再谈磨钢球级配
作者：黄有丰 出处：水泥商情网 更新时间：2008-3-27 21:03:07 热 ★★★ 磨机产量的高低，影响因素较多，但根据物料入磨粒度大小调整磨机内各仓研磨体的级配，对粉磨效率、磨机产量、产品质量都有着直接影响。因此，磨机各仓研磨体的装载量、级配和如何填充、补球及加强技术管理具有十分重要的意义和经济价值。 1 磨机的生产工艺
磨机的生产工艺方法有两种：一是开路，二是闭路。开路系统与闭路系统的磨机出磨物料的细度是不同的，因而磨机内各仓的钢球级配也不同。开路生产出磨物料的细度即是成品的细度。用闭路系统生产，出磨物料由斗式提升机输送到选粉机入口进行物料颗粒粗细分离，粗粉回到磨机再粉磨，细粉则要符合产品质量要求。产品的颗粒级配合理与否，，它与钢球级配有着直接关系。当前有不少水泥企业，水泥磨二仓或三仓都采用钢段，从水泥颗粒级配和颗粒形貌来分析，作者认为采用小钢球比钢段要好。磨机的出磨细度按0.08 mm筛，筛余从20%、25%、30%到55%、60%，究竟在生产中选用那一种筛余为最佳值，要从生产中 规律。一般闭路生产系统中，如选粉机选粉效率高，出磨细度控制在35%～55%之间。但要指出出磨物料细度的控制与选粉机的效率有关，例如，选粉机的回粉细度，按0.08 mm筛，筛余从35%、40%、45%到70%、80%，当然粗粉回粉率能控制在80%以上，即将回粉中的细颗粒(即合格的细颗粒)减少到最低程度，这可使磨机入料端增加喂料量，就能提高磨机产量、降低电耗，同时还可减轻磨机出口提升机的负荷量，保持提升机正常运行，提高磨机系统的运转率。
2 磨机负荷量
磨机负荷量的确定应根据填充率(钢球所占容积与磨机总有效容积之比，以百分数表示)、磨机设备状况、传动减速机与电动机的现状，选择磨机最佳填充负荷。通过生产实践体会，管磨机研磨体填充率一般为29%～30%，以30%为宜。根据笔者对新积累的磨机资料的统计，管磨机一仓填充率可提高到32%～33%，特别是第一仓室增加填充率后，可增强磨机的的破碎能力，对加速一仓物料通过速度是有好处的，这对磨机提高产量创造了有利条件。在短球磨机中磨机负荷率可达38%～40%。此外还应根据不同物料粒度大小、颗粒级配与易磨性等作必要调整。例如地方水泥企业中普遍采用的Φ2.2 m×6.5 m的球磨机，如
设有Φ3.5 m～4 m离心式选粉机，为闭路生产方式。磨机一仓的填充率(磨机一仓的钢球负荷量)可适当增加到32%～33%，如电动机、减速机等设备状况完好，还可再增加1%，其关键在于提高磨机的出磨细度，一般可控制在40%～50%。浙江萧山水泥厂水泥磨的出磨细度控制在55%左右，充分发挥闭路生产系统的选粉机作用，提高闭路系统的生产效率。但要注意如超越规定范围太大，有可能与二仓室粉碎能力不平衡，反而会导致电耗增大，也不利于设备安全运转。因此，磨机填充系数的确定，要根据磨机各仓室粉碎能力平衡、设备安全条件和生产实践积累的各种技术数据和经验等进行综合分析调整钢球的装载量，并合理地进行钢球级配，从而提高磨机的产量、质量，降低粉磨电耗。
研磨体装载量的确定，可按下列公式计算：
式中：G——磨机研体装载量，t；
D——磨机有效直径，m；
L——磨机有效长度，m；
V——磨机有效容积，m3；
φ——磨机填充率，%；
r——研磨体容积密度，t/m3。
根据生产实践，为简化计算，运用公式(1)即可得出磨机总的钢球段的装载量，例如Φ2.2 m×6.5 m球磨机按公式D2.L计算即可得出磨机可装载钢球段为31.4 t。另按照总的装球量即可算出磨机的单位台时产量，如表1所示。
表1 球磨机中每吨钢球每小时生产生料和水泥的数量
类别 | 单位 | 开路系统 | 闭路系统 |
生料 | t/h | 0.55～0.65 | 0.65～1.0 |
水泥 | t/h | 0.35～0.45 | 0.45～0.6 |
| | | |
举例说明，上述Φ2.2 m×6.5 m球磨机，钢球段的装载量为31.4 t ，闭路粉磨水泥按上表查得每吨钢球段可生产水泥0.45～0.6 t，如按0.5计算，即31.4×0.5＝15.7，得出该磨机的预测台时产量为15.7 t。
磨机内研磨体一仓与二仓之间装载量有的主张前后两仓基本一致，即称中心线水平法，装载量是在一个中心水平线上；有的主张后仓略低一仓水平，填充率后仓少1%左右；有的主张二仓略高于一仓。总的要使磨机内物料流速均衡，防止二仓物料过粉碎现象和增加电耗，这样产品细度易于控制。总的要求磨机一、二仓的粉碎能力应保持平衡，笔者主张应加大一仓的粉碎能力，可适应闭路生产系统的要求。
3 物料的入磨粒度大小与钢球级配的关系 物料的入磨颗粒的大小与钢球的级配有着密切的联系。入磨物料颗粒大了，钢球级配就需要调整。一般入磨物料的粒径从25 mm降到15 mm以下，磨机产量一般可提高10%～15%。相反的入磨物料的粒径大于25 mm有少量的40～50 mm时，磨机产量必然下降，电耗增大。因此，要根据入磨物料的粒径大小来选择钢球的大小。在国际上，根据邦德理论计算为基础，结合磨机工艺参数和生产实践，提出了计算最大球的公式： 式中：B——最大球径，mm；
F——物料粒度，80%通过量的筛的孔径，mm；
SG——物料比重，g/cm3；
Wi——邦德指数；
%nc——临界转数的百分比，%；
D——磨机内径，m。
最大球径与物料粒度的关系见图1。 图1 最大球径与物料粒度的关系 图1给出了计算结果，熟料最大颗粒粒径为25 mm、F＝15 mm，所得出的最大球径为90 mm，这与实际情况基本一致，从生产实践与经验配球法也是一致的。进入细磨仓的物料粒度F≈0.5 mm，最大球径为18～20 mm，这比实际配球小得多，需根据经验进行调整，计算公式有一定的误差。
经验配球法：主要根据磨机入磨物料的颗粒大小和颗粒的筛分曲线来进行合理级配。具体做法是：①入磨物料粒度的大小及颗粒大小所占的百分比；②按照入磨颗粒的大小来确定钢球、钢段的大小，即多大的颗粒，需要选择多大直径的钢球；③要考虑磨的生产方式是开路系统还是闭路系统，开路与闭路系统磨机一仓篦板通风面积、磨内风速是不相同的，闭路系统通风面积要大12%～14%。还要注意篦板中心孔的面积，两项总和约为26%～28%；④要注意磨机每一仓室的钢球装载量和填充系数等等。
根据生产实践，近百台磨机的资料统计，即可得出多大的入磨物料需要多大的球径和钢段的规格，可参照表2查得。 表2 入磨物料粒度与钢球段的大小 |
|
顺序 | 入磨物料颗粒大小
(mm) | 比例(%) | 选择球径的大小
(mm) | 比例(%) |
1 | 30～25水泥磨 | 15 | 100～90 | 15 |
2 | 25～20 | 20 | 90～80 | 20 |
3 | 20～15 | 15 | 80～70 | 15 |
4 | 15～10 | 20 | 70～60 | 20 |
5 | 10～5 | 10 | 90～50 | 10 |
6 | 5～3 | 5 | 50～40 | 5 |
7 | 3～1 | 5 | 40～30 | 5 |
8 | 1～0.5 | 5 | 30 | 5 |
9 | 0.5 | 5 | 20、15 | 5 |
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注：若物料硬度过硬球径可选择偏大的一号，即90 mm球选100 mm的大球。 根据入磨物料颗粒所占的百分比即可得出小钢球所占的百分比，这是经验配球法的特点，就是物料颗粒大小的百分比，即是钢球级配的百分比，基本一致。
举例说明，某水泥厂磨机规格为Φ1.83 m×6.1 m，该磨机总的钢球装载量19.5～20 t，第一仓装8.5～9 t，例如磨机一仓入磨物料粒径25～30 mm占总的物料量的15%，则第一仓就需要选择钢球直径100 mm或90 mm的大球，加入量占总重量9 t的15%。依此类推。如物料的易磨性差，在选择球径时，可适当增大。
经验配球法，要注意到第一仓的功能是冲击粉碎，钢球的填充系数一般为30%～32%，根据磨机的电动机、减速机等具体情况，也可适当取高一点，可取32%～34%，即增加一仓粉碎能力，加快磨机粉碎速度。
同时需要考虑一仓磨机篦板的通风面积。开路系统一般在7%～8%，闭路生产系统要在12%以上，采用螺桨式高效离心选粉机的闭路系统，还可适当增大，可控制在12%～14%，其目的是加速物料在一仓内的通过速度，提高其粉碎能力。
采用闭路系统的磨机，在生产控制上，管理上要每天测试物料出磨细度(即入选粉机的物料细度)，同时还要测试选粉机回粉的细度和物料成品的细度，及时掌握选粉效率。 4 优化磨内结构技术 (1)球磨机的技术参数主要有仓室长度、衬片形式，篦板的通风面积，研磨体的选样及球的材质等。一仓磨机篦板和篦板中心圆板的通风面积闭路系统一般在20%～24%，闭路生产系统要在26%～28%。加强磨机通风，加快物料在一仓内的通过速度，提高其粉碎能力。
(2)改进磨机内衬板形式和排列方式，使磨内研磨体的运动轨迹发生变化，与物料粒度及粉磨过程有效适应，以达到增产、节电、降低噪声和球耗。在磨机的第一仓内采用沟槽衬板，也有的在一仓内沟槽与锥形分级衬板混合使用(沟槽占60%，分级占40%)。
沟槽衬板的作用，使得钢球在衬板上以密排方式结构堆积，球与球之间的有效碰撞几乎增大。研磨体的脱离角度由55°增大到60°，说明钢球在沟槽衬板上的滑动增大，致使磨机载荷的重心降低，扭矩减小，可降低驱动功率。
沟槽衬板对钢球的抛泻没有额外的加速作用，钢球不会打击衬板，大大提高了粗磨仓的使用安全性及粗磨作用，提高球磨机的粉磨效率和明显的节电效果。 |
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来源：新世纪水泥导报
水泥粉磨系统优质高产、节能降耗的技术分析
作者：赵介山 出处：水泥商情网 更新时间：2008-3-14 10:22:13 热 ★★★
水泥颗粒是一种人工粒体，水泥的体颗粒具有高比表面积（单位质量物质的二相界面面积）与多分散性（某一样品中每一颗粒都不尽相同）的两大特征。
水泥的粉体状态的一般表达：磨细程度（细度和比表面积）、颗粒分布和颗粒形貌。
1 水泥细度
水泥的粒度就是水泥的细度。水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。
我国水泥标准规定水泥产品的细度80μm方孔筛筛余不得超过10%。控制细度的方法简单易行，在一定的粉磨工艺条件下，水泥强度与其细度有着一定关系。水泥的筛余量越小表示水泥越细，强度越高。但用这一方法进行水泥质量控制还存在较多问题：
⑴当水泥磨得很细时，如80μm方孔筛筛余小于1%，控制意义就不大了。国外水泥普遍磨得很细，所以在国外水泥标准中几乎全部取消了这一指标。
⑵当粉磨工艺发生变化时，细度值也随之变化。如开流磨筛余值偏大，圈流磨筛余值偏小，有时很难根据细度来控制水泥强度。
⑶细度值是指0.08mm筛的筛余量，即水泥中≥80μm颗粒含量（%）。众所周知，≥64μm的水泥颗粒的水化活性已很低了，所以用≥80μm颗粒含量多少进行水泥质量控制还不能全面反映水泥的真实活性。
2 水泥的平均粒度
在水泥粉磨过程中，不是均匀的单颗粒，而是包含不同粒径的颗粒体—粒，所以在评述水泥细度时若只用筛余这一简单的表示方法，差不多有90%多的水泥颗粒都通过筛孔成了筛下物，然而这些筛下物的颗粒大小并不清楚，故筛余量相同时比表面积也会出现很悬殊的现象。
平均粒度有几种表示法，如算术平均直径、几何平均直径、调和平均直径等。
水泥颗粒的平均粒度是表征水泥颗粒体系的重要几何参数，但所能提供的粒度特性信息则非常有限，因为两个平均粒度相同的粒，完全可能有不一样的粒度组成（颗粒级配）。
3 水泥比表面积
国外水泥标准大多规定比表面积指标，一般都采用勃氏比表面积仪测定水泥比表面积，我国的硅酸盐水泥和熟料的国家标准规定已与国外标准一致。水泥比表面积与水泥性能已存在着较好的关系。但用比表面积控制水泥质量时，主要还有下述两方面的不足：
⑴比表面积对水泥中细颗粒含量的多少反映很敏感，有时比表面积并不很高，但由于水泥颗粒级配合理，水泥强度却很高。
⑵掺有混合材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的总外表面积，如掺有火山灰质混合材料，水泥比表面积往往会产生偏高现象。
4 水泥的颗粒级配（粒度分布）
众所周知，即使筛分细度相同或比表面积相近，水泥的性能有时也会表现出较大的差异，其原因是粒度分布可能不同（颗粒形状的因素也很重要），因此研究水泥粒度的表征、探索与水泥强度更精确的定量关系，有着非常重要的意义。
国内外长期试验研究证明，水泥颗粒级配是水泥性能的决定因素，目前比较公认的水泥最佳颗粒级配为：
3-32μm颗粒对强度的增长起主要作用，其粒度分布是连续的，总量应不低于65%；16-24μm的颗粒对水泥性能尤为重要，含量愈多愈好；小于3μm的细颗粒，易结团，不要超过10%；大于64μm的颗粒活性很小，最好没有。
此外，水泥粒度分布（颗粒级配）不当还会影响水泥水化时的需水量（和易性），若为了达到水泥砂浆的标准稠度而提高了用水量，则最终会降低硬化后的水泥或混凝土的强度。因此掌握水泥颗粒级配的指标是很重要的。
表示水泥粒度分布即颗粒级配的方法有列表法、作图法、矩阵法和函数法。
5 水泥颗粒形貌
20世纪90年代，人们开始研究水泥颗粒形貌对水泥性能的影响。水泥颗粒如果放在电子显微镜下观察，它的形貌并不是圆的，犹如破碎堆积的石灰石，有棱角小的，有棱角大的，有片状的，有针状的。水泥颗粒的形貌与粉磨工艺有关。
水泥颗粒形貌通常用圆度系数(f)表示，圆形颗粒的圆度系数等于1，其它形状则都小于1。
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