邹伟斌单传动辊压机在水泥、矿渣预粉磨应用(1)

DG单传动辊压机-----一种新型高效低能耗预粉磨设备在水泥、矿渣联合粉磨系统中的应用

邹伟斌 中国建材工业经济研究会水泥专业委员会

摘要：据调查了解，国内水泥制成有20多种粉磨工艺系统，均各有其特点，但以采用辊压机+分级机+管磨机（或带选粉机）联合粉磨工艺系统为多，本文介绍了一种新型高效、低能耗的预粉磨设备----DG单传动辊压机及其与动态或静态分级机+管磨机组成的联合粉磨系统，在水泥粉磨与矿渣微粉制备中的应用及其取得的显著增产和节电效果；

关键词：DG单传动辊压机 联合粉磨 粒度效应 裂纹效应

1. 前言

实施磨前物料预处理工艺，缩小入磨粒度、改善易磨性，是提高水泥粉磨系统产、质量，降低粉磨电耗最直接、最有效的技术途径。在世界能源日趋危机、追求低碳及循环经济发展的今天，如何使水泥粉磨系统进一步节能降耗，是摆在我们粉磨工程技术人员面前的迫切任务。

国内水泥制成工序普遍使用管磨机终粉磨，其粉磨机理系利用研磨体的集群冲击、破碎与研磨效应完成水泥粉磨过程。由于磨机一仓球形研磨体与物料之间为点接触，空隙较大，加之磨内四周空间不限，难以形成料床粉磨，即研磨体对物料做功具有随机性，电能大部分转换为热量与噪声、电能利用率低、粉磨效率低、电耗较高。在材料水份受控的前提下，其生产能力与入磨物料粒度尺寸密切相关，磨机产量对物料粒度的变化非常敏感：入磨粒度越大，系统产量越低、粉磨电耗越高，反之亦然。但当入磨物料粒度较小或大部分呈粉状时，则可显著弥补一仓粗碎能力不足的缺陷，充分发挥管磨机细磨能力有余、对水泥颗粒整形的粉磨技术优势。

自二十世纪八十年代中期，高效率料床粉磨设备—辊压机在德国问世以来，我国通过技术引进与自主研发制造的辊压机已广泛应用于水泥、化工、金属矿山及其他行业，国内新型干法水泥生产线生料制备采用辊压机终粉磨工艺系统，与中卸风扫烘干磨及立磨工艺相比，据保守测算吨生料可节电5-8kwh/t甚至以上，节能空间大；但在水泥制成工序中，由于辊压机终粉磨工艺制备的水泥颗粒级配分布较窄、颗粒形貌球形度差、标准稠度需水量大、凝结时间不正常、使用性能不良等因素影响，辊压机及分级设备只承担预粉磨功能。

辊压机料床粉磨效率高出管磨机3-4倍，经挤压分级后的入磨物料粒度缩小，物料内部致密结构被高压破坏，出现较多微观裂纹，从而显著改善了易磨性，邦德功指数可降低10-25%，入磨物料同时具备“粒度效应”及“裂纹效应”，这两种效应的存在与叠加，为系统增产、节电创造了先决条件；以目前运行的水泥联合粉磨系统为例，根据被磨物料品种、理化性能及所采用的分级设备不同，入磨物料的切割粒径不同，以及水泥质量控制指标不同，后续管磨机系统的增产幅度也不同，一般可达50-100%甚至更高，节电幅度20-30%。

关于磨机产量与入磨物料粒度之间的关系，可由下式表述:

Kd=G2/G1=(d1/d2)X （1）

式中:Kd-磨机的相对生产率或称粒度系数

G1、G2-分别代表入磨粒度为d1、d2时的磨机产量(t/h)

X-指数，与物料特性、成品细度、粉磨条件等有关，一般在0.15-0.35之间.

现以X=0.20为例，以此推出不同入磨粒度时磨机的相对生产率Kd.

表1 不同入磨粒度时磨机的相对生产率Kd

d1 25 20 15 10 5 3 2 d2 25 kd 1.00 1.05 1.00 1.11 1.06 1.00 1.20 1.15 1.08 1.00 1.38 1.32 1.25 1.15 1.00 1.53 1.46 1.38 1.27 1.11 1.00 1.66 1.58 1.50 1.38 1.20 1.08 1.00 20 15 10 5 3 2 由表1计算数据可以看出：若将入磨物料粒度由25mm缩小至2mm，甚至1mm以下时，至少可使后续磨机增产幅度达到60%以上，这与实际生产应用中的情况是比较吻合的。

磨前处理是关键：原管磨机一仓的粗碎功能被磨前高效料床粉磨设备取代，辊压机与分级设备承担了粉磨系统中50-70%的工作量，磨机一仓长度可缩短，最大球径和平均球径可进一步缩小，当配置动态分级机，入磨物料切割粒径≤2.0mm时，磨机一仓可用直径Φ60mm-Φ30mm四级配球;当分级筛板孔径偏大或磨损漏料（应及时补漏），入磨物料切割粒径＞2mm及物料易磨性较差、磨尾排渣颗粒较多时，一仓应引入直径Φ70mm球，采用四级或五级配球，平均球径一般在DCP 42mm-48mm之间选取，以保证对少数颗粒物料的粗碎;当物料粒度小、粉料较多、易磨性较好时（若采用干粉煤灰混合材），一仓还可引入适量直径Φ20mm小球降低球间空隙率，平均球径可取DCP≤40mm，以强化粗研磨能力，为第二仓有效过渡及第三仓细磨创造条件。

当配置静态分级机，入磨物料切割粒径≤0.9mm时，一仓可采用直径Φ40mm、Φ30mm、Φ25mm、Φ20mm、Φ17mm钢球五级级配；若物料易磨性较差，不采用用Φ17mm球时，应适当引入少量Φ50mm球形成五级级配，平均球径可在DCP 21mm-29mm之间选取。增加粗研磨能力的同时，能够明显降低衬板及研磨体消耗。一仓长度比例减小，则有效地延长了磨机细磨仓长，物料磨细能力显著增加。由于挤压分级后的物料晶格缺陷增多、微观结构的破坏和入磨粒度的缩小，更能够

充分发挥管磨机对水泥颗粒的细磨及整形功能，提高磨细程度及球形颗粒比例。当磨制矿渣微粉，经挤压及静态分级后的入磨矿渣颗粒≤0.5mm时，后续管磨机一仓长度缩短的同时，可减小平均球径，但要考虑矿渣的易磨性，一般采用Φ50mm-Φ20mm五级级配，平均球径可在DCP 20mm-30mm之间选取，以增强一仓研磨能力。

磨内磨细是根本：相对于微米级粉体的水泥成品颗粒而言，因挤压分级后的入磨物料多数已呈粉状，管磨机内部细磨仓可使用小规格、高硬度研磨体，同时根据仓长比例安装配置3-5圈活化环以激活小研磨体，为其创造三维运动空间。宜采用直径Φ14mmx14mm、Φ12mmx12mm、Φ10mmx10mm微锻三级级配或视出磨篦板缝尺寸引入直径Φ8mmx8mm微锻，平均锻径可取DCP 10mm-12mm。以充分发挥磨细能力，实现整个粉磨系统优质、高产、低消耗。

2. 现阶段水泥联合粉磨系统中的辊压机与分级设备

相对于单粒物料、低效率空中打击的破碎机而言，辊压机料床挤压粉磨与其配置的动、静态分级设备在联合粉磨系统中承担了极其重要的预粉磨任务，基于高效的磨前预处理工艺，良好的实现了系统中的“分段粉磨”，从而使得整个粉磨系统大幅度增产、节电；德国KHD公司对不同水泥粉磨系统电耗调查结果列于表1：

表2 不同水泥粉磨系统电耗对比 粉磨系统 球磨系统 预、混合粉磨系统 联合粉磨系统 终粉磨系统 单位电耗（kwh/t） 39 33 28 24 电耗对比 （%） 100 84.6 71.8 61.5 节电幅度 （%） 0 15.6 28.2 38.5 从表2数据得知：除辊压机终粉磨系统（去掉管磨机）节电幅度最大，联合粉磨系统单位粉磨电耗可实现28kwh/t，明显低于普通球（管）磨粉磨系统11kwh/t,节电潜力大，须充分挖掘之。

联合粉磨系统与单纯的预粉磨系统（无分级设备）不同，要求管磨机前置的辊压机处理能力大，经分级提高入磨细粉量，以实现较大幅度增产节电。现阶段有的联合粉磨系统中前置辊压机与管磨机的装机功率比达到2:1甚至以上，辊压机处理能力上去了，同时装机功率也随之增大了，即使系统产量有较大提高，但因系统装机功率过大等因素影响，吨水泥粉磨电耗仍难以保持在27kwh/t以下。据笔者调查了解，除极少数企业水泥联合粉磨系统吨水泥粉磨电耗能够达到27kwh/t左右外，绝大多数都高于这个数值。

3. 新型单传动辊压机的技术特点及运行案例分析 3.1DG单传动辊压机技术特点

一种采用高压弹簧装置的高效率、低能耗“DG单传动辊压机”已在长沙坚韧机械有限公司问世，并申报获得了国家实用新型发明专利（专利号ZL200720063684.5）,通过该单传动辊压机挤压后的物料粒度＜5mm占100%、＜2mm占80%、＜0.080mm占30%，经分级机分级后的入磨物料0.080mm筛余45.5%（＜0.080mm颗粒占54.5%)、0.9mm筛余27%(＜0.9mm颗粒占73%)，与双电机传动、液压系统加压的辊压机+动态分级设备分级后的入磨物料粒度分布基本相同，且挤压后的料饼手触即碎，说明入机物料所受挤压力均匀、挤压效果较好；

该辊压机为单电机与行星齿轮减速机传动，辊子线速度及对物料施加压力恒定，主电机装机功率比液压双传动辊压机节省45%左右。 除上述外，该单传动辊压机尚具有以下技术特点： 3.1.1采用润滑脂润滑，无稀油站，润滑无动力，，便于维护；

3.1.2既可配置动态分级机，分级后入磨物料切割粒径＜3mm；亦可配置静态分级机，分级后入磨物料切割粒径＜0.9mm；

3.1.3两个挤压辊之间采用硬面齿轮传动，辊子线速度1.76m/s，与液压双传动辊压机辊子线速度相当；

3.1.4配置压力调节及辊缝调节装置、物料防漏装置，调节方便,不偏辊； 3.1.5故障极少，运转率高达95%以上，维护、操作简单、维护费用低； 3.1.6辊面采用优质耐磨焊条处理，工作层表面硬度达HRC60-63，使用寿命≥8000h；

3.1.7辊面两端有耐磨钢板精加工的基准边高线，当辊面磨损到基准边高线以下时，需进行堆焊处理；

3.1.8与管磨机组成联合粉磨工艺可获得系统增产50%以上，节电幅度20-30%的技术经济效果；

3.1.9 与相同规格液压双传动辊压机相比，单台投资节省1/3。投入使用后，节省电耗部分的效益累积，不足一年即可收回投资，投资回收期短；

现以Φ3.2×13m开流水泥磨配置的120-50辊压机（物料通过量120-180t/h）及动态分级机来对比两种系统的主机功率，见表2：

表3 120-50辊压机及磨机主机功率对比（台时产量85t/h） 辊压机类型 规格 主电机功率 分级机功率 水泥磨规格 主电机功率 合计 双传动液压 120-50 500kw 75kw Φ3.2×13m 1600kw 2175kw DG单传动 120-50 250kw 15kw Φ3.2×13m 1600kw 1865kw 表3数据说明，从主电机装机功率来看，DG单传动辊压机比双传动液压辊压机要低310kw，系统主机功率节省45%左右。

3.2水泥及矿渣联合粉磨实际应用案例

3.2.1NY水泥公司Φ3.2×13m三仓开流水泥磨，原生产P.C42.5级水泥(比表面积≥360m2/kg)台时产量49t/h，吨水泥粉磨电耗36.19kwh/t；采用120-50单传动辊压机及动态分级设备后，台时产量达80t/h（最高时达92t/h），增产31t/h、增幅63.27%，粉磨电耗降至25.71kwh/t，降幅28.96%,节电10.48kwh/t；采用辊压机与动态分级机及管磨机组成联合粉磨系统，年按60万吨水泥计，年节电628.8万kwh，按电价0.65元/kwh计，节电效益达408.72万元。

3.2.2GD水泥公司Φ3.2×13m三仓开流水泥磨生产P.O42.5水泥，原台时产量50t/h，粉磨电耗35.47kwh/t，采用120-50单传动辊压机及动态分级机后，入磨物料粒度均＜2mm，台时产量上升至76t/h,增产26t/h、增幅52%，粉磨电耗降至27.07kwh/t,降幅23.68%，节电8.4kwh/t；采用辊压机与动态分级机及管磨机组成联合粉磨系统，年按60万吨水泥计，年节电504万kwh，按电价0.65元/kwh计，节电效益达327.6万元。

3.2.3CZ建材公司Φ2.6×13m三仓开流矿渣磨，生产S95级矿渣粉（比表面积

≥400m2/kg），原台时产量16t/h，吨矿粉电耗73.01kwh/t；加装120-50单传动辊压机及静态分级设备后，挤压分级后入磨矿渣粒度均＜0.5mm，其中＜0.1mm矿渣粉料占80%，＜0.080mm粉料占40%，台时产量提高至26t/h，增产10t/h、增幅62.5%；粉磨电耗降至57.39kwh/t，节电15.62kwh/t，节电幅度21.14%；采用辊压机与静态分级机及管磨机组成联合粉磨系统，年按20万吨矿粉计，年节电272.8万kwh，按电价0.65元/kwh计，节电效益达177.72万元。

3.2.4JP水泥公司Φ3.2×13m三仓开流矿渣磨，生产S95级矿渣粉（比表面积≥400m2/kg），原产量26t/h，吨矿粉电耗68.71kwh/t，采用120-50单传动辊压机与静态分级设备后，挤压分级后入磨矿渣粒度均在0.5mm以下，台时产量提高至40t/h,增产14t/h、增幅53.85%，吨矿粉电耗降至54.05kwh/t,节电14.66kwh/t，节电幅度21.34%；采用辊压机与静态分级机及管磨机组成联合粉磨系统，年按30万吨矿粉计，年节电439.8万kwh，按电价0.65元/kwh计，节电效益达285.87万元。

根据笔者调查分析：部分企业应用单传动辊压机与分级设备后，管磨机内部配置尚应及时改进，如对仓长比例、研磨体级配、隔仓板篦缝、磨内通风、控制操作等技术参数进行优化调整，系统仍有一定的增产、节电空间，亟待挖掘之。 4.结束语

4.1水泥联合粉磨（或半终粉磨工艺）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-闭路系统）；只要将每一段（子系统）的能力充分发挥到极致，均能实现系统增产及节电效益最大化。 4.2必须重视联合粉磨系统中的除铁措施，避免铁块伤及辊面而影响挤压效果及辊面工作寿命。

4.3水泥粉磨电耗指标是评价系统节能的标尺。与相同规格双传动液压辊压机相比，在达到相同挤压效果时，DG单传动辊压机装机功率低45%，单台投资节省1/3，性价比高，节电效果显著。安装使用后，仅节电效益累积，不到一年即可收回设备投资，投资回收期短。

4.4DG单传动辊压机运转率高，操作简单，维护方便且成本低。

4.5DG单传动辊压机辊面采用国内知名品牌优质焊丝堆焊，辊面硬度高（HRC60-63），使用寿命≥8000h。

4.6从调查了解来看，DG单传动辊压机与动、静态分级机成功应用于水泥及矿渣微粉联合粉磨系统，与双传动液压辊压机相同，挤压分级后的入磨物料“粒度效应”与“裂纹效应”叠加，易磨性显著改善，系统台时产量至少可提高50%以上，节电幅度20-30%。建议在国内水泥、矿渣微粉联合粉磨生产线推广使用，促进节能减排与低碳经济良性循环，功在当代，利在千秋。

4.7建议DG单传动辊压机制造单位，应继续研制大型号、物料处理能力大的辊压机及分级设备，以适配于直径Φ3.8m、Φ4.2m及以上规格管磨机组成的联合粉磨系统。

参考文献

[1].邹俊甫、邹伟斌，《水泥熟料磨前预处理方法讨论》，《中国建材装备》，1995.2

[2].邹伟斌《水泥联合粉磨系统故障原因与解决措施》，《新世纪水泥导报》2012.3期

[3].邹伟斌，《水泥粉磨系统优化分析与探讨》，《四川水泥》，2011.5期-6期

[4].邹伟斌等，《联合粉磨开路磨系统增产与调整》，《第二届水泥工业中控操作论坛论文集》，《新世纪水泥导报》杂志社，2012年5月武汉

[1].邹俊甫、邹伟斌，《水泥熟料磨前预处理方法讨论》，《中国建材装备》，1995.2

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[3].邹伟斌，《水泥粉磨系统优化分析与探讨》，《四川水泥》，2011.5期-6期

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