朱其川：水泥粉磨新技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐

  我國水泥粉磨工藝隨著水泥工業(yè)化現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程及生產(chǎn)工藝、技術(shù)的不斷提升，已經(jīng)由以球磨機(jī)為主，發(fā)展為高效率的球磨機(jī)與立式磨、輥壓機(jī)等多種新型粉磨設(shè)備并用的工藝組合，并朝著粉磨設(shè)備國產(chǎn)化、高效化、智能化發(fā)展。而在日益嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保政策壓力下，在產(chǎn)能過剩嚴(yán)重、市場競爭異常激烈的行業(yè)態(tài)勢下，節(jié)能尤其是粉磨系統(tǒng)的節(jié)能降耗仍是水泥企業(yè)的重中之重。

  由中國水泥網(wǎng)主辦的“2018第十屆國際粉磨峰會(huì)”于6月14日在杭州舉辦，會(huì)上，中國聯(lián)合水泥集團(tuán)河南運(yùn)營區(qū)技術(shù)中心總經(jīng)理朱其川以《水泥粉磨新技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐》為題做了報(bào)告，他用大量的實(shí)際案例和數(shù)據(jù)來說明不同水泥粉磨的技術(shù)要求和應(yīng)用，對(duì)優(yōu)化工藝參數(shù)和改善水泥性能提出了自己的看法。

  一、半終粉磨應(yīng)用

  半終粉磨工藝可以有效解決目前聯(lián)合粉磨的過粉磨現(xiàn)象，利用輥壓機(jī)系統(tǒng)做功效率高的優(yōu)勢進(jìn)一步提高粉磨效率，但是在實(shí)際應(yīng)用中半終粉磨系統(tǒng)也存在水泥需水量增加等問題。中聯(lián)水泥從2013年開始嘗試半終粉磨工藝的應(yīng)用，取得了一定的成效，也有需改進(jìn)的地方。

  半終粉磨工藝

  應(yīng)用中需要解決的問題是：一是輥壓機(jī)需高效穩(wěn)定地運(yùn)行，產(chǎn)生足夠＜32um的物料顆粒；

  二是選粉設(shè)備的選粉精度需達(dá)到一定的要求，就是選粉機(jī)必須要盡可能多的選出粒度＜32um的物料。

  在處理上述問題時(shí)，主要采取了以下三種措施：

  （1）輥壓機(jī)的工作壓力＞10Mpa，而且能夠在9Mpa長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行；運(yùn)行電流必須穩(wěn)定在額定電流的80%以上。

  （2）選粉機(jī)的選粉精度滿足選出32um顆粒的要求，選粉效率要大于60%，32um篩余＜5%。

  （3）合適的主機(jī)配置。

  主機(jī)配置

  應(yīng)用效果

  朱其川在分享其應(yīng)用體會(huì)時(shí)講到，半終粉磨在操作中有其優(yōu)勢，但也有其需注意的細(xì)節(jié)。

  第一是優(yōu)化工藝參數(shù)，改善水泥性能。

  1.合理控制輥壓機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的成品的比例，系統(tǒng)產(chǎn)量的20%~25%左右最宜，比表面積＞420m2/kg，0~32um的累積量達(dá)97%，45um篩余為0 是最理想的狀態(tài)；此時(shí)的水泥性能最優(yōu)。

  2.穩(wěn)定混合材質(zhì)量、品種及摻加比例。嚴(yán)控礦粉質(zhì)量。

  3.建議企業(yè)做出廠水泥與砼減水劑相容性試驗(yàn)，比對(duì)水泥成分、比表、顆粒分布與水泥性能的相關(guān)性。

  第二是球磨機(jī)系統(tǒng)的控制。

  1．控制入磨物料細(xì)度。入磨物料細(xì)度的控制，控制入磨物料細(xì)度48%~52%，出磨物料細(xì)度32%~35%.（ 45um篩余）。

  2．控制磨內(nèi)物料流速。控制磨內(nèi)物料流速，磨內(nèi)隔倉采用強(qiáng)制過料隔倉；調(diào)整出料篦板通風(fēng)面積選擇最優(yōu)的使用方案；對(duì)部分活化環(huán)鏤空處進(jìn)行封堵，調(diào)整物料流速。

  第三是半終粉磨需要精細(xì)管理，從主機(jī)選型、熟料、混合材、參數(shù)確定與調(diào)整、控制工具等進(jìn)行不斷研究調(diào)整，才能發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

  二、陶瓷研磨體應(yīng)用

  陶瓷研磨體在陶瓷行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在水泥行業(yè)中也有應(yīng)用，如在白水泥和彩色水泥生產(chǎn)中應(yīng)用多年。近年來，在通用硅酸鹽水泥粉磨系統(tǒng)，多家企業(yè)進(jìn)行了利用陶瓷球代替鋼球、鋼鍛的系列研究與開發(fā)，并取得了明顯的節(jié)電效果。但在應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降

  烘干能力變差、磨尾循環(huán)負(fù)荷增大等問題。

  所以在實(shí)際操作中為了獲得最佳使用性能，對(duì)于此類粉磨系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整。

  一是降低入磨物料粒度

  1．調(diào)整輥壓機(jī)做功

  為降低入磨物料粒度，對(duì)輥壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，不斷摸索插板開度、工作壓力和電流之間的變化規(guī)律，尋找三者最佳參數(shù)（見下表），通過提高輥壓機(jī)壓力，最大限度開大插板開度，提高輥壓機(jī)做工效果，以適用于陶瓷球。

  更換陶瓷球前后輥壓機(jī)做功調(diào)整

  2．對(duì)V選進(jìn)行調(diào)整

  使用陶瓷球后，隨著輥壓機(jī)做功提高，把6組調(diào)風(fēng)葉片由半開調(diào)整到全部打開，V選補(bǔ)風(fēng)風(fēng)門由開度60%開到100%，以便選出更多的細(xì)粉。

  二是增加一倉長度和填充率

  隔倉板向后移1m，一倉填充率由31%提高到34%，提高一倉研磨能力。

  三是確定二倉最佳裝載量

  為確定二倉最佳裝載量，分別按32%、35%、37%、40%的填充率添加陶瓷球，通過4種填充率對(duì)比發(fā)現(xiàn)：在填充率為37%-40%時(shí)，系統(tǒng)臺(tái)時(shí)電耗處于最佳狀態(tài)。

  鋼球和陶瓷球

  四是增加防堵多功能單層隔倉板。

  防堵多功能單層隔倉板

  更換陶瓷球前磨機(jī)級(jí)配情況

  通過上表可以看出，使用鋼鍛時(shí)，水泥磨總裝載量在244t，二倉填充率33.63%，更換為陶瓷球后裝載量為158t，二倉填充率37.00%。磨機(jī)總裝載量降低86t。

  更換陶瓷球前后各主機(jī)參數(shù)對(duì)比表

  通過上表可以看出，水泥磨電流降低58A左右。PC32.5R水泥臺(tái)時(shí)雖然降低了11t左右，但系統(tǒng)整體電耗有所降低，工序電耗降低4.1kWh/t；PO42.5水泥臺(tái)時(shí)提高了14噸，工序電耗降低4.8kWh/t。

  更換陶瓷球后水泥性能對(duì)比

  通過上表可以看出，更換陶瓷球后成品水泥性能沒有發(fā)生變化。

  應(yīng)用體會(huì)：

  1.系統(tǒng)電耗降低，生產(chǎn)P.C32.5R水泥降低約4.1kWh/t左右，生產(chǎn)P.O42.5水泥下降約4.8kWh/t左右。

  2.出磨水泥溫度下降17℃，磨機(jī)滑履瓦溫度也隨之下降15℃。

  3.經(jīng)近2年實(shí)際運(yùn)行測算，陶瓷球的球耗為12.3g/t，低于鋼鍛的35g/t。

  4.磨機(jī)噪音降低了6dB。減少重金屬污染，有利于對(duì)水泥產(chǎn)品中水溶性六價(jià)鉻含量限值（≤100mg/kg）的控制。

  5.使用陶瓷球后水泥性能未發(fā)生明顯變化。

  6.使用注意事項(xiàng)：臺(tái)時(shí)產(chǎn)量有下降的風(fēng)險(xiǎn)，若臺(tái)時(shí)產(chǎn)量下降，在實(shí)行峰谷電價(jià)的區(qū)域生產(chǎn)成本下降部分會(huì)被沖減；陶瓷球?qū)δC(jī)鋼襯板的磨損暫時(shí)還未得出明確結(jié)論；一二倉長度、篦板形式及研磨體級(jí)配應(yīng)有效調(diào)整。

  三、水泥粉磨控制系統(tǒng)無人值守應(yīng)用

  智能化控制系統(tǒng)定位

  通過水泥粉磨控制系統(tǒng)無人值守應(yīng)用可以達(dá)到的目的有以下幾點(diǎn)：

  1.通過總結(jié)優(yōu)秀工藝專家和優(yōu)秀操作員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)構(gòu)建專家知識(shí)庫核心信息，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)，在線實(shí)時(shí)更新專家知識(shí)。

  2.引進(jìn)激光在線粒度分析儀，獲取完備的粒度分布信息。

  3.基于現(xiàn)場歷史數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，確定磨機(jī)負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間。

  4.通過模糊決策和工藝分析，確定水泥粉磨系統(tǒng)關(guān)鍵工藝參數(shù)及控制量。

  5.基于邊界控制及先進(jìn)控制理論方法，實(shí)現(xiàn)水泥質(zhì)量、磨機(jī)負(fù)荷、穩(wěn)流倉料位三者協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。

  6.基于多線程的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泥粉磨過程電能消耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測與分析。

  關(guān)鍵技術(shù)

  水泥粒度分布直接影響著水泥的凝結(jié)、水化、硬化和強(qiáng)度等一系列物理性能，不同的粒度分布將導(dǎo)致不一樣的性能，過多的<3um的顆粒將導(dǎo)致水泥硬化、放熱速度過快以及裂化、需水量增加；如果 > 32um的顆粒過多將導(dǎo)致水泥（甚至是較長時(shí)間后也）不能完全水化，因此水泥的強(qiáng)度將大大降低。

  粒徑分布

  示意圖

  為實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間合理和水泥質(zhì)量穩(wěn)定，需調(diào)節(jié)預(yù)粉磨環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)入磨物料穩(wěn)定，具體思路為：一是綜合磨況，選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、后主排風(fēng)機(jī)調(diào)整范圍及水泥質(zhì)量因素，依據(jù)專家知識(shí)庫反饋，調(diào)整喂料量、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)閘板開度調(diào)節(jié)區(qū)間；二是縮小穩(wěn)流倉倉位變化幅度保證入磨物料量可控，采用方法：依據(jù)現(xiàn)場工況動(dòng)態(tài)關(guān)系，通過分時(shí)分段合理調(diào)節(jié)喂料量、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)閘板開度實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化。

  根據(jù)穩(wěn)流倉倉位自動(dòng)化調(diào)整磨機(jī)喂料量

  磨機(jī)負(fù)荷直接影響到磨機(jī)粉磨及選粉效率，準(zhǔn)確判斷磨機(jī)負(fù)荷將成為提高產(chǎn)量、穩(wěn)定質(zhì)量的關(guān)鍵。具體思路：

  1.依據(jù)磨機(jī)電流、出磨提升機(jī)電流，回粉量、磨后負(fù)壓、選粉機(jī)電流、磨音、出磨溫度等關(guān)鍵狀態(tài)及其變化趨勢，采用模糊決策等手段，預(yù)測工況平穩(wěn)的磨機(jī)負(fù)荷。

  2.磨機(jī)負(fù)荷高對(duì)粉磨效率影響大，兼顧回粉量、磨后負(fù)壓等參數(shù)變化趨勢對(duì)磨機(jī)負(fù)荷影響較為迅速等特點(diǎn)，采用專家監(jiān)督與決策機(jī)制，提高磨機(jī)負(fù)荷判斷準(zhǔn)確性。

  水泥粉磨

  質(zhì)量控制基于“先穩(wěn)定再優(yōu)化”的原則，采取“高頻小幅”的處理方法。具體思路：1.依據(jù)在線激光粒度分析儀獲取的粒度分布曲線（<45um,3-32um,<3um），對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)分布圖，通過查詢專家知識(shí)庫，獲取選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)區(qū)間。

  2.綜合磨機(jī)負(fù)荷辨識(shí)結(jié)果，依據(jù)粒度偏差量，分時(shí)分段合理協(xié)調(diào)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和后主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值。

  3.在質(zhì)量穩(wěn)定前提下，通過小幅調(diào)節(jié)選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和后主排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，提高水泥成品質(zhì)量，降低單產(chǎn)電耗。

  分布圖

  該技術(shù)可以應(yīng)用在水泥粉磨（球磨機(jī)）系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)在線測量技術(shù)、水泥粒度在線監(jiān)測（激光在線檢測技術(shù)）與控制、粉磨智能優(yōu)化控制技術(shù)、水泥粉磨企業(yè)能源管理系統(tǒng)這些方面。

  水泥質(zhì)量情況

  使用用前、后分別取十天比表面積數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從表中可以看出使用前水泥成品樣比表面積的合格率為85.4%，使用后成品比表面積的合格率達(dá)93.3%。

  水泥質(zhì)量情況

  使用激光粒度儀前后1微米以下顆粒降低2%，3微米到32微米顆粒增加13.91%，45微米以上顆粒減少5.58%。

  水泥質(zhì)量情況

  熟料用量減少2%；使用后水泥凝結(jié)時(shí)間延長30分鐘；使用前水泥需水量比熟料需水量高13.9ml，使用后水泥需水量升高0.6ml基本保持不變。

  應(yīng)用體會(huì)：

  1.確實(shí)可以優(yōu)化水泥顆粒級(jí)配，防止過粉磨，提高出磨水泥早、后期強(qiáng)度，降低需水量；合理平衡了臺(tái)時(shí)產(chǎn)量與質(zhì)量的關(guān)系。

  2.人員減少及勞動(dòng)強(qiáng)度降低。

  3.熟料用量減少，電耗降低，水泥生產(chǎn)成本有效下降。

  4.由于條件限制，現(xiàn)在還沒有做到完全無人值守。有些企業(yè)購買了在線粒度分析設(shè)備，僅僅是做為了人工細(xì)度、比面表積檢測的替代。

  5.隨著水泥粉磨系統(tǒng)自動(dòng)堆取料方案的使用、測控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，做到”閉門自動(dòng)運(yùn)行“才是無人值守的目標(biāo)。

  四．水泥技術(shù)發(fā)展方向

  朱其川認(rèn)為，水泥應(yīng)從追求成本轉(zhuǎn)變?yōu)樽非蟪杀咀非筚|(zhì)量，從由水泥產(chǎn)品本身的經(jīng)濟(jì)性轉(zhuǎn)變成混凝土、建筑全生命周期的經(jīng)濟(jì)性，從操作、巡檢轉(zhuǎn)變成機(jī)器代人。未來水泥技術(shù)發(fā)展方向可以從水泥質(zhì)量高穩(wěn)定性控制技術(shù)；基于在線分析與大數(shù)據(jù)分析的自動(dòng)配料技術(shù)；水泥分別粉磨、調(diào)配技術(shù)；高效、低成本顆粒分級(jí)技術(shù)；低成本水泥冷卻技術(shù)；水泥筒倉防結(jié)壁及安全清倉技術(shù)；集一卡通、水泥粉磨生產(chǎn)無人值守、自動(dòng)插袋、自動(dòng)裝車為一體的數(shù)字水泥車間技術(shù)這些方面尋求突破。