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技術 | 水泥添加劑在立磨終粉磨系統中的應用與探討(上)

來源:《江蘇誠意工程技術研究》 發布日期:2019/9/25 編輯:徐展迪
核心提示:水泥添加劑在立磨終粉磨系統中的應用與探討(上)

立磨憑借其低能耗和高臺時產量(可達300t/h以上)的獨特優勢,已成為水泥工業粉磨裝置的首選設備,廣泛應用于生料粉磨、礦渣粉磨、水泥粉磨等工藝。立磨從1990年開始在全球水泥工業生料粉磨領域獲全面推廣、選用,在2000年后又逐漸進入水泥終粉磨領域,新建水泥終粉磨生產線選用立磨比例由15%增長到70%以上。我國水泥工業直到約2000年才開始引入立磨,2000~2010年期間新建礦渣粉磨項目中選用立磨比例由0增長到85%,而同期新建水泥終粉磨項目中選用立磨比例則由0增長到8%,預期未來將有較大增長空間。


水泥添加劑是水泥粉磨過程中加人的工藝或性能添加劑,既能改善粉磨工況,也能降低噸水泥生產成本,提高水泥質量,廣泛應用于以球磨機為主要生產設備的水泥終粉磨工藝中,國內統稱為“水泥助磨劑”。國外在以球磨機、立磨作為水泥終粉磨設備的生產工藝中均廣泛采用了水泥添加劑。我國在球磨終粉磨生產線中應用水泥化學添加劑的比例較高,但由于立磨作為水泥終粉磨生產設備在國內的應用是近10年左右才逐漸開始,生產線數量少,加上國內對于立磨水泥的應用性能等問題仍存在部分爭議,對于水泥化學添加劑在立磨中應用的可行性及其應用方法均存在疑問。


本文擬結合國內外相關文獻資料及技術研究報告,基于立磨粉磨工藝特點及與球磨粉磨工藝的差異,就化學添加劑在水泥立磨終粉磨生產中的應用現狀、技術要點及未來發展方向作一淺析。


1立磨的粉磨工藝特點


立磨的粉磨是通過不直接接觸的磨輥和磨盤擠壓松散物料,形成料床并傳遞粉磨壓力,逐漸將物料粉碎并研磨成粉。與傳統球磨粉磨工藝相比,物料在立磨中的運動路徑、粉磨過程及分選方式上均存在較大差異。


1.1 物料在立磨內的粉磨過程


對于傳統臥式球磨機,物料的破碎和粉磨通過研磨介質和磨機簡體間的沖擊、研磨來實現。新鮮物料經進料口進入磨內后,被研磨介質所破碎、研磨,并在磨尾負壓的作用下逐漸向磨尾移動并出磨。同時,物料在球磨機內的粉磨過程也是物料充分混合、攪拌的過程,其在磨內的運動路線和速度(也即物料流速)決定了其在磨內與研磨介質發生相互作用的時間,即磨內停留時間。物料在球磨機內的停留時間一般在15~20min,物料性質、研磨體填充率及級配、助磨劑的加入等均會影響物料在球磨機內部的流速,進而影響其停留時間和粉磨效率。


而對于立磨而言,主要的粉磨工作部件是不直接接觸的磨輥和磨盤,物料的破碎和粉磨通過磨輥和磨盤擠壓料床而實現。新喂物料通過立磨的喂料口進入磨內并灑落在磨盤中心,在離心力作用下沿磨盤徑向以螺旋方式向磨盤邊緣移動,隨后經磨輥擠壓、剪切而變小;在離心力作用下散出磨盤邊緣的物料被經過噴口環的高速熱氣流吹起,物料就以分散的顆粒狀態進行干燥;粗料掉人風環后被轉動的刮板卸料至斗式提升機并重新進入磨內,微細粉進人選粉機分選,而粗顆粒則重新進入磨內粉磨。


與球磨工藝相比,立磨的粉磨有幾個突出的工藝特點:


一是物料在立磨內的停留時間更短:傳統球磨中的物料停留時間一般為15~20min,而立磨一般只有2~3min。


二是物料在立磨內基本不存在過粉磨現象:傳統球磨中的物料在磨內的停留時間長,過粉磨問題一直存在,常采用水泥助磨劑加以改善;而立磨中物料的停留時間短,加上采用風掃式粉磨及自身的選粉功能,能及時將細粉帶出,避免了過粉磨現象。


三是立磨對濕物料不敏感,由于其采用氣體輸送物料,可粉磨、烘干水分達12%~15%的物料,不會出現球磨機中存在的濕物料導致的包球、糊磨等問題。


1.2 物料在立磨內部的運動路徑及輸送方式


物料在立磨內部的運動路徑主要包括磨盤表面的粉磨過程、熱氣流的預篩分及物料輸送和選粉機的分選三個過程。


物料在立磨內的粉磨過程在磨盤表面完成,磨盤同時承擔粉磨機械和撒料盤的作用。磨盤將灑落在其中心的新喂料分散并運輸至磨輥處;物料顆粒在磨盤離心力作用下以螺旋方式不斷向磨盤外圍滑動,其移動速度由磨盤離心力和物料、磨盤間摩擦力的差值決定。磨盤離心力的大小通過磨盤轉速來控制,而物料顆粒與磨盤問的摩擦力則更多取決于物料屬性如含水量、顆粒形狀等,水泥添加劑或球形度較高的礦物添加劑的加人對摩擦力的影響較大。

因此,立磨內料層的形狀和其在磨盤表面的運動情況取決于磨盤形狀、轉速、循環物料量和物料顆粒相對磨盤的摩擦力,其中化學及礦物添加劑的加入對顆粒與顆粒之間、料層與磨盤之間的摩擦力影響較大。此外,物料顆粒在磨盤表面粉磨中的相互混合、攪拌作用有限,這與球磨機是不同的。這一過程中,物料顆粒的流速對粉磨效率影響較大。


由噴口環上升的高速熱氣流對完成粉磨過程后離開磨盤邊緣的粉磨物料進行重力預篩分,大顆粒及不合格的粗顆粒分別經由外循環及內循環過程再次進入磨內粉磨,微細粉體則由熱氣流輸送到選粉機進行分選。在離心力作用下離開磨盤邊緣的物料由微細粉體、粗顆粒及大顆粒物料組成,在熱氣流下的粉體分散程度直接決定了這一過程的旁路值的大小,即預篩分的效率。水泥添加劑在粉體物料表面的分散則有助于提高這一預篩分過程的效率。進人選粉機的微細粉中的合格粉體的選盡程度同樣受粉體分散程度的影響。


2水泥添加劑在立磨粉磨過程中的應用特點


2.1 水泥添加劑在磨內物料表面的均勻性


水泥添加劑在磨內物料表面分布的均勻性對應用效果影響較大。球磨機內的物料粉磨過程也是干燥物料充分混合、攪拌的過程,水泥添加劑可借助這一工藝過程實現在磨內與物料顆粒的均勻混合及表面分散。與球磨機不同的是,物料進人立磨內平鋪在磨盤表面,缺少物料自身的有效攪拌混合,物料在立磨粉磨過程中的相互混合、攪拌作用有限,加上料床中物料的含水量較高,傳統水泥助磨劑較難實現在物料表面的均勻分散。


2.2 立磨通風對水泥添加劑應用效果的影響


另外一個重要差異在于立磨與球磨的磨內通風對水泥添加劑應用效果的影響。球磨中通風的主要作用是為了實現磨內負壓以防止粉塵逃逸,同時兼具加快磨內物料流動的作用,人磨氣流也一般為常溫;而立磨中的通風則兼具了熱風烘干、分離及傳輸物料的多種功能,通風量、風速也較傳統球磨機大很多。添加在物料表面的水泥添加劑極易在強氣流中被“剝離”,同時高溫氣體會明顯加速水泥添加劑中有機組分的早期蒸發,這均會增加水泥添加劑的逃逸率,并影響其在立磨粉磨系統中的最終應用效果。


2.3 水泥添加劑在立磨粉磨中的作用原理


在球磨工藝中,干燥細粉之間、粉體與研磨體及襯板表面的靜電作用強,進而導致團聚、過粉磨等現象。應用于球磨的水泥添加劑大都為多種極性化合物組成的混合物,其原理是基于降低水泥粉體表面電荷而實現對微細顆粒的分散,進而改善由于靜電作用而導致的包球、襯墊及磨內通風不良等問題,及細粉團聚、顆粒表面裂紋再愈合等現象,通過改善磨機工況、提高粉磨效率以達到提高產量、降低能耗、改善水泥品質的目的。因此,水泥添加劑在球磨機中的主要作用表現在減少顆粒團聚、減少糊球、提高選粉效率,進而降低選粉機的旁通量。


在立磨的粉磨過程中,物料的粉磨通過磨輥和磨盤擠壓料床而實現,與水泥化學添加劑加入后可能導致的物料移動速度加快相比較,料床的穩定性對立磨臺時產量及粉磨效率影響更大;同時,熱氣流對粉磨后物料的重力預篩分效果及選粉機的選粉效率決定于粉體的分散,而微細粉之間的團聚、微細粉在粗顆粒及大顆粒表面的吸附均影響粉體在氣流中分散程度。因此,水泥添加劑在立磨中的主要作用更多是基于極性化合物對微細物料顆粒的分散,提高粉磨后粉體在熱氣流中的分散程度,降低旁路值,進而提高粉磨效率。


來源:《江蘇誠意工程技術研究》


作者:湯國芳


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