賈華平：半終粉磨工藝與水泥的需水量

天瑞集團水泥有限公司總工賈華平

所謂半終粉磨，準確的說就是在粉磨系統(tǒng)的預粉磨階段，提前選出一部分細度已經(jīng)合格的半成品，將其直接加入到成品中。讓細度上已經(jīng)合格的產(chǎn)品提前離開粉磨系統(tǒng)，不再接受后續(xù)粉磨，從而提高整個粉磨系統(tǒng)的選粉效率，減少過粉磨現(xiàn)象、減少粉磨能的浪費，提高系統(tǒng)的粉磨效率。

半終粉磨，實際上是利用選粉設備的閉路工藝，對現(xiàn)有聯(lián)合粉磨工藝的一種優(yōu)化。根據(jù)所選預粉磨設備的不同，有多種具體形式，但由于系統(tǒng)選粉效率的提高，其提高粉磨效率是一定的。

關于半終粉磨工藝的水泥需水量問題，幾種半終粉磨工藝不盡相同，具體要看其在預粉磨階段采用什么設備，導致成品中的微粉含量、顆粒級配和顆粒形狀有何變化。微粉含量的增加、顆粒級配的窄化、顆粒形狀的非球形化，都會導致水泥需水量的增加。

比如早期的兩臺球磨機串聯(lián)粉磨工藝（第一臺是閉路的）就是最早的半終粉磨，能提高粉磨效率，能減少過粉磨現(xiàn)象，減少水泥的微粉含量，確實能降低水泥的需水量；比如近年有將生料中卸烘干磨改造的水泥磨，應屬于緊湊型的半終粉磨，但由于其水泥的顆粒級配較窄，水泥的需水量有所增加。

現(xiàn)在多數(shù)說到半終粉磨，實際上指的是輥壓機半終粉磨。就是將輥壓機閉路系統(tǒng)收集的部分細粉直接加入到水泥成品中，一些商家在推行中有一種說詞是值得商榷的。據(jù)說：一是能增加產(chǎn)量降低電耗，二是能改善水泥的顆粒級配，減少其微粉含量、拓寬其粒度分布，降低水泥的需水量。[Page]

1、輥壓機半終粉磨系統(tǒng)概述

所謂輥壓機半終粉磨系統(tǒng)，參見圖5.167，就是將輥壓機閉路系統(tǒng)中一部分未加整形的水泥顆粒，直接加進了水泥成品之中，由此提高了整個粉磨系統(tǒng)的選粉效率，使細度上已經(jīng)合格的部分物料不用再通過球磨機耗電粉磨，提高產(chǎn)量和降低電耗是必然的，這一點兒毋容置疑。

至于輥壓機半終粉磨的水泥需水量，既取決于水泥的微粉含量（水化速度）、顆粒級配（堆積密度），還與水泥的顆粒形狀（堆積密度）有關。微粉含量的減少、級配的拓寬能降低水泥的需水量，但顆粒形狀的異化（非球形化）又能增加水泥的需水量。

實踐證明，輥壓機半終粉磨系統(tǒng)的水泥，其需水量總體上是增加的；至于增加多少，與進入輥壓機的原始物料的特性及細度有關，即輥壓機對其顆粒形狀的異化程度有關。天山蘇州水泥公司的半終粉磨系統(tǒng)流程如圖5.167所示。

圖5.167 天山蘇州水泥公司的半終粉磨流程

如圖5.167所示，由于其在V選與旋風收塵器之間加了一臺選粉機，降低了對成品水泥顆粒級配的拓寬能力，這對降低水泥的需水量是不利的。姑且不論是否能拓寬顆粒級配的分布范圍，但可以肯定，這部分物料主要是沒有通過球磨機整形的輥壓機細粉，其顆粒的球形度是較差的。

影響水泥需水量的堆積密度，除與水泥的顆粒級配有關外，還與水泥的顆粒形狀有關，圓度系數(shù)（與顆粒投影面積相等的圓的周長與顆粒投影面積的實際周長之比）越高，與水的接觸表面積就越小，標準稠度需水量就越小。

輥壓機為料床擠壓一次粉碎，效率高但球形度不好，球磨機為多次沖擊研磨，效率低但球形度高，這也正是在水泥粉磨系統(tǒng)中輥壓機甩不掉球磨機的主要原因，甚至輥壓機配單倉短球磨的試驗也尚未成功。所以，輥壓機半終粉磨系統(tǒng)不可能改善水泥的需水量，事實證明輥壓機半終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的水泥，其需水量反而比較高，不太受用戶歡迎。

實際上，如果考慮拓寬水泥的顆粒級配，降低其需水量，將球磨機磨內(nèi)通風的收塵粉直接加入成品中更加合適。但要注意收塵粉的細度，如果存在過粗的顆粒，則可以在袋除塵器之前加一級旋風除塵器。

但這不等于說輥壓機半終粉磨系統(tǒng)就沒用了，反倒可以說是精細化管理的一項成果。輥壓機半終粉磨雖然具有水泥需水量高的缺點，但對提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量和降低電耗還是確實有效的。任何性能的提高都伴隨著針對性提高和適應性下降，只要我們能用其長避其短，輥壓機半終粉磨還是能有所作為的。

比較適應輥壓機半終粉磨的條件：對輥壓機異化顆粒形狀小的物料（比如較細的粉煤灰），對水泥需水量不敏感的市場和用戶、對于大部分低標號水泥、對于水泥開路粉磨系統(tǒng)、對于比表面積控制比較低的水泥、對于需水量不高的熟料、對于外摻礦渣微分的水泥。

不太適合輥壓機半終粉磨的因素：對水泥需水量要求苛刻的市場和用戶、對于大部分高標號水泥、對于水泥閉路粉磨系統(tǒng)、對于比表面積控制比較高的水泥、對于需水量高的熟料、對于比較差的石灰石礦山、對于堿含量比較高的原料。

實際上，上述條件都不是一成不變的，有時適應有時不適應。我們可以設計為“半終粉磨”和“聯(lián)合粉磨”并存的工藝，按需切換、各取所長、互相彌補，在具備條件的情況下把產(chǎn)能發(fā)揮到最大、把電耗降到最低。

2，輥壓機半終粉磨未增加需水量的案例

這里有一個特殊案例，2014年初，河南某水泥公司在一番調(diào)研后，加了一臺三分離選粉機，將自己的一臺Ф4.2m×13m水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)改成了輥壓機半終粉磨系統(tǒng)，其改造后的系統(tǒng)流程如圖5.168所示。

改造后，生產(chǎn)PC32.5水泥，產(chǎn)量比原來的每小時270多噸提高了20%以上，電耗尚未詳細統(tǒng)計，但肯定有較大的降低；水泥強度、特別是大家強調(diào)的水泥需水量，看不到有什么變化。老板興奮的說：我說行、你們說不行，這不很好嗎，設計院不是說需水量會增大嗎？有時候設計院的話也不一定就對。

一周后，該公司總經(jīng)理突然接到施工單位的電話，說水泥質(zhì)量出問題了。該公司有全面的質(zhì)量指標統(tǒng)計，生產(chǎn)中沒發(fā)現(xiàn)任何問題，施工中怎么會有質(zhì)量問題呢？該總經(jīng)理立即趕到現(xiàn)場，結果看到墻上的水泥砂漿難以推平、小車中拌好的水泥砂漿表面浮著10多mm厚的一層水。

壞了，是水泥的保水性出問題了。該總經(jīng)理回廠后立即下令停止了試生產(chǎn)，并給三分離選粉機加了一個旁路管道，恢復了聯(lián)合粉磨生產(chǎn)系統(tǒng)。該總經(jīng)理十分納悶的說，設計院不是說需水量會有問題嗎，沒有人說過保水性出問題呀！老板這一次又有話說了。

圖5.168 河南某公司水泥半終粉磨系統(tǒng)流程

實際上，老板和總經(jīng)理都不要怪設計院，輥壓機半終粉磨系統(tǒng)不利于控制水泥需水量，這話沒有說錯，是一個共性問題。該公司的問題肯定有其特殊性，是一個個性問題，要具體問題具體分析。[Page]

事后了解到，該公司PC32.5水泥的粉煤灰摻加量達到30%以上，而且摻加的是經(jīng)過二級粉煤灰選剩的余灰，細度總體較粗、微粉已經(jīng)很少?！俺梢彩捄螖∫彩捄巍币?，需水量沒出問題、保水性出了問題都是這個粉煤灰的原因。

需水量之所以沒有象其它公司一樣出問題，是因為其摻有大量的粉煤灰。粉煤灰本身為球形顆粒，未通過輥壓機的粉煤灰被直接選進水泥成品中，不會惡化水泥的總體顆粒形狀；粉煤灰總體較細，即使它經(jīng)過了輥壓機，因為在其他組分大顆粒的掩護下，粉煤灰的顆粒形狀也不會有多大改變。如此，輥壓機半終粉磨未能改變水泥的顆粒形狀，所以其需水量也不會有多大變化。

哪水泥的“保水性”為什么會出問題呢？粉煤灰是表面致密的球形顆粒，吸附水的能力本來就差，大摻量粉煤灰水泥的保水性，即使沒出問題也已經(jīng)處于臨界狀態(tài)；保水性與粒度成反比，該公司所摻的粉煤灰又是經(jīng)過二級粉煤灰選剩的余灰，細度總體較粗、微粉已經(jīng)很少，再不經(jīng)過球磨機研磨改善，水泥的保水性肯定要惡化。

實際上，還有一個沒有引起大家重視的問題，選粉機雖然與易磨性關系不大，但其選粉性能與各組分的體積密度和容重相關聯(lián)。比如，如果你采用粉煤灰做混合材，則粉煤灰與熟料的容重就相差較大，選粉機對粉煤灰和熟料的選粉性能是不會“一碗水端平”的，其選出的產(chǎn)品中熟料較細、而粉煤灰較粗，等于放松了對影響保水性的粉煤灰的把關。

我們知道，選粉機的分選原理是按物料的粒徑切割分離的，一般講某臺選粉機在某種特定情況下都存在一個切割粒徑，小于切割粒徑的物料進入成品，大于切割粒徑的物料則進入回粉當中，被視為不合格品返回粉磨系統(tǒng)繼續(xù)研磨。

選粉機對粒徑的切割，依賴于氣流施予物料的速度、以及選粉機轉(zhuǎn)籠葉片（或?qū)эL板）作用于物料的失速回彈，而這兩個因素對不同容重的物料其效率是不同的。對于容重大的熟料，由于其表面積小，獲得的速度較小、受到的回彈力較大，通過選粉機轉(zhuǎn)籠的機會就少；對于容重小的粉煤灰則不同，由于其表面積大，獲得的速度較大、受到的回彈力較小，通過選粉機轉(zhuǎn)籠的機會就大。

如此分析，該公司也不一定就要把輥壓機半終粉磨系統(tǒng)廢掉，可以通過調(diào)整選粉機，把水泥成品細度控制得再細一點，就有可能解決其保水性問題。當然，調(diào)整后產(chǎn)量就高不了那么多了，電耗就降不了那么多了，在不得已的情況下應該退而求其次，在電耗與保水性之間找一個平衡點，看是否還能有利可圖。

3，輥壓機半終粉磨系統(tǒng)的平衡案例

任何事物都是一分為二的，輥壓機半終粉磨也不例外，雖然具有增加水泥需水量的缺點，但對提高產(chǎn)量和降低電耗卻是實實在在的，輥壓機半終粉磨工藝可以說是對聯(lián)合粉磨系統(tǒng)精細化管理的一次深入探討。

任何性能的提高都將伴隨著針對性提高和適應性下降，對任何事物我們追求至善至美沒有錯，但在某一方面不能退讓時必須懂得從另一方面退而求其次，才能用其所長避其所短，尋求一個兩方面都能接受的平衡點。

應該說，盡管大家對輥壓機半終粉磨的看法還不統(tǒng)一，但都在關注它的存在和發(fā)展是一致的。特別是江蘇鹽城，輥壓機半終粉磨幾乎成了一個產(chǎn)業(yè)，是多家公司主推的工藝，已經(jīng)由一味的唱好逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵤虑笫橇?，應該是一種進步。在2014年8月15日的《中國建材報》上，發(fā)表了一篇“談水泥半終粉磨系統(tǒng)改造實踐的體會”的文章，就是由鹽城市水泥粉磨技術研究所陳開明等撰寫的，應該具有較大的參考價值。

該文詳細介紹了他們在溧陽金峰水泥對半終粉磨系統(tǒng)的調(diào)試體會，文章既講到“系統(tǒng)產(chǎn)量在原有基礎上提高了20%~25%”，又同時講到“這種工藝形式也不完全是盡善盡美的，如果一味注重系統(tǒng)產(chǎn)量的提高而忽視了水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，那么最終也是得不償失的，業(yè)內(nèi)已有多家水泥生產(chǎn)企業(yè)將原本拆除了的旋風式分離器重新恢復使用（筆者注：就是將半終粉磨恢復到聯(lián)合粉磨）便是明證”。

文章進一步提出了“半終粉磨系統(tǒng)改造的提產(chǎn)幅度，一般情況下控制在20%～25%為宜”的結論，這一點是有問題的，這只是在一個廠一定時期的結論，還不具備推而廣之的可信度，但畢竟提出了限產(chǎn)的概念。提產(chǎn)幅度應該控制不錯，但具體控制多少合適，各個廠的情況是不一樣的，這取決于通過輥壓機的物料中含有多少細度合格的微粉，與原始物料的特性和細度有關，選粉機只能選出合格的產(chǎn)品而不能制造合格的產(chǎn)品，各廠切勿盲目照搬。

溧陽金峰水泥原有4條水泥生產(chǎn)線，均為Ф1.7m×1.2m輥壓機＋Ф4.2m×13m球磨機＋O-Sepa4000選粉機的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。系統(tǒng)裝機容量約8500kW，生產(chǎn)PO42.5水泥，配料為熟料81%、粉煤灰2%、石膏5%、礦渣5%、石灰石7%，比表面積340～350m2/kg，臺時產(chǎn)量220t/h，水泥需水比在26.8%～27.5%之間，綜合電耗為32~35kWh/t。

該公司先對其中一臺水泥磨進行了輥壓機半終粉磨改造，將V選后續(xù)的旋風分離器更換成FV4000型渦流選粉機，并進行了一系列的適應性調(diào)整和產(chǎn)質(zhì)量平衡后，產(chǎn)量穩(wěn)定在了270t/h，與相同條件未改的4#粉磨系統(tǒng)相比，在臺時產(chǎn)量提高了20%的情況下，水泥需水量達到了可以接受的27%～28%之間。

起初，因改造后系統(tǒng)阻力的增加，使得風速下降，V型選粉機中占比較大的中粉無法進入磨機系統(tǒng)，球磨機因“吃不飽”使磨內(nèi)溫度升高，超過了磨瓦報警溫度而頻繁停機，同時系統(tǒng)產(chǎn)量不僅沒有增加，反而從220t/h下降到180t/h。解決辦法是優(yōu)化系統(tǒng)工藝布置，降低系統(tǒng)阻力，同時提升風機性能克服系統(tǒng)阻力，系統(tǒng)產(chǎn)量迅速提升到320t/h。

在系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提高的同時，隨之而來的是水泥需水量的同步上升，最高時達到了29.5%，嚴重制約了水泥的銷售。調(diào)試過程中又對熟料與混合材的配比、水泥的細度等方面進行了調(diào)整，并將系統(tǒng)的產(chǎn)量降回到270t/h，水泥需水比才得以穩(wěn)定在27.5%左右。

綜合改造及調(diào)試情況，鹽城市水泥粉磨技術研究所，對水泥半終粉磨系統(tǒng)改造總結了一些注意事項，現(xiàn)整編如下：

（1）不可一味追求高產(chǎn)量，更不應夸大宣傳，這樣會對用戶會產(chǎn)生誤導作用。無論提產(chǎn)的空間多大，必須要保證產(chǎn)品的質(zhì)量，具體表現(xiàn)在水泥的需水量和早期強度兩個方面。

（2）產(chǎn)量提高20%時，水泥的需水量和3天、28天強度幾乎不發(fā)生變化；產(chǎn)量提高25%時，需水量增加了3%~5%，水泥的3天、28天強度都不同程度出現(xiàn)小幅下降；產(chǎn)量提高30%以上時，水泥的需水量就超出了市場的承受能力。輥壓機半終粉磨系統(tǒng)改造的提產(chǎn)幅度，一般情況下控制在20%～25%為宜。

（3）輥壓機半終粉磨導致了入磨物料的微粉減少，打破了原有一二倉能力的平衡，實踐證明，在一倉加入一定數(shù)量Φ80mm的鋼球是必要的；為彌補在預粉磨系統(tǒng)中選出的水泥顆粒形狀不好的缺陷，使得通過球磨機的水泥顆粒的形狀更加重要，應控制好球磨機的磨內(nèi)流速，減小磨內(nèi)通風和增設擋料環(huán)都是必要的措施。[Page]

4，沒有輥壓機的半終粉磨

前面談了半終粉磨能提高粉磨能力、降低粉磨電耗；談了輥壓機半終粉磨，由于水泥的顆粒球形度不好，是增加水泥需水量的主要原因。那么，是否有一種不用輥壓機的半終粉磨，既提高產(chǎn)量、降低電耗，又不增加或者少增加水泥的需水量呢？

南京蘇材重型機械有限公司、近期推出的“風選磨半終粉磨”系統(tǒng)（參見圖5.169、圖5.170）就有這種特性，該系統(tǒng)實際上是球磨機串聯(lián)粉磨的一個變種,具有如下兩個特點：

（1）由于用風選磨取代了半終粉磨系統(tǒng)的輥壓機，回避了水泥顆粒形狀的球形度問題，就緩解了水泥的需水量問題，這已在球磨機串聯(lián)粉磨上得到驗證。更準確點說，是在較大程度上改善了半終粉磨水泥的需水量問題，因為任何半終粉磨都是提高了整個系統(tǒng)的選粉效率，選粉效率的提高必然帶來顆粒級配的窄化，水泥顆粒分布的窄化必然導致需水量的提高，這是風選磨半終粉磨系統(tǒng)也回避不了的。

（2）由于用風選磨取代了球磨機串聯(lián)粉磨的“第一臺”球磨機，相當于結合水泥技術裝備的發(fā)展對球磨機串聯(lián)粉磨工藝進行了優(yōu)化，使粉磨效率得到進一步提高。但概念必須清楚，單就某臺設備來講，盡管風選磨的效率比“第一臺”用球磨機高，但它還是沒有輥壓機高，這是它的粉磨原理決定的。

圖5.169 南京蘇材的風選磨半終粉磨工藝流程

圖5.170 揚中大地水泥公司的風選磨半終粉磨系統(tǒng)

盡管風選磨的效率沒有輥壓機高，但由于其改善了輥壓機半終粉磨的水泥需水量問題，使得風選磨半終粉磨的系統(tǒng)效率、在同等水泥需水量的情況下、反而比輥壓機半終粉磨系統(tǒng)有所提高、系統(tǒng)粉磨電耗進一步降低，而且風選磨半終粉磨的系統(tǒng)投資比輥壓機半終粉磨系統(tǒng)低一半左右。綜合平衡起來，特別對于已有生產(chǎn)線的改造，應該是一種不錯的選擇。

該系統(tǒng)的特點，除了采用半終粉磨新工藝以外，關鍵還采用了風選磨這個新設備，這里有必要作一簡單介紹。所謂風選磨，其工作原理如圖2.12所示，實際上是大家已經(jīng)熟悉的球破磨的一個改進型，主要改進之處在于采用了筒體邊緣排料，并在出料處設置了粗細篩分裝置。應該強調(diào)指出，這一改進對半終粉磨系統(tǒng)是非常重要的，單就粉磨效率來講，球破磨半終粉磨達不到風選磨半終粉磨的效果，是無法與輥壓機半終粉磨相比的。

管磨機在回轉(zhuǎn)過程中筒體內(nèi)的物料會產(chǎn)生粗細離析，較大的顆粒傾向于分布在筒體的中心，細粉傾向于分布在筒體的周邊，中心出料具有中心料優(yōu)先的特點，既容易導致中心的粗顆粒跑粗，又容易造成周邊的細粉過粉磨，這顯然是不合理的。風選磨改為邊緣出料，給分布于筒體周邊的細粉以優(yōu)先出磨的機會，較好地解決了球破磨的跑粗和過粉磨問題，提高了粉磨效率。

風選磨設置有出料篩分裝置，使出磨物料的顆粒受到嚴格控制，設計大于1mm的顆粒不得出磨，留在風選磨內(nèi)繼續(xù)粉碎直至達到出料要求，從而為半終選粉打下了基礎、為后續(xù)球磨機減輕了負擔、為系統(tǒng)提產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

風選磨的出磨物料細度，一般控制在80μ_m篩余50%左右。2014年7月17日，曾經(jīng)對揚中大地水泥公司的風選磨出料取樣，由南京工業(yè)大學進行了電鏡粒徑分析，測得的粒徑分布見圖5.171和表5.79。

圖5.171 風選磨出磨物料電鏡粒徑數(shù)據(jù)分布

表5.79 風選磨出磨物料電鏡粒徑數(shù)據(jù)

由表5.79可見，風選磨的出磨物料最大粒徑為724.44μ_m，全部達到了1mm以下，這對于球破磨以及通常的球磨機是做不到的，說明了風選磨出料篩分裝置的有效性。但應該指出，這一結果的基礎是風選磨采用了邊緣出料，控制了跑粗行為，為出料篩分打下了基礎；如果是球破磨或現(xiàn)在的球磨機，即使設置了出料篩分裝置，也不可能得到這一結果。

2014年8月4日的《中國建材報》，刊出了一篇“南京蘇材風選磨半終粉磨工藝通過專家評議”的報道。報道指出：近日，江蘇省建材行業(yè)協(xié)會組織有關專家，對南京蘇材重型機械有限公司研制的“風選磨半終粉磨工藝及裝備”，聽取了報告、考察了使用、審閱了資料，進行了質(zhì)詢和評議。

專家評議會一致認為：該系統(tǒng)具有工藝簡潔、設備簡單、操作方便、工作穩(wěn)定可靠、工況適應性強、投資運行費用低等突出優(yōu)點。經(jīng)江蘇、貴州部分廠家實際使用，與輥壓機半終粉磨工藝相比，產(chǎn)量相當，電耗進一步降低2kWh/t～3kWh/t，混合材多摻3%～5%。

水泥是由整個粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)的，而不僅是其中的某臺設備生產(chǎn)的，輥壓機的粉碎效率高并不表示它所在的系統(tǒng)粉磨效率就高。前面關于溧陽金峰的調(diào)試已經(jīng)談到這個問題，僅管輥壓機的能力可以使半終粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量提高30%以上，但由于受水泥需水量的制約，只允許輥壓機半終粉磨系統(tǒng)提高20%的產(chǎn)量。

關于需水量的制約問題，對風選磨半終粉磨系統(tǒng)的影響，比對輥壓機半終粉磨系統(tǒng)的影響要小得多。這就是說，僅管輥壓機能力較大，但不允許它全部發(fā)揮出來；雖然風選磨能力較小，但允許它充分發(fā)揮。最終使得風選磨半終粉磨系統(tǒng)的效率，并不比輥壓機半終粉磨系統(tǒng)的效率低，甚至還有所提高。

江蘇揚中大地水泥在會上詳細介紹了實際運用情況：公司原有Φ3.5m×13m開路水泥磨機1臺，今年春天采用南京蘇材風選磨半終粉磨工藝進行了技術改造，增加了1臺FM40風選磨（φ4.0×5m）作為預粉磨工藝的設備，增加了1臺新型SX1500型選粉機作為前（風選磨）閉路、后（球磨機）開路工藝的選粉設備，合格成品直接入庫，粗粉進入原有球磨機再粉磨。改造后，系統(tǒng)臺時產(chǎn)量由65t/h提高到120t/h，粉磨電耗由原來的36kWh/t降低到了28kWh/t，熟料利用率提高3%～5%。