朱其川：水泥粉磨新技术的生产实践

  我国水泥粉磨工艺随着水泥工业化现代化的发展进程及生产工艺、技术的不断提升，已经由以球磨机为主，发展为高效率的球磨机与立式磨、辊压机等多种新型粉磨设备并用的工艺组合，并朝着粉磨设备国产化、高效化、智能化发展。而在日益严格的节能环保政策压力下，在产能过剩严重、市场竞争异常激烈的行业态势下，节能尤其是粉磨系统的节能降耗仍是水泥企业的重中之重。

  由中国水泥网主办的“2018第十届国际粉磨峰会”于6月14日在杭州举办，会上，中国联合水泥集团河南运营区技术中心总经理朱其川以《水泥粉磨新技术的生产实践》为题做了报告，他用大量的实际案例和数据来说明不同水泥粉磨的技术要求和应用，对优化工艺参数和改善水泥性能提出了自己的看法。

  一、半终粉磨应用

  半终粉磨工艺可以有效解决目前联合粉磨的过粉磨现象，利用辊压机系统做功效率高的优势进一步提高粉磨效率，但是在实际应用中半终粉磨系统也存在水泥需水量增加等问题。中联水泥从2013年开始尝试半终粉磨工艺的应用，取得了一定的成效，也有需改进的地方。

  半终粉磨工艺

  应用中需要解决的问题是：一是辊压机需高效稳定地运行，产生足够＜32um的物料颗粒；

  二是选粉设备的选粉精度需达到一定的要求，就是选粉机必须要尽可能多的选出粒度＜32um的物料。

  在处理上述问题时，主要采取了以下三种措施：

  （1）辊压机的工作压力＞10Mpa，而且能够在9Mpa长时间稳定运行；运行电流必须稳定在额定电流的80%以上。

  （2）选粉机的选粉精度满足选出32um颗粒的要求，选粉效率要大于60%，32um筛余＜5%。

  （3）合适的主机配置。

  主机配置

  应用效果

  朱其川在分享其应用体会时讲到，半终粉磨在操作中有其优势，但也有其需注意的细节。

  第一是优化工艺参数，改善水泥性能。

  1.合理控制辊压机系统产生的成品的比例，系统产量的20%~25%左右最宜，比表面积＞420m2/kg，0~32um的累积量达97%，45um筛余为0 是最理想的状态；此时的水泥性能最优。

  2.稳定混合材质量、品种及掺加比例。严控矿粉质量。

  3.建议企业做出厂水泥与砼减水剂相容性试验，比对水泥成分、比表、颗粒分布与水泥性能的相关性。

  第二是球磨机系统的控制。

  1．控制入磨物料细度。入磨物料细度的控制，控制入磨物料细度48%~52%，出磨物料细度32%~35%.（ 45um筛余）。

  2．控制磨内物料流速。控制磨内物料流速，磨内隔仓采用强制过料隔仓；调整出料篦板通风面积选择最优的使用方案；对部分活化环镂空处进行封堵，调整物料流速。

  第三是半终粉磨需要精细管理，从主机选型、熟料、混合材、参数确定与调整、控制工具等进行不断研究调整，才能发挥出应有的效果。

  二、陶瓷研磨体应用

  陶瓷研磨体在陶瓷行业中得到广泛应用，在水泥行业中也有应用，如在白水泥和彩色水泥生产中应用多年。近年来，在通用硅酸盐水泥粉磨系统，多家企业进行了利用陶瓷球代替钢球、钢锻的系列研究与开发，并取得了明显的节电效果。但在应用过程中也出现了台时产量下降

  烘干能力变差、磨尾循环负荷增大等问题。

  所以在实际操作中为了获得最佳使用性能，对于此类粉磨系统进行了调整。

  一是降低入磨物料粒度

  1．调整辊压机做功

  为降低入磨物料粒度，对辊压机运行参数进行调整，不断摸索插板开度、工作压力和电流之间的变化规律，寻找三者最佳参数（见下表），通过提高辊压机压力，最大限度开大插板开度，提高辊压机做工效果，以适用于陶瓷球。

  更换陶瓷球前后辊压机做功调整

  2．对V选进行调整

  使用陶瓷球后，随着辊压机做功提高，把6组调风叶片由半开调整到全部打开，V选补风风门由开度60%开到100%，以便选出更多的细粉。

  二是增加一仓长度和填充率

  隔仓板向后移1m，一仓填充率由31%提高到34%，提高一仓研磨能力。

  三是确定二仓最佳装载量

  为确定二仓最佳装载量，分别按32%、35%、37%、40%的填充率添加陶瓷球，通过4种填充率对比发现：在填充率为37%-40%时，系统台时电耗处于最佳状态。

  钢球和陶瓷球

  四是增加防堵多功能单层隔仓板。

  防堵多功能单层隔仓板

  更换陶瓷球前磨机级配情况

  通过上表可以看出，使用钢锻时，水泥磨总装载量在244t，二仓填充率33.63%，更换为陶瓷球后装载量为158t，二仓填充率37.00%。磨机总装载量降低86t。

  更换陶瓷球前后各主机参数对比表

  通过上表可以看出，水泥磨电流降低58A左右。PC32.5R水泥台时虽然降低了11t左右，但系统整体电耗有所降低，工序电耗降低4.1kWh/t；PO42.5水泥台时提高了14吨，工序电耗降低4.8kWh/t。

  更换陶瓷球后水泥性能对比

  通过上表可以看出，更换陶瓷球后成品水泥性能没有发生变化。

  应用体会：

  1.系统电耗降低，生产P.C32.5R水泥降低约4.1kWh/t左右，生产P.O42.5水泥下降约4.8kWh/t左右。

  2.出磨水泥温度下降17℃，磨机滑履瓦温度也随之下降15℃。

  3.经近2年实际运行测算，陶瓷球的球耗为12.3g/t，低于钢锻的35g/t。

  4.磨机噪音降低了6dB。减少重金属污染，有利于对水泥产品中水溶性六价铬含量限值（≤100mg/kg）的控制。

  5.使用陶瓷球后水泥性能未发生明显变化。

  6.使用注意事项：台时产量有下降的风险，若台时产量下降，在实行峰谷电价的区域生产成本下降部分会被冲减；陶瓷球对磨机钢衬板的磨损暂时还未得出明确结论；一二仓长度、篦板形式及研磨体级配应有效调整。

  三、水泥粉磨控制系统无人值守应用

  智能化控制系统定位

  通过水泥粉磨控制系统无人值守应用可以达到的目的有以下几点：

  1.通过总结优秀工艺专家和优秀操作员的经验知识构建专家知识库核心信息，并通过机器学习，在线实时更新专家知识。

  2.引进激光在线粒度分析仪，获取完备的粒度分布信息。

  3.基于现场历史数据处理及数据挖掘技术，确定磨机负荷运行区间。

  4.通过模糊决策和工艺分析，确定水泥粉磨系统关键工艺参数及控制量。

  5.基于边界控制及先进控制理论方法，实现水泥质量、磨机负荷、稳流仓料位三者协调优化运行。

  6.基于多线程的数据采集与处理技术，实现水泥粉磨过程电能消耗动态监测与分析。

  关键技术

  水泥粒度分布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，不同的粒度分布将导致不一样的性能，过多的<3um的颗粒将导致水泥硬化、放热速度过快以及裂化、需水量增加；如果 > 32um的颗粒过多将导致水泥（甚至是较长时间后也）不能完全水化，因此水泥的强度将大大降低。

  粒径分布

  示意图

  为实现磨机负荷运行区间合理和水泥质量稳定，需调节预粉磨环节实现入磨物料稳定，具体思路为：一是综合磨况，选粉机转速、后主排风机调整范围及水泥质量因素，依据专家知识库反馈，调整喂料量、循环风机转速、电动闸板开度调节区间；二是缩小稳流仓仓位变化幅度保证入磨物料量可控，采用方法：依据现场工况动态关系，通过分时分段合理调节喂料量、循环风机转速、电动闸板开度实现协调优化。

  根据稳流仓仓位自动化调整磨机喂料量

  磨机负荷直接影响到磨机粉磨及选粉效率，准确判断磨机负荷将成为提高产量、稳定质量的关键。具体思路：

  1.依据磨机电流、出磨提升机电流，回粉量、磨后负压、选粉机电流、磨音、出磨温度等关键状态及其变化趋势，采用模糊决策等手段，预测工况平稳的磨机负荷。

  2.磨机负荷高对粉磨效率影响大，兼顾回粉量、磨后负压等参数变化趋势对磨机负荷影响较为迅速等特点，采用专家监督与决策机制，提高磨机负荷判断准确性。

  水泥粉磨

  质量控制基于“先稳定再优化”的原则，采取“高频小幅”的处理方法。具体思路：1.依据在线激光粒度分析仪获取的粒度分布曲线（<45um,3-32um,<3um），对照标准分布图，通过查询专家知识库，获取选粉机转速、主排风机转速的调节区间。

  2.综合磨机负荷辨识结果，依据粒度偏差量，分时分段合理协调选粉机转速和后主排风机转速设定值。

  3.在质量稳定前提下，通过小幅调节选粉机转速和后主排风机转速设定值，提高水泥成品质量，降低单产电耗。

  分布图

  该技术可以应用在水泥粉磨（球磨机）系统关键参数在线测量技术、水泥粒度在线监测（激光在线检测技术）与控制、粉磨智能优化控制技术、水泥粉磨企业能源管理系统这些方面。

  水泥质量情况

  使用用前、后分别取十天比表面积数据进行对比，从表中可以看出使用前水泥成品样比表面积的合格率为85.4%，使用后成品比表面积的合格率达93.3%。

  水泥质量情况

  使用激光粒度仪前后1微米以下颗粒降低2%，3微米到32微米颗粒增加13.91%，45微米以上颗粒减少5.58%。

  水泥质量情况

  熟料用量减少2%；使用后水泥凝结时间延长30分钟；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基本保持不变。

  应用体会：

  1.确实可以优化水泥颗粒级配，防止过粉磨，提高出磨水泥早、后期强度，降低需水量；合理平衡了台时产量与质量的关系。

  2.人员减少及劳动强度降低。

  3.熟料用量减少，电耗降低，水泥生产成本有效下降。

  4.由于条件限制，现在还没有做到完全无人值守。有些企业购买了在线粒度分析设备，仅仅是做为了人工细度、比面表积检测的替代。

  5.随着水泥粉磨系统自动堆取料方案的使用、测控技术的进一步发展，做到”闭门自动运行“才是无人值守的目标。

  四．水泥技术发展方向

  朱其川认为，水泥应从追求成本转变为追求成本追求质量，从由水泥产品本身的经济性转变成混凝土、建筑全生命周期的经济性，从操作、巡检转变成机器代人。未来水泥技术发展方向可以从水泥质量高稳定性控制技术；基于在线分析与大数据分析的自动配料技术；水泥分别粉磨、调配技术；高效、低成本颗粒分级技术；低成本水泥冷却技术；水泥筒仓防结壁及安全清仓技术；集一卡通、水泥粉磨生产无人值守、自动插袋、自动装车为一体的数字水泥车间技术这些方面寻求突破。