水泥輥壓機終粉磨系統的工業化應用

何毛，李洪生，馬健，王小峰，杜鑫

在物料粉磨設備的發展歷程中，球磨機因具有運轉穩定的特點而一直沿用至今，其能量利用率約為240～320m2/kJ。而采用料床粉磨形式的立式輥磨的能量利用率約為450m2/kJ，料床壓力更大的輥壓機能量利用率可達600m2/kJ[1]。因此，輥壓機自20世紀80年代出現之后，就開始逐步應用于各種物料粉磨領域。

在水泥生產的“兩磨一燒”工藝過程中，生料和水泥兩次粉磨消耗的生產用電約占全廠的60%～70%[2]。同時，水泥粉磨比生料粉磨更為復雜，不僅因為水泥成品細度比生料細，而且水泥配料的綜合易磨性Bond功能指數往往比生料原料更高。水泥成品除了需要滿足細度要求外，還需要滿足需水量、流動度、凝結時間及強度等其他物理性能要求，影響其物理性能的因素也較多。

目前輥壓機在生料粉磨系統中的應用主要以終粉磨工藝為主，而水泥粉磨系統主要有預粉磨、聯合粉磨及半終粉磨等三種粉磨形式，球磨機在粉磨過程中仍承擔部分粉磨作用。為進一步降低水泥粉磨的系統電耗，天津水泥工業設計研究院有限公司通過實驗室試驗及工業化實踐，成功將輥壓機終粉磨系統用于水泥粉磨領域，實現了水泥粉磨“無球磨化”的新突破，降低了水泥系統電耗。本文將水泥輥壓機終粉磨系統的工業化應用作一簡單介紹，供同行參考。

1 水泥輥壓機終粉磨系統工藝流程

水泥輥壓機終粉磨系統包括物料計量配料、提升輸送等工藝流程，包括輥壓機、選粉機、旋風筒、收塵器及風機等設備（圖1）。物料經計量配料和提升輸送，進入輥壓機上方的荷重小倉，繼而被輥壓機擠壓粉磨。出輥壓機的物料由循環提升機送往選粉機進行分選，分選后的粗料（V型選粉機的粗料和動態選粉機的粗料）返回輥壓機被再次擠壓，而合格的水泥成品被風帶入旋風筒收集，整個系統用風由旋風筒后的系統風機提供。系統流程及主機配置見表1。

2 水泥輥壓機終粉磨系統運行參數

水泥輥壓機終粉磨系統生產期間設備主要運行參數見表2，系統物料配比、成品平均產量、細度及比表面積見表3。

圖1 水泥輥壓機終粉磨流程圖

表1 水泥輥壓機終粉磨系統設備配置表

表2 終粉磨系統運行期間主機設備參數*

表3 水泥配料比例及成品參數

3 水泥成品性能對比

資料顯示，水泥輥壓機終粉磨系統所生產的水泥與經球磨機粉磨后的水泥相比，粒度分布窄，球形度差，導致終粉磨水泥存在需水量大、流動度小等問題。針對此問題，公司研發了用于水泥輥壓機終粉磨系統的動態選粉機，通過調整選粉機的不同工作狀態，能夠實現對成品顆粒級配較大范圍內的調整。為了考察輥壓機終粉磨水泥成品性能，我們從生產中選取了一組終粉磨水泥樣品，與另一條輥壓機聯合粉磨系統所生產的水泥成品進行比較。兩組樣品采用相同的原材料和相近的控制指標，檢測內容包括水泥和混凝土的物理性能和工作性能。

所選取的兩組樣品比表面積接近，水泥性能檢測結果見表4。

此外，我們還對上述樣品進行了激光粒度分布檢測，結果對比見圖2。從圖2看出，終粉磨樣品粒度分布相對較寬，＜3μm和＞32μm的顆粒含量均多于聯合粉磨系統成品，這是保證終粉磨成品的水泥性能與聯合粉磨系統成品相當的關鍵。兩種樣品各粒級分布比例對比見表5。

4 混凝土性能對比

4.1 兩種混凝土樣品的工作性能對比

采用相同的外加劑、相同的配合比，對兩種水泥配制的C30混凝土初始坍落度和1h后坍落度經時損失等相關性能進行了測定。混凝土配合比見表6。

表4 水泥輥壓機聯合粉磨系統及終粉磨系統成品指標對比

表5 兩種樣品各粒級分布比例對比

表6 混凝土工作性研究實驗確定的混凝土配合比，kg/m3

按照混凝土初始坍落度180mm±20mm、1h后坍落度損失≤50mm的要求，本次兩組混凝土樣品試驗均能滿足此要求，見表7。

4.2 兩種混凝土樣品的物理強度對比

按照表6所列的配合比，對兩種水泥配制的C30混凝土物理強度進行了測定，各齡期強度對比見表8。從表8可見，兩組混凝土均滿足C30的強度標準。

圖2 聯合粉磨系統與終粉磨水泥成品激光粒度檢測結果對比

表7 混凝土坍落度及坍落度經時損失檢測結果對比

表8 兩組混凝土物理強度檢測結果對比

5 水泥終粉磨系統運行情況

根據水泥輥壓機終粉磨系統的現場運行情況來看，在水泥配比、細度及比表面積一致的前提下，與輥壓機聯合粉磨系統相比，水泥輥壓機終粉磨系統運轉穩定，電耗大幅降低（與該廠帶球磨機的聯合粉磨系統相比，系統電耗降低約20%），節能效果明顯。

相同條件下，輥壓機終粉磨水泥的需水量、凝結時間及膠砂強度等性能與聯合粉磨水泥相當，水泥凈漿流動度略低，但混凝土的坍落度相當。

與聯合粉磨水泥相比，輥壓機終粉磨水泥的45μm篩篩余及80μm篩篩余均略高，均勻性系數小，粒度分布更寬，對水泥性能有一定的改善作用。

輥壓機終粉磨水泥與聯合粉磨水泥樣品采用相同配合比制成的混凝土，在工作性能、物理性能及耐久性能等方面均非常接近，且二者都滿足相應的等級標準。