水泥粉磨系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、節(jié)能降耗的技術(shù)分析

　　水泥顆粒是一種人工粒體，水泥的群體顆粒具有高比表面積（單位質(zhì)量物質(zhì)的二相界面面積）與多分散性（某一樣品中每一顆粒都不盡相同）的兩大特征。  

　　水泥的粉體狀態(tài)的一般表達(dá)：磨細(xì)程度（細(xì)度和比表面積）、顆粒分布和顆粒形貌。

　　1、水泥細(xì)度 

　　水泥的粒度就是水泥的細(xì)度。水泥細(xì)度直接影響著水泥的凝結(jié)、水化、硬化和強度等一系列物理性能。

　　我國水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水泥產(chǎn)品的細(xì)度80μm方孔篩篩余不得超過10%?？刂萍?xì)度的方法簡單易行，在一定的粉磨工藝條件下，水泥強度與其細(xì)度有著一定關(guān)系。水泥的篩余量越小表示水泥越細(xì)，強度越高。但用這一方法進行水泥質(zhì)量控制還存在較多問題：
　?、女?dāng)水泥磨得很細(xì)時，如80μm方孔篩篩余小于1%，控制意義就不大了。國外水泥普遍磨得很細(xì)，所以在國外水泥標(biāo)準(zhǔn)中幾乎全部取消了這一指標(biāo)。
　?、飘?dāng)粉磨工藝發(fā)生變化時，細(xì)度值也隨之變化。如開流磨篩余值偏大，圈流磨篩余值偏小，有時很難根據(jù)細(xì)度來控制水泥強度。
　?、羌?xì)度值是指0.08mm篩的篩余量，即水泥中≥80μm顆粒含量（%）。眾所周知，≥64μm的水泥顆粒的水化活性已很低了，所以用≥80μm顆粒含量多少進行水泥質(zhì)量控制還不能全面反映水泥的真實活性。

　　2、水泥的平均粒度 

　　在水泥粉磨過程中，不是均勻的單顆粒，而是包含不同粒徑的顆粒體—粒群，所以在評述水泥細(xì)度時若只用篩余這一簡單的表示方法，差不多有90%多的水泥顆粒都通過篩孔成了篩下物，然而這些篩下物的顆粒大小并不清楚，故篩余量相同時比表面積也會出現(xiàn)很懸殊的現(xiàn)象。

　　平均粒度有幾種表示法，如算術(shù)平均直徑、幾何平均直徑、調(diào)和平均直徑等。

　　水泥顆粒的平均粒度是表征水泥顆粒體系的重要幾何參數(shù)，但所能提供的粒度特性信息則非常有限，因為兩個平均粒度相同的粒群，完全可能有不一樣的粒度組成（顆粒級配）。 

　　3、水泥比表面積

　　國外水泥標(biāo)準(zhǔn)大多規(guī)定比表面積指標(biāo)，一般都采用勃氏比表面積儀測定水泥比表面積，我國的硅酸鹽水泥和熟料的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定已與國外標(biāo)準(zhǔn)一致。水泥比表面積與水泥性能已存在著較好的關(guān)系。但用比表面積控制水泥質(zhì)量時，主要還有下述兩方面的不足：
　?、疟缺砻娣e對水泥中細(xì)顆粒含量的多少反映很敏感，有時比表面積并不很高，但由于水泥顆粒級配合理，水泥強度卻很高。
　?、茡接谢旌喜牧系乃啾缺砻娣e不能真實反映水泥的總外表面積，如摻有火山灰質(zhì)混合材料，水泥比表面積往往會產(chǎn)生偏高現(xiàn)象。

　　4、水泥的顆粒級配（粒度分布）

　　眾所周知，即使篩分細(xì)度相同或比表面積相近，水泥的性能有時也會表現(xiàn)出較大的差異，其原因是粒度分布可能不同（顆粒形狀的因素也很重要），因此研究水泥粒度的表征、探索與水泥強度更精確的定量關(guān)系，有著非常重要的意義。  

　　國內(nèi)外長期試驗研究證明，水泥顆粒級配是水泥性能的決定因素，目前比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級配為：3-32μm顆粒對強度的增長起主要作用，其粒度分布是連續(xù)的，總量應(yīng)不低于65%；16-24μm的顆粒對水泥性能尤為重要，含量愈多愈好；小于3μm的細(xì)顆粒，易結(jié)團，不要超過10%；大于64μm的顆粒活性很小，最好沒有。

　　此外，水泥粒度分布（顆粒級配）不當(dāng)還會影響水泥水化時的需水量（和易性），若為了達(dá)到水泥砂漿的標(biāo)準(zhǔn)稠度而提高了用水量，則最終會降低硬化后的水泥或混凝土的強度。因此掌握水泥顆粒級配的指標(biāo)是很重要的。

　　表示水泥粒度分布即顆粒級配的方法有列表法、作圖法、矩陣法和函數(shù)法。

　　20世紀(jì)90年代，人們開始研究水泥顆粒形貌對水泥性能的影響。水泥顆粒如果放在電子顯微鏡下觀察，它的形貌并不是圓的，猶如破碎堆積的石灰石，有棱角小的，有棱角大的，有片狀的，有針狀的。水泥顆粒的形貌與粉磨工藝有關(guān)。

　　水泥顆粒形貌通常用圓度系數(shù)(f)表示，圓形顆粒的圓度系數(shù)等于1，其它形狀則都小于1。

　　國外水泥的圓度系數(shù)，大多在0.67左右。中國建材科學(xué)研究院測定的我國部分大、中型水泥企業(yè)水泥的圓度系數(shù)平均值為0.63，波動在0.51-0.73之間。同時在對水泥顆粒形貌的研究中還發(fā)現(xiàn)：水泥磨機的研磨能力愈強，f值愈大；高細(xì)磨水泥f最大；帶輥壓機預(yù)粉碎的磨機磨制的水泥f值也較大。

　　試驗研究表明，將水泥顆粒的圓度系數(shù)由0.67提高到0.85時，水泥砂漿28d抗壓強度可提高20-30%。 

　　實施ISO強度方法后，水泥細(xì)度的提高是在大多數(shù)企業(yè)粉磨工藝比較落后和采用80μm方孔篩篩余控制細(xì)度的條件下取得的，其顆粒組成多數(shù)處于不合理的狀態(tài)。

　　水泥的合理顆粒組成是指該組成能最大限度地發(fā)揮水泥熟料的膠凝性和具有最緊密的體積堆積密度。熟料膠凝性與顆粒的水化速度和水化程度有關(guān)，而堆積密度則由顆粒大小含量比例所決定。采用45μm篩余可以使企業(yè)了解水泥中有效顆粒的含量，而使用比表面積可以及時掌握與水泥需水性等密切相關(guān)的微細(xì)顆粒的含量。二者相結(jié)合進行粉磨工藝參數(shù)控制，將使水泥性能達(dá)到最優(yōu)化。

　　1 ＞45μm的熟料顆粒全水化時間很長，對水泥強度貢獻(xiàn)很小，熟料與水作用生成的水化產(chǎn)物是水泥產(chǎn)生膠凝性的根本原因。水泥顆粒的水化程度決定水泥膠凝性的發(fā)揮。熟料的水化程度與礦物種類和顆粒大小有關(guān)。根據(jù)研究，硅酸鹽水泥的水化深度與時間的關(guān)系可用下式表達(dá)：

　　X=2t0.25 
　　式中：X-水化深度，μm；
　　　　　t-水化時間，d 。 

　　20μm的顆粒全部水化需要1年多的時間，而2μm的顆粒全水化只需1.5h，45μm顆粒28d大約水化了50%，＞45μm的顆粒對水泥性能的貢獻(xiàn)也就更小了。

　　目前比較公認(rèn)的水泥最佳性能的顆粒級配為：3-32μm顆?？偭坎荒艿陀?5%，<3μm細(xì)顆粒不要超過10%，＞65μm顆粒最好為0，<1μm的顆粒最好沒有。因為3-32μm顆粒對強度增長起主要作用，特別是16-24μm顆粒對水泥性能尤為重要，含量越多越好；<3μm的細(xì)顆粒容易結(jié)團，<1μm的小顆粒在加水?dāng)嚢柚泻芸炀退?，對混凝土強度作用很小，且影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，易影響水泥性能而導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性；＞65μm的顆粒水化很慢，對28d強度貢獻(xiàn)很小。

　　2 比表面積數(shù)值主要反映5μm以下的顆粒含量

　　1個80μm的顆粒全部變成5μm時，已變成4096顆，表面積也增加至80μm時的16倍。因此水泥比表面積的變化主要與5μm以下的顆粒含量有關(guān)。3 用45μm篩余和比表面積控制細(xì)度操作簡便、控制有效、無需大量試驗投資

　　雖然球形顆粒推算出來的，與水泥顆粒的實際情況有差別，但可以看出，在固定的工藝條件下，使水泥的45μm篩余量和比表面積控制在一個合理的水平上時，可限制3μm以下和45μm以上的顆粒，以此獲得良好的水泥性能和較低的生產(chǎn)成本。這種細(xì)度控制方法與其它方法相比，具有操作簡便、控制有效的優(yōu)點。只要取樣進行篩析試驗和比表面積測定，就可以為磨機的操作提供依據(jù)。

　　水泥粉磨系統(tǒng)提高產(chǎn)量、降低電耗歷來是人們關(guān)注的焦點，尤其是ISO標(biāo)準(zhǔn)實施后，對于多數(shù)水泥企業(yè)來說，都感到既要使產(chǎn)品適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求，又不影響磨機產(chǎn)量、增加生產(chǎn)成本，對水泥粉磨系統(tǒng)進行優(yōu)化改造無疑是首選措施。 

　　1、粉磨工藝改造的原則 

　　以往進行粉磨工藝的研究主要注重提高磨機產(chǎn)量和降低粉磨電耗。事實上，粉磨工藝對產(chǎn)品的質(zhì)量有著很大影響，因此今后在研究和進行粉磨工藝改造時，應(yīng)全面考慮產(chǎn)量、質(zhì)量和能耗的關(guān)系。 

　?、殴?jié)能原則
　　由于傳統(tǒng)的球磨機粉磨工藝能源利用率太低，水泥生產(chǎn)中70%的電耗都用于生料和水泥的粉磨，因此節(jié)能是改造粉磨工藝的基本任務(wù)。 

　　⑵高產(chǎn)原則
　　提高粉磨設(shè)備的產(chǎn)量是改造和完善粉磨工藝的基本目標(biāo)。 

　?、莾?yōu)質(zhì)原則
　　產(chǎn)品不僅達(dá)到一定細(xì)度和比表面積，并有合理的顆粒級配和盡可能高比例的球形顆粒，是改造和完善粉磨工藝的重要任。

　　2、采用預(yù)粉碎技術(shù) 

　　預(yù)粉碎是球磨機粉磨系統(tǒng)大幅度提高產(chǎn)量的主要措施，按粉碎理論可分為預(yù)破碎和預(yù)粉磨。 

　　2.1 預(yù)破碎

　　預(yù)破碎一般是指在球磨機前設(shè)置一臺細(xì)碎機，使入磨粒度降低，將原來球磨機粗磨倉坦負(fù)的部分粗碎任務(wù)交由效率較高的細(xì)碎機來完成，即所謂的“多破少磨”。國內(nèi)采用水泥磨前加細(xì)碎機的措施已有數(shù)十年歷史，但受設(shè)備材質(zhì)的局限，該技術(shù)一直未能得到大量使用。當(dāng)前有些機械廠推出了新一代細(xì)碎機，使用壽命有一定提高，但關(guān)鍵部件磨損的問題仍沒有根本改善。

　　出庫物料的除鐵問題必須重視，往往是鐵塊或其它金屬雜質(zhì)對細(xì)碎機造成致命的傷害。增設(shè)預(yù)破碎后，球磨機內(nèi)部結(jié)構(gòu)也要進行相應(yīng)調(diào)整，尤其是一倉應(yīng)以提高研磨能力為目標(biāo)。有的廠曾嘗試過提高磨機轉(zhuǎn)速來提高產(chǎn)量，但效果不好。從理論上分析，加預(yù)破碎后入磨物料粒度降低，一倉的破碎作用與研磨作用已退居次要地位。磨速提高，研磨體提升高度增加，破碎能力增大而研磨能力降低，這顯然不符合要求。

　　采用預(yù)破碎系統(tǒng)進行提高磨機產(chǎn)量的改造，低投資是其最大優(yōu)勢，它主要適合于磨機輔助設(shè)備和輸送設(shè)備富裕能力有限，以及大幅度升級成本效益不合理的廠家。

　　2.2 預(yù)粉磨    

　　預(yù)粉磨是指球磨機前增設(shè)一臺粉磨設(shè)備，使原有的粉磨系統(tǒng)大幅度增產(chǎn)的措施。 

　　用于預(yù)粉磨的設(shè)備主要有短球磨、輥磨、輥壓機、筒輥磨等。上述四種預(yù)粉磨設(shè)備的能量利用率由低到高依次為短球磨、輥磨、筒輥磨、輥壓機。

　　采用球磨機作為預(yù)粉磨設(shè)備，建議采用半終粉磨流程，即預(yù)粉磨球磨機與選粉機組成閉路系統(tǒng)，使進入后續(xù)球磨機的物料粒度更加均勻，一般<2mm的占90%左右，最大粒度控制在<5mm，可縮短物料在磨內(nèi)的停留時間，避免出現(xiàn)“飽磨”現(xiàn)象。球磨機預(yù)粉磨工藝提高產(chǎn)量的幅度可達(dá)50%以上，不過節(jié)能效果較差，對于有閑置設(shè)備的廠家較為適宜。 

　　對于采用輥磨、輥壓機、筒輥磨作預(yù)粉磨設(shè)備，由于投資大，工藝相對復(fù)雜，一般在立窯水泥企業(yè)很少采用。

　　3、開流磨的技術(shù)改造

　　開流高細(xì)、高產(chǎn)磨技術(shù)主要用于水泥粉磨。對原有磨機進行改造時，應(yīng)具備以下工況條件：
　?、拍C直徑可大可小，即Φ1.5-3.8m均可，但磨機的長徑比至少要＞2.5；
　　⑵入磨物料綜合水分<2%；
　?、侨肽ノ锪狭６取⒀心ンw裝載量、磨機運行等正常穩(wěn)定；
　?、饶C通風(fēng)良好，收塵與計量設(shè)備完好。

　　3.1 開流磨技術(shù)改造的主要內(nèi)容 

　?、乓r板  
　　經(jīng)過長期生產(chǎn)實踐的檢驗，目前仍在使用的球磨機筒體襯板主要有11種形式。國外公司推出的襯板有逐漸統(tǒng)一的趨勢。一倉一般采用提升襯板即所謂的階梯襯板，二倉則采用分級襯板。但這種分級襯板不是國內(nèi)常見的錐形分級襯板或平襯板加錐形分級襯板，而是兩種甚至三種襯板的組合或復(fù)合體。經(jīng)過優(yōu)化組合或復(fù)合，一種襯板可發(fā)揮不同形式襯板的優(yōu)勢，從而保證了最大限度地將能量輸入裝球區(qū)，并盡量消除磨內(nèi)死區(qū)。建議有關(guān)單位加大研究力度，為水泥廠提供性能更優(yōu)越的襯板。

　　在目前開流磨進行技術(shù)改造時，段倉一般都安裝活化襯板，有效地消除了“滯留帶”，激發(fā)和強化了研磨體的運動。 

　?、聘魝}板  
　　對于隔倉裝置的改進，國內(nèi)企業(yè)仍關(guān)注于篦板的耐磨、耐沖擊及防堵等方面，而對于隔倉裝置對磨內(nèi)料、氣流的影響和控制作用重視不夠。以Φ2.2m球磨機為例，隔倉板有效通風(fēng)面積為0.38m2，中心件面積0.33 m2，中心件有效通風(fēng)面積0.03 m2，可見僅中心件的面積就相當(dāng)于隔倉裝置有效通風(fēng)面積的87%，同時也表明此形式的中心件有效通風(fēng)面積是相當(dāng)小的。通過分析比較，加大中心件通風(fēng)面積對于加大整個隔倉裝置通風(fēng)面積的影響最大，也是最可行的方案。因為無論加大篦板孔尺寸或增加開孔數(shù)量，都將對篦板強度及其對料球的控制作用產(chǎn)生較大影響。此外，改造老式中心件的另一個目的在于通過它來實現(xiàn)對物料流速的控制，從而方便靈活地調(diào)節(jié)磨內(nèi)各倉中的料球比，控制物料磨內(nèi)停留時間。

　　開流磨進行技術(shù)改造時，尾倉更換帶內(nèi)篩分裝置的隔倉板，嚴(yán)格控制進入尾倉的小顆粒，使前倉的鋼球和尾倉的小段各自最大限度地發(fā)揮破碎和研磨作用。

　　⑶研磨體
　　研磨體尺寸基于粉磨能力和喂料粒度，比較通用的是“兩頭小，中間大”的級配方案。因為各廠實際情況不同，磨內(nèi)研磨體和物料運動情況極為復(fù)雜，以及物料性能的差異，很難找出普遍不平適用的規(guī)律，長期在實踐中摸索才是獲得合適級配的有效途徑。

　　穩(wěn)定的粉磨工藝條件在很大程度上取決于研磨體的材質(zhì)。由于磨損消耗，研磨體的級配在磨機運轉(zhuǎn)過程中是不斷變化的，不同尺寸研磨體的磨損規(guī)律也不同。補球（段）只能保持裝載量相對平衡，不能保持級配始終如一。如果研磨體的硬度和耐磨性能差，在運轉(zhuǎn)過程中易發(fā)生變形和碎裂，不但影響粉磨效率，碎塊還會堵塞篦板孔，使隔倉裝置排料困難，磨內(nèi)運行狀況惡化，因此，提高研磨體的質(zhì)量才是磨機長期穩(wěn)定工作的有力保證，否則，再合理的級配方案也是難于始終能達(dá)到預(yù)期效果的。

　　從經(jīng)濟角度出發(fā)，研磨體損耗大，不僅影響粉磨能力，頻繁的停機補球?qū)е孪到y(tǒng)運轉(zhuǎn)率低和工況不穩(wěn)定，還會直接造成粉磨成本提高。國內(nèi)粉磨1t水泥，普通鋼球的損耗最大達(dá)1000g/t，補球周期多為半個月；耐磨球如軸承鋼球、高鉻球、低合金球等，可將損耗降至30-40g/t，僅為普通鋼球的1/25-1/30，補球周期可延長至半年以上；普通鋼球4000元/t，耐磨球7000-8000元/t，使用耐磨球雖說一次性投資較高，但其優(yōu)異的性能可大大減輕清倉補球的工作強度，提高磨機粉磨能力，顯著降低粉磨成本，進而帶來可觀的經(jīng)濟效益。

　　在目前開流磨進行技術(shù)改造時，采用微型研磨體以強化尾倉的研磨能力。直徑8-12mm的小段，單位質(zhì)量的個數(shù)是普通鋼段的20倍，總表面積是普通鋼段的2.5倍。研磨效率與研磨體的表面積的0.5-0.7次方成正比。小段的應(yīng)用起到了提高產(chǎn)量、增加產(chǎn)品比表面積、適當(dāng)改善微粉顆粒組成的至關(guān)重要的作用。

　?、攘隙畏蛛x裝置  對于微型研磨體，有必要設(shè)計一個讓細(xì)粉順利出磨，但微型研磨體不致跑出磨外的出料篦板裝置。

　?、珊侠淼墓に噮?shù)設(shè)置  改造后的高細(xì)高產(chǎn)磨，其工藝參數(shù)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的水泥品種、熟料的易磨性、混合材的品種和摻加比例、磨機規(guī)格等來設(shè)計磨機的倉位、研磨體的級配和確定細(xì)度的控制。

　　3.2、開流磨技術(shù)改造后的技術(shù)指標(biāo)    
　?、旁霎a(chǎn)20-35%，節(jié)電17-25%；    
　?、扑啾缺砻娣e可達(dá)300-350m2/kg；
　?、茄心ンw消耗可降低25%以上。

　　3.3、微型研磨體消除了在高細(xì)粉磨時的“惡性粉磨現(xiàn)象” 

　　⑴“惡性粉磨現(xiàn)象”的形成

　　在開流水泥磨中粉磨時,在磨倉內(nèi)的料球(段)率(物料占研磨體的百分率)隨著臺時產(chǎn)量降低而下降。粉磨比表面積越高，臺時產(chǎn)量就越低，其間料球(段)率就越低，即磨倉內(nèi)的存料越少，研磨體的能力顯得越大。于是球與球、段與段、球與襯板之間，在運轉(zhuǎn)過程中，碰撞狀態(tài)越是劇烈。

　　如果硅酸鹽水泥磨至320m2/kg以上比表面積時，水泥粉體里就有類似于小的魚鱗片狀體出現(xiàn)。若進一步提高至350-400m2/kg比表面積時，臺時產(chǎn)量較大幅度地下降，水泥中的似魚鱗片狀體增大增多，阻礙水泥細(xì)度的發(fā)展和比表面積的增長，磨內(nèi)溫度急劇升高。若磨至400-500m2/kg時，即使在磨體淋水條件下，出磨水泥溫度仍可高達(dá)200℃以上，石膏脫水為30-50%。水泥的流動性能和顆粒大小的分級性能顯著減弱，流速減慢，使物料在磨內(nèi)停留時間過長，在單位時間內(nèi)粉磨沖擊次數(shù)成倍地增多，因此水泥微小顆粒在過長時間內(nèi)，在強大的研磨體的機械外力沖擊下，反復(fù)粉磨、壓縮，引起水泥結(jié)團、集聚、速凝及在磨內(nèi)出現(xiàn)水泥包裹球、段和粘糊襯板、篦板等＂惡性粉磨現(xiàn)象＂。

　?、莆⑿脱心ンw可有效消除“惡性粉磨現(xiàn)象”

　　我國高細(xì)、高產(chǎn)磨的發(fā)明人-已故水泥粉磨專家、合肥水泥研究設(shè)計院蔣永燦教授在研究開流高細(xì)磨時，在粉磨比表面積高達(dá)400-500 m2/kg的硅酸鹽水泥時，磨內(nèi)也沒有出現(xiàn)＂惡性粉磨現(xiàn)象＂。其段倉的最佳參數(shù)：料段率為12%，填充率23%，微型段的平均尺寸12mm，粉磨情況正常良好。

　　與普通開流磨不同的是因為普通開流磨僅僅使用了大尺寸的研磨體，大多為Φ18X22mm、Φ20X25mm、Φ25X30mm，它們的單個重量與微型段相比要高出10-20倍，甚至30倍。
    3.4、圈流磨的技術(shù)改造
    
    隨著磨機規(guī)格的增大和現(xiàn)有磨機對節(jié)能、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的迫切要求，采用圈流粉磨是水泥粉磨工藝的必然趨勢。

　　4.1、選粉機 

　　圈流粉磨的必要設(shè)備是選粉機。選粉機的功能是通過將出磨料中達(dá)到一定粒徑的顆粒及時選出，減少磨內(nèi)過粉磨量，從而提高磨機粉磨系統(tǒng)效率。但選粉機本身并不產(chǎn)生細(xì)粉，選粉機的選用和改造應(yīng)與磨機的改造結(jié)合起來進行。當(dāng)然，一般說來，選粉機的效率高，系統(tǒng)產(chǎn)量也高。

　　選粉機的關(guān)鍵技術(shù)是“分散”、“分級”和“收集”?！胺稚ⅰ笔侵高M入選粉機的物料要盡可能地拋撒開來，物料顆粒之間要形成一定的空間距離。因此，撒料盤的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、撒料空間大小、物料水分及物料流量都直接影響著布料的分散率；“分級”是指物料分散后，在選粉室停留的有限時間內(nèi)，要充分利用氣流各種形式的分選功能，把物料的粗、細(xì)顆粒盡可能地分開，并送至各自的出口。因此，氣體流量、氣流速度、氣流方式、氣固交匯點和流場分布以及選粉室數(shù)量、結(jié)構(gòu)等對分級效率影響很大；“收集”是捕捉粗粉和細(xì)粉的能力，這與收集方式和收集部件的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。

　　1979年日本小野田公司開發(fā)了O-Sepa選粉機，它不僅保留了旋風(fēng)選粉機外循環(huán)的優(yōu)點，而且采用籠型轉(zhuǎn)子平面螺旋氣流選粉原理，從而大幅度提高了選粉效率。以它為代表的籠式選粉機稱之為高效渦流選粉機，也被稱為繼離心式選粉機、旋風(fēng)式選粉機之后的第三代選粉機。它的選粉效率一般在80%以上，與離心式或旋風(fēng)式的選粉機相比，渦流式高效選粉機可提高磨機產(chǎn)量15-40%，節(jié)電10-20%，體積小、重量輕、布置靈活，產(chǎn)品可在300-600m2/kg的比表面積內(nèi)任意調(diào)節(jié)，系統(tǒng)負(fù)壓操作，無粉塵污染。 

　　由于O-Sepa選粉機不帶細(xì)粉收集裝置，需要配備與其處理風(fēng)量相匹配的大規(guī)格的袋收塵器或電除塵器用于收集成品，這無疑較大幅度地增加了系統(tǒng)投資,也使工藝布置復(fù)雜，操作控制困難，在一定程度上限制了它的推廣和應(yīng)用。上世紀(jì)90年代南京化工學(xué)院張少明教授等研究、開發(fā)的轉(zhuǎn)子式旋風(fēng)選粉機，簡稱為轉(zhuǎn)子式選粉機。將籠型轉(zhuǎn)子選粉原理嫁接于旋風(fēng)選粉機而形成的一種實用于立窯水泥廠的中、小型高效選粉機。針對“分散”、“分級”和“收集”三個關(guān)鍵技術(shù)，它在結(jié)構(gòu)上比旋風(fēng)式選粉機有了突破性的改進。在相同產(chǎn)量的情況下，與高效渦流選粉機相比效率相當(dāng)，但可降低系統(tǒng)投資20-30%；與旋風(fēng)式及高效離心式選粉機相比，不但可減少設(shè)備規(guī)格，而且可提高效率20-40%。

　　隨著水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實施，各水泥企業(yè)普遍提高產(chǎn)品細(xì)度和比表面積，對水泥磨使用的轉(zhuǎn)子選粉機提出了更高的要求，因而制造廠商也都在不斷改進。如今年三月通過江蘇省級技術(shù)和產(chǎn)品鑒定的江蘇科行公司研制的內(nèi)循環(huán)選粉機，集德國動態(tài)選粉機懸浮分離、日本O-Sepa選粉機籠形分離、轉(zhuǎn)子選粉機旋風(fēng)分離、旁路除塵分離和輔助進風(fēng)分離為一體的五級分離的高效選粉機，其分散、分級及收集機理非常明確，尤其分級機理與離心式、旋風(fēng)式包括轉(zhuǎn)子式選粉機相比有突破性的改變，選粉機的各環(huán)節(jié)均達(dá)到了相當(dāng)高的水平，因而分級效率高達(dá)85%；從結(jié)構(gòu)上徹底解決了傳統(tǒng)選粉機的磨損、振動、分風(fēng)不勻、水泥早期強度低等缺點；對高產(chǎn)磨、高細(xì)磨、短磨、長磨及高水分物料有較強的適應(yīng)性。是具有明顯優(yōu)勢的分級設(shè)備。

　　4.2、開流改圈流粉磨后的工藝調(diào)整

　　開流改為圈流粉磨后應(yīng)作必要的工藝調(diào)整，主要有：
　?、配撉蚣壟?。一倉鋼球平均球徑要適當(dāng)增大。 
　?、聘魝}板的篦孔孔隙尺寸應(yīng)適當(dāng)?shù)胤糯?，以增加物料在磨?nèi)的流動速度。
　　⑶加大磨頭中空軸的喂料絞刀，以增加喂料量。
　?、燃?xì)度控制，生料磨可適當(dāng)放寬，80μｍ孔篩余可控制在10%以下。水泥磨細(xì)度要提高，比原開流粉磨時要細(xì)2-3%左右，以確保水泥的強度。

　　4.3 提高圈流磨水泥的比表面積

　　水泥成品的比表面積與其物理力學(xué)強度之間具有良好的相關(guān)性，某種意義上說，提高水泥的比表面積，增大其磨細(xì)程度是提高水泥強度的有效途徑之一。由于圈流粉磨工藝的特殊性及選粉機自身的分級精度，研磨體級配等方面的原因，其成品比表面積一般都不很高，制約了水化活性的發(fā)揮。實際生產(chǎn)過程中，可采取以下技術(shù)措施，將水泥比表面積提高至350m2/kg以上。

　　⑴積極采用磨前物料預(yù)處理技術(shù)，嚴(yán)格控制入磨物料最大粒度小于5mm，減輕磨機一倉負(fù)擔(dān)，適當(dāng)縮短一倉長度。延長二倉長度。
　　⑵根據(jù)入磨物料粒度優(yōu)化研磨體級配，縮小研磨體平均尺寸，增加研磨體與物料的接觸面積，創(chuàng)造更多的微粉。
　?、悄C一倉填充率應(yīng)低于二倉2～3%，并在二倉內(nèi)對襯板實施活化排列，如使用分級襯板等，對研磨體進行“激活”，充分發(fā)揮研磨體的細(xì)度作用。    
　　⑷適當(dāng)降低粉磨系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷，宜控制≤150%。同時還可適當(dāng)降低選粉機的循環(huán)風(fēng)量，使其能夠?qū)⒏?xì)的成品分選出來。
　?、刹扇娏νL(fēng)除塵措施，磨內(nèi)風(fēng)速宜控制1.0～1.5m/s。

　　借鑒圈流粉磨工藝特點，近年已開始研究用開流高細(xì)高產(chǎn)磨和高效選粉機組成新型的圈流粉磨系統(tǒng)，經(jīng)生產(chǎn)實踐表明，效果十分顯著，其增產(chǎn)節(jié)能可比開流粉磨系統(tǒng)和普通圈流粉磨系統(tǒng)提高30-80%，為水泥廠的粉磨增產(chǎn)節(jié)能提供了新的技術(shù)途徑。

　　由于許多圈流水泥磨使用的是老式的選粉系統(tǒng)，生產(chǎn)出的水泥比表面積偏低，水泥微粉量少，早期強度不足。另因磨機的倉長比不合理，加之隔倉板和出料篦板篦縫大，破碎倉未能細(xì)碎的物料涌入研磨倉，致使研磨倉研磨能力不足，磨尾吐渣嚴(yán)重，既污染了環(huán)境，又增加了工人勞動強度，而且水泥產(chǎn)量還低。為此合肥水泥研究設(shè)計院已利用高產(chǎn)高細(xì)磨技術(shù)對現(xiàn)有圈流水泥磨進行技術(shù)改造。圈流磨內(nèi)的物料流量大，而且隨著物料的波動而波動。因此要求在破碎倉與研磨倉之間的篩分裝置必須適應(yīng)這一工況，既要控制粒度，又要保證流量。在確定篩分方案時，圍繞提高水泥比表面積和產(chǎn)量的目標(biāo)，適當(dāng)調(diào)整倉位、優(yōu)化研磨體級配和填充率，同時采用特殊的出料裝置。根據(jù)通過篩分裝置的物料粒度已得到有效控制的情況，在研磨倉內(nèi)主要使用微型研磨體，強化研磨能力，以增加水泥中的微粉量及提高出磨細(xì)度合格率。經(jīng)改造后一般能使5-25μm的微粉量增加10-15%，水泥三天抗壓強度提高3.9MPa，水泥比表面積增加20m2/kg，磨機產(chǎn)量提高10-15%。

　　1、老式磨機存在的缺陷

　　1.采用滑動軸承：摩擦系數(shù)大，起動困難，運行阻力大，運行過程中主軸承產(chǎn)生大量的摩擦熱，缺油短水易產(chǎn)生事故，導(dǎo)致磨機運轉(zhuǎn)率低，維修量大，操 作人員多。

　　2.電耗高：老式磨機滑動軸承的摩擦系數(shù)在0.04—0.08，主軸承能耗占裝機容 量的11—15%，磨內(nèi)研磨結(jié)構(gòu)的影響，粉磨效率低，水泥噸電耗在25—30KWh，生料在14—18KWh。

　　3.耗油高：滑動軸承潤滑油在軸瓦與中空軸的正壓力和高溫的影響下易產(chǎn)生劣變，潤滑油消耗 高，有些磨機密封不良油耗會進一步加大，老式2.2m磨機年耗油在1—2噸。大型磨機需配套潤滑站，投資增加，運行中產(chǎn)生費用，設(shè)備安全運行受其影響大，需經(jīng)常維 護維修。稀油產(chǎn)生的油漬還會影響文明生產(chǎn)。

　　4.產(chǎn)量低：滑動軸承摩擦系數(shù)大，磨機起動困難，起動電流高，致使多數(shù)磨機達(dá)不到額定裝載量；受落后的粉磨工藝的影響，其磨機內(nèi)部研磨結(jié)構(gòu)技術(shù)落后，研磨效率低；不合理的研磨體的級配，這些都會導(dǎo)致磨機產(chǎn)量低。水泥廠常用的Ф2.2x7m和Ф2.4x13m水泥磨閉路產(chǎn)量多為10--13t/h和28—30t/h，現(xiàn)代磨機已達(dá)18—22t/h和32—36t/h。

　　5.安裝維修困難：巴氏合金瓦安裝時需要長時間的刮研、磨合，維修量大。

　　6.磨內(nèi)研磨結(jié)構(gòu)落后：老式磨機多數(shù)采用階梯襯板、有些采用環(huán)溝襯板和雙曲面；隔倉板也多采用單隔倉，二倉也不設(shè)置活化裝置，倉尾也沒有排料控置裝置，這些大大影響了磨機的研磨效率。

　　2老式磨機改造

　　1.主軸承改造

　　2.磨內(nèi)改造：襯板、隔倉板、料球平衡裝置。

　　3.磨機工藝改造：根據(jù)物料特性重新確定倉長比，調(diào)整研磨體級配和物料流速，磨前預(yù)粉碎技術(shù)。

　　4.擴徑改造：對Φ1.83m、Φ2.2m、Φ2.4m的短磨的筒體加粗，前題是主軸承改造，原電機、減速機、大小齒輪、基礎(chǔ)不變，產(chǎn)量可增加25%以上。

　　5.加長改造：將筒體較短的水泥磨加長，以適應(yīng)水泥新標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)量。

　　6.提速改造：老式磨機轉(zhuǎn)速較低，大部分研磨體沒處于最佳工作狀態(tài)，提速后增加了研磨次數(shù)，增加了動能。改造方法：主軸承更換為滾動軸承，滿足功率需求后改變減速機的速比。

　　1、球與段的研磨功能差異

　　磨機各倉實際上都具有破碎及研磨功能，只是主次及程度不同而已。細(xì)磨倉的主要功能是研磨，而小鋼球與小鋼段的研磨能力是不同的。物料填充在研磨介質(zhì)之間，研磨效率的高低主要取決于研磨介質(zhì)與物料之間的接觸表面積。若接觸表面積大，則研磨機會多，單位時間內(nèi)的成品生成率就高。等質(zhì)量的球與段相比，由于段的線接觸方式，從而明顯比球具有更高的接觸表面積。對于單倉而言，同樣的研磨體裝載量和同樣的喂入細(xì)料量，單位時間內(nèi)鋼段倉的成品生成量比鋼球倉要高，這是粉磨理論及應(yīng)用實踐所證明了的。需要指出的是，目前細(xì)磨倉的研磨介質(zhì)尺寸相對物料而言都太大，這里有篦縫寬度限制等原因。丹麥的康必登磨和我國開發(fā)的高細(xì)磨都較好地解決了這一問題，在細(xì)磨倉成功地應(yīng)用了微細(xì)鋼段，顯著地提高了研磨效率。當(dāng)然采用高效能的篩分隔倉板及磨尾回段裝置是成功的關(guān)鍵。因此應(yīng)當(dāng)明確，對于細(xì)磨和超細(xì)磨，段比球的研磨效率要高。

　　2、水泥細(xì)磨倉的研磨體改用小鋼球的原因

　　目前國外水泥磨機在細(xì)磨倉趨向于使用小鋼球代替鋼段，其原因為:
　?、攀褂眯′撉虻哪芎谋刃′摱蔚?； 
　　⑵優(yōu)質(zhì)小鋼球的磨耗比鋼段小得多；
　　⑶小鋼球磨出的水泥顆粒形貌呈球形的比鋼段磨出的要多，但使用鋼段可使磨內(nèi)物料流速較快、能防止水泥在磨內(nèi)結(jié)團。

　　磨機的粉磨功能總體上包括破碎與研磨兩個部分，磨機工況的最優(yōu)化即是使破碎與研磨能力達(dá)到平衡，從而提高粉磨效率，此時產(chǎn)量與成品細(xì)度均在較好水平，這也是解決粉磨問題的最基本原則。正確分析不同工況下破碎與研磨能力的匹配情況，才是決定細(xì)磨倉的研磨體采用鋼段還是采用鋼球的判斷依據(jù)。

　　3、細(xì)磨倉選用小鋼球的必要充分條件

　?、湃α鞣勰?
　　開流粉磨，磨機內(nèi)物料一次性通過，出磨料即為成品，因此對研磨的能力要求較高。圈流粉磨則需保證一定的物料循環(huán)量，無論采用離心或高效選粉機，磨尾卸料的細(xì)度篩余（80μm）一般控制在30-40%，所以對研磨能力的要求相對低于開流磨。為保證成品細(xì)度，開流磨的細(xì)磨倉一般應(yīng)采用鋼段。圈流磨的細(xì)磨倉可采用小鋼球，一方面可加快物料流速，增加通過量；另一方面入細(xì)磨倉的物料篩余（200μm）要比開流磨高，對保證有一定的小鋼球沖擊有好處。 

　?、祁A(yù)粉碎
　　磨前的預(yù)粉碎有一級或多級和開流或圈流，它決定了入磨物料的粒度。目前高效細(xì)碎機、輥壓機等可明顯降低入磨粒度，甚至80%左右的物料在2mm以下，這實際上已完成了磨機Ⅰ倉的大部分功能，緩解了磨機的負(fù)擔(dān)。預(yù)破碎效果好，則Ⅰ倉的長度要縮短，且鋼球的平均球徑可下降。而鋼球的平均球徑的下降則使Ⅰ倉的研磨功能增強，進入細(xì)磨倉的物料篩余相對降低，從而細(xì)磨倉的研磨負(fù)擔(dān)減輕。若入料粒度穩(wěn)定在很好的水平上，則開流磨的細(xì)磨倉也可采用小鋼球，既能保證細(xì)度，又提高了產(chǎn)量。相反，若預(yù)粉碎環(huán)節(jié)很差，磨機Ⅰ倉完全成了破碎倉，則細(xì)磨倉的研磨負(fù)擔(dān)加重，即使圈流磨也不能輕易使用小鋼球。盡管調(diào)節(jié)選粉機能控制細(xì)度，但可能因研磨能力不足而無形中犧牲了產(chǎn)量。

　?、悄C長度
　　這主要針對開流磨而言。目前水泥廠使用十幾米開流長磨的為數(shù)不少，一般分三至四倉。磨機長度決定了物料的粉磨路徑即粉磨時間的長短，長磨機內(nèi)物料的有效粉磨時間自然要長。況且較雙倉短磨，長磨機的合理多倉使粉磨功能更加明確，研磨體級配易于合理，粉磨效率大為提高，則采用小鋼球為宜。如此時再使用鋼段，既會減緩物料流速，降低產(chǎn)量，又容易造成過粉磨現(xiàn)象，產(chǎn)生糊段及逆粉碎效應(yīng)，反而降低研磨效率。

　?、葌}長比例
　　這主要針對圈流磨而言。目前雙倉圈流磨的Ⅰ、Ⅱ倉長度各廠并非完全相同。有比例為1:2的，也有接近1:1的。1:2的比例為正常范圍，此時Ⅱ倉選用小鋼球比較合適。若兩倉長度相近，則易造成Ⅰ倉粗磨能力過剩而Ⅱ倉細(xì)磨能力不足。若再使用小鋼球，則Ⅱ倉在相對減小的粉磨容積中難以完成所需的研磨任務(wù)，最后導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

　　⑸粉磨水泥的品種
　　這主要針對水泥而言。水泥的品種不同，則對粉磨的細(xì)度要求也不同。茲舉兩種：

　　a.快硬（或超細(xì)）水泥  要求水泥水化快、早強高。除礦物組成有要求外，對水泥的細(xì)度控制也很嚴(yán)格。這也對磨機的粉磨提出了更高要求。此時無論開流長磨還是圈流磨都應(yīng)考慮在細(xì)磨倉使用小鋼段，而對鋼球的使用一定要慎重。從目前的應(yīng)用實踐看，用鋼段磨制的超細(xì)水泥效果較好。

　　b.多混合材摻量水泥  為降低生產(chǎn)成本，工廠盡可能地多摻混合材，如有的企業(yè)礦渣甚至摻到40-50%的比例。礦渣的易磨性差，對于共同粉磨時，磨機的研磨功能必須很強。摻量高時，喂料中礦渣及循環(huán)回磨的細(xì)料之和比例很高，而粗磨倉對這些料的研磨作用很有限。細(xì)磨倉應(yīng)優(yōu)先使用小鋼段，否則即使高效選粉機也難以提高產(chǎn)量，因為磨機研磨能力不足，磨尾卸料中成品量有限，若再提高磨機循環(huán)負(fù)荷，則磨機更適應(yīng)不了。

　　⑹水泥顆粒的球形化
　　如前所述，水泥顆粒的球形化程度越高，則水泥的強度越高。為提高水泥強度和充分發(fā)揮熟料的作用，對水泥顆粒的球形化要求高的，應(yīng)創(chuàng)造條件，在水泥磨的細(xì)磨倉使用小鋼球。

　　4、橢圓球在水泥粉磨中的應(yīng)用

　　從棒球磨降低粉磨電耗中得到啟迪，出現(xiàn)了橢圓球，它具有圓形球所不具備的優(yōu)點，已開始應(yīng)用于水泥粉磨中。

　?、艡E圓球與同直徑的圓球相比，質(zhì)量增加，沖擊力增強；與同重量的圓球相比，橢圓球重心低，斜面穩(wěn)定性好，提升高度比圓球高，破碎能力大，而其較好的穩(wěn)定性又使得研磨體作瀉落運動時的剪切作用大大增強。

　　⑵橢圓球表面各點曲率半徑不同，可形成不同粒徑的接觸角，與不同粒徑的物料同時接觸的機會大于圓球。計算機模擬實驗表明：橢圓球與物料的有效接觸面積比圓球大30%，且在接觸角內(nèi)對不同粒徑的物料產(chǎn)生弧形鉗制，因而對物料具有選擇性粉磨和良好的篩分作用，使水泥的顆粒級配和顆粒形貌得到有效改善。

　　⑶弧形鉗制使得橢圓球的點接觸在粉磨物料時不再是幾何意義上的點接觸，其接觸作用已向曲線和曲面延伸。橢圓球特殊的幾何形狀和設(shè)計參數(shù)增加了磨機的粉磨能力，增大了成品的比表面積，提高了水泥的實物質(zhì)量。實踐已經(jīng)證明，橢圓球作研磨介質(zhì)時，比圓球提高水泥比表面積20m2/kg以上。

　?、入姾捎屑舛朔烹娞匦?，電荷富集橢圓球的兩端，可減輕橢圓球大粉磨面的微粉吸附，從而提高了粉磨效率。

　?、捎捎跈E圓球之間、橢圓球與襯板之間接觸物料的面積增加，使得鋼球和襯板的損耗減少，噪音降低。

　　5、球段混裝

　　已有報道，在圈流水泥磨的尾倉中采用球段混裝比單純使用小鋼球（Φ20-40mm）或單純使用鋼段的效果要好，既保證了合理的水泥比表面積，又提高了磨機的產(chǎn)量。而單獨使用小鋼球研磨，水泥水泥比表面積、抗壓強度下降；單獨用鋼段磨機產(chǎn)量下降。另從顆粒圖象觀測儀觀察發(fā)現(xiàn)，水泥顆粒的圓度系數(shù)也得到較大提高。