陶瓷研磨体在水泥粉磨中的节能降耗实践

曾廷祥，张小龙，冉文廷

（陇南祁连山水泥有限公司，甘肃 陇南 426000 ）

近两年来，在水泥粉磨系统应用了一种质轻、耐磨、微晶氧化铝陶瓷研磨体，其显著节电效果、降低噪音及铬污染的环保优势，被众多的水泥企业所认可和接受，为水泥行业节能降耗带来效益，也是水泥干法粉磨高产、低耗、清洁生产的有效途径之一。

2015年，陇南祁连山水泥有限公司水泥粉磨工序电耗曾高达36.17kWh/t，为进一步挖掘生产潜力，降低水泥粉磨工序电耗，决定在1号水泥磨尝试应用新型陶瓷研磨体替代高铬铸球，以有效降低粉磨工序电耗及生产成本。其工艺配置为：φ3.8m×13m球磨机与1 400×800mm辊压机联合粉磨系统；预期目标：吨水泥节电3～5kWh；台时产量降低≤10%（P·O42.5）；陶瓷研磨体破损率≤0.5%。

1 陶瓷研磨体使用后总体运行效果

1.1 研磨体级配及填充率

2016年6月在陇南祁连山水泥有限公司1号水泥磨二仓应用陶瓷研磨体后，通过近两年的不断调整和系统的改进完善，目前磨内级配及填充率为：一仓选用钢球φ40mm、φ30mm、φ25mm、φ20mm共计51t，填充率29.61%；二仓选用陶瓷研磨体φ25mm、φ20mm、φ17mm、φ15mm共计75.6t，填充率37.98%，总重量共计126.6t。

1.2 总体运行效果

使用陶瓷研磨体之后，1号水泥磨正常工作电流在95～105A，较使用钢球的电流降幅在40～45A左右；磨机筒体表面温度下降20℃左右；磨机滑履瓦温度下降10℃左右；磨房噪声降低6.3dB（改造前为92.2dB，改造后测定为85.9dB）。磨机总装载量由原来的钢球磨160t下降到目前的总装载量126.6t，下降33.4t，对设备损耗，磨内衬板、隔仓板等的磨损下降；使用两年后，2018年初隔仓板移位改造时清仓，未发现碎球，对各种球径陶瓷研磨体进行卡尺测量球径，均未发现明显的球径变小情况见图1。

本厂 2套水泥粉磨系统配置相同，1号磨更换陶瓷研磨体后，2套系统工艺运行生产数据对比见表1：2017年1～12月台时产量下降9.63t/h，降幅7.29%；单产电耗下降2.93kWh/t，降幅9.17%；2018年1～6月份台时产量下降6.44t/h，降幅4.71%；单产电耗下降4.55kWh/t，降幅14.32%；水泥产品工艺质量基本保持稳定不变。

2 不同阶段调整情况及台时产量、电耗变化

2.1 第一阶段

2016年6月5日陶瓷研磨体加装完成，一仓钢球装置量38t，二仓陶瓷研磨体90t，运行至6月25日1号磨平均台时产量约为100t/h左右（最高达到115t/h左右），较2号磨台时产量下降20t/h左右；与此同时，运行中1号磨磨头出现返灰现象，我们对整个粉磨系统进行排查和运行分析，初步判断为磨机填充率偏高，而引起了磨头返灰。我公司管理人员与陶瓷研磨体供应商现场调试人员进行充分沟通后，7月初将一仓混合钢球倒出2t左右，运行中磨头返灰现象有所缓解，台时略有上升但不稳定，7月中旬将二仓混合陶瓷球倒出10t左右，二仓剩余球装载量80t左右，磨头返灰现象明显好转，台时产量比较稳定，由原来的100t提高到118.42t见表2。

表1 2套水泥粉磨系统工艺运行参数对比

图1 2018年2月份测量的各规格陶瓷研磨体球径

表2 2016年7～2017年2月份1、2号磨运行数据对比

2.2 第二阶段

2017年2月份，为提高一仓的钢球装载量，进一步发挥一仓的粉磨能力，杜绝磨头返灰，对磨头进料口加装30mm螺旋进料挡板，并补加钢球约6.5t，对两仓级配、装载量进行了调整见图2、图3。调整完成后，一仓装载量达到了42.5t，填充率为29.61%，平均球径为28.82mm，二仓填充率保持37.98%，平均球径约为18.43mm，具体方案按照一仓钢球φ40/7.5t、φ30/15t、φ25/15t、φ20/5t；二仓则按照φ25/15t、φ20/15t、φ17/25t、φ15/25t的级配，陶瓷研磨体装载量共计80t。调整之后1号磨两仓总装载量控制在122.5t，比原来的128t减少了5.5t；运行数据对比见表3。

图2 磨头改造前

图3 磨头改造后

表3 2017年3～8月份1、2号磨运行数据对比

运行效果：台时产量下降10.38t/h，降幅7.83%，单产电耗下降2.67kWh/t，降幅8.64%。

2.3 第三阶段

为了进一步发挥辊压机的作用，2017年9月份对辊压机进料装置进行了升级改造，由于原有辊压机下料装置为手动棒闸，调整下料大小需要人工现场通过开关棒闸，调整不及时且不易控制，现场开关棒闸危险系数高，且经过长时间的物料冲刷和磨损后，进入辊压机的物料大部分从辊压机辊面两侧流走，并未经过辊压机辊面，从而使斗式提升机负荷增加，物料内循环严重，辊压机的做功能力差。原有辊压机运行电流只有19A左右，斗式提升机电流在175A左右。

改造后的下料装置由手动棒闸、气动闸板和电动流量调节闸板等组成，运行中双层手动棒闸不用调整，打开气动闸板后由电动流量调节闸板控制进料量，由中控根据下料情况及时调整。投入运行后，辊压机电流升高至24～32A之间，斗式提升机电流降低至140A左右，较改进之前下降了约35A左右，达到了节约能耗的目的。

改进后的下料装置见图4、图5，尤其是在侧挡板区域有较好的物料密封作用，可以保证小仓内足够的料压，物料能够充分的经过辊缝间隙内被挤压破碎，通过在辊压机下方的检查口观察，物料基本呈现料饼状形态，在进入V型选粉机内，可以完全达到粗选粉的选级要求，减少了物料被重复在系统内循环的现象；运行数据对比见表4。

表4 2017年9月～2018年2月份1、2号磨运行数据对比

图4 下料装置改造前

图5 下料装置改造后

运行效果：台时产量下降9.33t/h，降幅7.04%，单产电耗下降3.3kWh/t，降幅9.75%。

2.4 第四阶段

为了进一步提高一仓研磨能力2018年2月将1号磨一仓隔仓板后移50cm，将一仓有效长度从现有的3.1m扩充至3.6m，通过加大一仓的装载量和对一、二仓填充率、级配的调整，从而将1号水泥磨粉磨功效进一步提高。一仓延长后装载量由现有的42.5t提高至51t左右，填充率则保持在29.61%左右基本不变，保证一仓破碎及部分研磨效果。二仓则由于隔仓板整体往磨尾方向后移，有效长度由原来的9.1m缩短至8.6m左右，填充率变化保持原有37.98%左右不变，装载量调整为75.6t左右见图6、图7。

对二仓陶瓷研磨体级配重新进行调整，尽量减少大直径陶瓷研磨体数量的搭配，将直径为20mm和17mm的陶瓷研磨体，由原来的15t和25t分别调整至25t和24t；将直径为25mm的陶瓷研磨体，由原来的15t调整为6t；直径15的陶瓷研磨体由25t调整为20.6t，平均球径调整为18.08mm。采取提高研磨体个数的方式增加装载量和研磨体与物料的接触点，保证物料充分得到研磨以达到质量指标要求；运行数据对比见表5。

图6 隔仓板移位之前

图7 隔仓板移位之后

表5 2018年3月～6月份1、2号磨运行数据对比

运行效果：台时产量下降6.11t/h，降幅4.44%；单产电耗下降4.59kWh/t，降幅14.57%。

3 使用后效益分析

3.1 直接经济效益

1号磨按照年生产水泥45万t、平均电耗较2号磨下降4kWh/t计算，年节约用电180万kWh，电价按均价0.45元计算，节约电费81万元。因使用陶瓷研磨体后几乎无消耗，吨水泥钢球消耗按减少30g/t计算，节约钢球消耗13.5t，按8 000元/t计算，节约成本10.8万元。年累计可节约费用约91.8万元以上。

3.2 间接效益

由于使用陶瓷研磨体之后，磨机总装载量下降，磨机滑履、减速机等设备承载力降低，陶瓷研磨体与磨机衬板的磨损消耗下降，设备损耗进一步降低，间接节省更换和维修成本。

3.3 环境效益

磨房噪声下降，钢球、衬板消耗下降，节约资源。

4 使用经验总结

4.1 要重视入磨物料水分的控制

物料水分过大，容易造成研磨体、隔仓板等粘附物料影响粉磨效果。同时，磨内结构对粉磨影响较大，传统的隔仓板容易造成篦缝堵塞影响磨机通风和过料能力，应采用复合型防堵塞隔仓板及出磨篦板，可有效防止杂质及研磨体碎渣卡塞篦缝，影响磨机的运行。7月份1号磨隔仓板堵塞，由于使用传统隔仓板，篦缝磨损严重，加之收到雨季影响进厂混合材水分偏大，造成隔仓板堵塞，利用峰谷电价停磨，至少3天清理一次。

4.2 必须重视选粉机的分级能力

选粉机的喂料一定要稳定，选粉机的分级性能要好，选粉效率要高，选粉机的选粉能力要有一定的富裕，确保成品能够及时分选出去。

4.3 应关注物料的易磨性

在其他物料相对稳定不变的情况下，熟料的易磨性对台时产量的影响较大，特别是熟料中细小飞沙料较多时，台时产量下降很明显。公司在熟料质量不稳定、窑前飞沙较大时，对应生产P·O42.5水泥，2台磨台时产量相差20t左右。

4.4 水泥强度等级不同的影响

生产不同等级的水泥，使用陶瓷研磨体较使用钢球磨台时下降幅度大。目前生产2个品种水泥，生产P·C32.5水泥时，2台磨台时产量均在145～150t，几乎无差距；生产P·O42.5水泥时，2台磨台时相差5～10t，熟料配比越高相差越大。

4.5 陶瓷研磨体与钢球不宜混装

陶瓷研磨体属非金属耐磨材料，不易与金属研磨体混合使用，使用过程中一定要加强磨机的管理，避免金属研磨体进入细磨仓，造成陶瓷研磨体的磨损加快及破碎。

5 下一步调整思路

（1）目前使用的是传统的隔仓板和出磨篦板，堵塞及糊篦缝现象严重，对隔仓板及出磨篦板进行改造，使用新型复合型防堵塞隔仓板及出磨篦板，进一步提升磨内通风机过料能力。

（2）目前使用的选粉机为O-Sepa选粉机（N3000），与目前新型高效选粉机相比较，选粉效率较低，通过对选粉机的改造，进一步提升磨机的台时产量。

（3）对磨内衬板进行改进，计划将磨机一仓阶梯衬板改为大波型衬板，二仓则升级为小波纹衬板+活化环的组合模式，以达到更好的节能增产效果。