辊压机联合粉磨工艺系统分析
辊压机联合粉磨（或半终粉磨）工艺系统，其技术核心在本质上属于“分段粉磨”。目前，国内水泥制成工序广泛应用由辊压机+打散分级机（动态分级设备）或V型选粉机（静态分级设备）+管磨机开路（或配用高效选粉机组成双闭路）组成的联合粉磨工艺系统（或由辊压机+V型选粉机（静态分级设备）+高效选粉机+管磨机组成的半终粉磨工艺系统），在实际运行过程中，由于各线生产工艺流程及设备配置、物料粉磨特性、水份等方面因素不尽相同，导致系统产量、质量及粉磨电耗等技术经济指标也参差不齐，本文拟对水泥联合粉磨单闭路（管磨机为开路）及双闭路系统（或半终粉磨系统）中各段常出现的工艺技术与设备故障模式进行探讨分析，并提出了相应的解决办法，仅供粉磨工程技术人员在日常工作中参考，文章中谬误之处恳望予以批评指正：〔1〕
一、辊压机系统故障模式：辊压机挤压效果差
故障原因1：
1. 被挤压物料中的细粉过多，辊压机运行辊缝小，工作压力低
影响分析：
辊压机作为高压料床（流动料床）粉磨设备，其最大特点是挤压力高（>150Mpa），粉磨效率高，是管磨机的3-4倍，预处理物料通过量大，能够与分级和选粉设备配置用于生料终粉磨系统。但由于产品粒度分布窄、颗粒形貌不合理及凝结时间过快、标准稠度需水量大与混凝土外加剂相容性差等工作性能参数方面的原因，国内水泥制备工艺未采用辊压机终粉磨系统，辊压机只在水泥联合粉磨系统中承担半终粉磨（预粉磨）的任务，经施以双辊之间的高压力挤压后的物料，其内部结构产生大量的晶格裂纹及微观缺陷、<2.0mm及以下颗粒与<80um细粉含量增多（颗粒裂纹与粒度效应），分级后的入磨物料粉磨功指数显著下降（15-25%），易磨性明显改善；因后续管磨机一仓破碎功能被移至磨前，相当于延长了管磨机细磨仓，从而大幅度提高了系统产量，降低粉磨电耗。但辊压机作业过程中对入机物料粒度及均匀性非常敏感，粒状料挤压效果好、粉状料挤压效果差，即有“挤粗不挤细”的料床粉磨特性；当入机物料中细粉料量多时会造成辊压机实际运行辊缝小，主电机出力少，工作压力低，若不及时调整，则挤压效果会变差、系统电耗增加。
解决办法：
实际生产过程中应控制粒度<0.03D（D—辊压机辊径 mm）的物料比例占总量的95%以上；生产实践经验证明：入机粒度25mm～30mm且均齐性好的物料挤压效果最好。
采用套筛筛析入机物料粒度分布，简便易行。一般3天检测一次即可满足监控要求。
做好不同粒度物料的搭配，避免过多较细物料进入辊压机而影响其正常做功；同时，可根据入机物料特性对工作辊缝及入料插板及时进行调整，消除不利因素影响。
故障原因2：
2. 辊压机侧挡板磨损严重，工作间隙值变大，边缘漏料
影响分析：
辊压机自身固有的“边缘效应”是指辊子中间部位挤压效果好，细粉产生量多，而边缘挤压效果差，细粉量少甚至漏料，即旁路失效。当两端侧挡板磨损严重，工作间隙值变大时，边缘漏料更将不可避免，在显著减少挤压后物料细粉含量的同时，部分粗颗粒物料还将进入后续动态或静态分级设备，对分级机内部造成较大磨损。
解决办法：
辊压机侧挡板与辊子两端正常的工作间隙值一般为2mm～3mm之间；据走访调查，部分企业辊压机侧挡板与辊子两端之间的工作间隙值在1.8mm～2.0mm；
生产中可采用耐磨钢板或耐磨合金铸造件予以解决，应时常备用1～2套侧挡板，以应对临时性更换。在采用耐磨合金铸造件之前，应将表面毛刺打磨干净，便于安装使用；
更换安装过程中用塞尺和钢板直尺测量控制间隙尺寸即可；
实施设备故障预防机制，要求在正常生产中一般7～10天利用停机时间对侧挡板与辊子之间间隙检查测量一次，若超出允许范围，须及时调整，并做好专项记录备查；
故障原因3：
3. 辊压机动辊、静辊辊面磨损严重未及时修复
影响分析：
辊压机的工作环境较差，维护保养滞后。根据郑州机械研究所调查的辊压机辊面损坏形式有以下几种：
a． 正常磨损导致的辊面损坏；
b． 辊面硬度比物料硬度低；
c． 辊面异常剥落；
d． 辊面超期运转使用；
e． 辊体本体性能导致的损失；
f． 金属或其他异物进入导致局部剥落损坏等；
辊压机辊面磨损或剥落严重出现凹槽以后（主要是辊面中间部分），运行辊缝出现变化，辊面花纹磨损后辊面光滑，对物料的牵制、啮合能力明显削弱，挤压粉碎效果大打折扣。与花纹完整的平整辊面相比，严重磨损或剥落后的辊面对物料施加的挤压力不均匀、局部漏料、出机料饼中粗颗粒（甚至未经挤压）增多，影响后续管磨机潜在粉磨能力的发挥的同时还会加剧分级设备磨损。基于金属耐磨材料性能及被挤压物料特性等方面的原因，一般来讲，国产辊压机辊面在使用6000h～8000h后，则应根据辊面实际磨损情况进行维修，以长期稳定保持良好的挤压效果。
解决办法：
a． 应急性维修:请专业维修技术人员进入现场实施在线堆焊处理，恢复辊子原始尺寸及表面花纹，只适应一般磨损程度不严重的辊面；
预知性维修:对于磨损较严重的辊面，若企业有备用辊子，应及时更换并送至专业堆焊厂家维修处理（离线堆焊修复处理）；不能待辊面磨损极为严重时再采取堆焊修复，否则，极易导致辊子内部出现微观裂纹，降低辊子使用寿命，更严重者甚至报废；
由于堆焊处理前需要采取探伤、刨去不规则耐磨层、清洁辊面等严格的技术措施，加之所用耐磨合金焊丝的价格较高，另需根据辊子直径及辊面实际磨损程度决定堆焊层厚度，所以，堆焊修复费用较高；
预知性维修相对应急性维修而言，对辊子的堆焊修复处理更完全、彻底，更能节省有效生产时间，提高设备运转率及生产效率；
b． 日常生产中操作、使用、维护很重要，预防性保障措施非常关键。辊压机入料前的除铁工作必须引起足够重视，在物料进入稳流称重仓之前，应设置多道强磁除铁装置，防止铁块等其他金属异物入机损坏辊面；
c． 利用停机时间检查辊面磨损情况，检查频次一般每周一次至三次，并做好专项检查记录备查；
案例：HN某单位120-50辊压机动辊、静辊运行产生较严重磨损后，实施在线堆焊修复，一次堆焊费用达12万元左右，连续堆焊时间在一周左右；辊压机辊子规格越大，辊面磨损程度越严重，则堆焊修复时间越长、修复费用越高。
故障原因4：
4. 辊压机工作压力值低，运行电流低
影响分析：
辊压机在不同运行工作压力下，被挤压的物料中所产生的<80um微粉含量是不同的，这个参数直接影响到整个粉磨系统的产量和质量及粉磨电耗指标。在其设计允许范围内，合理提高辊压机的工作压力，可增加被挤压分级后物料中<80um微粉比例。
除了前面已探讨的入机物料较细因素外，引起这种现象还有以下几个方面的原因：
稳流称重仓底部下料锥斗与水平面夹角较小、影响下料速度；
稳流称重仓仓容小、运行仓位低、存料量过少、下料不连续；
稳流称重仓或下料管壁因物料水份造成粘附挂料，料流呈断续状；
稳流称重仓至辊压机之间垂直距离偏短、下料管内料流小、料压偏低；
稳流称重仓至辊压机之间下料管规格过大、下料管内料压低；
辊压机料流控制斜插板拉开比例小；
某企业根据实际应用总结出的水泥联合（半终）粉磨工艺系统辊压机工作参数调整原则见表1：
表1 辊压机工作辊缝及入料控制斜插板设置原则〔2〕
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工作辊缝设置 |
入料控制斜插板设置 |
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入机物料水份大，颗粒粗 |
放宽 |
上调 |
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入机物料水份小，颗粒细 |
放窄 |
下调 |
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辊压机振动大 |
放宽 |
上调 |
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辊压机主电机电流过高 |
放宽 |
下调 |
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生产低等级水泥（熟料量低） |
放宽 |
微调 |
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生产高等级水泥（熟料量高） |
放窄 |
微调 |
解决办法：
（1） 前五项属于辊压机入料前的因素，可以采取以下针对措施，以保持入机料流及料压相对稳定：
a． 改造稳流称重仓下料锥斗部位、将其与水平面夹角放大至70º左右为宜，排料通畅；
b． 由于当初设计的稳流称重仓容量小，存料量少，可利用停机时间对称重仓进行适当增容（扩容）改造，一般仓容应不低于30t。仓容增大、储料量多，对稳定入辊压机料流有利；
对现有稳流称重仓增容只需投资1～2万元耐磨钢板（一般厚度10mm～12mm）及少量焊条费用，可彻底解决问题；
控制入机物料综合水份（宜≤1.5%）；对稳流称重仓内壁、锥斗及下料管部位应用非金属或金属材料进行抗磨、防粘处理（如：超高分子量聚乙烯抗磨塑料板或UP、Raex高强度耐磨钢板等），保持入料顺畅；
c． 稳流称重仓未增容前的生产过程中，应保持操作料位不低于70%；
d． 稳流称重仓至辊压机之间垂直下料管高度一般应不低于3.0m；
e． 辊压机下料管规格过大，管内料压低，可以适当缩小，必须使下料管内充满物料，提高料压，实现过饱和喂料，稳定辊压机工作压力及挤压做功状态；
f． 辊压机正常做功时，动辊液压件呈平稳的规律性水平往复移动；两个主电机运行电流达到其额定电流值的60%～80%之间（达到80%的较少，一般60%～75%之间较多见）；
（2）辊压机入料控制斜插板拉开比例，一般以控制运行辊缝≥0.02D（0.02D为理论辊缝，D-辊压机辊子直径 mm）及辊压机主电机运行电流达到其额定电流值的60%～80%，工作压力稳定（如7.5 Mpa～9.5Mpa，在允许的受控范围内，工作压力应偏高些）为原则；
这个参数将直接影响辊压机挤压做功状况，视物料粉磨特性及现场操作参数，一般入控制斜插板拉开比例在50%～80%左右，根据各企业实际中控参数，所用比例会有所不同；
案例：HB某单位160-140辊压机(处理量780t/h、电机功率1120kw×2)原垂直进料管尺寸为1200mm×600mm，常因管内物料呈断续状（时有塌料现象），不能有效形成均匀稳定料流及料压，辊压机振动与跳停频繁，现场操作灰尘大，物料挤压效果差。V型选粉机分选后入磨物料比表面积在150 m2/Kg ～160m2/Kg略偏低,辊压机运行工作压力只有7.5 Mpa ～8.0Mpa。后利用冬季大修期间，投资5000元左右将下料管进行改造，下料管尺寸改为600mm×600mm并更换了下料控制闸阀，改造后管内物料呈连续状稳定下料，料压明显增大，实现了对辊压机过饱和喂料，彻底消除了冒灰及振动现象，辊压机运行平稳，显著提高了挤压效果。辊压机实际工作压力上升至8.0 Mpa～9.0Mpa，经V型选粉机分级后的入磨物料比表面积增至170 m2/Kg～180m2/Kg。
二、O-Sepa高效选粉机系统故障模式
1. O-Sepa高效选粉机选粉效率低，有以下几个方面因素:
故障原因：
1.1出磨水泥细度偏粗，导致循环负荷大，选粉效率低；
影响分析：
O-Sepa高效选粉机为笼式选粉机的代表，属于第三代空气选粉机，其技术核心环节由“分散、分级、收集”三个部分组成，“分散是关键、分级是根本、收集是保证”，三个环节互为关联与约束。采用负压抽吸式操作，成品经上部出风管道进入尾部的布袋收尘器集中收集。O-Sepa选粉机在国内联合粉磨双闭路系统、预粉磨闭路系统及普通一级闭路磨系统应用较广泛。据笔者走访调查了解，在实际生产过程中，由于粉磨工艺参数调整不合理、物料易磨性、入磨与出磨细度等方面的原因，未经改进的O-Sepa选粉机其选粉效率达到50%及以上的并不多，以下进行探讨：
（1）.循环负荷K：选粉机回料量（即粗粉）与成品量的比值。可用下述公式求得：
K=(A-C)/(B-A)×100% （1）
式中：
K—循环负荷，%；
A— 出磨物料（即入选粉机物料）细度筛余，%；
B— 回料（选粉机粗粉）细度筛余，%；
C— 产品（选粉机细粉）细度筛余，%；
（2）.选粉效率η：进入成品中某一规定粒级与选粉机入料中该粒级的重量百分数，可用下式求得：
（2）
式中：—选粉效率。%；
A，B，C符号含义同前
当磨内粉磨效率低，出磨细度偏粗，合格成品量少，则循环负荷越高，选粉效率越低，回料量越多；反之，则选粉效率高，循环负荷低。
在闭路粉磨系统中当成品细度不变，循环负荷随出磨细度变粗而增大，选粉效率降低。出磨细度越细，回料细度越粗，则循环负荷越低，选粉效率越高，回料量越少，系统处于良性循环状态。根据O-Sepa选粉机喂料浓度及选粉浓度设计参数，其设计循环负荷在100%～200%之间，这对没有配置磨前预处理工艺的普通一级闭路粉磨流程是合理的。但对于物料经过挤压与打散分级或风选分级后，入磨粒度<2.0mm甚至<1.0mm，管磨机一仓破碎功能被磨前辊压机预处理与分级设备部分取代或全部取代的联合粉磨（或半终粉磨）工艺系统而言，该循环负荷值显然偏大。高循环负荷运行时，由于颗粒级配等因素的影响，成品的比表面积容易合格，但其45um筛余也随之增大（变粗），即45um以下颗粒减少，水泥实物质量不一定好，尤其是胶砂强度会降低。故生产控制过程中，联合粉磨双闭路工艺系统选粉机循环负荷可以低至50%～120%，一般在实际应用中大多数循环负荷在70%-110%之间,与之相对应的选粉效率≥50%；
选粉机选粉效率偏低，对整个粉磨系统增产、节电不利；当控制一定成品细度的前提下，能够适当降低选粉机转速，减少回料量（降低循环负荷），则可有效的提高系统产量、降低粉磨电耗，但最重要的根本原则必须是“磨内磨细”。
解决办法：
对管磨机内部结构进行相应的合理调整与改造，如：优化设计研磨体级配及装载量、增设或改进研磨体活化装置、适当延长物料在磨内的停留研磨时间、应用优质助磨剂技术等，实现磨内磨细，有效提高出磨物料中成品颗粒含量（比表面积增加、粗颗粒减少）、降低出磨筛余值（80um、45um），为成品选粉机有效分选创造先决条件。
这种调整方法不需要多余投资，只是采购环节中改变部分研磨体的规格而已。至于引入助磨剂后吨水泥中分摊的费用，可由增产、节电及降低材料成本部分弥补并产生效益。
故障原因：
1.2 O-Sepa选粉机配风形式不合理
影响分析：
不同规格O-Sepa选粉机设计有两个或四个进料口及三个进风管道，其中，一次风为主风，进风比例约占总风量的67.5%，二次风占22.5%，三次风占10%；进风形式:一、二次风为切向进风，随导风叶片分配及笼型转子旋转形成平面涡流，对入机物料进行分散与分级。三次风则由下锥体圆周上水平180º均布的两个风管或120º均布的三个风管进入。
由于O-Sepa选粉机以负压抽吸形式收集成品，通过选粉室上端出风口管道与布袋收尘器联接收集分选后的合格水泥，粉磨系统中（管磨机尾部）常用的配风形式有两种，各有其不同特点：
1.2.1单风机共用风系统
管磨机磨尾通风管道与选粉机一次风管相联，通过负压收集磨内通风中的成品颗粒，即单风机系统；
特点：少用一台风机与一台收尘器。
1.2.2双风机单列风系统
管磨机的磨内通风收尘与选粉机供风均系由各自单列的风机完成，称双风机系统；
特点：多用一台收尘器及一台风机，收尘与选粉两台主机设备风路互不干扰。
生产过程采用1.2.1单风机共用风系统易导致产质量调控不便，系统风机拉风对提高选粉效率有利，但同时会加快磨内风速及物料流速，成品细度跑粗、不易控制；当减少系统风量操作时，选粉效率降低，导致回料量增加，循环负荷过大。同时，选粉机一次风管道蜗壳处易积灰堆料，使选粉室内不能形成均匀的气体流场，严重影响选粉过程的分散、分级与收集，从而增大循环负荷（回料量大）、降低选粉效率，并且造成导风叶片磨损量增大。
解决办法：
通过采取增设一次风辅助风（补风）措施，可便于调控粉磨系统产、质量，提高选粉效率。
案例：HB某单位一台Φ4.0×13m双仓一级闭路水泥磨机（主电机功率2800kw、双滑履中心传动、筒体工作转速15.95r/min、设计研磨体装载量192t、其中一仓装球76t、二仓装球116t，无磨前物料预处理工艺）配用O-Sepa N-2000高效选粉机（磨尾配置单风机系统，风量132000m3/h、风压7200Pa、电机功率400kw。选粉机主轴电机功率110kw，最大喂料能力360t/h、选粉能力72-120t/h），原生产过程中测定其80um选粉效率仅为30%，回料量多，磨头时常冒灰、溢料、一仓易饱；选粉机一次风管道积灰严重，局部导风叶片磨损如刀片状，系统运行状态较差；
针对该单风机系统工作参数分析后，根据选粉机安装、使用现场地形，在一次进风管上增设Φ500mm辅助补风管措施的同时，及时清理一次风管积灰、更换了选粉机内磨损的导风叶片，恢复均匀导风能力；改进后的系统运行证明:该举措较好地解决了系统风机拉风与水泥细度跑粗的矛盾，有效控制了磨内风速及物料流速，出磨水泥（入选粉机）比表面积由138m2/kg提高至205m2/kg，增加了67m2/kg。增大了选粉系统风量，一次风管道积灰现象明显减少，选粉室内气体流场更均匀，显著改善了机内物料的分散、分级效果，选粉效率提高至50%～55%，回料量明显减少，消除了磨头漏料及一仓饱磨现象。P.O42.5级水泥(熟料掺入量80%、成品比表面积370±10m2/kg)台时产量由75t/h提高至85t/h，增产10t/h,增幅13.33%；
投资不足5000元即可解决辅助补风问题，只需提前准备好相关材料，利用停机（1～1.5h）可完成安装；辅助补风管上可采用电动控制阀门，信号控制馈线与中控室相联，便于生产中调节控制。
现阶段设计投产的大型双闭路水泥联合粉磨系统，全都采用1.2.2磨尾双风机单列配风形式，产品质量调控更方便，选粉机选粉效率有所提高，系统增产幅度比1.2.1单风机共用形式更高、粉磨电耗更节省。选粉机内部静止及运转部件，如撒料盘（亦可用高硬度合金铸造件）、导风叶片、笼型转子、出风口弯管等均采用高硬度、高强度耐磨钢板制作，一次、二次进风管道及蜗壳内部等长期承受高浓度风、料冲刷的易磨损部位，均敷贴高强度耐磨陶瓷片防磨，大幅度提高了使用寿命及设备运转率。
O-SePa选粉机虽经30多年应用，也显现出一些技术与结构方面的缺陷，国内制造厂家对其改进并不多。南京工业大学粉体工程研究所针对现行O-SePa选粉机存在的撒料分散不均、无二次选粉等造成的选粉效率低等不良状况，采用系统工程理论研发推出了改进型O-SePa选粉机的“多级气流复合式选粉”专利技术，通过实施对撒料盘、导风叶片及选粉室内部结构等优化设计与改进、增加二次选粉装置、调整一、二、三次风量分配比例等技术措施，显著提高了选粉机系统内部物料分散与分级功能，气体流场更均匀、稳定、顺畅，彻底消除了进风口底部积料，明显改善了粗、细粉的分级效果。经系统改造后的O-SePa选粉机真正实现了“高选粉效率”，其45um粒径选粉效率达到70%-85%，系统循环负荷显著降低，实际运行中一般在70-120%，经多家水泥企业改造后应用验证，均取得了良好的增产、节电、增收的技术经济效果。
案例：AH某干法线水泥制成工段采用170-140辊压机（物料通过量710-830t/h、主电机功率1250kw×2）+V选（循环风机风量280000-320000m3/h、风压3900Pa、风机电机功率450kw）+Φ4.2×13m双滑履中心传动双仓管磨机（主电机功率3350kw、钢球装载量240t）+O-SePa N-4000选粉机（喂料能力720t/h、选粉能力240t/h、主轴电机功率220kw）+磨尾双风机（选粉系统风机风量265000m3/h、风压6200Pa、电机功率630kw；收尘风机风量70000m3/h、风压4000Pa、电机功率132kw）组成的双闭路联合粉磨系统。生产P.O42.5级水泥（比表面积≥350m2/kg、45um筛余≤6.0%），由于选粉机选粉效率低(45um筛余，实际只达到45-58%)，回料量大，循环负荷在160-200%，一次风管积灰、导风叶片磨损严重，系统台时产量180t/h、粉磨电耗36kwh/t。
采用“多级气流复合式选粉”专利技术对O-SePa N-4000选粉机撒料盘、下椎体及调整一、二、三次进风比例、增加二次选粉措施等进行系统改造后，选粉效率提高至73-82%，消除了一次风管积灰，均匀、稳定了选粉室内部气体流场，彻底改善了选粉机“分散、分级、收集”功能，回料量大大降低，循环负荷降至100%以下，在入磨物料粒度及成品质量控制指标不变的前提下，P.O42.5级水泥台时产量提高至210t/h,增产幅度16.67%，系统粉磨电耗降至31kwh/t，吨水泥电耗降低5kwh/t,按120万吨/年水泥计，技术改造后年可节电600万kwh,按单位电价0.6元/kwh,节电效益360余万元。
三、管磨机系统故障模式：磨内研磨体做功能力较差，出磨比表面积偏低、系统产量低
故障原因：
a． 管磨机各仓长比例分配不合理、研磨体对细磨做功能力不足；
b． 管磨机系统拉风过大、磨内物料流速较快、有效研磨时间偏短；
c． 磨内研磨体级配不合理，平均直径取值偏大，球、锻之间空隙率大，研磨能力降低；
d． 研磨体及衬板工作表面粘附，研磨物料能力被缓冲；
e． 入磨熟料温度偏高、熟料及混合材易磨性差；
f． 入磨物料综合水份偏大；
g． 隔仓板（含内筛板）及出磨篦板缝取值大、出磨篦板之间联接缝隙大；
h． 管磨机各仓衬板磨损严重，对研磨体提升能力不足等；
影响分析：
由于被处理物料的裂纹效应与粒度效应，入磨物料粉磨功指数降低、易磨性显著改善，辊压机与动态或静态分级设备组成的磨前预处理闭路系统，部分或全部取代了管磨机一仓的粗碎、磨功能，根据物料粉磨特性，磨机一仓需适当缩短，以延长细磨仓有效长度，提高细磨仓粉磨能力；现以公称长度13m、有效长度12.25-12.5m的管磨机为例，探讨辊压机与不同分级设备组成的开路及双闭路联合粉磨系统中管磨机仓长比例分配：〔3〕
（1）辊压机+打散分级机（以入磨切割粒径≤2.0mm，下同）+管磨机组成的三仓开路高细磨工艺系统：
一仓 L1=25-28%L0 二仓 L2=18-20%L0 三仓 L3=52-55%L0 （3）
（2）辊压机+V型选粉机（或VSK选粉机，以入磨切割粒径0.5mm为例，下同）+管磨机组成的三仓开路高细磨工艺：
一仓 L1=20-30%L0 二仓 L2=20-30%L0 三仓 L3=50-60%L0 （4）
（3） 辊压机+V型选粉机（或VSK选粉机）+两仓管磨机组成的开路高细磨工艺系统：
一仓 L1=20-25%L0 二仓 L2=75-80%L0 （5）
（4）辊压机+打散分级机+管磨机+高效选粉机组成的双闭路工艺系统：
一仓 L1=30-35%L0 二仓 L2=65-70%L0 (6)
(5) 辊压机+V型选粉机（或VSK选粉机）+管磨机+高效选粉机组成的双闭路工艺系统：
一仓 L1=24-28%L0 二仓 L2=72-76%L0 (7)
上述（3）-（7）式中：
L1-磨机一仓有效长度比例（%、m）
L2-磨机二仓有效长度比例(%、m)
L0-磨机总有效长度（m）
根据辊压机配置的分级设备及入磨物料粒度特征不同，管磨机各仓有效长度比例选择也不同；总的规律是：带有打散分级机的管磨机一仓不宜太短、配用V型选粉机或VSK选粉机的管磨机一仓不宜太长；否则，将严重影响系统粉磨功效。
案例：现以HN某单位180-120辊压机（物料通过量610-870t/h、电机功率1250kw×2）+V型选粉机（循环风机风量270000m3/h、风压4500Pa、电机功率630kw）+Φ4.2×13m双滑履中心传动双仓管磨机(主电机功率3550KW、筒体工作转速15.8r/min、调整后一仓装球60t、二仓装球180t、总装载量240t)+O-Sepa N-4000选粉机（主轴电机功率220kw、最大喂料能力720t/h、选粉能力240t/h）组成的双闭路联合粉磨工艺系统（磨尾配置双风机系统，选粉系统风机风量265000m3/h、风压6800Pa、电机功率560kw；磨机收尘风机风量60000m3/h、风压4000Pa、电机功率110kw）生产P.O42.5级水泥为例，说明磨内每米研磨体做功（磨细）能力：
Φ4.2×13m管磨机总有效长度在12.5m左右，经辊压机挤压V型选粉机分级后的入磨物料比表面积为170m2/Kg,出磨物料（入成品选粉机）比表面积200 m2/Kg，入磨与出磨比表面积差值为30 m2/Kg，经计算得知:沿磨机有效长度方向平均每米研磨体磨细物料的比表面积只有2.45 m2/Kg/m，这个值是偏低的。
一般在正常情况下，磨内平均每米研磨体应创造5.5m2/Kg/m～10 m2/Kg/m甚至以上比表面积，若低于最低限，说明磨内研磨体做功（磨细）能力较差。当然，在闭路粉磨系统中，由于成品选粉机的分选，磨内“过粉磨”现象减少，与开路磨系统相比，粉磨效率及产量大大提高。但是，相对于水泥成品颗粒尺寸而言，现在所能提供、应用的研磨体尺寸总是偏大的。笔者根据入磨物料理化特性，采取相应的技术措施，通过对本案例系统优化设计磨机仓长比例（一仓有效长度由3.5m缩短为3.0m、二仓有效长度由9.0m延长至9.5m、仓长比L1/L2由1:2.57改为1:3.17）与各仓研磨体级配方案及改造磨内结构，增加物料停留研磨时间，有效提高了出磨物料的比表面积（由200m2/kg增至288m2/kg、平均每米研磨体做功9.44m2/kg/m）及3um-32um粒级比例，改善了水泥颗粒形貌及粒度分布。
生产过程中，出磨比表面积越高，与入磨物料比表面积差值越大，说明磨内研磨体“集群研磨效应”发挥及做功（磨细）能力越好，粉磨效率越高。在成品选粉机选粉效率较高时，则系统产量越高、粉磨电耗越低。在管磨机系统的改造中，必须突出以“磨内磨细”为第一要素。
在控制入磨、出磨比表面积指标的同时，应采用80um、45um筛余进行辅助判定。
解决办法：
a. 配用打散分级机的双闭路系统管磨机一仓功能已被预处理设备大部分取代，尚需要部分冲击粗粉碎能力，根据被磨物料易磨性，可采用Φ60-Φ30mm钢球四级级配；若易磨性较差或磨尾岀料中小颗粒料较多时，应引入Φ70mm钢球，平均球径可在DcP 42～48mm之间选取；若物料易磨性较好或配入流动性好的粉煤灰混合材时，可引入Φ20mm小钢球降低球间空隙率，平均球径DcP宜≤40mm，以提高一仓研磨能力，为第二仓创造条件；
b.配用V型选粉机（或VSK选粉机）分级的双闭路系统因入磨物料比表面积一般在170-250m2/kg,管磨机一仓的破碎与筛分功能已由磨前辊压机+V型选粉机（或VSK选粉机）全部取代，一仓主要作用由粗碎变为粗研磨，故平均球径取值不宜太大。研磨体通常使用规格较小的钢球，一般为Φ40～Φ20mm四级级配，亦可引入Φ17mm或Φ15mm钢球形成五级级配，根据入磨物料易磨性及水份，平均球径可在DcP 22mm～30mm之间取值，以适应入磨物料粒径（入磨比表面积180 m2/Kg～250 m2/Kg与之对应的入磨物料P80粒径在170μm～71.5μm之间）。若级配平均球径取值大，则球间空隙大，磨内物料流速较快，磨细能力不充分；
c.在磨机二仓研磨体选择方面，小钢球、微锻均可用。采用小钢球时，用少量Φ20mm钢球辅助，同时可选Φ17mm、Φ15mm、Φ12mm、Φ10mm几种规格钢球形成四级或五级级配，平均球径可取DcP 13～15mm；
若采用微锻，一般采用Φ18mm×18mm或以下规格，甚至可引入Φ8mm×8mm微锻（出磨篦板及中心圆板缝应≤6mm），可采用四级-六级级配，平均锻径可在DcP 9～12mm之间选取。
但是，微型研磨体的使用是有条件的，因其个体单重小、单位重量个数多，仅依靠磨机筒体旋转传输给衬板的能量完成提升、抛落或泻落，会在细磨仓产生“滞留带”（研磨死区），严重降低粉磨效率。
据国外粉磨研究资料显示：微型研磨体规格小于磨机直径的1/80时，磨内即产生“滞留带”；国内合肥水泥研究院熊焰来教授研究表明：应用微锻时，其规格小于磨机直径1/180～1/200时，就会产生“滞留带”，并列举了不同规格管磨机使用微锻时滞留带所占比例：〔4〕
表2 不同规格管磨机使用微锻时滞留带所占比例（%）
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管磨机直径 |
Φ/m |
4.0 |
3.8 |
3.5 |
3.0 |
2.6 |
2.4 |
2.2 |
2.0 |
1.8 |
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滞留带所占比例 |
（%） |
36.5 |
33.9 |
29.5 |
21.0 |
13.1 |
8.9 |
4.7 |
1.0 |
0 |
表2数据说明：随着磨机直径的增加，使用微型研磨体时“滞留带”比例增加。以目前应用较多的直径Φ4.2m管磨机为例计算，其细磨仓使用直径Φ21mm～Φ23mm钢锻时，则会出现“滞留带”而影响正常粉磨，实际生产中细磨仓配用的钢锻比这个规格更小，产生“滞留带”将不可避免。
为消除磨内〝滞留带〞引起的负面效应、充分激活微型研磨体的粉磨能量、提高研磨体细磨作功能力。可根据第二仓有效长度设置3-6圈“活化装置”（或称“活化环、活化衬板”，活化装置具体选用及安装技术要求见j段叙述）。
d．闭路磨系统亦可移植应用开路高细磨的筛分隔仓板，粗筛板缝宽度可取6mm-8mm，内筛板缝宽度取2.0mm，有效控制料流速度及均匀通风，促使磨内研磨体实现良好的“分段粉磨”能力。出磨篦板及中心圆板筛缝根据所使用研磨体最小规格，也可用6mm-8mm，若安装内筛板，则内筛板缝可取4.0mm。粗筛板缝既可使用同心圆状，亦可用放射状，放射状筛缝具有强制过料功能。也可选用经优化设计的“防堵型磨尾岀料篦板”，使磨机保持排料通畅。
此外，由于设计、铸造方面的原因，磨尾等分圆周上均布的出磨篦板之间联接缝隙较大，易漏出小研磨体并加快排料速度，导致物料磨细程度不充分；出磨篦板间联接缝可设计成上下压条搭接方式，以消除这一缺陷。
e．采用高硬度高铬合金研磨体（洛氏硬度HRC≥60、冲击韧性αK≥4.0J/cm2），降低磨耗（≤30g/t-c）、维持钢球、钢锻级配相对稳定。当研磨体及衬板工作表面因静电产生粘附现象，严重影响正常粉磨时，可引入分散性能良好的助磨剂消除微细颗粒粘聚，使研磨体及衬板工作表面始终保持良好的表面光洁度，从而使系统获得较高的粉磨效率。
f．新型干法水泥熟料中黄心料较多及C2S矿物含量高时，则易磨性变差。当熟料矿物C2S由15%增至25%时，易磨性指数从1.0降至0.88，系统产量一般降低15%以上。当采用的混合材料中有钢渣、矿渣、磷渣、锰渣、增钙渣等玻璃体含量高、显微硬度高、易磨性较差的工业废渣时，生产中应注意搭配，避免同时使用。
g．应严格控制入磨物料水份<1.5%。随着水份增大，物料韧性增大、易磨性变差，粉磨效率降低。
h.密切关注入磨熟料温度变化，宜<100℃。熟料温度越高、则易磨性越差、越难以磨细、有效颗粒越少，温度高也是造成磨内粘附的主要原因之一。生产过程中应将不同温度的熟料调整搭配使用。
i.根据物料粉磨特性及温度、水份，合理控制磨内风速。管磨机系统“合理用风五原则”：“磨头不冒灰-保持负压、入口不溢料-料流畅通、磨机不饱磨-磨音正常、磨尾不跑粗-比表提高、温度不上升-通风顺畅”；开路磨系统磨内净空风速可控制0.8-1.2m/s,闭路磨内风速在0.5-1.0m/s为宜，既可及时排出水份、降低磨温，又能有效控制物料流速，提高磨细效果。
必要时，管磨机亦可采用筒体淋水降温措施，出磨水泥温度一般控制在115±5℃为宜。
采取以上技术措施，企业须配置相应的检测仪器（勃氏比表面积仪、80um、45um方孔筛，负压筛析仪、红外线测温枪、风速测定仪）。
案例：LQ某单位水泥制备采用由160-140辊压机（物料通过量680-780t/h、电机功率1120kw×2）+V型选粉机(循环风机风量260000m3/h、风压4000Pa、电机功率560kw)+Φ4.2x13m双仓管磨机（磨机有效长度12.5m、主电机功率3550KW、双滑履中心传动、筒体工作转速15.6r/min、一仓装钢球60t、二仓装钢锻180t、总装载量240t）+ O-Sepa N-4000选粉机(主轴电机功率220kw、喂料能力720t/h、选粉能力240t/h)组成的双闭路联合粉磨工艺系统，磨尾为单风机配置（系统风机风量260000m3/h、风压7000Pa、电机功率630kw）。改进前，入磨物料比表面积170m2/Kg，出磨比表面积190 m2/Kg，差值20 m2/Kg，平均每米研磨体只创造1.6 m2/Kg/m；
通过对磨内结构进行合理改进，并调整研磨体级配及磨机通风后，入磨比表面积不变的前提下，出磨比表面积提高至295 m2/Kg，差值125m2/kg，平均每米研磨体磨制比表面积10 m2/Kg/m，比改进前平均每米多研磨出8.4 m2/Kg/m，在质量控制指标不变（成品比表面积≥360m2/kg、45um筛余≤5.0%）条件下，生产P.O42.5级水泥，磨机台时产量由155t/h提高至185t/h,增产30t/h，增幅19.35%。
j.磨机各仓衬板工作表面磨损严重对研磨体牵制（提升）能力不足，导致研磨体与衬板之间切向滑动加剧，对物料磨细功能变差、粉磨效率降低。
管磨机筒体所用衬板，根据其不同的工作表面形状划分有十一种之多，无论磨前物料预处理工艺设置与否，一仓研磨体一般配用四至六种不同规格、比例的钢球，主要功能是完成对颗粒物料的粗粉碎及部分粗研磨，必须赋予其一定的冲击能量，钢球运动轨迹为提升、抛落，绝大多数采用曲面阶梯衬板、曲面波纹阶梯衬板或沟槽阶梯衬板。现阶段无磨前物料预处理工艺的普通一级闭路双仓管磨机，二仓多选用Φ60mm以下四级或五级钢球级配并安装使用分级衬板，使沿磨机长度方向各段研磨体实现良好的分级，由不同直径研磨体对不同粒级的物料进行研磨。
联合粉磨（半终粉磨）闭路系统由于物料经磨前处理并分级，双仓管磨机二仓用小钢球时，可选用大波纹衬板或大波纹沟槽衬板与活化装置匹配，大波纹衬板波峰高度至少要高出衬板平均厚度的20mm-30mm，且要有良好的流线设计，以有效增加对研磨体的摩擦、提升能力；若采用小钢锻，则宜采用小波纹衬板与活化装置组合。
联合粉磨（半终粉磨）开路系统三仓管磨机，二仓为过渡仓，采用小钢球或小钢锻，可选用大波纹衬板；第三仓为细磨仓，一般使用Φ16×16mm及以下三种或四种规格微锻，可选择小波纹衬板与活化装置。活化装置有效高度（h）一般取磨机直径（D）的20%-30%（即h=20% -30% D），高度过低则不能有效消除“滞留带”，研磨体活化效果差;活化装置安装圈数则应根据磨机第三仓的有效长度，自隔仓板位置起至磨尾篦板之间，理论上每隔1.25m-2.25m长度（5块-9块单孔小衬板距离）/设置一周圈，实际安装应用中一般在有效长度1.50m-2.0m之间设置一周圈（亦可错开安装）。
案例：YZ某单位由120-50辊压机(物料通过量120-170t/h、电机功率250kw×2)+550/110打散分级机（处理能力150t/h、打散电机功率45kw、分级电机功率30kw）+Φ3.2×13m三仓开路高细管磨机（主电机功率1600kw、边缘传动、主减速机JDX1000、速比i=6.3、筒体工作转速18.1r/min、研磨体设计装载量125t、一仓用钢球、二三仓用钢锻）组成的单闭路联合粉磨工艺系统。磨机第一仓使用耐磨合金钢材质的曲面阶梯衬板，带球端（大头）厚度原始尺寸为110mm，磨机连续运行三年后（共计生产P.O42.5级、P.C32.5级水泥156万吨），测量阶梯衬板带球端厚度剩余值仅为45 mm-50mm，磨损值60mm-65mm，导致衬板带球、抛落冲击高度降低，最外层钢球与衬板之间切向滑动严重，一仓粗粉磨能力变差，在设备工艺状况、入磨物料粒度（80um筛余40%-50%）与水泥细度控制指标不变（P.C32.5级水泥80um筛余≤2.5%）的前提下，磨机台时产量由76t/h降至65t/h，降幅14.47%。后经全部拆除更换新衬板恢复带球高度，磨机产量又提升到76t/h-78t/h左右。由此可见，阶梯衬板带球端尺寸对一仓粉磨效率的影响非常显著,该技术参数在生产过程中不可忽视。
磨内第二仓、三仓所用小波纹衬板严重磨损变为平衬板后，衬板工作表面光亮如镜，仅能起到保护磨机筒体的作用，导致小钢球或钢锻与衬板间摩擦系数大大降低，磨机运行中产生切向滑动（打滑），研磨体对物料几乎不作功，出磨水泥细度偏粗。将该仓衬板及时更换后，衬板工作表面与钢锻之间摩擦系数增大，钢锻对物料磨细能力提高，出磨水泥细度恢复正常控制指标。
所以，一旦衬板磨损到工作性能变差（表面磨平，与研磨体摩擦系数变小）、提升球（锻）能力不足时，必须及时更换。否则，将会显著降低系统产量、增加电耗成本,得不偿失。〔5〕
四、动态分级设备-打散分级机系统故障模式：打散分级效果差（入磨物料粒度大）
故障原因：
打散分级机分级效果差（分级后入磨物料粒度大）的原因，主要有以下几个方面：
a． 风轮磨损后分级风量变小，严重影响风选效果；
b． 打散盘上锤头、衬板凸棱磨损，打散功能显著降低；
c． 分级筛板应用缝隙尺寸偏大或磨穿、破损漏料，粗颗粒进入细粉区域；
d． 内锥筒粘料，导致物料淤积，粗颗粒由内筒体间隙外溢；
e． 环形卸料通道杂物堵塞未及时清理，影响过料能力；
f． 物料及打散盘重心偏移，影响打散分级效果；
g． 入机物料水份较大、料饼强度高、不易打散与分级；
h． 变频调速系统显示主轴转速与实际转速不符，打散分级效果差等；
影响分析：
打散分级机的分级原理是利用高速旋转的风轮对打散后的物料进行风选与筛板筛分两部分完成分级过程，通过变频调整打散机工作转速（一般在300-600r/min之间控制），能够将辊压机处理量50%-90%的物料供给管磨机，其分级精度较完全依靠风力分选V型选粉机低；
通过优化组合分级机内部结构，一般分级后的入磨物料比表面积在100m2/Kg～150m2/Kg之间、80um筛余38%～55%；配置磨前挤压、打散、分级的联合粉磨工艺，可大部分取代管磨机一仓粉碎功能，提高系统产量50%～70%，节电幅度达15%～25%；
打散分级机正常循环负荷在100-150%，分级后的物料切割粒径为2mm；若循环负荷一旦超过200%则回料量增大，影响辊压机系统做功；当内部筛板磨损漏料，入磨粒度则明显变大，>5mm甚至>8mm粗颗粒物料增多，将显著降低整个粉磨系统的产、质量，提高电耗成本。
解决办法：
a～c中主要由于打散锤头、衬板凸棱、风轮、分级筛板等易损件磨损所致，易损件的更换周期一般为6个月左右，解决其磨损后对打散分级机系统影响的根本措施是及时更换；使用打散分级机的单位应时常保持1～2套完好的各种易损件备件，其材质应选用高硬度合金抗磨材料。
d～f中采取人工清理方式可清除之；f出现时明显会引起打散电机运行电流升高现象，可通过中控室操作监控页面发现；g控制合理的物料水份，一般应保持≤1.5%；h出现应查找传动皮带是否打滑导致丢转，须由专业人员检查、确认、处理（采用经过校准的转速表进行测定、确认）。
因打散分级机的规格不同，所用易损件规格不同；易损件抗磨材料材质不同，其采购价格也不一样，采购时应选择高性价比抗磨合金材料，延长使用寿命、提高设备运转效率。
对于打散分级机内部的检查，应利用停机时间，每周对其内部易损件进行一次，发现问题及时、彻底处理，并做好专项检查记录备查。
五、静态分级设备-V型选粉机系统故障模式：V型选粉机分级效果差（入磨物料比表面积<160m2/Kg甚至更低）
故障原因：
a． 入V型选粉机物料呈料柱状且过于集中，不能形成松散、均匀料幕；
b． 打散隔板严重磨损，影响物料打散效果；
c． 系统拉风量过大，导流板间风速高，分选物料中粗颗粒过多；
d． V型选粉机出风部阻力大，旋风筒入口处积灰，影响细粉收集；
e． 管道磨损破裂，系统漏风；
f． 循环风机叶轮磨损严重等；
影响分析：
作为与辊压机配套的静态风选分级设备，V型选粉机可将辊压机处理量30-40%的物料送入管磨机，分级后的物料颗粒切割粒径一般在0.5mm左右，比打散分级机的分级精度更高，物料粒径更细、更均匀；根据实际拉风比例，入磨物料比表面积可达180m2/Kg或以上，<1.0mm物料比例占95%以上、<80um细粉颗粒可达65%～85%，故系统产量可提高80%～100%甚至更多，节电幅度达20%～30%；
当V型选粉机分级效果差，将直接影响粉磨系统产、质量及电耗。同时，由于大量细粉又返回辊压机称重仓，影响辊压机挤压做功，入磨物料比表面积降低（<160m2/Kg甚至更低、粗粉量增多），会明显加重后续管磨机的粉磨负荷，降低整个系统粉磨效率。
解决办法：
a． 在V型选粉机内部或下料管内用普通材质50mm×50mm角钢（亦可设计采用铸造的高硬度耐磨材料），增设2～3排打散棒（交错布置），增强对料饼的打散及分料效果，使其内部形成均匀、分散料幕（采用普通材质打散棒，投资200～300元可完成）。
b． 根据磨损程度确定修复或更换磨损严重的打散隔板。
V型选粉机导流板间风速越高，分选的入磨物料粒度越粗，比表面积越低；导流板间设计风速6.7m/s左右，对应的入磨比表面积150m2/Kg左右。一般应用风速5.5 m/s～5.8m/s，入磨比表面积≥185m2/Kg。〔6〕
实际生产中控制一定拉风量时，可跟踪取样检测入磨物料比表面积、80um、45um、0.9mm方孔筛筛余值等工艺技术参数，以便于调节V型选粉机用风，求得最佳用风参数，稳定入磨物料细度及比表面积。
在调整过程中应加大检测频次，可按30min检测一次。系统调试正常后，每2h测定一次即可。
使用仪器：勃氏比表面积仪及80um、45um、0.9mm方孔筛、负压筛析仪。
c． 对V型选粉机出风部进行改造，减小风选阻力，保持出风顺畅；
V型选粉机出风部阻力过大，易导致旋风筒风道积灰，气体流场不均匀，影响细粉收集。
可将出风部弧度放缓，减小阻力，消除旋风筒风道积灰，均匀风速，提高细粉收集效果。
投入1000～2000元耐磨钢板（与V选筒体厚度相同）、氧割、焊条及人工，即可完成改造。
同时，亦可将V型选粉机进风部上部2～3块导流板间隙和出风部上部导流板（2块）封闭，有效延长物料在机内的风选线路及时间，提高风选分级效果。
d.检查循环风机叶轮及通风管道，叶轮可用高强度耐磨钢板制作，或敷贴耐磨陶瓷进行防磨处理，对通风管道磨损漏风部位须实施密封，消除漏风对系统的影响。
利用每周停机时间对V型选粉机内部及系统管道、循环风机等进行详细检查，并做好专项检查记录备查。
六.结束语
1.由辊压机+打散分级机（动态分级设备）或V型选粉机（静态分级设备）+管磨机开路（或配用高效选粉机组成双闭路）水泥联合粉磨工艺系统（或由辊压机+V型选粉机（静态分级设备）+高效选粉机+管磨机组成的半终粉磨工艺系统），均为较复杂的系统工程，设备配置多、工艺路线长、技术细节多，仍有许多问题尚待发现、研究、解决。
1. 每一个粉磨系统都有一套适用的最佳中控参数，需要粉磨工程技术人员在实际生产运行中不断总结、优化、完善、更新。
2. 生产实践证明：“分段粉磨”的能耗显著低于一段粉磨。水泥联合粉磨与半终粉磨工艺系统的技术核心属于“分段粉磨”：“磨前处理是关键、磨内磨细是根本、磨后选粉是保证”；只要将每一段（子系统）的能力充分发挥到极致，均能实现系统产能及节电效益最大化。
参 考 文 献
〔1〕邹伟斌，《水泥粉磨系统优化分析与探讨》，《四川水泥》，2011.4期，5期
〔2〕丁伟敏等，《水泥联合粉磨系统产量下降的处理措施》，《水泥》2012.1
〔3〕邹伟斌等，《挤压联合粉磨工艺中多仓管磨机参数的选择与调整》，《水泥技术》2008.6
〔4〕熊焰来《97ˊ北京国际水泥技术与装备交流大会论文集》1997北京
〔5〕邹伟斌、胡婷婷《辊压机联合粉磨系统管磨机衬板磨损分析》，《新世纪水泥导报》2011.4
〔6〕韩晓光等，《辊压机联合粉磨系统关键问题探讨》，国家建材工业技术情报研究所《第八届水泥工业粉磨节能技术论文集》2007.6月西安
转载：西部水泥网
来源：西部水泥网 |
