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水泥行业立式辊磨机及其性能参数研究进展

摘要

印度是全球第二大水泥生产国，占全球产能的8%以上。由于国防、住房、商业和工业建设等各个领域的需求迅速增长，政府倡议，如智能城市和PMAY，印度的水泥产量预计到2025年底将达到每年5.5 - 6亿吨。随着近年来水泥行业的发展和成功，其投入成本的增加也给水泥行业带来了威胁。电力成本、燃料成本、原材料成本近年来翻了一番，而水泥价格却没有上涨。此外，40%的水泥生产成本是能源成本，其中超过60%的总电力用于研磨电路。为了在市场上生存和维持，他们需要增加他们的盈利能力，而这只能通过提高生产力和减少电力消耗来实现。通过提高产量、降低故障和优化能耗磨削工艺，可以实现高生产率和低电力成本。本研究的目的，是为了引起人们对水泥磨矿工艺优化的关注，以减少电力消耗，实现更高的生产率。本文讨论了立辊磨相对于球磨机的优点，讨论了立式辊磨机的结构、工艺和参数对其性能和生产效率的影响。同时也解释了参数变化的后果。通过对这些参数的适当优化，可以提高立辊轧机的生产率，并通过解决根本原因的性能稳定。本研究对使用电压调节模块的组织有益，但因某些瓶颈或限制而不能充分利用其生产力。

关键词：立式辊磨机 研磨 水泥磨机

一．引言

印度水泥行业有许多参与者，排名前20位的水泥公司生产的水泥几乎占了全国水泥总装机容量的70%。现有210家大型水泥厂，总生产能力为410吨水泥，其余350家小型水泥厂。在210个大水泥厂中，77个位于安得拉邦、拉贾斯坦邦和泰米尔纳德邦。

三种水泥制造工艺分别为-湿法、半干法和干法。在湿/半干工艺中，原料是由石灰石和水(称为浆料)混合和软粘土混合而成。在干法工艺中，石灰石粉碎后与原料混合，不加水。干法和半湿法工艺更节能。湿法生产1吨水泥需要0.28吨煤和110千瓦时，而干法生产1吨水泥只需要0.18吨煤和100千瓦时能源。

在印度，根据特定的终端应用，根据不同的成分生产了许多类型的水泥，如普通硅酸盐水泥(OPC)、火山灰硅酸盐水泥(PPC)、白水泥、高炉矿渣硅酸盐水泥和特殊水泥。基本区别在于所用的熟料和添加剂的百分比。

目前，由于PPC的高市场需求，水泥厂生产75-80%和20-25%的OPC。PPC的生产更便宜，市场价格也比OPC低近25卢比每袋，所以一般消费者被PPC水泥吸引。水泥公司也希望生产更多的PPC级水泥。现在，OPC级别仅为政府和机构供应制造。

二．水泥生产过程

2.1矿业

水泥的制造过程是从原材料的开采开始的，如石灰石，粘土在制造过程中主要使用的原料。石灰石矿是露天开采的，在工厂附近，粘土矿也在附近，以节省运输成本。钻爆后，石灰石从露天矿山中挖出，装入翻车机，运输到破碎机4段进行破碎。从露天矿中挖出的粘土卸到露天堆场。然后由翻车机运输，卸到粘土破碎机的料斗上。为了设计窑料，还使用了一些其他的原料来衬砂和铁矿石。沙子和铁矿石来自不同的供应商，用卡车运输，然后卸成露天堆场桩。通过连续的实验室测试，这些原材料按所需的比例混合在一起，能够产生化学反应，制成水泥。

2.2原料的破碎、堆放和回收

开采后的石灰石被送到第一破碎机称为颚式破碎机，然后进入第二破碎机(反击式破碎机)与粘土减少粒度小于50mm。其他添加剂如高纯石灰石也在一、二破碎机中单独破碎，粒度小于50mm。这些全部的原材料通过堆垛机或堆垛机储存在一个纵向的存储单元中。最后，窑料混合料或原料混合料通过回收机从库存中横向提取，并通过传送带运输到原料磨仓(称为石灰石仓)进行研磨。

2.3生料干燥、研磨、均化

原料混合，高品位的石灰石，沙子和铁矿石从他们的运输到原料磨干燥和进一步细磨。生磨机要么是带两个腔室的球磨机，要么是带内置分级机的立式辊磨机。来自预热器的热气体进入磨机，在磨机中用于干燥物料。球磨机和立式辊磨机将在本文的后面部分进行说明。热气体和干燥的细磨材料被送入磨机出口到分离器，分离细和粗的材料。第二个，称为废品，被送到磨入口通过一个空气滑阀进一步研磨。高温气体和细粒物料进入旋风分离器，将细粒物料和气体分离。这种非常精细的材料被称为窑炉进料，并存储在混合料仓中，用于缓冲原料和混合。借助于压缩空气，这种窑给料被提取出来，通过用于热解处理的斗式提升机被供给到预热器旋风部分的顶部。

2.4高温处理和熟化

为制备熟料，窑料的热解处理在窑预热阶段进行。窑预热部分有一个多级预热器与旋风，分解炉，提升管，回转窑，和熟料冷却器。在前加热炉，窑料由煅烧室和窑内的热风预热。通过气旋窑饲料是预先加热至850 - 900摄氏度的温度,然后喂煅烧窑室预煅烧的原料混合物,最后是回转窑煅烧,在摄氏1400度时熟料组分C₃A 、C₄AF、C₃S, C₂S形成，主要的热源是煤的燃烧。煤作为主要燃料在回转窑和分解炉室中燃烧。煤燃烧是为了提供煅烧所需的热量，并将窑料转化为熟料。这种炽热的熟料进一步进入熟料冷却器，将熟料从1400度冷却到200度。对于冷却熟料，使用冷却风扇，它提供高压自然新鲜空气，并使冷却熟料的冷却器中的熟料床流态化。冷却后的熟料被送入深金属盘输送机，并被送到熟料储存堆(CSP)。熟料在CSP中进一步自然冷却，提取后通过深盘式输送机送到水泥磨机进行最终的最终研磨。

2.5．水泥研磨和贮存

提取出的冷却后的熟料及石膏、粉煤灰等添加剂按一定数量送入水泥磨机。水泥磨要么是带两个腔室的球磨机，要么是带内置分级机的立式辊磨机。材料被磨碎，直到达到所需的厚度，然后最终产品被储存在混凝土筒仓中，以便进一步混合。在筒仓中，水泥根据等级分开存储，这样就不会发生混合。从筒仓中提取的水泥被运送到自动电子包装机，在那里被包装成50公斤的袋装水泥，然后用卡车或火车运输。现在，水泥公司也大量供应散装水泥给他们的主要客户，也可以提供内部使用(图1)。从上面的表格中我们可以了解到研磨活动涵盖了水泥制造过程的主要部分。明显标记的阶段是研磨活动。石灰石粉碎和减粒径、石灰石及添加剂磨矿、煤粉磨矿、水泥成品磨矿是主要的磨矿活动。它消耗了整个过程60%以上的能量(表1)。

三．水泥磨

水泥是能源密集型行业，60%以上的电力用于磨矿线路，同时也承担了大部分的建设成本。水泥工业的需要未来的目标是降低磨削过程的比能耗(图2)。

在水泥行业中，研磨系统对粒度分布和颗粒形状起着至关重要的作用。这影响了熟料的反应和脱水石膏的温度依赖性，脱水石膏也与熟料一起被磨碎。这些因素影响水泥砂浆的性能，即需水量、初凝时间和终凝时间以及强度发展。

磨矿过程通过破碎和细磨来实现粗粒度的减小。在水泥工业中，所有的研磨过程都是干的。研磨机的容量从300 -1000吨/小时用于石灰石和水泥研磨，最低50吨/小时，较大的安装可达450吨/小时。

在水泥制造过程中，许多研磨技术都是经过多年发展而来的。球磨机作为水泥生产的主要磨具已有100多年的历史。尽管与其他技术相比，球磨机易于操作和具有竞争力，但其效率低下一直是近年来研究和开发更高效的磨矿工艺的主要原因之一。与球磨机线路相比，立式辊磨、高压磨辊、立轴冲击式破碎机以及最近的卧式辊磨都节省了45-70%的比功率。现在球磨机和高压辊磨是作为一个共同的装置安装在一起的。根据欧洲水泥研究院“未来磨矿技术”项目，5年内磨矿机的1036个订单中，58%为立辊磨，40%为球磨机 高压辊磨电路。因此，球磨机和立式辊磨机是主要的技术在水泥磨。他们的技术比较在下面进行。

四. 球磨技术的比较

过去三十年来，立式辊磨机已成为研磨原材料的首选。由于立式辊磨机的研磨能力以及在单个单元中干燥、研磨和分选的能力，立式辊磨机比球磨机系统具有明显的优势。

尽管立式辊磨机现在已经成为球磨机的真正竞争对手和替代产品，并在近期增加了其在水泥磨的市场份额，但仍在购买带有高效分选器的双室球磨机用于安装新的水泥磨设备。这些都是根据人们的选择和喜好购买的。对成本、操作成本、安装成本、维护成本、易维护性、产品质量、专业知识等问题不同的人有不同的看法。球磨机和立式辊磨的研磨过程是根本不同的。以下是关于这些问题，立式辊磨机比球磨机的优势:

·干燥能力强——窑口热风可对含水量20%的物料进行干燥。(最大水分20% .球磨机3%)。

·给料粒度大——立式辊磨机可研磨辊径5%的物料。进给尺寸一般为40 -100mm, 立式辊磨机较大时可达120mm。反过来，它简化了研磨系统。

·轧辊与磨台(称为磨床)之间材料层厚度的影响。磨床的厚度可小至磨辊直径的1-2%。

·物料在立磨机内停留时间小于1分钟。

·成品尺寸的调整非常灵活、可靠、方便。它可以通过调节分级机的速度来实现。

·与球磨机相比，立式辊磨机的噪音相当低。噪声仅为20-25分贝，较低且环境友好。

·每吨水泥比能耗低。它只是50%到65%的球磨机消耗。

·单元产品的金属磨损低。磨损量一般只有5-15 g/t，甚至只有3-5 g/t。因此，易损件使用寿命长;由于金属磨损而产生的金属粉末较小，因此立式辊磨机也可以对白色水泥原料进行研磨。

·立式辊磨系统的安装比封闭式系统的球磨机回路所需的空间要少。资本投资仅为封闭式球磨机系统的70%。

·更高的磨削能力。

·单机集干燥、研磨、均质、分离、输送等功能于一体。

·快速更换水泥类型(20分钟) 。

五．立式辊磨机

进料通过水平旋转工作台与立式辊磨机上的4 - 6个研磨辊之间的压力和摩擦进行研磨。如图3所示，这些滚轮被液压压在工作台上。

为了加强磨削操作，工作台的滚子和轴不能通过工作台的平面移动。辊轴与工作台之间有15度倾角，相对运动包括滑动和滚动。饲料通过输送复合原料的饲料带输送机输送到饲料管。借助百叶环，引导磨机内部空气流动;当辊子旋转时，物料在工作台中心运动，离心力将物料抛向辊子下方的研磨区。在磨台的外围有一个坝环，使磨机进入一个叫做磨床的层。碾磨细料溢出坝环截留区边界。磨机内部向上的气流将物料提升到磨机外壳上方的旋转分级机，在那里将粗颗粒与细颗粒分离。

粗料落在进料台上进一步缩小粒度，而细料通过带输送空气的旋转分级机。分类器/分离器用于控制所需的产品尺寸。在最后的进料输入后，由于磨机与磨辊的相对运动，物料在磨辊与磨机之间进行研磨。

在进料、分级和研磨过程中，物料干燥，无法形成稳定的床层。干燥后的物料不稳定的磨床会引起立式辊磨机振动，导致磨机停机。避免了水通过水嘴直接喷入磨床的情况，使干磨机进料湿化，提高了磨床和物料的稳定性。

5.1 立式辊磨机各进程阶段

·干燥-当热空气携带物料到分离器时发生。

·磨削-由于压力和辊子与工作台之间的摩擦而发生。

·分离-有效的分离发生在分离器中，而主要的粗分离发生在喷嘴环区和磨机外壳中

·进料和再循环——进料通过气密旋转溜槽进入磨机，通过进料槽直接进入磨台。预分离时排出的物料通过斗式提升机、皮带输送机等输送回磨机。

·运输-充分研磨和分级通过的材料是我们的最终产品称为水泥，并通过磨机风扇的空气运输到袋房进一步分离空气和存储。

六．影响立式辊磨机生产效率的参数

6.1磨机进料尺寸

·磨机给料粒度及其分布对立磨机性能的影响。

·不正常的进料粒度分布可能会增加振动水平和破坏磨机的稳定。

·在任何情况下，大的饲料粒度都会降低轧机的产量。

·给料中过量的细粉或分选机的排出物会对磨床的稳定性产生不利影响，并会引起振动。

·一般情况下，通过调整破碎机上的棒材，或安装可循环的筛网，可以降低磨机进料粒度。

6.2进给磨机(进给速度变化和进给位置)

·主要目的是使给磨机的进料保持一致。

·进给速度的变化增加了轧机的振动，破坏了运行的稳定，在极端情况下会导致轧机停工。

·粘性物料如果处理不当，可能会在料斗提取和转移点产生问题，最终导致进料速率变化。

·轧机给料需要没有金属件。

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