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水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(1-7)
发布日期:2021-02-09  点击:  次
一、分类
   1.按生产用途分:
   (1)主机设备(主机):主要生产车间的主要生产设备。
   (2)辅助设备(辅机):各生产车间为主机生产配套服务的其他设备。
   2.按生产过程分:
     破碎机械设备、粉磨机械设备、烧成机械设备、烘干机械设备、起重运输机械设备、包装、散装机械设备、环保设备、分级设备、加料计量设备等。
二、选择
    选择设备的原则是:“技术先进、经济合理、生产适用、维护方便”。在选择设备的型号、规格时应注意以下几点:
1.设备的型号、规格
    (1)选用设备要根据企业经济实力确定,一般情况下,其型号、规格,首先立足国内,然后再考虑从国外引进;
    (2)选择的型号应满足产品生产能力的要求;
    (3)所选的设备应与产品的质量要求相符合;
    (4)所选设备要适应工艺条件、工作环境的要求。
2.设备的效率
设备的效率是由一系列技术参数决定的。在设备选型时,一定要考虑与本厂生产技术参数相适应。
3.设备的可靠性
所选设备不仅能够生产高质量的产品,而且具备故障率低、运行可靠、能稳定地生产合格产品。
4.设备的能源消耗
在同类机械设备中,应优选耗能低、节能效果好的产品。
5.设备的安全性与环保性
设备安全可靠,对环境无污染,有利于实现清洁生产。
6.设备的成套性
不论设备是单机还是机组配套,均要求配套性完好。
7.设备的维修性
要求设备尽可能结构简单,零部件组合合理,标准化程度高、互换性好、可修性强等。
8.设备的使用寿命(耐用度)
在确保产品质量的前提下,要求其使用寿命愈长愈好。
9.设备的投资费用
在购买设备时支付的第一次投资费用,应考虑价格合理、尽量节约资金。同时应注意:相同型号看价格、相同价格看产地、相同产地看名牌,不能单纯追求“便宜”。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(二)——水泥机械设备的管理
1.对操编辑的培训和考核
  (1)新工人进厂或在使用新型号设备前都要进行“三级教育”。即:企业(厂级)教育、车间教育和班组教育。企业教育的主要内容为设备的安全操作规程;车间教育与班组教育的主要内容是贯彻落实交接班制度和设备保养负责制。通过“三级教育”实现操编辑的“三好”“四会”和“四项要求”,明确使用设备的各项要求和规定。
  (2)“三好”“四会”和“四项要求”的简要内容:
  “三好” 即:管理好、使用好和保养好。
  “四会” 即:会使用、会保养、会检查和会排除一般故障。
  “四项要求” 即:整齐、清洁、润滑和安全。
2.健全设备管理规章制度
  (1)考核与发证
对操编辑经过培训后,需进行必要的考核,经有关部门鉴定,认为合格时即发给设备操作证,作为独立使用某一型号设备的证明文件。
  (2)定人定机
   定人定机的目的是确保每一台设备都有专人操作和保养,以保证设备的正常运转,防止出现意外事故。
  (3)设备的日常保养
   操作工必须每班按照规定对设备进行的例行保养。主要目的是减少设备磨损,延长使用寿命、防止事故、保证设备的正常运转,使设备经常处于完好状态。这种保养,一般规定每班占用10~15分钟定时进行。企业可根据具体情况,订出设备日常保养的检查评比制度、内容和方法。
3.规范设备的档案管理
设备档案指设备从移交正式使用验收时起,直到报废为止全过程,各种资料的整理与汇集。
建立设备档案的目的是:积累设备在各种情况下的基本资料,探索设备技术状况变化和零部件的磨损规律,改善设备维护和修理,研究和制定设备技术改造和更新换代的计划与措施。
设备归档资料一般包括:
 (1)设备移交验收的技术资料和情况记录;
    (2)历次设备检修及其检验情况记录;
    (3)设备改造和创新的技术资料等。
     建立设备档案,可以为正确地进行设备管理和维护、检修活动提供必要的技术依据。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(三)——水泥原料的性质
1.晶体结构
水泥生产使用的物料,大部分是各种矿物晶体或质点的结合体。按理想晶体结构分类,有离子结构、分子结构和原子结构。其中以离子结构的矿物最多,属中硬性物料。当晶体受到外力作用时,如果是压缩,斥力的增大超过引力的增大,剩余的斥力支撑外力的压迫;如果是拉伸,引力的减少少于斥力的减少,多余的引力抗御着外力的拆散作用。
质点间的平衡力是有限的,当外力再增加,晶体终于抵制不住外力的作用,晶体结构发生破坏、断裂,产生永久性变形,即:物料被粉碎。
2.强度、硬度和脆性
强度是物料抗破坏的能力,一般用破坏应力表示,按破坏时外力的作用方式,可分为:抗压、抗折、抗弯、抗剪、抗拉强度等。
水泥生产过程使用的物料,抗拉强度都很小,一般为抗压强度的1/20~1/30;
行业内习惯用抗压强度将物料分类:
(1)硬质物料(抗压强度≥160MPa);
(2)中硬物料(抗压强度80~160MPa);
(3)软质物料(抗压强度≤80MPa)。
硬度是物料抗变形的能力,强度高、硬度大的物料都难以粉碎。
非金属材料一般用莫氏(Moh)相对硬度表示,分为十个等级,用刻痕法测定。金刚石为10、最硬;滑石为1、最软。硬度数值表示法,一般用于金属材料,如:布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC)、维氏硬度(HV)、肖氏硬度(HS)等。
脆性是表示物料被断裂的性能,与其相对应的性质称为:韧性。韧性是表示物料抗断裂的能力。脆性高的物料,韧性小,容易断裂、粉碎;脆性低的物料,韧性大,不易断裂、难于粉碎。
 
非金属材料的莫氏硬度
物料 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 长石
玻璃
石英 黄晶 刚玉 金刚石
等级 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
 
3.易碎性与易磨性
(1)易碎性:  物料被破碎的难易程度,称之为:易碎性。易碎性的好、坏,与物料本身的强度、硬度、密度、晶体结构、裂纹、含水量、脆性等有关。物料的易碎性常用相对易碎性系数表示。它是以标准物料单位产量的电耗为基准,做相对比较而得出来的。计算式如下:

 式中:Km—物料的相对易碎性系数;
      Eb—标准物料的单位产量电耗(kwh/t);
      EC—被测物料与标准物料破碎条件相同时的单位产量电耗(kwh/t)。
相对易碎性系数的测定方法,目前国家没有明确规定。各企业可以自行选定标准物料来测定自己需要测定的物料的相对易碎系数,科学地进行破碎工艺过程的生产控制。
值得注意的是:被测物料与标准物料的破碎条件一定要相同。主要是指,要使用同一台破碎机进行试验;入破碎机的物料粒度和出破碎机的产品粒度一定要尽量接近。这样测得的单位产量电耗才有可以代入公式计算。
标准物料的相对易碎性系数为1,被测物料的相对易碎性系数如果大于1,说明其易碎性好,比标准物料容易破碎;反之,小于1,则易碎性不好,比标准物料难于破碎。
(2)易磨性
物料被粉磨的难易程度称之为:易磨性。影响易磨性好坏的因素与易碎性相同,但二者没有明显的规律关系。一般情况下,易碎性好的物料易磨性也好;但是,在水泥生产中,也经常有一些易碎性好的物料,其易磨性并不好。
易磨性的好坏以易磨性系数表示,其测定方法,已有国家标准《水泥原料易磨性试验方法》(GB9964-88)和建材行业标准(JC/T734-1996)都做出了明确规定。
国家标准规定:用下式计算物料的粉磨功指数Wi,以它代表被测试样物料的易磨性系数。
粉磨功指数的物理意义是:被测物料从理论入磨粒度粉磨为成品时,所需要消耗的能量。其数值越大,物料越难磨。反之,数值越小,物料越好磨。这恰好与相对易碎性系数相反,应用时要注意。

 
   式中:Wi—粉磨功指数(被测物料的易磨性系数),kwh/t;
         P—试验用成品筛的筛孔尺寸,80μm;
         G—试验磨机每转一圈产生的成品量,g/r
         P80—成品80%通过的筛孔尺寸,μm;
         F80—入磨试样80%通过的筛孔尺寸,μm。
4.颗粒大小表示方法
在水泥生产过程中,无论是原料、燃料、生料、熟料、水泥等,都是由大小不同的块状、粒状、粉状颗粒组成。为了表示它们的外形尺寸大小,大家经常使用“粒度”或“细度”这两个术语。这两个名词没有明显区别,只是大家习惯对块状和粒状物料称为“粒度”;而将粉状物料称为“细度”。具体的表示方法常见四种:
(1)平均粒径法、
    (2)筛析法、
    (3)比表面积法、
    (4)颗粒组成法。
5.粉碎产品粒度特征
在水泥生产过程中,对粉碎产品的颗粒组成也可以用筛析法进行测试处理,简单方便地将颗粒群分成几个不同的级别,然后作出他们的坐标图形,这种图形称为:粉碎产品粒度特征曲线;简称为:筛析曲线。利用它可以对粉碎过程进行产品分析和生产控制。
用套筛筛析物料时,大孔筛的筛余是小孔筛筛余的一部分,计算小孔筛的筛余时应该将其累计在一起,这才是小孔筛的真实筛余,也称其为筛余累计。它一般用百分数表示,在水泥行业内也常常将其简称为:筛余。 
 
例:将50克物料用套筛筛析结果如下:
筛孔尺寸(mm) 30 20 10 0
筛    余(g) 0 9 16 25
筛余累计(g) 0 9 25 50
筛余累计(%) 0 18 50 100

 
(1)查算某一粒径范围颗粒群含量:筛析曲线作好后,从横坐标上任取一点筛孔尺寸,它的筛余求法就是从这一点出发,向上垂直引线,与曲线相交,从交点,再水平引线与纵坐标相交,交点数值就是该筛孔尺寸的筛余。用此方法,求出两个筛孔尺寸的筛余,进行相减,其差质就是这个区间尺寸范围颗粒的百分含量。
(2)判断粉碎设备的工作性能:一台粉碎机粉碎几种物料,他们的筛析曲线可能出现的是三种形状(见右图):凹形、凸形或直线形。凹形表示粉碎产品中细颗粒含量较多,粗颗粒含量较少;凸形表示产品中粗颗粒含量较多,细颗粒含量较少;直线形表示产品中,粗、细颗粒含量相差无几。如果是几台粉碎机粉碎一种物料,产品粒度特征曲线也会出现三种情况:凹形、凸形或直线形。出现凹形的粉碎机,表示其粉碎产品中细颗粒含量较多,粗颗粒含量较少;出现凸形的粉碎机,表示其产品中粗颗粒含量较多,细颗粒含量较少;出现直线形的粉碎机,表示其产品中,粗、细颗粒含量接近。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(四)——粉碎理论
1.强度理论
工业粉碎用的物料,来自天然矿山、井下的开采或工业生产的过程,它们内部本身都存在着许多的局部薄弱面(如:不均质性的解理面、微细裂纹等)。在外力作用时,由于这些局部薄弱面的作用,使其周围产生应力集中,外力增加,应力集中将更大,解理加剧、裂纹扩展开始,必然导致物料的破坏。实际上强度值是随被粉碎物料的形状、大小变化而变化的,物料粒度越小,强度值显著增大。因为物料越大,其不均质性也越大。
在物料中的各组份对强度的作用不是叠加的,也不是各组份的平均值,而是最小值。极少量的薄弱部位决定了物料整体的物理性质。
2.能耗理论
粉碎过程是一个外力做功的过程,物料颗粒粒径的减小与能量消耗之间存在着一个什么样的关系?一直是粉碎理论研究的焦点。一百多年来,许多学者曾提出过一些推力精辟的理论。虽然这些学说都是从一些不切合实际的假设开始,但他们最终研究的结果,在某一个方面对生产实践却具有相当大的适用价值。
(1)表面积假说
     1867年雷廷智(P.R.Von Rittinger)提出,粉碎过程是物料由大球形变为小球形的过程,粉碎过程的能耗与物料表面积的增加成正比。
实践证明,该理论用于粉碎过程能耗计算,当粉碎产品粒径范围在0.01~1mm时,比较适合。
(2)体积假说
1885年基克(F.Kick)提出,物料粉碎过程,是由一个大圆柱体受到挤压力的作用,在其内部引起应力和产生应变,应力达到极限,导致物料破坏,变成形状相似的小圆柱体,同时每次的粉碎比都相同,粉碎所消耗的能量与物料的体积或质量的减小成正比。
      实践证明,当粉碎产品粒径范围大于10mm时,用于粉碎过程能耗计算比较适合。
(3)裂纹假说
      1952年邦德(F.C.Bond)提出,物料粉碎的过程,是一个大正方体在受压的情况下,积累一定的能量后产生了裂纹,由于裂纹的扩展,纵横交错,形成一堆大小相同的小正方体,最后才被粉碎。粉碎所消耗的能量与正方体的边长(颗粒平均粒径)的平方根成反比。
实践证明,当粉碎产品粒径范围在1~10mm之间时,用于粉碎过程能耗计算比较适合。
3.粉碎机械化学理论
粉碎机械化学,它泛指机械运动能量与化学能量的相互转化。它研究固体物料在施加冲击、剪切、摩檫、压缩、延伸等机械力作用后,其内部晶体结构会不规则化和产生多相晶型转变,导致晶格缺陷发生、比表面积增大、表面能增加等,随之物料的热力学性质、结晶学性质、物理化学性质等都会发生规律性变化。
机械粉碎是采用机械能使物料由大颗粒变成小颗粒的工艺过程。在粒径减小的同时,自身的晶体结构、化学组成、物理化学性质等,都会发生机械化学变化。这些变化并非在所有的粉碎作业中都能显著存在,它与机械力的施加方式、粉碎时间、粉碎环境以及被粉碎物料的种类、粒度、物理化学性质等,都有密切的关系。
在水泥生产中,粉碎机械化学的应用研究越来越深入。它是“物理激发”技术的理论根据。如:如何进一步提高水泥或活性混合材的比表面积,以增进或提高其水化反应活性、强度等级、及使用性能等等。[page
4.球磨机粉磨理论
球磨机是一种以研磨体(钢球、钢段等)在回转的筒体内对物料进行粉碎的重要粉磨设备。为了确定其机械设计制造的计算依据和它工作时的主要技术参数,必须对动态研磨体的运动规律作详细地分析。研究者作出了如下假设,使研究内容的复杂程度得到了简化。
   (1)研磨体与磨机筒体内壁之间的相对滑动忽略不计;
   (2)磨机筒体内物料对研磨体运动状态的影响忽略不计;
   (3)当磨机正常运转时,研磨体在磨机筒体内,按其所在位置一层一层地进行连续循环运动,且各层研磨体在循环运动中互不干扰;
   (4)研磨体在筒体内循环运动的轨迹是由两种曲线封闭组成,一种是以筒体断面中心为圆心向上运动的同心圆弧;另一种是向下运动的抛物线。
5.球磨机粉磨动力学理论
为了控制物料在球磨机内的粉磨过程、选择球磨机最佳工作条件,必须要掌握在整个粉磨过程中,随时间的增加,磨内物料粒度减小的情况。这就是粉磨速度问题,即:粉磨动力学理论。
某一粗粒级含量的减少速度与该瞬间球磨机中未磨好的粗粒级含量成正比。其数学表达式如下:

式中:  R—粉磨t时间后,某一粗粒级的含量(以筛余累计百分数表示);
        t —粉磨时间;
        Kt—粉磨速度常数,与粉磨条件有关;
       “-”负号表示R随时间增加而减少。
1954年高登(A.M.Gaudin)、巴斯(L.Bass)等人导出了一个新的粉磨动力学的数学模型,也被业内人士称之为:现代粉磨动力学数学表达式,并应用于工业生产引导工作。
    在整个粉磨过程中,粒度i增加的速率必须等于所有大颗粒产生的粒度i的总量,减去粒度i粉碎成较小颗粒的速率。

 式中:Mi、Mj—表示粒度I.j在总颗粒质量中的重量百分数;
       Si、Sj—表示粒度I.j的单位粉碎速率;
       bij—表示粒度j粉碎到i的重量百分数;
       t—粉碎时间。
6.料床粉碎理论
在破碎机械中,大家经常看到机械力直接作用于物料将其粉碎;然而在粉磨设备中,物料被粉碎的现象却不一样,它是以一种物料床层(颗粒群)的堆积方式来接受外力,直接受外力作用的颗粒很少,大部分是通过颗粒之间的传递、或相互作用受应力集中而被粉碎、破坏,这就是“料床粉碎”现象(也称“料层粉碎”)。
1972年德国学者舒纳德(SchÖnert)从能量需求观出发,研究了在不同粉碎方式下单颗粒脆性物料的粉碎,并用高压挤压方式进行了料床粉碎,得出所需能耗大大低于传统球磨机粉磨的方式,1984年制造出世界第一台辊压机。料床粉碎理论的研究也开始了新的一页。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(五)——水泥粉磨工艺技术
破碎与粉磨统称为粉碎。行业内习惯将大块物料加工变为小块物料的过程称之为破碎;将粗颗粒物料变为细粉的过程称之为粉磨。
水泥生产过程中的粉磨工艺分为:生料制备工艺和水泥制成工艺两大部分,简称为生料粉磨和水泥粉磨。
    石灰石、粘土、铁粉等配合磨细称为生料;
    熟料、石膏、混合材料配合磨细称为水泥。 
一、水泥生产物料粉碎的目的
(1)物料经过粉碎后,单位质量的物料表面积(比表面)增加,因而可以提高物理作用的效果及化学反应的速度;
(2)几种不同物料在粉体状态下,容易达到混合均匀的效果。
(3)粉状物料也为烘干、运输和储存等提供了方便,并为煅烧熟料和制成水泥,保证出厂水泥的合格率创造了条件。
二、合理控制 生料细度
当粉磨细度在0.08mm方孔筛筛余10%以下时,随着筛余量的减少,粉磨单位产品的电耗将显著增加,产量也相应降低;因此,生料粉磨细度,通常控制在0.08mm方孔筛筛余10%左右,0.20mm方孔筛筛余小于1.0%为宜。
用大型球磨生产时,由于产品粒度较均匀,粗大颗粒较少。在易烧性允许的前提下,0.08mm方孔筛余可放宽至12~16%,但应控0.20mm方孔筛筛小于1.5%。
三、研磨体及其级配
物料在粉磨过程中,一方面需要冲击作用,另一方面需要研磨作用。不同规格的研磨体配合使用,还可以减少相互之间的空隙率,使其与物料的接触机会多,有利于提高能量利用率;在研磨体装载量一定的情况下,小钢球比大钢球的总表面积大;要将大块物料击碎,就必须钢球具有较大的能量,因此,钢球(段)的尺寸应该较大;需要将物料磨得细一些,就应选择小些的钢球(段)。因此在粉磨作业时,要正确选择研磨体且必须进行合理的级配。
四、研磨体级配基本原则
(1)入磨物料的平均粒径大,硬度高,或要求产品粗时,钢球的平均径应大些,反之应小些。磨机直径小,钢球平均球径也应小。一般生料磨比水泥磨的钢球平均球径大些。
(2)开路磨机,前一仓用钢球,后一仓用钢段。
(3)研磨体大小必须按一定比例配合使用。钢球的规格通常用3~5级。钢段一般用2~3级,若相邻两仓用钢球时,则前一仓的最小规格应作为后一仓的最大规格(交叉一级)。
(4)各级钢球的比例可按“两头小、中间大”的原则配合,用两种钢段时,各占一半即可。用三种钢段时,可根据具体情况适当配合。
(5)在满足物料细度要求前提下,平均球径应小些,借以增加接触面积和单位时间的冲击次数,提高粉磨效率。
五、预粉碎技术及其对于粉磨作业的作用
以降低入磨物料粒度为主要手段,使球磨机节能高产的技术称之为预粉碎技术。它把球磨机第一仓的粉碎工作,部分或全部由其他能量利用率高于球磨机的粉碎设备来完成,让入磨物料粒度降低到5mm以下或更小,可使磨机台时产量提高30%以上、单产电耗降低15~20%,产品颗粒组成更加合理。
应用预粉碎技术要采取的配套措施:
(1)选用振动筛或回转筛,对粉碎后的入磨物料采用检查筛分闭路流程,合格物料入磨,粒度过大的物料重新预粉碎;
(2)入磨粒度缩小后,第一仓研磨体平均球径也要缩小;第一仓长度要缩短,隔仓板前移;
(3)磨内风速要提高,磨机通风量加大;
(4)闭路粉磨系统辅助设备的生产能力要加大,系统循环负荷率要降低,选粉效率要提高。
六、严格控制入磨物料的水份
为了保证磨机正常操作、配料的准确和提高磨机的产、质量。当物料含水量大时,容易产生糊磨现象,磨内细粉粘附在研磨体和衬板上,使粉磨效率降低,严重时会使隔仓板篦孔堵塞造成磨机通风不良,物料难以通过,产量急剧下降,质量也引起较大的波动。
根据生产实践经验,各种物料的水份可控制在下列范围内:石灰石<1%,粘土<2%,铁粉<8%,混合材<2%,石膏<8%,熟料<0.5%,煤<4%,综合水分控制在1.5%以内。 
七、粉磨系统
物料一次通过磨机即为产品的粉磨系统,称之为开路系统(简称:开流);物料出磨后必须经过分级设备分选,合格细粉作为成品,不合格的粗粉重新返回磨机再粉磨的粉磨系统,称之为闭路系统(简称:圈流)。
选粉机是闭路粉磨系统的分级设备。它及时对出磨物料进行分选,合格细粉作为成品,不合格的粗粉重新返回磨机再粉磨;它能调节成品颗粒组成,满足工艺要求,保证粉磨产品质量,选粉机的性能是影响闭路粉磨系统产、质量的主要因素之一。
开路系统的优点是:流程简单,操作简便,基建投资少。其缺点是:容易产生过粉磨现象;即:磨内物料必须全部达到合格细度后才能出磨;当一些容易磨细的物料提前磨细后,在磨内形成缓冲层,防碍其它物料的粉磨,有时甚至出现细粉包球现象,从而降低了粉磨效率,使磨机产量降低、电耗升高。
闭路系统与开路系统正好相反。其优点是:可以消除过粉磨现象,可降低磨内温度,因而粉磨效率高、产量高,同规格的水泥磨机产量一般可提高10~20%,生料磨可提高30%左右。其缺点是:流程复杂、设备多,操作管理技术要求也高,基建投资大。 
八、加强磨机通风
加强磨机通风是提高磨机生产能力的主要途径之一,有以下优点:
(1)减少球磨机内的过粉磨现象。使磨内微细粉,及时地被气流带走,消除了细粉结团、糊球、糊衬板现象以及对研磨体的缓冲作用。
(2)磨内的水蒸汽能及时的排除,使隔仓板篦缝不易堵塞,减少饱磨、糊磨现象。
(3)能降低磨内温度,防止石膏脱水、出磨水泥假凝,有利于磨机正常运转和保证水泥质量。 
(4)有利于车间环保和清洁生产。
九、饱磨原因(磨音发闷,电流表读数下降,卸料很少)
(1)喂料量过多或入磨物料粒度变大、变硬,而未及时调整喂料量。
(2)入磨物料的水份过大,通风不良,水汽不能及时排出,造成“糊磨”,使钢球的冲击减弱,物料流速减慢。
(3)钢球级配不当,一仓小球过多,平均球径太低,冲击力不强,或钢球加得太少;或钢球磨损严重,而没有及时补球或倒球清仓,以及粉磨作用减弱。
(4)隔仓板损坏,研磨体窜仓,钢球钢段混合,级配失调。
(5)闭路磨机,由于选粉机的回料量过多,增加了磨机负荷。
十、 影响球磨机产、质量的因素
(1)入磨物料的粒度。由于立窑水泥厂使用的球磨机规格普遍偏小,所以,入磨物料粒度的大小对磨机的产、质量影响很大,粒度小,则磨机的产、质量高,电耗低;粒度大,则磨机的产、质量低,电耗高。
(2)物料的易磨性。物料的易磨性,是指物料被粉磨的难易程度,国家标准规定使用粉碎功指数Wi(kwh/t)表示。该数值愈小,说明物料愈好磨,反之愈难磨。水泥厂习惯使用相对易磨性系数,来表示物料被粉磨的难易程度。它是利用试验小磨,将被测物料与标准砂对比,达到规定细度值,计算被粉磨的时间,与标准砂粉磨时间相同的为1,大于1的难磨;小于1的容易磨;比值越大越难磨,越小越好磨。
(3)入磨物料的水份。对于干磨法来说,入磨物料的水份对磨机的产、质量影响很大,入磨物料的水份越高,容易引起饱磨或糊磨,降低粉磨效率,磨机产量越低。因此,含水份较大的物料,入磨前的烘干是十分必要的。
(4)入磨物料的温度。入磨物料的温度过高再加上研磨体的冲击摩擦,会使磨内温度过度,发生粘球现象,降低粉磨效率,影响磨机产量。同时磨机筒体受热膨胀影响磨机长期安全运转。因此,必须严格控制入磨物料温度。
(5)出磨物料的细度要求。出磨物料的细度要求愈细,产量愈低,反之,产量则愈高。
(6)粉磨工艺流程。同规格的球磨机,闭路流程比开路流程产量高15~20%;在闭路操作时,选择恰当的选粉效率与循环负荷率,是提高磨机产量的重要因素。
(7)添加助磨剂。常用助磨剂大多是表面活性较强的有机物质,在物料粉磨过程中,能够吸附在物料表面,加速物料粉碎中的裂纹扩展、减少细粉之间的相互粘结,提高粉磨效率,有利于球磨机的节能高产。国家标准规定:在水泥生产过程中允许加入助磨剂,但掺加量不得超过1%。
机械因素有:
(1)磨机各仓长度。各仓长度选择不当,使各仓能力不平衡,从而影响粉磨效率。
(2)磨机通风。加强通风可排出磨内水蒸汽和微细粉,防止粘球和堵塞,减少磨内过粉磨现象,降低磨内温度,改善粉磨条件,提高粉磨效率,以利于磨机产、质量提高。
(3)磨机结构。球磨机筒体内的衬板、隔仓板、进、出料装置、主轴承形式、传动方式等,对磨机产、质量影响很大,目前改进方法很多,效果明显。
(4)研磨体的种类、级配、平均球径和装载量。球磨机粉碎物料的过程,主要是通过研磨体的运动来实现的,合理地选择和使用研磨体是球磨机节能高产的重要环节。
(5)高效选粉机的选用。闭路粉磨系统中,选粉机是物料细度控制的重要设备,也是节能高产的主要帮手;其结构、性能和系统组成,对磨机生产过程的影响至关重要。
(6)磨机操作自动化。粉磨系统的率值配料在线控制、球磨机负荷自动控制、变频调速控制等现代高新技术已经成熟,在立窑水泥企业发挥了重要作用;它不仅有利于球磨机的节能高产,而且有利于立窑水泥企业生产管理水平与新型干法水泥生产接轨。
十一、研磨体装载量和级配的检验
(1)磨机产量低,产品细度较粗:一般是装载量不足所致,应该增加研磨体装载量;
(2)磨机产量较高,但产品细度较粗:是由于磨内物料流速太快,冲击能力过强而研磨能力不足所致。应该在装载量不变的情况下,减大球,加小球,降低平均球径; 
(3)磨机产量低,产品细度较细:一般是大钢球太少,填充率偏大,导致冲击破碎作用减弱,应该在装载量不变的情况下,减小球,加大球,提高平均球径 。
(4)产量高、细度合格:研磨体装载量和级配都比较合理。
十二、水泥颗粒的大小对水泥的性能的影响
 水泥的水化速率和浆体强度的作用发挥,与水泥(熟料)颗粒的大小有直接的关系。
0~10μm的水泥颗粒在7天内起主要作用;
10~30μm的在7天~3个月期间其主要作用;
30~60μm的在28天以后起一定的作用;
大于60μm的3个月后可能起一些作用;
因此水泥具有较好耐久性和较高强度的最佳颗粒组成是3~30μm的含量、并占65%以上。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(六)——粉磨机械设备
      在水泥生产中,破碎后的原料不仅要按一定的配比进行使用,而且必须将其粉磨到一定的细度,才能混合均匀,成为合格生料,并使煅烧过程中的物理化学反应得以顺利进行;水泥产品只有粉磨到一定的细度,才能在混凝土和建筑施工中,发挥应有的强度和作用。
      每生产一吨水泥,需要粉磨三吨左右的各种物料,粉磨电耗占生产总电耗的60~70%,为了达到优质、高产、环保、节能,降低水泥生产成本的目的,必须重视、熟悉和研究粉磨工艺过程及其粉磨设备的性能和特点。
一、球磨机
(一)工作原理
球磨机1876年问世,1891年能够连续生产的球磨机投入工业使用。尽管它历史久远、能量利用率仅有3%左右,但目前仍是我国水泥工业应用比率最高的重要粉磨设备。球磨机的筒体由钢板卷制而成,两端装有带空心轴的轴承座,一端进料一端出料,可以连续生产。水平安装的筒体内装有不同形式的衬板和不同规格的研磨体,研磨体以钢球为最多;传动装置带动筒体旋转时,研磨体将物料磨成细粉,因此得名为:球磨机。如果研磨体中有钢棒,则又称其为:棒磨机。在水泥行业内,不论这类粉磨设备研磨体的种类如何,都习惯地将“球磨机”作为它们的统称。
(二)球磨机类型
球磨机的分类方法很多,现部分先容如下:
1.按生产方法分:干法球磨机(磨内不加水)和湿法球磨机(磨内加水);
2.按传动方式分:边缘传动磨机(小型)和中心传动磨机(大型);*
3.按卸料方式分:中卸式磨机和尾卸式磨机;
4.按筒体长径比分:L/D≤3为:普通磨机或称短磨机;L/D≥4为:管磨机或称长磨机;
5.工艺用途分:生料磨、水泥磨、煤磨、烘干磨、试验磨、高细磨、超细磨、开流磨(开路磨)、圈流磨(闭路磨)等。
 *(三)规格与特点
1.规格表示方法
球磨机的规格以磨机筒体直径(m)乘以长度(m)表示。举例如下:
(1)φ2.2×7m球磨机,含义是:普通球磨机,筒体直径为2.2米,筒体长度为7米;
(2)φ5.6×11+4.4中卸烘干球磨机,含义是:带烘干仓、中部卸料的球磨机,磨机筒体直径为5.6米,烘干仓长度为4.4米,粉磨仓总长度为11米。
2.球磨机特点
球磨机的优点是:适应各种工艺条件下的连续生产,目前世界最大的球磨机生产能力可达到360~1050t/h,能满足水泥工业现代大型化的要求,物料粉碎比可达到300以上,产品细度便于控制与调节;维护简单方便,安全运转率高,可以实现无尘操作。
缺点是:电耗高、噪音大、能量利用率低、金属消耗量多。磨机转速慢,须配置大型减速机,一次性投资大。
(四)机械构造与工作性能
球磨机主要组成部分有:进、出料装置、筒体(含隔仓板、衬板、研磨体、磨门等)、主轴承、传动装置(含润滑、冷却系统)等。

球磨机构造
 
影响球磨机产、质量的因素很多,实践证明:各水泥企业根据实际生产条件,经过一定的措施进行技术改造后,球磨机的生产能力比表中数值要高出许多。
部分国产球磨机技术参数
磨机规格 工艺
流程
入料
粒度(mm)
产品细度(R0.08%) 生产能力(t/h) 电机功率(kW) 研磨体装载量(t) 设备重要(t)
生料 水泥 生料 水泥
Φ2.2×7 闭路 ≤25 8~12 3~6 22 16 380 31 50
Φ2.4×8 闭路 ≤25 8~12 3~6 28 20 570 41.5 67.6
Φ2.4×13 开路 ≤25 8~12 3~6 / 26 800 68 118
Φ2.6×8 闭路 ≤25 8~12 3~6 33 24 630 47 111
Φ2.6×13 开路 ≤25 8~12 3~6 / 30 1000 78 146
Φ3×9 闭路 ≤25 8~12 3~6 45 33 1000 80 152
Φ3×11 闭路 ≤25 8~12 3~6 55 45 1250 100 168
Φ3.5×11 闭路 ≤25 8~12 3~6 75 60 2000 135 212
Φ3.8×13 闭路 ≤15 8~12 3~6 90 75 2500 174 230
Φ4.2×13 闭路 ≤25 8~12 3~6 / 160 3550 190 255
Φ4.6×14 闭路 ≤15 8~12 3~6 220 185 4200 210 310
 
*(五)高细高产球磨机
20世纪70年代末开始,合肥水泥研究院科技工编辑,通过对球磨机过粉磨现象进行深入地研究和剖析,在国内提出以磨内筛分的形式,实现球磨机节能高产的设想;简称为:高细高产磨技术。首台开路高细水泥磨于1984年研制成功并投入正式运行,1985年9月通过国家科委组织的技术鉴定和验收。
高细高产球磨机从外表上与普通球磨机没有明显区别。首先是对隔仓板进行了较大改进,并在磨内设置了筛分隔仓板的装置,以拦截较大物料进入细磨仓;另外,根据磨机的长径比和水泥质量的要求,合理设置仓位;三是,依据物料特征及生产条件,合理分配研磨体的装载量和级配,并注重使用微型研磨体,使研磨体以最大表面积与物料充分接触,提高研磨效率,从而强化粉磨效果和降低粉磨电耗,达到球磨机节能高产的目的。
一般来说,球磨机的仓位越多,越有利于研磨体的规格尺寸对粉磨物料粒度的适应性,从而有利于粉磨效率的提高;但仓位过多,实现各仓粉磨能力平衡的难度越大,只有各仓能力相平衡,才能使粉磨过程正常进行。对于筒体长径比为2~4的磨机,采用两个仓;长径比大于4的磨机,采用3个仓;尽量少采用或不采用4个仓。

三仓开路高细高产球磨机
 
部分国产高细高产球磨机技术性能(开流)
型号规格 入料粒度(mm) 出料粒度
R0.08%
磨机转速
(r/min)
生产能力(t/h) 电机功率(kw) 装载量
(t)
设备重量
(t)
φ3.0×11 ≤25 2~4 18.1 36~47 1250 100 194
φ3.0×13 ≤25 2~4 19 39~45 1400 106 200.7
φ3.2×9.5 ≤25 2~4 17.86 40~45 1250 100 186
φ3.2×13 ≤25 2~4 18.7 50~55 1600 125 209
φ3.5×11 ≤25 2~4 16.5 55~60 2000 152 190
φ3.5×13 ≤25 2~4 17 60~65 2000 156 313.6
φ3.8×12 ≤25 2~4 16.3 65~70 2000 143 297
φ4.0×13 ≤25 2~4 15.46 90~100 3200 235 376
 (六)滚动轴承球磨机:
球磨机多年以来一直采用滑动轴承(巴氏合金瓦),1992年开始研制将滚动轴承应用在球磨机的主轴承上,取得了成功。滚动轴承磨机在许多水泥厂应用后,比同规格普通球磨机综合节电10%左右,增产25%左右,节省润滑油80%,产品细度稳定,运行维修量小,启动电流小,运转效率高,主要特点是:
1.降低粉磨电耗
单位产量的电耗降低10%以上。
2.节省润滑油
每年只需不到一百公斤的润滑油,节油量达80~90%。
3.增大研磨体装载量
与同规格球磨机相比,滚动轴承磨可以增加15%~20%的研磨体装载量,有利于磨机台时产量的提高。
4.磨内结构优化
磨内结构形式改进,筒体容积增大、衬板形式和出料篦板结构优化,有利于提高粉磨效率和产品细度的控制。
(七)滑履磨
“滑履磨”是“滑履支承球磨机”的简称。它应用于中心传动的大型球磨机,目前国产滑履磨中,最小的规格是φ3.8×13m,最大的规格是φ5.0×10+2.5中卸烘干磨。
与普通球磨机相比,去掉了中空轴和主轴承,以在筒体两端安装的滑环代替了中空轴,滑环与滑履底座内采用油膜润滑,取代了主轴承的功能。筒体支撑点的距离缩短,筒体的弯矩得到了减轻;大型球磨机采用主轴承支承时,联结中空轴与筒体的螺栓受剪切力的作用,容易产生断裂现象。改用滑履支承后,不仅消除了安全隐患,而且在刚度值允许的情况下,减薄了筒体钢板的厚度,相应降低了设备重量(10%左右)和制造成本。
与同规格球磨机相比,由于滑履磨没有主轴承,物料从入磨到出磨的距离和时间相应缩短,而粉磨工艺参数没有变化,因此,磨机产量提高10%以上,物料流动耗能减少。一般情况下,当研磨体装载量达到原装载量的90%时,就能够达到原来的设计产量,有利于磨机节能高产。
 * (八)影响球磨机产质量的因素
影响球磨机产、质量的因素很多,一般可分为工艺因素、机械因素和管理因素三大类。球磨机的节能高产是一个系统工程,各个环节既彼此联系,又相互制约,只有通盘考虑,密切配合,才能实现最佳节能高产效果。
1.工艺因素
   (1)物料性质:入料粒度、水分、温度、易磨性、磨蚀性等;
   (2)工艺流程:开路、闭路、预粉碎、混合粉磨、分别粉磨等;
   (3)成品细度要求:筛余、比表面积、颗粒组成;
   (4)外加剂使用:助磨剂、激发剂等;
   (5)工艺技术参数:循环负荷率、选粉效率等。
2.机械因素
  (1)磨机通风量:磨内风速、磨内阻力、磨尾密封;
  (2)磨内结构:进料螺旋、衬板形式、隔仓板构造、及功能、仓位分配及活化环等;
  (3)磨机传动:传动方式、支承形式、轴承种类、电机构造、磨机转速等;
  (4)磨内研磨体:种类、级配、装载量、填充率及装填形式、平均球径等;
  (5)选粉机性能:结构形式、配套设备选型布置、系统运行参数、分级功能等;
  (6)粉磨系统配置、计量、自动控制水平:磨机负荷控制、率值配料在线控制、变频调速控制、DCS集散控制系统等。
3.管理因素
设备管理是现代企业管理的重要组成部分。设备管理的核心内容是:以人为本的全员管理和以计划检修为主的技术管理;并采用设备维护及其运行指标分解承包经济责任制、增强员工主人翁意识,充分调动员工主观能动性,健全、建立各项规章制度、管理规程,使设备管理科学化、制度化和正规化。为实现本系统优质、高产、低消耗、安全、清洁生产,提供最基本的保证。具体工作应从以下几方面做起:
(1)强化员工技能培训;
(2)健全设备技术档案;
(3)实施计划检修;
(4)完善备品、备件管理;
(5)落实维护保养责任制;
(6)考核安全生产与成本分解。
二、立式磨
(一)工作原理与类型
立式磨的机械术语名称(学名)为:辊式磨。与水平放置工作的球磨机比较,由于这种磨机是站立式工作方式,水泥行业内习惯称其为:立式磨,又称:碾磨机。1790年在英国应用于工业生产,到1928年德国人才正式将立式磨应用于水泥工业的煤粉制备;我国于1978年引进了德国的立式磨,1984年才开始进行立式磨机技术及装备的国产化研究,并制成了首台样机投入工业运行。
立式磨是根据料床粉碎原理,通过磨辊与磨盘的相对运动将物料粉碎,并靠热风将磨细的物料烘干、带起、由分级装置在磨内分级,粗粉落入磨盘重新被粉碎;成品利用气流送出磨外由袋收尘器收集。
* 立式磨能量利用率高于球磨机。它集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体,具有粉磨效率高、电耗低(比球磨机节电20~30%)、烘干能力大、产品细度调节方便、工艺流程简单、占地面积小、噪音低(比球磨机低20分贝)、金属消耗少、检修方便等优点。
国外立磨一般以制造企业命名。如:雷蒙磨RP(美)、莱歇磨LM(德)、非凡磨MPS(德)、伯力鸠斯磨RM(德)、史密斯磨Atox(丹)等;富乐(美)、宇部(日)也生产LM磨。其主要区别在辊盘形状不同。
国产立磨制造厂有沈重(MPS)。还有天津院(TRM)、合肥院(HRM),主要引进非凡企业MPS(德)、伯力鸠斯企业RM技术(德)。磨机规格一般以磨盘直径表示。TRM立磨规格单位是:分米;HRM立磨规格是:毫米。如:TRM32代号含义是:天津水泥设计研究院研制的立式磨,磨盘直径为:3.2米;HRM2200代号含义是:合肥水泥研究设计院研制的立式磨,磨盘直径为:2.2米。
(二)机械构造与工作性能
立式磨由机壳与机座、磨辊与磨盘、加压装置、分级装置、传动装置和润滑系统等六大部分组成。

立式磨机构造
 
我国已有不少中型水泥厂选用国产立式磨粉磨全黑生料,使用效果良好。近年来,新干法生产线在生料粉磨环节上,广泛应用了大型立式磨机,取代了传统的球磨机。
部分国产立式磨(生料)技术参数
型号规格 磨盘直径(mm) 入料粒度(mm) 产品粒度(R0.08%) 生产能力(t/h) 主电机功率(kW) 设备重量(t)
HRM1300 1300 ≤40 8~12 20~28 200 40
HRM1700 1700 ≤50 8~12 40~48 380 70
HRM1900 1900 ≤50 8~12 50~60 450 80
HRM2200 2200 ≤60 8~12 70~90 630 150
TRM17 1700 ≤50 8~12 23~35 250 64
TRM20 2000 ≤60 8~12 36~55 400 75
TRM23 2300 ≤70 8~12 50~75 560 162
TRM25 2500 ≤80 8~12 65~95 710 230
TRM32 3200 ≤60 8~12 150~220 1600 450
MPS2250 2250 ≤60 8~12 52.5 500 115
MPS3150 3150 ≤120 8~12 150 1075 266
MPS3450 3450 ≤130 8~12 180 1300 315
MPS2650 2650 ≤80 2~6 46(水泥) 970 203
MPS3450 3450 ≤100 2~6 91(水泥) 1800 416
 
三、辊压机
*(一)工作原理与类型
辊压机又称:挤压机,是20世纪80年代出现的、以料床粉碎原理工作的一种新型粉磨设备。 1985年12月才正式投入工业使用。我国在1990年由合肥水泥研究院研制成功第一台辊压机,通过国家技术鉴定。
辊压机是由两个相向旋转的磨辊组成:固定棍和活动辊。磨辊由两台电机分别驱动,物料由加料装置均匀地喂入,在旋转磨辊的作用下,被带入两辊之间的粉碎腔,受到挤压作用,随物料的下沉,料床间的空隙越来越小,挤压的强度越来越大,直至达到最大值,粉碎后的物料,被挤压成料饼的形状而卸出。被挤压过的物料细粉含量很高,而且在物料颗粒上存在大量微裂纹,其易磨性得以改善,这对下一步的粉磨极为有利。活动磨辊的挤压力是通过物料料床传递给固定磨辊的,不存在球磨机那样的无效碰撞和摩擦,大部分能量都用于物料粉碎上,因而能量利用率很高,这是该设备节能、高产的主要原因。
辊压机的工作特点是:满料、高压、慢速、料床粉碎;与辊式破碎机的主要区别:辊式破碎机在破碎腔内的物料可多可少,弹簧压力较低,辊筒转速较快,以单颗粒破碎为主。
辊压机粉碎过程分为三个阶段“压紧—粉碎—结饼” 没有严格界限,具有一定的交互性。在我国,辊压机应用于水泥熟料、生料、矿渣、煤、矿石等粉磨工艺之中,由早期的预粉碎扩展到半终粉磨和终粉磨,以及与球磨机的联合粉磨。
由于国产辊压机的品种较少,目前没有分类,只有规格大小不同。辊压机的规格一般以磨辊直径和宽度表示。例如:HFC1000/300代号含义:“HFC”代表合肥水泥研究设计院,辊压机的磨辊直径为:1000mm,磨辊宽度为:300mm。
(二)机械构造与工作性能
     辊压机由:加料装置、磨辊、传动装置、液压系统、润滑系统、机架和安全保护罩等几大部分组成。

辊压机构造
 
辊压机性能可靠、运转率高、维护方便;工作时,噪音低、粉尘少、有利于环境保护,节能高产效果好,生产全过程可以实现自动控制。
部分国产辊压机技术参数
型号规格 辊缝宽度(mm) 入料粒度(mm) 出料粒度(%) 生产能力(t/h) 电机功率(kW) 设备重量(t)
≤2mm ≤90μm
HFC800/200 16~21 ≤40 60~70 10~25 23~28 2×75 23
HFCK800/200 16~21 ≤40 60~70 10~25 25~32 2×90 25
HFC1000/300 16~23 ≤60 60~70 10~25 40~60 2×132 35
HFCK1000/300 16~23 ≤60 60~70 10~25 45~70 2×160 38
HFC1200/360 20~30 ≤70 60~70 10~25 60~110 2×225 54
HFC1400/500 25~30 ≤80 60~70 10~25 100~160 2×355 75
PA1400×1100   ≤60 65 25 460~510 2×800 140
PA1800×1700   ≤70 65 25 750~800 2×1500 248
 
四、筒辊磨
辊筒磨又称:“HORO磨”,是由法国FCB企业制造的卧式水平辊磨机。它是20世纪90年代出现的节能粉磨设备,它的工作原理与辊压机相似,都是以料床粉碎原理为主,采用中等压力、靠多次挤压方式破碎、粉磨物料。只是辊压机用两个辊子的外表面挤压工作,而HORO磨是用圆筒的内表面与辊子的外表面工作,筒体转动带动磨辊,通过液压调整磨辊位置来调节磨机粉磨压力。辊筒磨的粉磨效率近似于辊压机,安全运转的可靠性近似于球磨机,因此,得到水泥企业极大的关注。1992年应用于工业生产,目前世界上已有几十台磨投入使用,最大的生料台时产量为225t/h,水泥台时产量达到130t/h。我国目前引进两台,主要用于水泥粉磨。

辊筒磨构造原理图
 
 (一)辊筒磨构造:
主要工作部件由筒体和磨辊组成。磨辊水平置于筒体内,液压系统在磨辊上施加向下的研磨压力;筒体由双滑履支承,筒体回转采用大小齿轮边缘传动,其速度一般高于球磨机的临界转速。筒体内镶有凹形磨槽,磨辊表面呈凸形,借助筒体外部的液压装置,磨辊向下施压于磨槽。物料由筒体上部一侧的进料口喂入,经过离心力的作用,紧贴筒体平铺在其内表面,再进入磨槽与磨辊的间隙之中,依靠磨辊的压力和磨槽随筒体的转动形成的料床粉碎区,受到类似于辊压机一样的高效率粉碎;在刮料板和导料板的作用下,在粉磨区被挤压4~6次后,通过出料区卸出磨机。物料在粉磨区所受的挤压力一般为辊压机的0.15~0.25倍、立式磨的2~3倍。出磨物料不结饼,无需打散机,可直接进入选粉机分级。辊筒磨研磨压力中等、反复碾压多次、可以不采用热风烘干。
(二)辊筒磨工作特点
   辊筒磨是新一代的水泥粉磨设备,其特点如下:
   1.工艺流程简单,主机设备少,控制操作灵活、方便,占地面积小,土建工程费用低。
  2.主机故障少,运转率高;检修、维护方便,劳动强度小。
  3.整个系统处于负压操作,无粉尘污染;运转平稳,噪音较小。
  4.系统节电效果明显,单位产品的电耗低,相同产量的球磨机综合电耗一般在35~45kWh/t,而辊筒磨综合电耗约26kWh/t,节电可达35%~70%。
  5.自动化水平高,设备起动操作方便、快捷,整个系统在中控室集中控制,操作人员少,生产成本较低。
  6.磨机对物料的适应性强,产品质量稳定,品种更换容易,细度易于调整,颗粒级配合理,水泥强度与球磨机相比略有提高。
 
水泥工业粉磨工艺技术与装备的讲座(七)——分级设备
一、分级方法类型
把粉碎产品按颗粒粒径大小分为两种或几种的作业过程称之为:分级。常见分级方法有:手选、筛选和流体分选。
1.手选是指:利用人工对粉碎产品进行挑选,常用于处理产品中的个别大块物料,分级效率低;
2.筛选是指:用工艺要求尺寸的筛网,对粉碎产品分批进行滑动、振动或回转过筛,分成大、小或粗、细两部分或不同粒径范围的几部分;
3.流体分选是指:利用颗粒在气体或液体中的阻力、惯性力、浮力、离心力等将粉碎产品按要求的粒径分开的过程。
目前在水泥生产中有干法分级和湿法分级两种,常见的是干法分级,就是利用流动的空气对粉磨产品进行分级。
干法流体分级机类型
干法流体分级过程分为:静态分级、动态分级和组合式分级三种。分级设备内部结构部件在工作时静止不动,它可以利用不同结构形式,来改变含物料气流的速度、方向、惯性等因素,将部分粗颗粒分离出来;称之为:静态分级;这类设备一般称为:分离器或静态分级机;如果分级设备内部结构部件在工作时作相应的配合运动,利用其不同的转速,分离出不同粒径大小的颗粒物料称之为:动态分级机;把静态分级与动态分级结合在一起的分级设备,称之为:组合式分级机;动态分级机与组合式分级机统称为:选粉机。目前应用于生料制备和水泥粉磨系统的分级机,一般都属于组合式选粉机。 
三、选粉机发展史
选粉机由英国人1885年发明,1889年德国人将选粉机应用于水泥工业生产,至今已经一百多年的历史了。
*选粉机的核心技术是:分散、分级和分离(收集)。最开始的选粉机称之为:离心式选粉机。它是利用撒料盘分散物料、机内风叶旋转产生的气流分级物料、机内物料重力沉降收集细粉;在行业内称其为:第一代选粉机。从20世纪90年代末期开始,离心式选粉机在我国已经进入全面淘汰期。
20世纪60年代,德国研制了旋风式选粉机,它利用撒料盘分散物料,机外风机循环气流在机内分级物料、细粉在旋风筒内沉降被收集。与离心式选粉机相比较,它分级气流的动能增加,选粉效率明显提高、细粉收集能力增强。70年代我国研制的旋风选粉机在青岛水泥厂试验成功,取得了良好的节能高产效果,在行业内称其为:第二代选粉机。
1979年,日本小野田企业研制的O-Sepa选粉机成为笼式高效选粉机的代表,它保留了旋风选粉机物料分散和机外风机循环气流机内分级的优点,增加了机内笼型转子分级和机外以袋收尘器滤袋过滤为主的细粉收集装置,从而改变了机内选粉原理,并大幅度的提高了选粉机的处理能力、选粉效率和细粉收集能力。它大量地利用机外冷空气,降低机内物料温度,可将出磨高浓度含尘气体或其它辅助设备排放的含尘气体直接引入选粉机,简化了粉磨系统,也有利于磨内风速的提高,降低粉磨电耗,增加磨机产量。行业内称此笼式选粉机为:第三代选粉机。1987年,我国引进了日本小野田企业的选粉机设计制造技术,90年代初,在山东省建材机械厂成功地制造出国产的O-Sepa选粉机。
由于当年水泥市场疲软,国内中小型水泥厂占绝大多数,且基本上都采用φ3m以下的球磨机,生产能力偏低;而O-Sepa选粉机生产能力较大,选粉机及配套高浓度袋收尘器一次性投资较大;加上国家标准中对水泥比表面积的要求不高,使O-Sepa选粉机的普及应用工作受到一定影响。但笼式选粉机先进的平面涡旋分级原理却使大家十分青睐。
1994年,以张少明教授为代表的科研人员,成功地将这一现代分级技术嫁接到旋风选粉机之中,研制出NHX型高效转子式旋风选粉机。简称为:转子式选粉机。江苏科行企业等高新技术企业在较短的时间内,将其完善、更新、升级,并形成高效、节能的系列化产品,极大地满足了广大中、小型水泥厂节能改造的需要,目前应用于φ3m以下球磨机的闭路系统覆盖率达到80%以上,使我国水泥生产粉磨工艺的选粉技术向前跨进了一大步。
四、选粉机规格及其选择 
离心式选粉机和旋风式选粉机的规格以选粉室筒体直径(m)表示;O-Sepa选粉机和国产转子选粉机的规格以每分钟的通风量(m3/min)表示。后两种选粉机选型时,应根据磨机产量和选粉机的选粉浓度来进行。
选粉浓度代表单位风量能选出的成品量,是选粉机工作性能和能量利用率的重要标志。该类选粉机的选粉浓度一般为:0.75~0.85kg/m3,常取:0.8kg/m3来计算。
选粉机规格(m3/min)=磨机生产能力×1000÷选粉浓度×60
   1.举例:某水泥厂φ2.2×7m闭路生料磨生产能力为30t/h,选择配套转子选粉机规格?
         30×1000÷(0.8×60)= 625(m3/min)
    答:应选择规格为700(m3/min)的转子选粉机。
   2.举例:某水泥粉磨站φ3.8×13 m球磨机闭路系统生产能力可望达到90t/h,试选择配套O-Sepa选粉机?
         90×1000÷(0.8×60)= 1875(m3/min)
    答:应选择规格为2000(m3/min)的O-Sepa选粉机。
五、O-Sepa选粉机
     (一)构造: O-Sepa选粉机,又称:水平涡流式选粉机,是第三代笼型选粉机的代表。主要由壳体部分、回转部分、传动部分和润滑系统组成。

0-Sepa 选项粉机构造
(二)工作原理
物料经两个入口喂入选粉机、落到撒料盘上,随转子旋转的撒料盘,将物料均匀地分散到转子与导向叶片之间形成的选粉区;来自磨机的气流从一次风管进入选粉机,来自收尘器的气流由二次风管进入选粉机,一次风和二次风经导向叶片作用后,进入选粉区分级物料;由垂直叶片和水平叶片组成的笼型转子,回转时使内外压差在整个选粉区高度上下维持一定,确保气流稳定、均匀,为物料分级创造了良好的条件;物料在选粉区下落的过程中,得到了多次重复分级的机会,粗颗粒最后落入集料斗,经过环境进入的三次风再一次地分选,部分贴附在粗颗粒上的细粉被三次风带起上升;粗颗粒则从下部的锁风阀卸出,返回磨机重新粉磨;合格的细粉随气流穿过笼型转子的叶片,进入转子中部的通道,由细粉出口排出机外,进入袋收尘器分离而被收集下来。一次风、二次风、三次风的比例一般控制在:7∶2∶1的经验范围。
(三)工作特点:
     O-Sepa选粉机与其它选粉机不同之处有四点:
    1.选粉气流水平引进、两侧切向进入;
    2.撒料盘位于选粉室的笼型转子上方,被选物料贯穿空气选粉全过程;
    3.笼型转子的结构形式根本改变了选粉原理;
4.转子周围的导向叶片改进了气流分布和物料在气流中的分散状态,对其分级创造了良好条件。
O-Sepa选粉机选粉效率高,处理能力大,常用于生产能力在100t/h以上的球磨机闭路粉磨系统,优质、节能、高产效果明显。
O-Sepa选粉机有能力使成品水泥中10μm以下的颗粒含量大于10%、而其中3~30μm颗粒含量可达到65~70%以上。这是传统的离心式选粉机或旋风式选粉机很难实现的。
 
部分国产O-Sepa选粉机技术参数
型号规格 处理能力(t/h) 水泥产量(t/h) 比表面积(m2/kg) 主轴转速(r/min) 通风量(m3/h) 电机功率(kw)
N-250 30 8-12 300-350 250-550 15000 22
N-500 90 18-35 300-350 265-320 30000 45
N-750 135 27-45 300-350 180-330 45000 55
N-1000 180 36-60 300-350 250-285 60000 75
N-1500 270 54-90 300-350 185-240 90000 90
N-2000 360 72-120 300-350 165-210 120000 110
N-2500 450 90-150 300-350 145-190 150000 132
N-3000 540 108-180 300-350 135-170 180000 160
N-3500 630 126-210 300-350 80-175 210000 220
N-4000 720 144-240 300-350 75-165 240000 250
N-4500 810 162-270 300-350 70-156 270000 280
N-5000 900 180-300 300-350 65-147 300000 315
 
 
六、转子选粉机
   (一)构造:转子选粉机由壳体部分、回转部分、传动装置和细粉收集装置(旋风筒)等部分组成,内部分级循环气流由机外主风机提供。

转子选粉机构造
(二)工作原理:
物料由入口喂入,落在撒料盘上;主轴带动撒料盘回转,将其均匀分散开来;机外主风机鼓入的循环风由下而上对物料进行分级,粗颗粒落入下锥体,从粗粉出口排出;细粉随气流上升,穿越回转的笼型转子,粗颗粒被击落到粗粉出口;较细的颗粒随气流进入旋风筒被收集,经集灰斗,从细粉出口排出。气流从旋风筒上部的出风口、总风管、循环风出口进入主风机的入口,形成循环气流。
转子选粉机针对“分散”、“分级”和“分离”三个关键技术,它在结构上比旋风式选粉机有如下改进:
1.采用高抛撒能力的撒料盘,使物料分散均匀、充分。主轴传动选用了调速电机,可改变撒料盘转速,调节产品细度更加方便。
2.在撒料盘上方增加了一个笼形转子,其倒锥形的表面旋转产生的旋流及切向剪力,强化和稳定了分级力场,增大了分散能力和提高了分级效率。
3.采用高效低阻的旋风筒收集细粉,增大了进风涡旋角,延长了含尘气流在旋风筒内的停留时间,从而提高了各级细粉和超细粉的收集量。
转子选粉机适合φ3m以下的球磨机闭路系统使用,系统紧凑、投资低廉、节能高产效果明显、有利于降低生产成本;因旋风筒对细粉的收集能力所限,转子选粉机的规格不宜大型化,否则会引起超细粉流失过多,影响粉磨产品质量。
部分国产转子选粉机的技术参数

 
七、组合式选粉机:
由传动装置、回转部分(主轴、撒料盘、转子等),机壳(内筒、导向叶片、内锥体、外筒、外锥体、进风口、加料口、两个粗粉出口等),细粉收集装置(四个旋风筒等)组成。

 
用于生料制备的组合式选粉机,集中了几种选粉机的优点,使选粉机分选后的粗粉中,细粉含量大为减少。使系统循环负荷率降低,球磨机的粉磨效率得到相应提高。在选粉过程中,可以通入低于300℃的热风,边分级、边烘干。在新型干法水泥生产线得到了广泛的应用。它的主要特点是:
    1.分级流畅稳定,不受干扰;
    2.笼型转子的分级区较长,物料分级的几率均等;
    3.充分利用机壳内的有效空间对物料进行多次分选。
    4.撒料盘上的凸台高度和数量以及盘下的打散叶片,对物料分散效果有明显的影响;
    5.静态分级装置的导向叶片的固定方式,对设备使用寿命和故障率有直接的影响;
    6.主轴采用高温氟橡胶骨架密封,解决了主轴润滑漏油的问题。 
组合式选粉机的主要操作参数是主轴转速和通风量。其它如导向叶片角度等,则为辅助调节。改变主轴转速,可以及时调整产品细度(比表面积);通风量过小,会增大机内喂料浓度,降低选粉效率;过大,虽对提高选粉效率有利,但增加了系统电耗和设备磨损;一般调试好之后,不宜再做过大调整。
用于水泥粉磨的组合式选粉机,内部结构还要做一定的调整、并采用袋收尘器收集细粉,一般不用旋风筒收集细粉,因旋风筒对微细粉的收集困难,会影响水泥早期强度。
 
部分组合式选粉机技术参数
型号规格 处理能力(t/h) 生料产量(t/h) 通风量(m3/h) 电机功率(kw)
DSM-750 120 30~45 45000 55
DSM-1500 270 55~90 90000 90
DSM-3000 540 100~180 180000 160
 
  
八、打散分级机
它由壳体部分、回转部分、传动装置和热风管等部分组成,内部分级循环气流由机外热风系统提供。 ,

打散分级机构造
 
 *打散分级机是辊压机的配套设备,20世纪90年代初由合肥水泥研究院研制,1994年获国家专利。它集料饼打散与颗粒分级于一体,可以消除辊压机边缘漏料影响,以及开停机过程中未被充分挤压粉碎的大块物料,对后续球磨机系统产生的不利影响,以获得优质、高产、节能的良好效果。
 
部分打散分级机技术参数  
型号规格 处理能力(t/h) 打散功率(kW) 分级功率(kW) 设备重量(t)
SF400/100 40~70 30 22 18
SF450/100 50~90 37 22 22
SF500/100 60~110 45 30 25
SF550/120 90~150 45 30 30
SF600/120 120~200 55 37 37
SF650/140 180~280 75 45 45
 
 
打散分级机规格一般以:外锥体圆柱筒体的直径/打散盘直径(cm)表示。 “S”和“F”是打散的“散”字和分级的“分”字汉语拼音的开头字母。如:SF500/100表示打散分级机外筒体直径为:5000mm,打散盘的直径为:1000mm。该打散分级机的处理能力为:110t/h,打散电机功率为:45kw,分级电机功率为:30kw。
打散分级机的技术特点如下:
1.打散分级机集料饼打散与物料分级于一体,结构简单、维护方便、打散效果好、分级效率高,单位时间处理能力大;
2.打散装置与分级装置采用两台电机分别驱动,既满足提高打散能力的需要,又可以调节、控制产品细度;
3.在新型干法生产中,可以充分利用烧成系统余热,在打散分级的同时,具有悬浮烘干能力,热交换效率高、出料水分低;
4.常与辊压机配套使用,节能高产效果显著。

 
九、V型选粉机
在辊压机联合粉磨系统中,目前国内普遍采用的V型选粉机,是德国KHD企业的技术,该选粉机是一种完全静态的粗选分级机,本身无活动部件,却集打散、分级和烘干于一体。性能不亚于国产多功能的打散分级机,且电耗可降低许多。V型选粉机外部壳体形状像一个“V”字,因此而得名V型选粉机。它在分选的过程中,由于物料在机内不停地撞击、跳动、下落或悬浮,与气流有一个时间较长的热交换过程,因此,既可以冷却温度较高的热物料,又可以烘干有一定水分的湿物料。实践证明,该选粉机配套的分级风机装机容量较低,压差小、风量少,其单位产品能耗,仅有同等处理能力其他气流选粉机的45%左右,节能效果明显。
十、矿渣微粉分级机
近年来,矿渣高细粉(俗称:矿渣微粉)在水泥及商品混凝土中的应用越来越广泛。矿渣无论用作水泥大掺量混合材还是高性能混凝土细掺料,其基本条件是具备足够的细度。
水泥混合材比表面积要求为350~500m2/kg;混凝土掺合料为420~600m2/kg,有的甚至高达800m2/kg以上。还要求45μm筛的筛余≤2%;3~30μm的颗粒含量要达到65~70%;5μm以下的颗粒含量要≥20%等等。一般来说,生产矿渣微粉可以采用立式磨粉磨系统生产,也可以采用球磨机粉磨系统生产,矿渣微粉分级机就是矿渣球磨机粉磨系统中的关键设备之一。由于矿渣微粉中国足球协会超级联赛细粉含量较多,容易产生团聚、附壁现象,该类分级设备,除了要具备组合式选粉机的优点之外,还必须具备适应超细粉的分散功能、分级功能和分离功能。
该选粉机由机壳部分、回转部分、传动装置和出风管等组成;细粉收集系统由机外高浓度袋收尘器、主风机及其管路组成。选粉机内部循环风的动力源,主要来自细粉收集系统的主风机。

矿渣微粉分级机构造
 
矿渣微粉分级机的工作过程如下:
粉磨后的矿渣,由上部物料入口喂入选粉机,经下料溜管落到撒料盘上;传动装置驱动主轴回转,固定在主轴上的撒料盘和笼型转子随之旋转,撒料盘上的矿渣粉被加速均匀地撒开;与此同时,上涡壳进入的气流,在导向叶片的作用下,旋转吹向撒料盘,加速物料分散的力度,和下落料幕的均匀性;随之也提高了选粉机对矿渣粉的处理能力;下落料幕在下涡壳进入旋转气流的作用下,减缓了下落速度,延长了悬浮分散的时间;在笼型转子回转产生的平面涡流的作用下,逐步分级,粗颗粒由于自重或被转子击落,沉降到下锥体内,从底部粗粉出口排出,返回磨机重新粉磨;细颗粒随气流通过笼型转子边缘,进入中心部位,被出风管的负压抽力带入细粉收集系统过滤、分离、而收集下来。
由于主轴转速可调,使撒料盘和笼型转子的转速发生变化,不仅提高了对矿渣微粉的适应性,而且对选粉机的产量和成品细度可以实现工艺要求的调控。
十一、选粉机应用技术
    (一)三代选粉机的主要结构性能比较

 (二)工艺参数   
*闭路粉磨系统常用“循环负荷率”和“选粉效率”这两个技术参数来调控圈流粉磨系统的工作状况。
1.循环负荷率:
    闭路粉磨系统中,选粉机的回料量(粗粉)与成品量(细粉)之比;
它是一个反映物料在粉磨系统中流动分布情况的物理量。
2.选粉效率:
    闭路粉磨系统中,选粉机选出合格细粉的成品量与选粉机喂料中所含有的细粉量之比;
    它是一个反映选粉机对物料分级能力的物理量。它们都可以用出磨物料细度、回料细度、成品细度的筛余检测值,计算而得。 


式中:  K—循环负荷率,%
           T—选粉机回料量,t/h
           Q—选粉机成品量,t/h
           E—选粉效率,%
           A—选粉机喂料(出磨物料)细度(筛余R0.08%)
           B—选粉机回料细度(筛余R0.08%)
           C—选粉机成品细度(筛余R0.08%)
    从以上公式分析可得:
(1)在同一闭路粉磨系统中,当出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变时,循环负荷率K越高,则选粉效率E越低;
(2)在同一闭路粉磨系统中,当出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变时,选粉机回料细度B越大,则循环负荷率K越小,选粉效率E越高。
因此,在闭路粉磨工艺中,维持出磨物料细度A和选粉机成品细度C基本不变,如果回料细度(筛余)越大,说明选粉机选粉效率越高,分级性能越好;反之,回料细度(筛余)越小,则选粉效率越低。 
例:某水泥厂生料球磨机产量为30t/h,出磨物料细度、回料细度、成品细度分别为:R0.08=35%、65%、10%,试计算该系统循环负荷率、选粉效率以及出磨物料量?
解:1.循环负荷率:K=(A-C)/(B-A)
                     =(35-10)/(65-35)=0.83=83%
        2.选粉效率:E=(100-C)/(100-A)(1+K)
                   =(100-10)/(100-35)(1+0.83)=0.76=76%
       3.回料量:T=QK=30×0.83=25(t/h)
       4.出磨物料量:F=T+Q=25+30=55(t/h)
  答:该粉磨系统循环负荷率为:83%;选粉效率为:76%;出磨物料量为:55t/h。
(三)工艺流程图的绘制方法
     1.工艺流程中的主要设备和设施画简易外形轮廓表示;
     2.气力输送设备要求画出,而机械输送设备或设施及管道一般可以不画;按其物料输送方向或气体流动方向以箭头表示;以物料输送为主的流程,以实线加箭头表示;以气体流动为主的流程,以虚线加箭头表示。
     3.设备、设施构筑物名称,物料或气体名称及其进、出口位置,都应该用简单、准确、通俗的文字标注清楚。必要时,还可以加注各段流程的主要工艺技术参数。
     4.工艺流程中关键的管道阀门应尽量画出,按国家标准《液压及气动图形符号》(GB786—76)作为绘制依据并附加文字标注。
     5.工艺流程图力求图面布置简洁、明了;不必苛求严格的定位尺寸和比例关系,重在表现组成系统的主要设备、设施以及物流和气流的来龙去脉。
     6.工艺流程图,应尽可能地作出简单、必要的说明;一般先先容系统主要设备的规格型号,再按先物料流程、后气体流程,分别阐述工艺过程及技术特点。

立式磨一级闭路生料制备工艺流程图
 
立式磨一级闭路生料制备工艺流程说明:
1.物料流程:水泥原料→计量配料→库底带式输送机→立式磨→旋风收尘器→袋收尘器→生料拉链机→生料库;
2.气体流程:热风→立式磨→旋风收尘器→1号排风机→袋收尘器→2号排风机→排空。          循环风(余热利用) 
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