中国粉体网讯 由各种配套的机械设备组成的水泥粉磨生产线，称之为水泥粉磨工艺流程，亦称为水泥粉磨系统。水泥生产中，其基本流程主要包括开路流程和闭路流程两大类。
粉磨产品质量
对于水泥粉磨产品来说，水泥颗粒组成是决定水泥性能的主要因素之一。目前一般公认的水泥（熟料）最佳颗粒组成为3～30μm，含量越多越好。其中，3～10μm的水泥颗粒早期强度高；10～30μm水泥颗粒后期强度高。
20世纪80年代中期，国内外学者进一步明确提出：水泥中3～30μm（或32μm）颗粒（尤其是熟料颗粒）对强度的增长起主要作用，其颗粒分布是连续的，总量应不低于65%；16～24μm的颗粒对水泥性能尤为重要，含量愈多愈好；小于3μm的细颗粒，水化速度快，对水泥产品强度贡献小，不要超过10%；而大于64μm的颗粒对远期强度有贡献，对水泥企业经济效益有影响，尽量减少。
2007年以前，水泥行业内有一个共同的认识，开路粉磨的水泥，颗粒组成范围宽，水泥颗粒中微细粉含量较多，比表面积高，早期强度高。实施《通用硅酸盐水泥》国家标准（GB175-2007）后，在市场竞争中各企业的水泥细度控制值更加严格，圈流粉磨的水泥也必须达到较高的比表面积和合理的颗粒组成，系统选粉机采用高浓度袋收尘器收集细粉，也能够实现这一目标值。此时，开流粉磨的水泥早期强度高的优势已经不很明显。因此，绝大多数水泥厂都采用圈流粉磨的工艺流程来粉磨水泥，这样既可以避免开流粉磨的过粉磨现象，又能保证水泥单产电耗减少10%～15%。尤其是辊压机与球磨机联合粉磨系统（单闭路和双闭路），目前已经成为了国内各大水泥集团和粉磨站水泥粉磨系统的主流。
粉磨设备对工艺流程的影响
几十年前，国外学者Anselm对球磨机粉磨功耗进行了分解性研究，结果见表1。
Anselm的研究成果表明：球磨机的能量利用率极低，理应尽快淘汰。上世纪80年代，新型节能磨机（辊压机、立式磨、辊筒磨等）相继登场，走进我国水泥企业，其能量利用率都在40%以上。新型磨机的国产化进程也非常之快，尤其在跨世纪后，国内新型干法生产线上，生料粉磨和煤磨系统基本上都以立磨为主。然而，水泥粉磨系统还保留着大量的球磨机。据官方网站报道：截至2017年6月底，全国共有水泥企业3465家，其中现存Φ3米以上的水泥球磨机还有3000多台。其原因何在？现分析如下：
球磨机1876年问世，是水泥工业的第一代粉磨设备，连续生产的球磨机1891年投入工业生产使用。尽管它历史久远，与物料只能是“点接触”，属“单颗粒粉碎”原理，能量利用率仅有3%左右，但目前仍旧是我国水泥粉磨系统应用较多的设备。除了它的操作与维护简单、调控方便、故障率小、物料适应性强之外，优势还有两点：其一，水泥是一种多组分物料混合而成的产品，“匀质性”非常重要，球磨机“一边磨细物料、一边翻滚搅拌”的“粉磨兼均化”功能，尤其适应水泥产品的质量要求；其二，球磨机粉磨的水泥产品颗粒形貌以“球形颗粒”为主，它有利于水泥产品“后期强度增进率的提高”，并改善了水泥产品的使用性能。这正是其他粉磨设备无法实现的，但对产品质量又至关重要的地方。
立式磨粉磨属于“料层粉碎”原理，入料粒度大、噪声低、节能效果好。立磨终粉磨系统有烘干兼粉磨作用，特别适合水分较大的或单品种物料粉磨，如生料、煤粉、石膏粉、矿渣粉等等。对于要求比表面积高的多组分配合料，立磨运行的平稳性会降低，产品颗粒形貌呈长条形或多角形，球形度低，对水泥产品使用性能不利。
辊压机水泥终粉磨系统在我国尚属起步阶段，它的粉磨机理与立式磨相似，同属于“料层粉碎”原理，能量利用率更高，粉磨电耗更低。工业性试验发现，该系统对入料的均一性要求严格，生产的水泥产品颗粒分布窄、球形度很低、石膏颗粒偏粗、铝酸三钙活化不佳，导致水泥需水量高，对水泥产品使用及其与混凝土外加剂的相容性都有一定影响，仅用于矿渣粉、钢渣粉生产，效果较好。因此，在上世纪90年代，我国将辊压机与球磨机组成联合粉磨系统，各自发挥优势，一举成功，被水泥企业广为应用。
典型水泥粉磨系统评析
我国水泥企业常见水泥粉磨系统综合技术经济指标对比评价，见表2。
从表2对比结果可以看出，国内水泥企业常见的三种粉磨系统，各有自己的特色。单从粉磨节能的角度评价，立磨终粉磨系统的优势十分明显。与球磨机闭路粉磨系统相比，单产电耗由平均35kWh/t降到27kWh/t，节电23%，值得庆贺和推广。2000年之后，许多机械公司和投资商都看好立磨的粉磨节能效果，在新建新型干法生产线上，纷纷选用立磨作为水泥终粉磨系统。几年间，立磨水泥终粉磨系统在我国从无到有，渐渐占到国内水泥生产线5%以上的份额。2009年某网站召开水泥粉磨论坛会，大谈特谈“无球化时代”即将到来，其实质就是说，“立磨”即将替代“球磨机”粉磨水泥。“无球化”不仅仅是一句美好的“畅想”，而是要面对激烈竞争的水泥市场。水泥粉磨系统的产量、质量、能耗，三者是一个有机的结合体，缺一不可，立磨水泥产品质量缺乏广泛的认可，前景难免渺茫。2013年，我国水泥产量突破24亿吨，熟料产能严重过剩，“去产能”任务十分严峻，新建水泥生产线的计划任务几乎全部下马、停工，“无球化”进程也因此而受阻。
国家标准GB16780-2012《水泥单位产品能源消耗限值》规定，水泥粉磨系统电耗先进值为：32kWh/t。以粉磨P·O 42.5级水泥为例，现阶段国内许多优势企业水泥粉磨系统电耗实际值已达到28～30kWh/t，居国际先进水平行列。这主要得益于利用高效节能的辊压机与传统球磨机组成的联合粉磨工艺系统。研究表明：在辊压机-球磨机联合粉磨工艺系统中，辊压机电耗约占14%，选粉机等其他辅机电耗约占15%，而球磨机电耗占71%。可见，球磨机仍是耗电的主要设备。之所以水泥粉磨系统电耗大幅下降，主要是因为采用辊压机后，带来的系统产量显著提高。也正因为如此，除了注重节能高效的粉磨装备和新的工艺系统研发外，在粉磨装备的结构改进和新材料的应用方面，也必须要不断地探索与研究。
陶瓷研磨体助力水泥粉磨节能
2015年5月27日，《中国建材报》头版报道了济南大学两位中年教师在山水集团应用陶瓷研磨体替代钢球、钢锻节电效果明显的消息，拉开了陶瓷研磨体在我国通用硅酸盐水泥生产中应用的序幕。我国在世界上首创的“水泥粉磨用陶瓷研磨体”属于干法研磨球，简称“陶瓷研磨体”，有一些在外形上与普通陶瓷球没有什么不同。但另外一些有明显的外形差异，如段型（短圆柱体）、胶囊型（段的两端为球形）、椭球形或其他异型等。从化学成分上看，除氧化铝含量超过90%之外，还添加了一部分改性增韧的微量元素（锆、锰、铜等），使陶瓷研磨体的抗冲击能力（韧性）大幅度提高。经过两年多的应用实践，陶瓷研磨体在国内几十家水泥企业已被接受和认可。辊压机-球磨机联合水泥粉磨系统应用陶瓷研磨体后，单产电耗普遍降低10%～15%，节电3～6kWh/t。从表2数据可以估算出，这样的水泥粉磨系统应用陶瓷研磨体之后，吨水泥电耗指标会降低到25kWh/t以下，与水泥立磨终粉磨系统比较，优势更明显。因此，水泥粉磨系统“无球化”的呼声，也随之消失。
众所周知，球磨机主电机的运行功率受研磨体装载量的影响。应用陶瓷研磨体后，使球磨机装载量减少、整体负荷下降，因此，在主电机不更换的条件下，球磨机节电效果明显是必然的结果。近几年，水泥行业产能过剩、利润下滑，在竞争中求生存、求稳定的水泥企业，创新驱动、开源节流，积极依靠科技进步，提升企业经济技术管理水平，节能减排、降本增效、推进供给侧结构性改革，已成为日常工作中的重中之重。但是，我们还必须清醒地看到，陶瓷研磨体的应用不是简单的“替换”，也不是所有的水泥粉磨系统都能够应用陶瓷研磨体，就我国目前3000多台水泥球磨机现状来看，可分为以下三种情况：
1.工艺设备条件较适宜，可以直接在尾仓用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻。
2.必须经过必要的设备技术改造，才能用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻。
3.由于入磨物料粒度≥5mm等原因，目前还不能用陶瓷研磨体替代钢球或钢锻。
球磨机在使用钢球、钢锻时，“空磨启动后再加料”和“卸空物料后再停磨机”，已经是常规的操作习惯。因为钢球、钢锻不惧怕铸钢衬板，同时轻载启动球磨机，有利于安全运转和节电。然而，磨头供料不足甚至断料的情况以及球磨机空转几十分钟也不会有多大损失的想法，其实有很大问题。使用陶瓷研磨体后，这些操作习惯会变成碎球的“杀手”。瓷球与钢衬板的碰撞、摩擦，会使其产生众多的微裂纹，不停地运动会加速裂纹的扩展，最后导致研磨体开裂。瓷球硬度大，开裂的表面又像一把把锋刃劈向其他的研磨体，会造成研磨体更多的损伤，“碎球”现象迅速蔓延。生产管理部门应该对操作工提出要求，如发现磨头断料，5分钟之内必须停磨。如果超过10分钟不停磨，后果相当严重。
陶瓷研磨体在水泥粉磨系统的应用才刚刚开始，“怎样用好陶瓷研磨体”还在摸索之中。国家相关设计部门已立项研究设计适合陶瓷研磨体的球磨机，投放市场还需一段时间。所以，现阶段我们还必须认真总结陶瓷研磨体在现有球磨机中的应用技术和经验，把水泥粉磨系统节能减排工作提升到一个新的水平。
（中国粉体网编辑整理/青禾）
