干塔，对原料进行预烘干后再入磨机。由于立式烘干塔阻力较小，故在处理含水较大的原料时，选择这种系统是有利的。

　　本项目干法生料粉磨所选用的ф3.5×10m中卸提升循环磨机系统，烘干热源为预热器废气。

　　5、生料粉磨系统的调节控制

　　为实现最优控制，使粉磨作业经常处于良好状态，在烘干粉磨系统生产中，越来越广泛地采用电子计算机和自动化仪表，实行生产过程的自动调节控制。生料粉磨系统是水泥工厂生产中实行自动控制最为成功、并且得到普遍应用的一个工序。自动控制主要有以下五个方面的内容：

　　1）调节入磨原料配比，保证磨机产品达到规定的化学成分；

　　2）调节喂入磨机物料总量，使粉磨过程经常处于最佳的稳定状态，提高粉磨效率；

　　3）调节磨机系统温度，保证良好的烘干及粉磨作业条件，并使产品达到规定的水分；

　　4）调节磨机系统压力，保证磨机系统的正常通风，满足烘干及粉磨作业需要；

　　5）控制磨机系统的开车喂料程序，实行磨机系统生产全过程的自动控制。

　　5.1 原料配料控制

　　采用电子秤-电子计算机自动调节生料磨系统的喂料配比，是20世纪60年代取得的成果。40多年来，国外许多现代化水泥厂几乎全部实现了原料配料的自动控制。这个自动控制系统的应用成功，主要在于对生料化学成分可以进行在线快速分析和建立了一套数学模型及控制算法。

　　控制系统的目标是调节入磨原料配比，保证规定的生料化学成分。控制系统分为两段，首先对待用的各种物料进行取样及分析，再由分析得到的化学成分计算出各种原料的要求配经。计算公式是线性的，很容易由计算机计算出。在某些情况下，即使不可能取得最理想的配比，也可求出近乎理想的配比。

　　计算机取得的各种原料的成分是取样值的平均数。原料成分的波动会导致生料成分的波动。近年来，很多工厂采用了自动取样装置及X荧光分析仪、γ-射线分析生料成分，将测定的结果输入计算机，以便及时得到各种原料配比，并调整其流量。

　　样品的抽取一般有两种方式，即磨入口取样及磨出口取样。前一种取样方式虽可缩短控制的滞后时间，但由于进磨机前的物料均匀性差，样品代表性不强，有可能造成较大的误差，故一般采用后一种取样方式。

　　采用电子计算机进行配料计算和控制的指导思想及基本原则如下：

　　1）对取样器采集的样品，一般是间隔测量分析，同时考虑到原料在喂料机上的输送时间、在磨内的粉磨时间以及制样、分析所需的时间，故计算一次配料的时间周期大致为30至60min。生料配料控制程序也是按此时间定期启动。

　　2）配料计算中所用的生料目标率值，一般是应用熟料的率值，以便考虑煤灰掺入的影响。

　　3）采用修正控制加积分控制的方法。对原料成分数据之所以进行修正计算，是由于给定的原料成分是某一段时间的平均值，而实际上从矿山开采的原料资源在质量上有所波动的，虽经预均化，入磨原料的成分仍然时刻波动，故原料成分的实际值与给定值之间有偏离。对于产生偏差的主要原因进行的理论分析，可有两种考虑办法：一种是假定偏差是由于原料中所含比例最大的那种氧化物的波动引起的，例如，石灰石中的CaO，砂岩中的SiO2，页岩中的Al2O3和铁粉中的Fe2O3等，即修正的要素是选用这些原料中含量最多的氧化物。

　　另一种假定是认为生料成分的波动是由于几种原料中配合比例最大的那种原料化学成分波动，或者是由化学成分波动最大的那种原料的化学成分波动而引起。这样，在四种原料配料中假定已知其中三种原料的化学成分未变，或假定四种原料中的三种含量较小的氧化物的成分未变，就可以根据两次取样间的原料配比及出磨生料中四种氧化物的含量计算下一周期所需的原料新配比（当然计算中也要考虑煤灰的影响）。

　　4）对原料成分进行修正计算后，实际上每一次生料率值的瞬间值与目标值仍会产生微小的偏差。为消除这些偏差，在每次新配比计算中都要考虑前几个周期进入均化库的生料率值，以便消除或减小累计偏差，使在均化库中的这几个周期的生料的平均成分值与设定的目标值趋于一致。

　　5）校正已出磨生料的偏差，可采取两种不同的方法。一种是要求在很短的时间内（例如1个周期）将偏差校正过来，其结果很可能造成新磨制的生料成分的大幅度波动；另一种是允许在较长的时间内（例如10个周期或更多时间）将偏差校正过来，这样虽然新磨制的生料成分不需过大的变动，但需时较长，遇有意外情况时，可能直至满库偏差仍未校正过来。故配料控制设计中，应根据均化库型式、容量及其他具体情况，确定适宜的控制方式。

　　6）配料计算中，可视电收尘回灰、增湿塔回灰、煤灰掺入比均为常数，因而每次只对磨头配料的几种原料进行配比计算。同时，计算时一律采用干基，最后再换算成几种原料的配比总和为百分之百的湿料。

　　7）计算所得的各种原料新配比，可由计算机通过电子定量喂料皮带秤自动调节，亦可由操作员根据打印的配比报告（即操作指南）以手动操作进行调节。

　　5.2 磨机负荷控制

　　对磨机负荷进行自动控制的目的，是为了在原料硬度及水分变动时，使磨内物料滞留量保持一定，从而使磨机在较高的粉磨效率下运转，防止磨机堵塞，实现稳定生产。磨机负荷调节是对一个长滞后现象进行调节的系统，常用的调节方法有以下几种：

　　1）选粉机返磨的回粉加新喂料量等于常数的调节方法；

　　2）以提升机功率（或电耳信号）为主控信号，而以电耳信号（或提升机功率）为监控信号的调节方法；

　　3）采用电耳信号、提升机功率及选粉机回粉信号，输入计算机用数学模型进行分析控制或极值控制的方法。

　　不论采用哪一种调节系统，新喂料量都有一个极限，以防出现故障。在采用提升机功率为主控信号，电耳信号为监控信号的调节系统时，一般是使监控信号在超过某一数值时才起作用，低于该数值时基本不起作用。

　　国外对生料磨的负荷控制，大多采用回粉加新料等于常数的方法，而生料磨的负荷控制则多采用电耳信号及提升机功率信号。这是因为两种方法较为简单，同时，生料磨的影响因素较多，仅用回粉加新料等于常数的控制方法显得不足，故目前发展的趋势是采用电子计算机进行综合控制。

　　5.3 磨机系统温度控制

　　磨机系统温度控制的目的，是为了保持良好的烘干及粉磨作业，保证成品水分达到规定要求。

　　烘干粉磨磨机系统的温度控制，大多采用单回路自动调节系统。对磨机成品水分的控制可有两种方法：一种是根据原料及成品水分，通过调节系统排风机风门，改变入磨热风量，控制烘干作业；另一种是通过改变热风入口管道上的冷风门，调节入磨热风温度，控制烘干作业。

　　两种方法相比，后一种方法有利于保持磨机系统的生产稳定。在带有预烘干设备的烘干粉磨系统及利用选粉机等设备同时进行原料烘干时，亦需通过调节各种设备系统的排风机风门或冷风掺入量的办法，调节热风进入量或改变热风温度，以控制这些设备的出口气温，达到控制烘干过程的目的。

　　5.4 磨机系统压力控制

　　磨机系统压力控制的目的，是为了检测各部通风情况，及时调节，满足烘干及粉磨作业要求。磨机出、入口负压差，表示磨内通风的阻力大小，压差增大表示磨内可能负荷过大或隔仓板篦缝可能发生堵塞；其他任何两点之间的压差有较大变动，都表明两点间阻力的变化。

　　一般在生产情况基本正常，压差变动不大时，可适当调节排风机的风门；压差变动过大时，则需及时检查设备状况，及时消除故障。

　　5.5 磨机开车喂料程序控制

　　对磨机启动时的喂料程序控制的目的，是为了避免磨机启动时，由于喂料不当发生磨满堵塞。该程序控制可以保证对磨机的喂料量进行均匀地、按一定程序地逐步加大，实现最优操作。控制办法是在磨机启动后，检测出它的负荷值，用计算机按一定数学模型运算处理，向喂料调节器送出喂料量的目标值，使之逐步增大喂料量，直至磨机进入正常负荷状态为止。

　　6、ZX1500组合式选粉机

　　在水泥厂圈流粉磨系统的配置中，以前一般采用旋风式选粉机和0-SEPA平面涡流选粉机为主要分级设备。前者系统简单，投资省，但选粉效率较低、分级效果较差。涡流选粉系统的选粉效率高，但又存在处理风量小，系统复杂，对收尘器的要求高、投资高的问题，特别在生料烘干磨系统和风扫磨系统中尤显突出。

　　针对上述问题，成都市利君实业有限责任公司同多个专业设计院所合作，在引起技术的基础上研制开发出了系统配置简单且成本较低，能大幅提高磨机系统产量且处理风量大的ZX系列组合式选粉机。

　　ZX系列组合式选粉机的基本工作原理：固态物料从选粉机上部进入选粉机，经分选后合格成品从排风管排出并经旋风、电收尘或布袋收尘（生料一般采用电收尘，水泥一般用布袋收尘）收集，粗粉从排灰口排出；含尘气体从选粉机下部进入选粉机，经粗粉分离器分离后粗粉排出，细粉随气体上升到涡流选粉区进行分选。涡流选粉区其分选原理与O-SEPA选粉机相同，故其分选效率也基本相同。

　　与O-SEPA涡流选粉系统相比，ZX系列组合式选粉机主要有以下优点：

　　1）能处理较大量的含尘气体，系统中料路、气路合一，使整个系统更简单，特别是在烘干粉磨系统和风扫磨系统中，可省去为处理大量含尘气体而建立的粗粉分离器系统，因而其优越性更加显著。

　　2）ZX系列组合式选粉机带一组低阻高效旋风收尘器，可将80%的合格成品收集下来，因而大大减轻了下一级收尘器的处理压力和工作负荷，使系统的运转率更高，投资更省。

　　3）ZX系列组合式选粉机采用了从下部进风（含尘气体）的型式，系统的阻力更小，布置更流畅。

　　4）ZX组合式选粉机内部也增设了涡流打散器和采用了异型断面转子叶片，使选粉机效率更高，能耗更低，磨损更小。