1、水泥工業(yè)粉磨技術的發(fā)展趨勢水泥工業(yè)粉磨技術的發(fā)展趨勢建筑材料工業(yè)技術情報所中國硅酸鹽學會科普工作委員會2010年8月26日 西安 2010年中外水泥粉磨技術交流大會暨展示會主要內容主要內容 1 、概述、概述: 粉磨技術發(fā)展態(tài)勢粉磨技術發(fā)展態(tài)勢 2 、粉磨工藝及應用具體概況、粉磨工藝及應用具體概況 2.1 生料磨；生料磨； 2.2 熟料熟料/水泥磨；水泥磨； 2.3 礦渣粉磨；礦渣粉磨； 2.4 煤磨；煤磨； 3、 重要的磨機進展重要的磨機進展 3.1 立磨；立磨；3.2 輥壓機輥壓機 4、 展望展望 主要參考資料：（主要參考資料：（1）ZKG04/2010; 德國一石咨詢公司德國一石咨詢公司哈

2、德先生的綜述；哈德先生的綜述；(2) VDZ第六屆國際水泥大會論文；第六屆國際水泥大會論文；(3)歐洲水泥研究院報告。歐洲水泥研究院報告。VDZ年會：原料開采和粉磨技術年會：原料開采和粉磨技術 礦山開采包括對公有的自然資源的占用。為開采權付費已不再是公司面對周圍居民應該履行的唯一義務。公司要和當?shù)刂鞴懿块T一起合作，采用可獲得的最先進技術將其對環(huán)境的影響、噪聲污染、灰塵和振動等降到最低。 歐洲目前實施了更為嚴格的顆粒物規(guī)定，在歐洲和美國，PM10粉塵規(guī)范已被PM2.5粉塵規(guī)范所取代。 將新水泥廠設在緊鄰石灰石采石場除了明顯的財務因素之外，也是一個降低實際開采活動和物料運輸過程中的裝卸活動對環(huán)境和

3、居民造成影響的機會。居民們不僅僅能聽到爆破聲、看到灰塵，他們也擔心用卡車將物料運到水泥廠的長途運輸過程會破壞道路情況、造成交通工具超載、污染空氣、影響人身安全。 公司現(xiàn)在正在石灰石山脈建立看不見的工廠，以取消物料的道路運輸、降低噪聲、減少粉塵。這也是為什么Buzzi Unicem近幾年在大的礦山中建立了地下工廠，開采的原料通過礦井投送，粉碎后通過傳輸帶運到工廠。這些裝置是全自動化的，唯一需要人力參與的是設備監(jiān)控，因而把工人從噪聲大、灰塵多的環(huán)境中解放出來了。 水泥工業(yè)中，粉磨工藝的主要發(fā)展趨勢仍然是高效、節(jié)能以及系統(tǒng)簡化。 就目前形勢而言，在新的訂貨中，水泥工業(yè)中立磨所占比例已超過了60%，球

4、磨機已經降低到不足30%。 不同粉磨工藝以及磨機類型的并存。磨機的生產能力增加了，但在某些情況下，由于減速機部件的原因，生產能力的增長受到限制。 目前，粉磨站的應用呈現(xiàn)出兩位數(shù)的年增長率； 國內分別粉磨工藝在粉磨站的應用呈現(xiàn)增長態(tài)勢，主要目的是提高粉磨效率、減少電耗、提高產品的質量； 磨機供應商也隨之增加，競爭壓力增大。 1 、概、概 述述 全世界水泥行業(yè)中的單獨粉磨站約有600家（指的是年產20萬噸以上的粉磨站）；中國的粉磨站大大小小都算起來有1800多家。 原因：“集中生產分散粉磨原理”的普遍運用，適合熟料生產的地方建熟料生產線，在有市場需求的地方建水泥粉磨站；包括現(xiàn)有小水泥廠在競爭中處于

5、不利地位，改變用途，停止熟料生產，通常以粉磨站的形式繼續(xù)運營。 最著名的兩個水泥生產商拉法基和豪西盟，在2005年到2008年期間粉磨站數(shù)量分別增加了11和16家?？偟乃銇恚湔紦?jù)了這個時期所建設的新粉磨站的16%。 就單獨的粉磨站而言，已提及的粉磨工藝類型都可以看到（如圖1所示）。 目前，現(xiàn)有的水泥廠中，所安裝的磨機大約70%是球磨機，這一統(tǒng)計數(shù)字包括中國在內。 在新粉磨站中球磨機更少，不足50%，高效粉磨工藝是首要考慮的問題。 這一趨勢在水泥廠中得到了更好的體現(xiàn)，目前用于原料粉磨和煤磨的新球磨機僅占約10%（不包括中國）或15%（包括中國）。對用于水泥廠熟料粉磨的球磨機，也與粉磨站的數(shù)據(jù)差

6、不多，不到一半。 圖1 英國Cemex公司的Tilbury粉磨站2 粉磨工藝及應用概況粉磨工藝及應用概況 水泥工業(yè)中使用四種磨機：球磨機、立磨機、輥壓（即高壓磨輥）機和筒輥磨。 磨機類型的發(fā)展主要取決于通過努力使能源達到更高效利用。然而，還需要考慮不同的磨機喂料，煤、熟料和礦渣具有不同的易磨性、喂料顆粒的粒徑范圍及含水量，也要考慮不同的產量要求、細度和其他的質量參數(shù)。 因此，每種磨機及其相關粉磨工藝都比其他磨機更適合某些特定的應用和要求，并沒有通用的磨機。 為發(fā)揮各種磨機的綜合優(yōu)勢，聯(lián)合粉磨工藝已設計出來，也是對原有球磨機改造，使其物盡其用的最好方式。 圖2所示為2007到2008年，全世界水

7、泥工業(yè)訂購磨機的概況。這些數(shù)據(jù)并不包括由中國供應商對本地的提供，因為沒有針對這一情況的準確數(shù)據(jù)材料。圖2 2007/2008年世界不同磨機的 訂貨比例（不包括中國市場） 過去兩年對磨機供應商來說，是史上繁榮的兩年，出售了660多臺磨機，其中2007年373臺，2008年289臺。這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)考慮到了包括當時由于正在發(fā)生的世界經濟危機而取消的數(shù)字。 這660多臺磨機中的61%（410臺）是立磨。就西方供應商來說，63臺立磨交付給中國（82%用于原料粉磨），而中國供應商只給中國境外的用戶提供了5臺。據(jù)估計，在這一期間，中國供應商為中國境內的用戶供應了300臺立磨。 除了上述統(tǒng)計的410臺立磨外，供

8、應商同時售出了189臺球磨機（29%）和63臺（10%）其他類型的磨機。 這63臺其他類型磨機中有59臺輥壓機，僅有4臺為水平輥磨。因此在當時，水平輥磨僅占到不足1%的市場份額。 圖3所示為磨機的各個應用所占的比例。熟料/水泥磨以42%的比例占據(jù)了市場應用的最大份額，其次是生料磨，占據(jù)了34%的份額?？偟膩碚f，煤磨和礦渣磨只占到不足總使用量四分之一的份額。 所有數(shù)據(jù)可以看出這兩年磨機訂單激增的背景，尤其說明的是，考慮到立磨交付時間最長、其他磨機的價格優(yōu)勢或自身的特定優(yōu)勢這些特殊因素，故在具體情況下，是否使用立磨很難決定。圖3 根據(jù)應用情況2007/2008年間購置的磨機比例2.1 生料磨生料磨

9、 生料磨的目的是將一些組分往往不同的材料進行粉磨，從而生產出均質的生料。喂料的水分一般控制在3-8%之間，但有時也會超過質量的20%。 當喂料顆粒尺寸為100-200mm時，細度要求一般為90mm的篩余量10%-15%（200mm的篩余量1-2%）。 圖4顯示這個時間段新粉磨站中的80%安裝了立磨，而先前為84%。 立磨的優(yōu)勢是能耗相對較低，磨內可同時進行粉磨、烘干和選粉，并擁有30-100%的大范圍流量控制。 此磨機在中等生料硬度和0.09mm篩余量為12%的中等產品細度條件下，單位能耗低于10kWh/t。圖4 用于生料粉磨的磨機類型 立磨的增產率與回轉窯生產能力的增長保持同步。例如，萊歇公

10、司生產的LM69.6型磨機，其磨軌直徑近7m，擁有6個磨輥（如圖5所示），運行功率6600kW，粉磨中等硬度的水泥生料產量可以達到1200tph。 Grasim的Tadripatri工廠的實例表明，水泥生料硬度增大，磨機的生產能力明顯下降。在這個工廠，兩臺LM69.6型生料磨粉磨16 000tpd的生料，熟料產量為10000tpd 。每一臺磨機都在自身所允許的420tph的生產能力下運轉。然而，印度另外一個工廠，相同規(guī)格磨機的粉磨生產能力可以達到745tph。 目前，生產立磨的所有領先企業(yè)都制造生產能力超過600tph的磨機。 擁有數(shù)個獨立磨輥的大型立磨在一個輥子或一對輥子停止工作時，仍能繼續(xù)

11、進行粉磨，至少使回轉窯部分負荷運轉成為可能。圖5 萊歇LM69.9磨示意圖 球磨機仍占到了所有生料粉磨應用的12-13%，用于粉磨干的或磨蝕性的生料。 盡管諸如圓錐形球磨機及各種不同L/D的球磨機等新觀念正在研究中，但球磨機的發(fā)展?jié)摿λ坪跻驯缓谋M了。 由于新技術的發(fā)展，雖然迄今輥壓機通常與球磨機組成聯(lián)合粉磨工藝，但是最近幾年在終粉磨工藝中已經取得了成效。 水平輥磨幾乎不再用于生料粉磨。 輥壓機快速發(fā)展并得以成功的原因首要是改進了選粉機觀念。KHD Humboldt Wedag在1994年將V型選粉機投入到了市場。與此同時，V型選粉機成為粉磨系統(tǒng)中的一個重要組成部分，銷售量超過了135臺。 圖6

12、所示的這樣一個生料粉磨系統(tǒng)由一臺或兩臺平行的輥壓機、下置的靜態(tài)V型選粉機和一臺上置的高效選粉機組成，兩臺選粉機由氣力輸送銜接起來。在V型選粉機中進行物料的烘干、粗料的分離。 然后粗料通過斗式提升機返回到磨機喂料系統(tǒng)，與新鮮的喂料一起進行再次粉磨。細料通過選粉機進入成品收集。過大尺寸的物料也由選粉機返回到輥壓機中?？梢岳么讼到y(tǒng)實現(xiàn)1000tph的產量。 特別是COMFLEXR緊湊型系統(tǒng)超出了系統(tǒng)簡化的預期。如在奧洛格蘭德，Polysius利用輥壓機前兩種選粉機的差異，貫徹了一個類似的理念。圖6 ComflexR粉磨系統(tǒng)示意圖2.2 熟料熟料/水泥磨水泥磨 對于水泥粉磨，通常磨機的粉磨能力都在1

13、00-200tph之間。這就意味著對產量為5000tpd的中型窯生產線，也需要使用數(shù)臺磨機。 截至到目前，生產能力超過300tph的水泥粉磨設備只在少數(shù)幾個工廠進行了安裝。 磨機的粉磨能力主要取決于熟料和像礦渣或石灰石等混合材的易磨性，同時還取決于所要求的水泥細度。隨著產品細度增加，磨機產量下降。 最近幾年的發(fā)展表明，如今不同的水泥磨機所生產的水泥質量差別不大。 圖7表明，雖然球磨機的市場份額從59%降到了49%，但其仍然是水泥粉磨應用中常購置的類型。 相對而言，立磨所占份額從17%增加到了39%，輥壓機和水平輥磨所占份額也略微有些下降。圖7 熟料粉磨機型 球磨機能量利用率低，也許有人不明白為

14、什么它還能占到水泥磨機近一半的比例，其中的原因很復雜。 首先，由于球磨機操作簡單以及高實用性得到高度評價，而將其應用于聯(lián)合粉磨和終粉磨系統(tǒng)中（如圖8所示）。 其次，閉路系統(tǒng)中經常將選粉機改造為高效選粉機，這牽涉到替換球磨機的購置或現(xiàn)存球磨機實現(xiàn)現(xiàn)代化的問題。圖8 在Nuh Cimento（丹麥史密斯）世界上最大的球磨機 有時所購置的球磨機只是作為立磨的備用品。 此外，與其他類磨機相比，球磨機具有價格優(yōu)勢，特別是由中國提供的（如圖9所示）。圖9 中材國際為豪瑞水泥公司坦桑尼亞提供的球磨機（貨運工程） 近年來，對球磨機的改進和優(yōu)化也取得了一些進展。這些努力可以通過球磨機仍廣泛應用、單位粉磨成本增加

15、的事實得以體現(xiàn)。例如，VDZ或CRH的研究表明，現(xiàn)存的水泥磨機擁有較高的優(yōu)化潛力。 一個重要措施就是改善磨球的級配，這可以降低大約10%的能量需求。 帶料流控制的特殊的隔倉板和卸料篦板帶來了又一重要改進。 旋轉磨機筒體上的現(xiàn)代噪音檢測裝置，能夠分別精確地測試出第一和第二磨倉的填充水平。 HPGR/輥壓機的靈活性使其能應用于各種系統(tǒng)構造中，作為“聯(lián)合磨”與球磨機一起（如圖10所示）用于預粉磨和半終粉磨，或作為單級粉磨工藝用于終粉磨。尤其是近些年，向終粉磨方向發(fā)展的趨勢已經很明確了，造成這一情況的原因有以下三點： 1大大提高的粉磨元件服務壽命； 2使用動靜結合選粉機的選粉新技術（如圖11）； 3其

16、他粉磨設備生產出的水泥，其質量特征不再有不同于球磨水泥的負面影響。圖10 在Ladce水泥廠（Koeppern）中擁有輥壓機的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)圖11 SepolR HR選粉機用于Polycom終粉磨裝置（伯力休斯） 輥壓機終粉磨系統(tǒng)單位能耗達到了21kWh/t，輥壓機耗能為15.5kWh/t，占了大約79%，輔助設備、選粉機、風機、斗式提升機占了21%。 水泥粉磨采用立磨，在當前被視為一種技術突破。 然而，它并不是指所謂的預粉磨，而是指帶有選粉機（如圖12有95%熟料的波特蘭水泥的粉磨，雖然多數(shù)供所示）的立磨用于終粉磨的技術。圖12 美國加利福尼亞波特蘭水泥廠的OK磨機 對于含應商提供的常用磨機型

17、號僅保證產量約為200tph，但磨機生產能力可以超過350tph（如圖13所示）。為了達到更高生產能力的目的，向四個或更多個磨輥發(fā)展的趨勢越來越明顯，這就減小了磨輥規(guī)格，從而使磨機內的動態(tài)荷載和振動實現(xiàn)最小化。圖13 在VAE的Ras-Al-Khaimah立磨用于熟料粉磨（萊歇） 與球磨機相比，立磨所實現(xiàn)的節(jié)能是所要求的粉磨細度的函數(shù)（如圖14）。圖14單位能耗需求作為產品細度的一個函數(shù)（丹麥史密斯） 所有的立磨都體現(xiàn)了快速轉換生產品種的優(yōu)勢，這是由于物料在磨內停留時間短，轉換后很短的時間內就可以達到質量和產量參數(shù)要求，而無需使磨機停止運轉。 另一方面，需要謹記，根據(jù)不同的磨機喂料來優(yōu)化粉磨條

18、件（粉磨速度、粉磨壓力、噴水、粉磨助劑等）。同時，磨盤上擋料環(huán)高度只能根據(jù)單一產品被調整到最佳狀態(tài)，否則就要采用折中辦法。 磨機運轉期間，粉磨料床的深度實際上僅受粉磨速度的影響。這就說明，在不久的將來，有必要為立磨增加各種速度的驅動元件，或完全引進新的驅動解決方法。 在水泥終粉磨系統(tǒng)中，水平輥磨（筒輥磨）適合作為單級粉磨工藝使用。 在一些初期問題解決后，目前大型水平輥磨生產工藝被認為技術是成熟的。 水平輥磨引入市場已有十五年之久，到現(xiàn)在有40多臺仍在運轉（圖15），而且大部分用于水泥粉磨。圖15 越南Cam Pha水泥廠的雙臥輥磨（FCB Ciment） 與球磨機相比，水平輥磨可以節(jié)省高達50

19、%的能量；與立磨相比，可以節(jié)省20%的能量23。 水平輥磨相對較低的生產率是其市場進一步發(fā)展的最大障礙。目前針對波特蘭水泥，在用的最大磨機生產率為120tph。 在文獻21-25中，提到了一臺命名為BETA的磨機（圖16），它是由水平輥磨轉型而來的。 其粉磨原理允許對磨床深度和粉磨壓力進行單獨設置，這就增加了其達到或超過輥壓機效率的可能性。圖16 BETA磨機用于工業(yè)規(guī)格的BM250（CMP AG）2.3 礦渣粉磨礦渣粉磨 ?；郀t礦渣（GBFS）的易磨性比水泥熟料要差30%，但是對礦渣的細度要求在4200cm2/g-5600cm2/g之間，這一數(shù)值比較高；含水率可以達到20%。 然而，礦渣粉

20、磨只占了水泥工業(yè)粉磨系統(tǒng)很小的一部分，占所有應用的6%。正因為如此，只要幾個訂單就足以改變單個磨機類型的所占權重。經過一段時期的快速增長后，立磨在市場的份額由59%下降到了目前的45%（如圖17）。圖17 礦渣粉磨的磨機類型 球磨機所占的份額基本維持恒定，其他粉磨工藝在市場中的份額由19%上升到了34%，幾乎翻了一番。但實際上輥壓機所占份額是有限的，因為筒輥磨已被用于礦渣粉磨中了。 立磨的主要優(yōu)點是它的工藝簡單，集烘干、粉磨、選粉和物料輸送于一體，加之非常好的能量利用效率和低的磨損率； 同時，立磨可以取得與球磨機一樣高的粉磨細度，達到高于6000 cm2/g的勃氏比表面積（圖18）。圖18 印

21、度ACC的MPS BC磨機（GPAG） 在礦渣粉磨系統(tǒng)中，由于磨內較低的氣流速度，外部物料的循環(huán)量高于生料和熟料粉磨的系統(tǒng)。 進入循環(huán)物料中的鐵等金屬利用磁性除鐵器或其他裝置清除。 立磨可以處理的最大水分含量為20%。含水物料具有助磨劑的作用，實際上有助于形成穩(wěn)定的料床。 磨機產量主要取決于喂料種類和產品細度。到目前為止，用于磨礦渣的立磨的能力已設計成最高可以達到300tph。 輥壓機用于終粉磨，并且和球磨機一起用于聯(lián)合粉磨工藝。 由于輥壓機粉磨壓力大，物料壓縮時間短，因此在終粉磨中可以節(jié)省最多的能量。 最新一代的終粉磨設備布局非常緊湊（如圖19）。圖19 輥壓機復雜的粉磨系統(tǒng)（德國洪堡） 由

22、于改進的選粉機技術以及延長的粉磨部件服務壽命，輥壓機終粉磨設備已經可以替代立磨。 選粉機技術和氣流烘干技術，允許往磨機中喂入含水率高達15%的?；郀t礦渣（GGBFS）。 根據(jù)系統(tǒng)配置，對于輥壓機來說，來自外部物料循環(huán)中的烘干料和來自最終選粉機中的粗物料都能夠混合作為輥壓機的新喂料。 為了改善輥壓機中物料喂入條件，喂料的最小含水率應大于2%。2.4 煤磨煤磨 如今，粉磨固體燃料所要求的產品細度，就石油焦和無煙煤而言為90mm的篩余約0.5-5%；對于硬煤來說， 90mm的篩余為10-15%。每一種情況都要求200mm的篩余為0%。 煤的細磨會減少回轉窯中NOx的排放，但同時也會降低煤磨產量，增

23、加粉磨工序的單位能耗。將90mm的篩余減少兩個百分點，就可以增加大約1kWh/t電能的消耗。 粉磨的單位能耗取決于產品所要求的細度以及粉磨能力，而磨機內的磨損量主要取決于煤中石英和黃鐵礦的含量。 如圖20所示，最近幾年水泥工業(yè)中，兩種類型的磨機占了煤磨應用中的大部分。 立磨占到幾乎90%的市場份額，而球磨機僅超過了10%。 球磨機幾乎專用于粉磨易磨性差的燃料。 直到現(xiàn)在，在水泥生產中，用于煤磨的立磨生產能力達到了50tph。與更高的窯產能發(fā)展趨勢保持步調一致已不成問題。對于燃料種類的改變、不同的易磨性及各種細度要求等問題，立磨都可靈活地進行處理，因為粉磨壓力及一些情況下的磨盤速度可以完全自動化

24、調節(jié)。圖20 煤磨磨機類型3 重要的磨機進展重要的磨機進展 3.1 立磨立磨 在生料和煤磨部分，立磨一直維持在生料和煤磨部分，立磨一直維持89-90%的高市場份的高市場份額，并在熟料粉磨應用中的份額提高到了近額，并在熟料粉磨應用中的份額提高到了近40%。隨著。隨著410臺立磨的訂購，包括礦渣粉磨系統(tǒng)（見圖臺立磨的訂購，包括礦渣粉磨系統(tǒng)（見圖21），不），不同設計形式的數(shù)量增加了。同設計形式的數(shù)量增加了。 帶更多磨輥而且磨輥組件小型化成為主要的發(fā)展趨勢，帶更多磨輥而且磨輥組件小型化成為主要的發(fā)展趨勢，萊歇成功地將萊歇成功地將2+2原理轉移到大型磨機上，并使用原理轉移到大型磨機上，并使用3+3原理

25、。原理。 歸功于伯力休斯的歸功于伯力休斯的Quadropol和丹麥史密斯的和丹麥史密斯的OK磨機，磨機，四輥磨機也已獲得了應用。四輥磨機也已獲得了應用。 另一方面，用于生料的另一方面，用于生料的Atox磨機和用于熟料及礦渣的磨機和用于熟料及礦渣的OK磨機也說明了仍然有向專門化發(fā)展的趨勢。磨機也說明了仍然有向專門化發(fā)展的趨勢。 相比之下，訂購丹麥史密斯相比之下，訂購丹麥史密斯FRM磨機的訂單正在下降。磨機的訂單正在下降。圖21 法國魯昂配有萊歇磨礦渣粉磨廠 立磨發(fā)展的一個基本目標是使維修量降到最低使其維護更容易。其他的發(fā)展集中在使驅動裝置最優(yōu)化，如伯力休斯的Quadropol（如圖22所示），G

26、ebr.Pfeiffer的ATOX磨或實施多元傳動方式的MPS磨。 近期內的目的是改進用于立磨的傘式行星齒輪裝置的可靠性和使用性，傳動功率超過3600kW的需額外增加一個行星齒輪級或斜齒輪級。圖22 Quadropol輥子構造的發(fā)展（伯力休斯） 除了已經確立的生產商萊歇、Gebr.Pfeiffer、丹麥史密斯和伯力休斯，其他商家尤其是來自中國的公司也正在努力獲取市場份額。有時這些公司仿造已確立的生產商設計的磨機，甚至使用他們的專利商品名。 其中領先的中國供貨商有合肥水泥研究設計院（HCRDI）、中國建筑材料集團以及他們的制造企業(yè)合肥中亞公司。這家公司的HRM4800磨機（如圖23），有一臺用于生料粉磨、臺產450tph，表明不久就會出產750tph規(guī)格的磨機。圖23 中國的生料磨HRM4800 （HCRDI） 名單上其他為水泥工業(yè)提供立磨的中國公司包括中國建筑材料集團、天津水泥工業(yè)設計院和CDI（屬于中國中材集團，與CemTeck公司在生產上進行合作）、中信重工、江蘇鵬飛、沈重集團/北方重工、鄭州環(huán)球重工、CKM（海螺與川琦合資）等等。 中國的生料粉磨和煤磨技術已處于領先地位，然而熟料和礦渣粉磨方面只取得了一點進展，僅有少量可供參考的資料。川崎重工與生產水泥的安徽海螺集團的合資表明，通過合資伙伴或領有許可證者，日本的VRM技術越來越多地被推向市場。 早