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水泥磨内温度升高的原因分析及应对措施
水泥磨内温度升高的原因分析及应对措施
摘要水泥的出磨温度，是水泥粉磨质量控制的一个重要技术指标。
采用球磨机进行水泥粉磨的过程中，会有大部分机械能转化成热能，使得磨机内温度升高。
磨内温度过高会引起石膏脱水成半水石膏，甚至产生部分无水石膏，引起水泥假凝，影响水泥质量，而且容易使入库水泥结块，同时，磨内温度升高，会使水泥因静电吸引而聚集，从而降低粉磨效率。
这种现象在高温环境下更为突出，为了解决这个问题，本文中，笔者结合在沙特SPCC（南方省水泥公司）的生产调试经验，对引起磨内温度升高的原因作了粗浅的分析，并对降低水泥出磨温度的措施进行了阐述。
关键词水泥粉磨，出磨温度，石膏
沙特SPCC（“南方省水泥公司”的缩写）5000t/d熟料生产线，是中材国际在沙特承包建设的第一条水泥生产线，它开创了中国水泥在中东市场的先河。
2007年11月27日，该厂水泥磨进行首次性能测试，出磨水泥温度达到115℃，远高出合同规定的105℃的要求，性能测试失败。
由于工厂地处热带沙漠地区，高温炎热，年平均气温32℃，最高气温达47℃，高温环境下如何降低水泥的出磨温度，成为当时最棘手的问题。
本文不仅对磨机内部温度升高的原因作了分析，还对调试过程中所采取的措施作了较详细地阐述。
一、沙特SPCC水泥磨基本情况介绍
为了更好地分析磨机内部温度升高的原因，先介绍一下该厂水泥粉磨的基本情况。
（1）水泥粉磨采用2套Ф5x15m的圈流球磨＋组合式高效选粉机系统，水泥生产能力150t/h，入料粒度≤25mm,出磨水泥细度350m2/kg，主传电机功率6300kw，磨机转速14.5r/min.。
（2）磨机研磨体采用高铬铸铁钢球，多级配球方案。
（3）磨内通风由单独的通风除尘系统提供，风机处理风量能力74750m3/h，风压4500Pa。
（4）磨内设有喷水装置，提供一用一备两台高压水泵，确保磨内喷水稳定可靠。
（5）入磨物料经配料仓配料，由皮带输送机送到磨头，经下料溜槽喂入磨机，进行粉磨。
二、磨内温度升高对磨机粉磨效率和水泥质量的不良影响
磨内温度升高对磨机粉磨效率和水泥质量的不良影响表现在以下几个方面：
（1）磨机地粉磨效率下降，这是由于物料的易磨性随温度的升高而下降引起的。
同时，由于温度的升高，微细粉尘容易因静电吸引而聚集，造成粘球现象，也降低了磨机的粉磨效率。
有试验表明，入磨物料温度超过50℃，磨机产量将受到影响，超过80℃，水泥磨产量降低达10-15%。
（2）磨内温度升高，还会引起石膏（CaSO4·2H20）脱水成半水石膏（CaSO4·1/2H20）甚至产生部分无水石膏（CaSO4），引起水泥假凝。
普遍认为，石膏脱水成半水石膏的温度为100℃-110℃。
（3）磨内温度升高，还会对磨机的机械部件造成不良影响，如使滑履轴承温度升高，润滑作用下降，甚至将滑履轴承烧坏，还会加快袋式除尘器布袋的老化等。
三、磨内温度升高的原因分析
1、研磨体级配不合理，导致磨内温度升高
照搬国内水泥磨的配球经验，是造成出磨水泥温度过高的原因之一。
合理的研磨体级配，有利于提高粉磨效率，磨机一仓主要对物料进行冲击破碎，和破碎机相比较，球磨机的电能利用率只有1-3%，最高不超过15%，而破碎机可达到30%左右。
这样研磨体在撞击物料的过程中，大部分的能量是以热能的形式转化掉了，这部分热能就成为磨机温度升高的主要因素，而且一仓磨研磨体作用效果的好坏直接影响到后面各仓研磨效率的发挥。
能否达到预期的效果取决于研磨体的级配参数合理与否。
主要包括:
配合级数、球径（最大、最小、平均球径）的大小,以及不同规格的球所占的比例等。
特别是对于Ф100mm以上大球和Ф30mm以下的小球的使用，掌握不准，造成一仓的粉碎效率和二仓的粉磨效率很低，这必然会造成磨机内部温度的升高。
国内某些水泥厂，使用Ф100mm以上大球配球的方案，是基于熟料易磨性好，混合材掺加量高的特点制定的，对沙特SPCC水泥厂却不适用，所以必须对研磨体的级配做出调整。
2、磨内通风效果不良，导致磨机内部温度升高
首次性能测试失败的另一个原因是，片面追求水泥的细度，减少了磨内通风，那么，磨内通风对磨内温度由哪些影响呢？
磨内通风，可以把磨机内的微细粉料及时带走，减少因微细粉料的缓冲作用而造成的粉磨效率降低，同时可以有效的防止了过粉磨、粘球现象的发生，提高了粉磨效率，从而降低了磨机温度。
片面追求水泥的细度，采用小风量的控制手段，造成过粉磨现象，测试过程中细度一度达到380m2/kg，这也是造成出磨水泥温度升高的因素之一，出磨水泥出现了假凝，水泥结块等现象。
另外，磨尾密封卸料装置的密封效果对磨内通风有很大的影响，首次性能测试，由于磨机卸料口密封装置密封效果不好，一部分外部气体会进入除尘系统，严重影响了磨内通风，必须对磨机卸料口密封装置进行改造，确保能起到良好的密封效果。
3、磨内喷水不稳定，雾化效果不良，造成磨机内部温度升高
磨机在对熟料、石膏、混合材粉磨成水泥的过程中，会产生大量的热，致使磨机温度升高，大型磨机一般通过向磨机筒体淋水或向磨内喷水的方法，借助水的蒸发，将大部分的热量带走。
向磨机筒体淋水，可降低磨机出料温度30℃左右，但这种方法易造成磨机筒体的腐蚀，对昂贵的磨机来讲，真是得不偿失，特别是对于热带沙漠这样的高温、缺水地区，更不划算。
向磨机内部喷水不失为一种有效的方法，将一定量的水，用压缩空气，通过喷嘴喷入磨内，水通过喷嘴很快雾化，由于磨机内部温度高达110℃左右，水雾很快气化，并带走大量的热量，达到降低磨机内部温度的作用。
该厂水泥磨首次性能测试时，水泥磨DCS控制系统没有完善，磨机喷水量只能通过现场进行操作，中控室没有流量显示，也没有控制按钮，致使喷水量很难掌握。
同时，由于一仓喷嘴安装时间过长，表面损坏，雾化效果不好，磨内粉磨状态严重恶化，因此必须对喷水系统进行改造。
良好的雾化效果，是磨内喷水的关键，水量过多和雾化效果不好，会增加磨内物料的含水量，导致物料粘球、堵塞篦板，致使粉磨状态恶化，严重的还会发生铸磨的现象，因此磨内喷水一定要控制好。
根据经验，喷水量一般控制在磨机水泥产量的1%以下，可有效降低水泥温度10-20℃。
4、入磨熟料温度过高，导致磨机内部温度升高
SPCC水泥厂，地处高温高热的热带沙漠地区，熟料出篦冷机的温度已达115℃，然后直接入熟料库储存，在高温下，熟料温度很难自然冷却，造成熟料入磨温度偏高。
首次性能测试过程中，熟料入磨温度有时达到90℃。
这样高的物料温度，使得磨机粉磨效率降低，磨内温度升高。
不解决这个问题，水泥磨的测试是很难通过的，出磨水泥温度很难达到低于105℃的合同要求。
入磨物料温度，一般要求常温下入磨粉磨，但在实际中，由于生产方面的原因，片面追求水泥产量，熟料来不及充分冷却，就直接入磨机粉磨，这种情况在水泥销售紧俏时，更易发生。
入磨物料温度高，物料带入磨内大量的热，加之磨机研磨时，大部分的机械能转化成热能，必然造成磨内温度升高。
如何降低磨内温度呢？
根据上面的分析，我们从优化研磨体级配，加大磨内通风，改善磨内喷水效果，改变熟料储存方式几个方面入手，采取了如下的措施。
四、降低磨内温度的措施
1、“减大加小”，优化研磨体级配
球磨机研磨体级配，包括确定球径大小和装载量多少两个方面。
理论上，研磨体最大球径Bmax按照下式计算：
Bmax为最大球径（mm），d为磨机喂料的最大粒度（mm）
经测定该厂熟料最大粒径为35mm，代入公式：
根据水泥磨下靠取整的原则，确定研磨体最大球径为90mm。
研磨体装载量WB按照下式计算：
…..
（1）
WB
──
磨内研磨体装载量，t
φ
──
磨内研磨体填充率，
Di
──
磨机有效内径，m
γ
──
研磨体容重，t/m3
L
──
磨机有效长度，m
该磨机基本技术参数如下：
一仓：
内径D1：
Φ4830mm长度L1：
5205mm
二仓：
内径D2：
Φ4810mm长度L2：
9545mm
研磨体容重γ=4.50
设计研磨体装载量：
480吨
估算平均填充率：
根据研磨体装载的一般原则，前仓填充率小于后舱，取第一仓φ1=0.38
第二仓φ2=0.4
确定各仓研磨体级数及装载比例：
第一仓4级，根据“两头小，中间大”的原则确定：
Φ90-15%，Φ80-35%，Φ70-35%，Φ60-15%
第二仓5级，根据水泥的粒度分布确定：
Φ60-7%，Φ50-10%，Φ70-10%，Φ30-13%，Φ25-25%，Φ20-35%
由公式
（1）确定各仓装载量：
第一仓装载量：
第二仓装载量：
由各仓研磨体确定的比例计算各仓研磨体的重量：
第一仓级配4级：
Φ90-23.385吨，Φ80-54.25吨，Φ70-54.25吨，Φ60-23.385吨
第二仓级配6级：
Φ60-20.349吨，Φ50-29.07吨，Φ70-37.791吨，Φ30-37.791吨，Φ25-72.675吨，Φ20-101.745吨
各仓研磨体的级配及装载量的理论值计算出来后，实际装载时，还要根据情况作出调整，该厂实际装载情况见表1-表4所示。
具体的装载原则是：
（1）根据入磨物料的粒度、硬度、易磨性及产品细度要求调整级配。
（2）研磨体的装载要分批次循序渐进，并保留一定的余量共调整使用。
针对出磨水泥温度偏高的问题，我们采取对研磨体“减大加小”的措施，对国内的配球经验作了较大调整。
所谓“减大加小”，就是在一仓减少直径90mm以上大球加入量，在二仓增加直径30mm以下小球的加入量。
研磨体级配受入磨物料的粒度，熟料的易磨性的影响，并对水泥的颗粒级配产生影响，优化研磨体级配要综合考虑这两个方面。
SPCC水泥厂生产的熟料，由于采用高铁配方，熟料中的铁相固溶体含量高，熟料易磨性差，对二仓研磨体级配要求高，另外，水泥配料加入混合材，熟料90%+石膏4%+石灰石混合材6%。
基于以上特点的分析，磨机研磨体级配方案中，磨机一仓去除了直径100mm以上的大球，磨机二仓增加直径20mm的小球。
采用分批分次加球的方法，通过检测水泥的颗粒级配，不断调整研磨体级配，使生产的水泥具有最佳的颗粒级配。
具体加球方案见下表。
表1：
第一次加球24%方案
球径（mm）
Ф90
Ф80
Ф70
Ф60
Ф50
Ф40
Ф30
Ф25
Ф20
平均值
合计
总计
一仓（kg）
7200
17160
17160
8480
74.6mm
50000
142000
二仓
（kg）
6400
9200
7360
13800
23000
32240
30.1mm
92000
表2：
第二次加球21%方案
球径（mm）
Ф90
Ф80
Ф70
Ф60
Ф50
Ф40
Ф30
Ф25
Ф20
平均值
合计
总计
一仓（kg）
6300
15015
15015
7420
74.6mm
43750
124250
二仓
（kg）
5600
8050
6440
12075
20125
28210
30.1mm
80500
表3：
第三次加球30%方案
球径（mm）
Ф90
Ф80
Ф70
Ф60
Ф50
Ф40
Ф30
Ф25
Ф20
平均值
合计
总计
一仓（kg）
9000
21450
21450
10600
74.6mm
62500
177500
二仓
（kg）
8000
11500
9200
17250
28750
40300
30.1mm
115000
表4：
第四次加球20%方案
球径（mm）
Ф90
Ф80
Ф70
Ф60
Ф50
Ф40
Ф30
Ф25
Ф20
平均值
合计
总计
一仓（kg）
0
1716
1716
848
72.0mm
4280
18425
二仓
（kg）
800
1150
1840
3450
2875
4030
30.8mm
14145
从上面表格可以看出，加球方案遵循循序渐进的原则，根据调试过程中的参数，不断调整加球方案。
前三次加球方案基本一致，去除直径100mm以上的大球，一仓加球量满足正态分布，使物料进入二仓（研磨仓）后，获得较好的粒度分布，二仓增加直径20mm的小球量，使水泥的细粉颗粒（小于10µm）增加，提高水泥的水化性能。
第四次加球做了明显的调整，此次调整充分考虑了水泥细度和颗粒级配的要求。
增加二仓的加球量，二仓的加球量是一仓加球量的3.3倍，远高于前三次的1.84倍；降低了一仓的平均球径，由原来的74.6mm降为72.0mm,增加了二仓的平均球径，由原来的30.1mm增加为30.8mm。
2008年1月12日进行的第二次性能测试结果证明，经过这样的调整，磨机的粉磨效率得到提高，台时产量达到170t/h,比设计能力提高13.3%；水泥细度380m2/kg，比设计要求提高8.5%；水泥的粒度分析发现，﹤10µm的颗粒占到10%，3-30µm的颗粒占到55%，这些颗粒对水泥的水化起到关键的作用。
测试结果还说明，这样的颗粒级配是合理的，能够提高磨机的粉磨效率，达到降低磨内温度的目的。
2、加强磨内通风，降低磨内温度
第二次性能测试，对出磨气体的压力作了调整，出磨气体压力由-1164Pa降为-1213Pa，增大磨内负压，加强了磨内通风，出磨水泥温度由110℃降为107℃。
磨内通风由一台法国Flakt公司生产的除尘风机，和一台脉冲袋式收尘器完成，除尘风机设计处理风量74750m3/h，风压4500Pa，脉冲袋式收尘器设计处理能力65000m3/h，入口气体含尘浓度£200g/m3，出口气体含尘浓度<30mg/Nm3。
完善磨尾密封卸料装置，确保密封效果良好，尽量减少外部空气通过密封装置进入磨内通风系统。
3、改善磨内喷水的雾化效果，降低磨内温度
第二次性能测试，对磨内喷水系统作了以下调整：
（1）安装了德国产优质喷嘴，改善了喷水的雾化效果。
（2）在磨机一仓安装喷水装置。
国内水泥的粉磨，一仓喷水的并不多，主要是害怕隔仓板出料小孔被堵，但只要对喷水量做到实时监测和控制，配合磨内良好的通风，该问题可以解决。
（3）对流量的实时控制作了更好的完善。
在管道上安装流量检测装置，
安装控制阀，并在中控室画面上设置控制按钮，显示实时的流量，对流量做到实时调节。
经过上述改进，确保了磨内喷水的安全，对改善粉磨环境，提高粉磨效率，降低出磨水泥的温度，起到较好的作用。
1#水泥磨在调试过程中，设两台磨内喷水泵，一台处于工作状态，另一台备用，高压空气由设在粉磨车间旁的高压储气罐提供，冷却水通过管道，经喷嘴，在高压空气作用下，向磨机一仓和二仓喷水。
4、延长熟料储存时间，改变熟料储存方式，降低熟料温度
首次性能测试，熟料温度偏高，入磨熟料温度达到80-90℃，分析原因后发现，熟料出篦式冷却机的温度为115℃，这些熟料经倾斜式链斗提升机，直接入水泥库储存（设计储存能力15000吨），在高温环境下，熟料很难在短时间冷却，针对这个问题，第二次性能测试采取如下措施：
（1）延长熟料的储存时间，该厂共有三个熟料储存库，每个库设计储存能力为15000吨，熟料的生产能力为5000吨/日，储存周期达到9天，熟料卸料时，采用先来先走的方式，总是从最早储存的库开始，以确保熟料在库中存储时间是最长的，这样可以有效的降低熟料的入磨温度。
（2）改变熟料的存储方式，该厂另设有20000吨储量的熟料方形堆场，方形堆场是开放式结构，四周开放，只设有钢架结构的顶棚，便于熟料的散热，熟料尽量先从堆场取料，必要时，也可以用堆场熟料和储库熟料搭配使用。
经过这样的方法，熟料入磨温度基本控制在环境温度+20℃以下。
即使在水泥生产最紧俏的时候，熟料入磨温度也没有超过90℃。
五、结论
通过对上述措施的实施，水泥磨磨内温度有了大幅的下降，出磨水泥温度由改进前的115℃下降到104℃，降低9.6%；同时，水泥磨产量明显提高，台时产量达到172t/h，比设计能力的150t/h提高14.7%；水泥比表面积375m2/kg，满足水泥磨性能测试合同的要求。
2008年1月12号，1#水泥磨性能测试在经过72小时不间断连续运行后终于圆满完成。
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