球磨機(jī)粉磨生料技術(shù)
1、生料粉磨作業(yè)的功能和意義
生料粉磨是水泥生產(chǎn)的重要工序，其主要功能在于為熟料煅燒提供性能優(yōu)良的粉狀生料。對(duì)粉磨生料要求：一是要達(dá)到規(guī)定的顆粒大?。梢约?xì)度、比面積等表示）；二是不同化學(xué)成分的原料顆粒混合均勻；三是粉磨效率高、耗能少、工藝簡(jiǎn)單、易于大型化、形成規(guī)?；a(chǎn)能力。由于生料粉磨設(shè)備、土建等建設(shè)投資高，消耗能量大（一般占水泥綜合電耗的1/4以上），因此采用高新技術(shù)，優(yōu)化生料粉磨工藝，對(duì)水泥工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)有著十分重要的作用和意義。
2、粉磨的基本原理
物料的粉磨是在外力作用下，通過沖擊、擠壓、研磨克服物料晶體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)及晶體之間的內(nèi)聚力，使大塊物料變成小塊以至細(xì)粉的過程。
為提高粉磨效率，近百年來許多學(xué)者從各個(gè)不同角度對(duì)粉碎理論進(jìn)行了研究，提出了不少有價(jià)值的學(xué)說，在一定程度上近似地反映了粉碎過程的客觀現(xiàn)實(shí)。其中，最著名的有三個(gè)基本原理：第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面積原理；第二粉碎原理即克爾皮切夫和基克的粉碎容積或重量原理；第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指數(shù)原理。但是由于破碎和細(xì)磨過程本身受著很多因素的影響，而這些因素在不同的具體條件下又有著不同的變化。諸如，物料的性質(zhì)、形狀、粒度、產(chǎn)品的細(xì)度、設(shè)備類型、操作方法等。
3、現(xiàn)代生料粉磨技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)
隨著新型干法水泥技術(shù)日趨勢(shì)完善，生料粉磨工藝取得了重大進(jìn)展，其發(fā)展歷程歷經(jīng)兩大階段：第一階段，20世紀(jì)50年代至70年代，烘干兼粉碎鋼球磨機(jī)發(fā)展階段（包括：風(fēng)掃磨及尾卸、中卸提升循環(huán)磨）；第二階段，20世紀(jì)70年代至今，輥式磨及輥壓機(jī)粉磨工藝發(fā)展階段。其發(fā)展特點(diǎn)如下：
1）原料的烘干和粉磨作業(yè)一體化，烘干兼粉碎磨機(jī)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。并且由于結(jié)構(gòu)及材質(zhì)方面的改進(jìn)，輥式磨獲得新的發(fā)展。20世紀(jì)90年代中期以來，輥式磨及輥壓機(jī)終粉磨已成為首選技術(shù)裝備。
2）磨機(jī)與新型高效的選分、輸送設(shè)備相匹配，組成各種新型干法閉路粉磨系統(tǒng)，以提高粉磨效率，增加粉磨功的有效利用率。
3）設(shè)備日趨大型化，以簡(jiǎn)化設(shè)備和工藝流程，同窯的大型化相匹配。鋼球磨機(jī)直徑已達(dá)5.5m以上，電機(jī)功率達(dá)6500kW以上，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量300t以上；輥式磨系列中磨盤直徑已達(dá)5m以上，電機(jī)功率達(dá)5000kW以上，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量500t以上。
4）采用電子定量喂料秤、X熒光分析儀或γ-射線分析儀、電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制原料配料，為入窯生料成分均齊穩(wěn)定創(chuàng)造條件。
5）磨機(jī)系統(tǒng)操作自動(dòng)化，應(yīng)用自動(dòng)調(diào)節(jié)回路及電子計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)，代替人工操作，力求生產(chǎn)穩(wěn)定。
4、中卸提升循環(huán)磨系統(tǒng)
中卸提升循環(huán)磨保持了風(fēng)掃磨的優(yōu)點(diǎn)，從烘干作用來說，它是風(fēng)掃磨和尾卸提升循環(huán)磨的結(jié)合；從粉磨作用來說，又相當(dāng)于二級(jí)圈流系統(tǒng)。磨機(jī)構(gòu)造如圖
中卸提升循環(huán)磨有如下特點(diǎn)：
1）熱風(fēng)從兩端進(jìn)磨，通風(fēng)量較大，又設(shè)有烘干倉(cāng)，有良好的烘干效果。
由于大部分熱風(fēng)從磨頭進(jìn)入，少部分從磨尾進(jìn)入，故粗磨倉(cāng)風(fēng)速大，細(xì)磨倉(cāng)風(fēng)速小不致產(chǎn)生磨內(nèi)料面過低的現(xiàn)象，同時(shí)有利于除去物料中的殘余水分和提高細(xì)磨倉(cāng)溫度，防止冷凝。這種磨機(jī)系統(tǒng)，利用窯尾廢氣可烘干含水分8%以下的原料，如另設(shè)高溫?zé)嵩?，則可烘干含水分14%的原料。
2）磨機(jī)粗、細(xì)磨分開，有利于最佳配球，對(duì)原料的硬度及粒度的適應(yīng)性較好。
3）循環(huán)負(fù)荷大，磨內(nèi)過粉碎少，粉磨效率較高。
4）缺點(diǎn)是密封困難，系統(tǒng)漏風(fēng)較多，生產(chǎn)流程也比較復(fù)雜。
磨機(jī)規(guī)格為ф3.5×10m，產(chǎn)量85-110t/h，入料粒度為25mm，產(chǎn)品細(xì)度為4900孔篩篩余12%，磨機(jī)為中心傳動(dòng)，功率為1250kW，利用350℃的預(yù)熱器廢氣可烘干8%以下的水分，廢氣用量1.4-1.5m3/kg生料，熱氣體通過鎖風(fēng)裝置后同濕物料一起通過磨頭的空心軸，進(jìn)入烘干倉(cāng)，烘干倉(cāng)中的揚(yáng)料板使物料充分暴露在熱氣體中，造成強(qiáng)化烘干后物料進(jìn)入粗磨倉(cāng)，粗磨后的物料通過磨機(jī)中部的卸料口離開磨機(jī)，然后經(jīng)空氣斜槽、斗式提升機(jī)進(jìn)入組合式選粉機(jī)；從選粉機(jī)出來的粗粉導(dǎo)入細(xì)磨倉(cāng)，但是為了使烘干倉(cāng)內(nèi)的物料有較好的流動(dòng)性，亦有少部分粗粉隨著喂入的原料一起再回到粗磨倉(cāng)中去。
熱氣體大部分從磨頭進(jìn)入粗磨倉(cāng)，為了防止冷凝和除去自由水分，亦有少部分熱氣通過細(xì)磨倉(cāng)。烘干廢氣則從磨機(jī)中部卸料口抽出，經(jīng)組合式選粉機(jī)、排風(fēng)機(jī)，最后進(jìn)入窯尾電收塵凈化后排出。
在烘干含水較大的原料時(shí)，中卸磨前亦可增設(shè)立式烘干塔，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)烘干后再入磨機(jī)。由于立式烘干塔阻力較小，故在處理含水較大的原料時(shí)，選擇這種系統(tǒng)是有利的。
本項(xiàng)目干法生料粉磨所選用的ф3.5×10m中卸提升循環(huán)磨機(jī)系統(tǒng)，烘干熱源為預(yù)熱器廢氣。
5、生料粉磨系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制
為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，使粉磨作業(yè)經(jīng)常處于良好狀態(tài)，在烘干粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)中，越來越廣泛地采用電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化儀表，實(shí)行生產(chǎn)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。生料粉磨系統(tǒng)是水泥工廠生產(chǎn)中實(shí)行自動(dòng)控制最為成功、并且得到普遍應(yīng)用的一個(gè)工序。自動(dòng)控制主要有以下五個(gè)方面的內(nèi)容：
1）調(diào)節(jié)入磨原料配比，保證磨機(jī)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的化學(xué)成分；
2）調(diào)節(jié)喂入磨機(jī)物料總量，使粉磨過程經(jīng)常處于最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，提高粉磨效率；
3）調(diào)節(jié)磨機(jī)系統(tǒng)溫度，保證良好的烘干及粉磨作業(yè)條件，并使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的水分；
4）調(diào)節(jié)磨機(jī)系統(tǒng)壓力，保證磨機(jī)系統(tǒng)的正常通風(fēng)，滿足烘干及粉磨作業(yè)需要；
5）控制磨機(jī)系統(tǒng)的開車喂料程序，實(shí)行磨機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)控制。
5.1 原料配料控制
采用電子秤-電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)生料磨系統(tǒng)的喂料配比，是20世紀(jì)60年代取得的成果。40多年來，國(guó)外許多現(xiàn)代化水泥廠幾乎全部實(shí)現(xiàn)了原料配料的自動(dòng)控制。這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用成功，主要在于對(duì)生料化學(xué)成分可以進(jìn)行在線快速分析和建立了一套數(shù)學(xué)模型及控制算法。
控制系統(tǒng)的目標(biāo)是調(diào)節(jié)入磨原料配比，保證規(guī)定的生料化學(xué)成分。控制系統(tǒng)分為兩段，首先對(duì)待用的各種物料進(jìn)行取樣及分析，再由分析得到的化學(xué)成分計(jì)算出各種原料的要求配經(jīng)。計(jì)算公式是線性的，很容易由計(jì)算機(jī)計(jì)算出。在某些情況下，即使不可能取得最理想的配比，也可求出近乎理想的配比。
計(jì)算機(jī)取得的各種原料的成分是取樣值的平均數(shù)。原料成分的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致生料成分的波動(dòng)。近年來，很多工廠采用了自動(dòng)取樣裝置及X熒光分析儀、γ-射線分析生料成分，將測(cè)定的結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，以便及時(shí)得到各種原料配比，并調(diào)整其流量。
樣品的抽取一般有兩種方式，即磨入口取樣及磨出口取樣。前一種取樣方式雖可縮短控制的滯后時(shí)間，但由于進(jìn)磨機(jī)前的物料均勻性差，樣品代表性不強(qiáng)，有可能造成較大的誤差，故一般采用后一種取樣方式。
采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行配料計(jì)算和控制的指導(dǎo)思想及基本原則如下：
1）對(duì)取樣器采集的樣品，一般是間隔測(cè)量分析，同時(shí)考慮到原料在喂料機(jī)上的輸送時(shí)間、在磨內(nèi)的粉磨時(shí)間以及制樣、分析所需的時(shí)間，故計(jì)算一次配料的時(shí)間周期大致為30至60min。生料配料控制程序也是按此時(shí)間定期啟動(dòng)。
2）配料計(jì)算中所用的生料目標(biāo)率值，一般是應(yīng)用熟料的率值，以便考慮煤灰摻入的影響。
3）采用修正控制加積分控制的方法。對(duì)原料成分?jǐn)?shù)據(jù)之所以進(jìn)行修正計(jì)算，是由于給定的原料成分是某一段時(shí)間的平均值，而實(shí)際上從礦山開采的原料資源在質(zhì)量上有所波動(dòng)的，雖經(jīng)預(yù)均化，入磨原料的成分仍然時(shí)刻波動(dòng)，故原料成分的實(shí)際值與給定值之間有偏離。對(duì)于產(chǎn)生偏差的主要原因進(jìn)行的理論分析，可有兩種考慮辦法：一種是假定偏差是由于原料中所含比例最大的那種氧化物的波動(dòng)引起的，例如，石灰石中的CaO，砂巖中的SiO2，頁(yè)巖中的Al2O3和鐵粉中的Fe2O3等，即修正的要素是選用這些原料中含量最多的氧化物；另一種假定是認(rèn)為生料成分的波動(dòng)是由于幾種原料中配合比例最大的那種原料化學(xué)成分波動(dòng)，或者是由化學(xué)成分波動(dòng)最大的那種原料的化學(xué)成分波動(dòng)而引起。這樣，在四種原料配料中假定已知其中三種原料的化學(xué)成分未變，或假定四種原料中的三種含量較小的氧化物的成分未變，就可以根據(jù)兩次取樣間的原料配比及出磨生料中四種氧化物的含量計(jì)算下一周期所需的原料新配比（當(dāng)然計(jì)算中也要考慮煤灰的影響）。
4）對(duì)原料成分進(jìn)行修正計(jì)算后，實(shí)際上每一次生料率值的瞬間值與目標(biāo)值仍會(huì)產(chǎn)生微小的偏差。為消除這些偏差，在每次新配比計(jì)算中都要考慮前幾個(gè)周期進(jìn)入均化庫(kù)的生料率值，以便消除或減小累計(jì)偏差，使在均化庫(kù)中的這幾個(gè)周期的生料的平均成分值與設(shè)定的目標(biāo)值趨于一致。
5）校正已出磨生料的偏差，可采取兩種不同的方法。一種是要求在很短的時(shí)間內(nèi)（例如1個(gè)周期）將偏差校正過來，其結(jié)果很可能造成新磨制的生料成分的大幅度波動(dòng)；另一種是允許在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（例如10個(gè)周期或更多時(shí)間）將偏差校正過來，這樣雖然新磨制的生料成分不需過大的變動(dòng)，但需時(shí)較長(zhǎng)，遇有意外情況時(shí)，可能直至滿庫(kù)偏差仍未校正過來。故配料控制設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)均化庫(kù)型式、容量及其他具體情況，確定適宜的控制方式。
6）配料計(jì)算中，可視電收塵回灰、增濕塔回灰、煤灰摻入比均為常數(shù)，因而每次只對(duì)磨頭配料的幾種原料進(jìn)行配比計(jì)算。同時(shí)，計(jì)算時(shí)一律采用干基，最后再換算成幾種原料的配比總和為百分之百的濕料。
7）計(jì)算所得的各種原料新配比，可由計(jì)算機(jī)通過電子定量喂料皮帶秤自動(dòng)調(diào)節(jié)，亦可由操作員根據(jù)打印的配比報(bào)告（即操作指南）以手動(dòng)操作進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.2 磨機(jī)負(fù)荷控制
對(duì)磨機(jī)負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)控制的目的，是為了在原料硬度及水分變動(dòng)時(shí)，使磨內(nèi)物料滯留量保持一定，從而使磨機(jī)在較高的粉磨效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，防止磨機(jī)堵塞，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。磨機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是對(duì)一個(gè)長(zhǎng)滯后現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，常用的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：
1）選粉機(jī)返磨的回粉加新喂料量等于常數(shù)的調(diào)節(jié)方法；
2）以提升機(jī)功率（或電耳信號(hào)）為主控信號(hào)，而以電耳信號(hào)（或提升機(jī)功率）為監(jiān)控信號(hào)的調(diào)節(jié)方法；
3）采用電耳信號(hào)、提升機(jī)功率及選粉機(jī)回粉信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析控制或極值控制的方法。
不論采用哪一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，新喂料量都有一個(gè)極限，以防出現(xiàn)故障。在采用提升機(jī)功率為主控信號(hào)，電耳信號(hào)為監(jiān)控信號(hào)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，一般是使監(jiān)控信號(hào)在超過某一數(shù)值時(shí)才起作用，低于該數(shù)值時(shí)基本不起作用。
國(guó)外對(duì)生料磨的負(fù)荷控制，大多采用回粉加新料等于常數(shù)的方法，而生料磨的負(fù)荷控制則多采用電耳信號(hào)及提升機(jī)功率信號(hào)。這是因?yàn)閮煞N方法較為簡(jiǎn)單，同時(shí)，生料磨的影響因素較多，僅用回粉加新料等于常數(shù)的控制方法顯得不足，故目前發(fā)展的趨勢(shì)是采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合控制。
5.3 磨機(jī)系統(tǒng)溫度控制
磨機(jī)系統(tǒng)溫度控制的目的，是為了保持良好的烘干及粉磨作業(yè)，保證成品水分達(dá)到規(guī)定要求。
烘干粉磨磨機(jī)系統(tǒng)的溫度控制，大多采用單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)磨機(jī)成品水分的控制可有兩種方法：一種是根據(jù)原料及成品水分，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)風(fēng)門，改變?nèi)肽犸L(fēng)量，控制烘干作業(yè)；另一種是通過改變熱風(fēng)入口管道上的冷風(fēng)門，調(diào)節(jié)入磨熱風(fēng)溫度，控制烘干作業(yè)。兩種方法相比，后一種方法有利于保持磨機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定。在帶有預(yù)烘干設(shè)備的烘干粉磨系統(tǒng)及利用選粉機(jī)等設(shè)備同時(shí)進(jìn)行原料烘干時(shí)，亦需通過調(diào)節(jié)各種設(shè)備系統(tǒng)的排風(fēng)機(jī)風(fēng)門或冷風(fēng)摻入量的辦法，調(diào)節(jié)熱風(fēng)進(jìn)入量或改變熱風(fēng)溫度，以控制這些設(shè)備的出口氣溫，達(dá)到控制烘干過程的目的。
5.4 磨機(jī)系統(tǒng)壓力控制
磨機(jī)系統(tǒng)壓力控制的目的，是為了檢測(cè)各部通風(fēng)情況，及時(shí)調(diào)節(jié)，滿足烘干及粉磨作業(yè)要求。磨機(jī)出、入口負(fù)壓差，表示磨內(nèi)通風(fēng)的阻力大小，壓差增大表示磨內(nèi)可能負(fù)荷過大或隔倉(cāng)板篦縫可能發(fā)生堵塞；其他任何兩點(diǎn)之間的壓差有較大變動(dòng)，都表明兩點(diǎn)間阻力的變化。一般在生產(chǎn)情況基本正常，壓差變動(dòng)不大時(shí)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)門；壓差變動(dòng)過大時(shí)，則需及時(shí)檢查設(shè)備狀況，及時(shí)消除故障。
5.5 磨機(jī)開車喂料程序控制
對(duì)磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)的喂料程序控制的目的，是為了避免磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于喂料不當(dāng)發(fā)生磨滿堵塞。該程序控制可以保證對(duì)磨機(jī)的喂料量進(jìn)行均勻地、按一定程序地逐步加大，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)操作?？刂妻k法是在磨機(jī)啟動(dòng)后，檢測(cè)出它的負(fù)荷值，用計(jì)算機(jī)按一定數(shù)學(xué)模型運(yùn)算處理，向喂料調(diào)節(jié)器送出喂料量的目標(biāo)值，使之逐步增大喂料量，直至磨機(jī)進(jìn)入正常負(fù)荷狀態(tài)為止。
6、ZX1500組合式選粉機(jī)
在水泥廠圈流粉磨系統(tǒng)的配置中，以前一般采用旋風(fēng)式選粉機(jī)和0-SEPA平面渦流選粉機(jī)為主要分級(jí)設(shè)備。前者系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資省，但選粉效率較低、分級(jí)效果較差。渦流選粉系統(tǒng)的選粉效率高，但又存在處理風(fēng)量小，系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)收塵器的要求高、投資高的問題，特別在生料烘干磨系統(tǒng)和風(fēng)掃磨系統(tǒng)中尤顯突出。
針對(duì)上述問題，成都市利君實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司同多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)院所合作，在引起技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出了系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單且成本較低，能大幅提高磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量且處理風(fēng)量大的ZX系列組合式選粉機(jī)。
ZX系列組合式選粉機(jī)的基本工作原理：固態(tài)物料從選粉機(jī)上部進(jìn)入選粉機(jī)，經(jīng)分選后合格成品從排風(fēng)管排出并經(jīng)旋風(fēng)、電收塵或布袋收塵（生料一般采用電收塵，水泥一般用布袋收塵）收集，粗粉從排灰口排出；含塵氣體從選粉機(jī)下部進(jìn)入選粉機(jī)，經(jīng)粗粉分離器分離后粗粉排出，細(xì)粉隨氣體上升到渦流選粉區(qū)進(jìn)行分選。渦流選粉區(qū)其分選原理與O-SEPA選粉機(jī)相同，故其分選效率也基本相同。
與O-SEPA渦流選粉系統(tǒng)相比，ZX系列組合式選粉機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）能處理較大量的含塵氣體，系統(tǒng)中料路、氣路合一，使整個(gè)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，特別是在烘干粉磨系統(tǒng)和風(fēng)掃磨系統(tǒng)中，可省去為處理大量含塵氣體而建立的粗粉分離器系統(tǒng)，因而其優(yōu)越性更加顯著。
2）ZX系列組合式選粉機(jī)帶一組低阻高效旋風(fēng)收塵器，可將80%的合格成品收集下來，因而大大減輕了下一級(jí)收塵器的處理壓力和工作負(fù)荷，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率更高，投資更省。
3）ZX系列組合式選粉機(jī)采用了從下部進(jìn)風(fēng)（含塵氣體）的型式，系統(tǒng)的阻力更小，布置更流暢。
4）ZX組合式選粉機(jī)內(nèi)部也增設(shè)了渦流打散器和采用了異型斷面轉(zhuǎn)子葉片，使選粉機(jī)效率更高，能耗更低，磨損更小。
生料粉磨是水泥生產(chǎn)的重要工序，其主要功能在于為熟料煅燒提供性能優(yōu)良的粉狀生料。對(duì)粉磨生料要求：一是要達(dá)到規(guī)定的顆粒大?。梢约?xì)度、比面積等表示）；二是不同化學(xué)成分的原料顆粒混合均勻；三是粉磨效率高、耗能少、工藝簡(jiǎn)單、易于大型化、形成規(guī)?；a(chǎn)能力。由于生料粉磨設(shè)備、土建等建設(shè)投資高，消耗能量大（一般占水泥綜合電耗的1/4以上），因此采用高新技術(shù)，優(yōu)化生料粉磨工藝，對(duì)水泥工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)有著十分重要的作用和意義。
2、粉磨的基本原理
物料的粉磨是在外力作用下，通過沖擊、擠壓、研磨克服物料晶體內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)及晶體之間的內(nèi)聚力，使大塊物料變成小塊以至細(xì)粉的過程。
為提高粉磨效率，近百年來許多學(xué)者從各個(gè)不同角度對(duì)粉碎理論進(jìn)行了研究，提出了不少有價(jià)值的學(xué)說，在一定程度上近似地反映了粉碎過程的客觀現(xiàn)實(shí)。其中，最著名的有三個(gè)基本原理：第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面積原理；第二粉碎原理即克爾皮切夫和基克的粉碎容積或重量原理；第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指數(shù)原理。但是由于破碎和細(xì)磨過程本身受著很多因素的影響，而這些因素在不同的具體條件下又有著不同的變化。諸如，物料的性質(zhì)、形狀、粒度、產(chǎn)品的細(xì)度、設(shè)備類型、操作方法等。
3、現(xiàn)代生料粉磨技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)
隨著新型干法水泥技術(shù)日趨勢(shì)完善，生料粉磨工藝取得了重大進(jìn)展，其發(fā)展歷程歷經(jīng)兩大階段：第一階段，20世紀(jì)50年代至70年代，烘干兼粉碎鋼球磨機(jī)發(fā)展階段（包括：風(fēng)掃磨及尾卸、中卸提升循環(huán)磨）；第二階段，20世紀(jì)70年代至今，輥式磨及輥壓機(jī)粉磨工藝發(fā)展階段。其發(fā)展特點(diǎn)如下：
1）原料的烘干和粉磨作業(yè)一體化，烘干兼粉碎磨機(jī)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。并且由于結(jié)構(gòu)及材質(zhì)方面的改進(jìn)，輥式磨獲得新的發(fā)展。20世紀(jì)90年代中期以來，輥式磨及輥壓機(jī)終粉磨已成為首選技術(shù)裝備。
2）磨機(jī)與新型高效的選分、輸送設(shè)備相匹配，組成各種新型干法閉路粉磨系統(tǒng)，以提高粉磨效率，增加粉磨功的有效利用率。
3）設(shè)備日趨大型化，以簡(jiǎn)化設(shè)備和工藝流程，同窯的大型化相匹配。鋼球磨機(jī)直徑已達(dá)5.5m以上，電機(jī)功率達(dá)6500kW以上，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量300t以上；輥式磨系列中磨盤直徑已達(dá)5m以上，電機(jī)功率達(dá)5000kW以上，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量500t以上。
4）采用電子定量喂料秤、X熒光分析儀或γ-射線分析儀、電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制原料配料，為入窯生料成分均齊穩(wěn)定創(chuàng)造條件。
5）磨機(jī)系統(tǒng)操作自動(dòng)化，應(yīng)用自動(dòng)調(diào)節(jié)回路及電子計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)，代替人工操作，力求生產(chǎn)穩(wěn)定。
4、中卸提升循環(huán)磨系統(tǒng)
中卸提升循環(huán)磨保持了風(fēng)掃磨的優(yōu)點(diǎn)，從烘干作用來說，它是風(fēng)掃磨和尾卸提升循環(huán)磨的結(jié)合；從粉磨作用來說，又相當(dāng)于二級(jí)圈流系統(tǒng)。磨機(jī)構(gòu)造如圖
中卸提升循環(huán)磨有如下特點(diǎn)：
1）熱風(fēng)從兩端進(jìn)磨，通風(fēng)量較大，又設(shè)有烘干倉(cāng)，有良好的烘干效果。
由于大部分熱風(fēng)從磨頭進(jìn)入，少部分從磨尾進(jìn)入，故粗磨倉(cāng)風(fēng)速大，細(xì)磨倉(cāng)風(fēng)速小不致產(chǎn)生磨內(nèi)料面過低的現(xiàn)象，同時(shí)有利于除去物料中的殘余水分和提高細(xì)磨倉(cāng)溫度，防止冷凝。這種磨機(jī)系統(tǒng)，利用窯尾廢氣可烘干含水分8%以下的原料，如另設(shè)高溫?zé)嵩?，則可烘干含水分14%的原料。
2）磨機(jī)粗、細(xì)磨分開，有利于最佳配球，對(duì)原料的硬度及粒度的適應(yīng)性較好。
3）循環(huán)負(fù)荷大，磨內(nèi)過粉碎少，粉磨效率較高。
4）缺點(diǎn)是密封困難，系統(tǒng)漏風(fēng)較多，生產(chǎn)流程也比較復(fù)雜。
磨機(jī)規(guī)格為ф3.5×10m，產(chǎn)量85-110t/h，入料粒度為25mm，產(chǎn)品細(xì)度為4900孔篩篩余12%，磨機(jī)為中心傳動(dòng)，功率為1250kW，利用350℃的預(yù)熱器廢氣可烘干8%以下的水分，廢氣用量1.4-1.5m3/kg生料，熱氣體通過鎖風(fēng)裝置后同濕物料一起通過磨頭的空心軸，進(jìn)入烘干倉(cāng)，烘干倉(cāng)中的揚(yáng)料板使物料充分暴露在熱氣體中，造成強(qiáng)化烘干后物料進(jìn)入粗磨倉(cāng)，粗磨后的物料通過磨機(jī)中部的卸料口離開磨機(jī)，然后經(jīng)空氣斜槽、斗式提升機(jī)進(jìn)入組合式選粉機(jī)；從選粉機(jī)出來的粗粉導(dǎo)入細(xì)磨倉(cāng)，但是為了使烘干倉(cāng)內(nèi)的物料有較好的流動(dòng)性，亦有少部分粗粉隨著喂入的原料一起再回到粗磨倉(cāng)中去。
熱氣體大部分從磨頭進(jìn)入粗磨倉(cāng)，為了防止冷凝和除去自由水分，亦有少部分熱氣通過細(xì)磨倉(cāng)。烘干廢氣則從磨機(jī)中部卸料口抽出，經(jīng)組合式選粉機(jī)、排風(fēng)機(jī)，最后進(jìn)入窯尾電收塵凈化后排出。
在烘干含水較大的原料時(shí)，中卸磨前亦可增設(shè)立式烘干塔，對(duì)原料進(jìn)行預(yù)烘干后再入磨機(jī)。由于立式烘干塔阻力較小，故在處理含水較大的原料時(shí)，選擇這種系統(tǒng)是有利的。
本項(xiàng)目干法生料粉磨所選用的ф3.5×10m中卸提升循環(huán)磨機(jī)系統(tǒng)，烘干熱源為預(yù)熱器廢氣。
5、生料粉磨系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制
為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，使粉磨作業(yè)經(jīng)常處于良好狀態(tài)，在烘干粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)中，越來越廣泛地采用電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化儀表，實(shí)行生產(chǎn)過程的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。生料粉磨系統(tǒng)是水泥工廠生產(chǎn)中實(shí)行自動(dòng)控制最為成功、并且得到普遍應(yīng)用的一個(gè)工序。自動(dòng)控制主要有以下五個(gè)方面的內(nèi)容：
1）調(diào)節(jié)入磨原料配比，保證磨機(jī)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的化學(xué)成分；
2）調(diào)節(jié)喂入磨機(jī)物料總量，使粉磨過程經(jīng)常處于最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，提高粉磨效率；
3）調(diào)節(jié)磨機(jī)系統(tǒng)溫度，保證良好的烘干及粉磨作業(yè)條件，并使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的水分；
4）調(diào)節(jié)磨機(jī)系統(tǒng)壓力，保證磨機(jī)系統(tǒng)的正常通風(fēng)，滿足烘干及粉磨作業(yè)需要；
5）控制磨機(jī)系統(tǒng)的開車喂料程序，實(shí)行磨機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)控制。
5.1 原料配料控制
采用電子秤-電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)生料磨系統(tǒng)的喂料配比，是20世紀(jì)60年代取得的成果。40多年來，國(guó)外許多現(xiàn)代化水泥廠幾乎全部實(shí)現(xiàn)了原料配料的自動(dòng)控制。這個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用成功，主要在于對(duì)生料化學(xué)成分可以進(jìn)行在線快速分析和建立了一套數(shù)學(xué)模型及控制算法。
控制系統(tǒng)的目標(biāo)是調(diào)節(jié)入磨原料配比，保證規(guī)定的生料化學(xué)成分。控制系統(tǒng)分為兩段，首先對(duì)待用的各種物料進(jìn)行取樣及分析，再由分析得到的化學(xué)成分計(jì)算出各種原料的要求配經(jīng)。計(jì)算公式是線性的，很容易由計(jì)算機(jī)計(jì)算出。在某些情況下，即使不可能取得最理想的配比，也可求出近乎理想的配比。
計(jì)算機(jī)取得的各種原料的成分是取樣值的平均數(shù)。原料成分的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致生料成分的波動(dòng)。近年來，很多工廠采用了自動(dòng)取樣裝置及X熒光分析儀、γ-射線分析生料成分，將測(cè)定的結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)，以便及時(shí)得到各種原料配比，并調(diào)整其流量。
樣品的抽取一般有兩種方式，即磨入口取樣及磨出口取樣。前一種取樣方式雖可縮短控制的滯后時(shí)間，但由于進(jìn)磨機(jī)前的物料均勻性差，樣品代表性不強(qiáng)，有可能造成較大的誤差，故一般采用后一種取樣方式。
采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行配料計(jì)算和控制的指導(dǎo)思想及基本原則如下：
1）對(duì)取樣器采集的樣品，一般是間隔測(cè)量分析，同時(shí)考慮到原料在喂料機(jī)上的輸送時(shí)間、在磨內(nèi)的粉磨時(shí)間以及制樣、分析所需的時(shí)間，故計(jì)算一次配料的時(shí)間周期大致為30至60min。生料配料控制程序也是按此時(shí)間定期啟動(dòng)。
2）配料計(jì)算中所用的生料目標(biāo)率值，一般是應(yīng)用熟料的率值，以便考慮煤灰摻入的影響。
3）采用修正控制加積分控制的方法。對(duì)原料成分?jǐn)?shù)據(jù)之所以進(jìn)行修正計(jì)算，是由于給定的原料成分是某一段時(shí)間的平均值，而實(shí)際上從礦山開采的原料資源在質(zhì)量上有所波動(dòng)的，雖經(jīng)預(yù)均化，入磨原料的成分仍然時(shí)刻波動(dòng)，故原料成分的實(shí)際值與給定值之間有偏離。對(duì)于產(chǎn)生偏差的主要原因進(jìn)行的理論分析，可有兩種考慮辦法：一種是假定偏差是由于原料中所含比例最大的那種氧化物的波動(dòng)引起的，例如，石灰石中的CaO，砂巖中的SiO2，頁(yè)巖中的Al2O3和鐵粉中的Fe2O3等，即修正的要素是選用這些原料中含量最多的氧化物；另一種假定是認(rèn)為生料成分的波動(dòng)是由于幾種原料中配合比例最大的那種原料化學(xué)成分波動(dòng)，或者是由化學(xué)成分波動(dòng)最大的那種原料的化學(xué)成分波動(dòng)而引起。這樣，在四種原料配料中假定已知其中三種原料的化學(xué)成分未變，或假定四種原料中的三種含量較小的氧化物的成分未變，就可以根據(jù)兩次取樣間的原料配比及出磨生料中四種氧化物的含量計(jì)算下一周期所需的原料新配比（當(dāng)然計(jì)算中也要考慮煤灰的影響）。
4）對(duì)原料成分進(jìn)行修正計(jì)算后，實(shí)際上每一次生料率值的瞬間值與目標(biāo)值仍會(huì)產(chǎn)生微小的偏差。為消除這些偏差，在每次新配比計(jì)算中都要考慮前幾個(gè)周期進(jìn)入均化庫(kù)的生料率值，以便消除或減小累計(jì)偏差，使在均化庫(kù)中的這幾個(gè)周期的生料的平均成分值與設(shè)定的目標(biāo)值趨于一致。
5）校正已出磨生料的偏差，可采取兩種不同的方法。一種是要求在很短的時(shí)間內(nèi)（例如1個(gè)周期）將偏差校正過來，其結(jié)果很可能造成新磨制的生料成分的大幅度波動(dòng)；另一種是允許在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（例如10個(gè)周期或更多時(shí)間）將偏差校正過來，這樣雖然新磨制的生料成分不需過大的變動(dòng)，但需時(shí)較長(zhǎng)，遇有意外情況時(shí)，可能直至滿庫(kù)偏差仍未校正過來。故配料控制設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)均化庫(kù)型式、容量及其他具體情況，確定適宜的控制方式。
6）配料計(jì)算中，可視電收塵回灰、增濕塔回灰、煤灰摻入比均為常數(shù)，因而每次只對(duì)磨頭配料的幾種原料進(jìn)行配比計(jì)算。同時(shí)，計(jì)算時(shí)一律采用干基，最后再換算成幾種原料的配比總和為百分之百的濕料。
7）計(jì)算所得的各種原料新配比，可由計(jì)算機(jī)通過電子定量喂料皮帶秤自動(dòng)調(diào)節(jié)，亦可由操作員根據(jù)打印的配比報(bào)告（即操作指南）以手動(dòng)操作進(jìn)行調(diào)節(jié)。
5.2 磨機(jī)負(fù)荷控制
對(duì)磨機(jī)負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)控制的目的，是為了在原料硬度及水分變動(dòng)時(shí)，使磨內(nèi)物料滯留量保持一定，從而使磨機(jī)在較高的粉磨效率下運(yùn)轉(zhuǎn)，防止磨機(jī)堵塞，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)。磨機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是對(duì)一個(gè)長(zhǎng)滯后現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，常用的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：
1）選粉機(jī)返磨的回粉加新喂料量等于常數(shù)的調(diào)節(jié)方法；
2）以提升機(jī)功率（或電耳信號(hào)）為主控信號(hào)，而以電耳信號(hào)（或提升機(jī)功率）為監(jiān)控信號(hào)的調(diào)節(jié)方法；
3）采用電耳信號(hào)、提升機(jī)功率及選粉機(jī)回粉信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析控制或極值控制的方法。
不論采用哪一種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，新喂料量都有一個(gè)極限，以防出現(xiàn)故障。在采用提升機(jī)功率為主控信號(hào)，電耳信號(hào)為監(jiān)控信號(hào)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，一般是使監(jiān)控信號(hào)在超過某一數(shù)值時(shí)才起作用，低于該數(shù)值時(shí)基本不起作用。
國(guó)外對(duì)生料磨的負(fù)荷控制，大多采用回粉加新料等于常數(shù)的方法，而生料磨的負(fù)荷控制則多采用電耳信號(hào)及提升機(jī)功率信號(hào)。這是因?yàn)閮煞N方法較為簡(jiǎn)單，同時(shí)，生料磨的影響因素較多，僅用回粉加新料等于常數(shù)的控制方法顯得不足，故目前發(fā)展的趨勢(shì)是采用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合控制。
5.3 磨機(jī)系統(tǒng)溫度控制
磨機(jī)系統(tǒng)溫度控制的目的，是為了保持良好的烘干及粉磨作業(yè)，保證成品水分達(dá)到規(guī)定要求。
烘干粉磨磨機(jī)系統(tǒng)的溫度控制，大多采用單回路自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)磨機(jī)成品水分的控制可有兩種方法：一種是根據(jù)原料及成品水分，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)風(fēng)門，改變?nèi)肽犸L(fēng)量，控制烘干作業(yè)；另一種是通過改變熱風(fēng)入口管道上的冷風(fēng)門，調(diào)節(jié)入磨熱風(fēng)溫度，控制烘干作業(yè)。兩種方法相比，后一種方法有利于保持磨機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定。在帶有預(yù)烘干設(shè)備的烘干粉磨系統(tǒng)及利用選粉機(jī)等設(shè)備同時(shí)進(jìn)行原料烘干時(shí)，亦需通過調(diào)節(jié)各種設(shè)備系統(tǒng)的排風(fēng)機(jī)風(fēng)門或冷風(fēng)摻入量的辦法，調(diào)節(jié)熱風(fēng)進(jìn)入量或改變熱風(fēng)溫度，以控制這些設(shè)備的出口氣溫，達(dá)到控制烘干過程的目的。
5.4 磨機(jī)系統(tǒng)壓力控制
磨機(jī)系統(tǒng)壓力控制的目的，是為了檢測(cè)各部通風(fēng)情況，及時(shí)調(diào)節(jié)，滿足烘干及粉磨作業(yè)要求。磨機(jī)出、入口負(fù)壓差，表示磨內(nèi)通風(fēng)的阻力大小，壓差增大表示磨內(nèi)可能負(fù)荷過大或隔倉(cāng)板篦縫可能發(fā)生堵塞；其他任何兩點(diǎn)之間的壓差有較大變動(dòng)，都表明兩點(diǎn)間阻力的變化。一般在生產(chǎn)情況基本正常，壓差變動(dòng)不大時(shí)，可適當(dāng)調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的風(fēng)門；壓差變動(dòng)過大時(shí)，則需及時(shí)檢查設(shè)備狀況，及時(shí)消除故障。
5.5 磨機(jī)開車喂料程序控制
對(duì)磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)的喂料程序控制的目的，是為了避免磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于喂料不當(dāng)發(fā)生磨滿堵塞。該程序控制可以保證對(duì)磨機(jī)的喂料量進(jìn)行均勻地、按一定程序地逐步加大，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)操作?？刂妻k法是在磨機(jī)啟動(dòng)后，檢測(cè)出它的負(fù)荷值，用計(jì)算機(jī)按一定數(shù)學(xué)模型運(yùn)算處理，向喂料調(diào)節(jié)器送出喂料量的目標(biāo)值，使之逐步增大喂料量，直至磨機(jī)進(jìn)入正常負(fù)荷狀態(tài)為止。
6、ZX1500組合式選粉機(jī)
在水泥廠圈流粉磨系統(tǒng)的配置中，以前一般采用旋風(fēng)式選粉機(jī)和0-SEPA平面渦流選粉機(jī)為主要分級(jí)設(shè)備。前者系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資省，但選粉效率較低、分級(jí)效果較差。渦流選粉系統(tǒng)的選粉效率高，但又存在處理風(fēng)量小，系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)收塵器的要求高、投資高的問題，特別在生料烘干磨系統(tǒng)和風(fēng)掃磨系統(tǒng)中尤顯突出。
針對(duì)上述問題，成都市利君實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司同多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)院所合作，在引起技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出了系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單且成本較低，能大幅提高磨機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)量且處理風(fēng)量大的ZX系列組合式選粉機(jī)。
ZX系列組合式選粉機(jī)的基本工作原理：固態(tài)物料從選粉機(jī)上部進(jìn)入選粉機(jī)，經(jīng)分選后合格成品從排風(fēng)管排出并經(jīng)旋風(fēng)、電收塵或布袋收塵（生料一般采用電收塵，水泥一般用布袋收塵）收集，粗粉從排灰口排出；含塵氣體從選粉機(jī)下部進(jìn)入選粉機(jī)，經(jīng)粗粉分離器分離后粗粉排出，細(xì)粉隨氣體上升到渦流選粉區(qū)進(jìn)行分選。渦流選粉區(qū)其分選原理與O-SEPA選粉機(jī)相同，故其分選效率也基本相同。
與O-SEPA渦流選粉系統(tǒng)相比，ZX系列組合式選粉機(jī)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）能處理較大量的含塵氣體，系統(tǒng)中料路、氣路合一，使整個(gè)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，特別是在烘干粉磨系統(tǒng)和風(fēng)掃磨系統(tǒng)中，可省去為處理大量含塵氣體而建立的粗粉分離器系統(tǒng)，因而其優(yōu)越性更加顯著。
2）ZX系列組合式選粉機(jī)帶一組低阻高效旋風(fēng)收塵器，可將80%的合格成品收集下來，因而大大減輕了下一級(jí)收塵器的處理壓力和工作負(fù)荷，使系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率更高，投資更省。
3）ZX系列組合式選粉機(jī)采用了從下部進(jìn)風(fēng)（含塵氣體）的型式，系統(tǒng)的阻力更小，布置更流暢。
4）ZX組合式選粉機(jī)內(nèi)部也增設(shè)了渦流打散器和采用了異型斷面轉(zhuǎn)子葉片，使選粉機(jī)效率更高，能耗更低，磨損更小。
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