水泥制成技术.ppt

（2）教学内容粉磨物料的性质；粉磨细度和入磨物料粒度；粉磨系统和粉磨设备；提高粉磨系统产量、质量、降低消耗的主要途径（3）本章重点、难点水泥组成材料及粉磨工艺，提高管球磨机系统产质量的工艺技术，立式磨粉磨流程及影响产质量的因素，挤压粉磨工艺系统及选择，水泥储存,均化,包装散装及发运。影响粉磨能耗的各种因素；提高粉磨系统产量、质量、降低消耗的主要途径,第四章、粉磨工艺,（1）教学目的和要求掌握粉磨物料的性质对粉磨能耗电的关系，影响粉磨能耗的各种因素；了解当前粉磨系统和粉磨设备；熟悉提高粉磨系统产量、质量、降低消耗的主要途径。,4.1 水泥粉磨工艺技术,4.1.1 硅酸盐水泥的制成工艺,硅酸盐水泥是将硅酸盐水泥熟料,石膏和混合材料进行合理配比,经粉磨机械粉磨,然后储存,均化制备而成。其中水泥粉磨是水泥制成的重要工艺过程。,4.1.2 水泥组成材料的工艺处理及要求,硅酸盐水泥熟料 熟料储存处理的目的如下：（1）降低熟料温度,保证粉磨机械正常工作（2）改善熟料质量，提高熟料易磨性（3）保证窑、磨生产平衡，有利于控制水泥质量,4.1.2 水泥组成材料的工艺处理及要求,混合材料 为了增加水泥产量，降低成本，改善和调节水泥的某些性能，综合利用工业废渣，减少环境污染，在磨制水泥时，可以掺加不超过国家标准规定的混合材料。,4.1.2 水泥组成材料的工艺处理及要求,石膏 在水泥中掺一定数量的石膏，其主要作用是延缓水泥凝结时间，使水泥凝结时间合乎国家标准的要求。同时石膏有利于促进水泥早期强度的发展。,4.1.3 水泥组成材料的配比,在设计和探索配比方案时，应考虑下列因素：（1）水泥品种（2）水泥强度等级（3）水泥组成材料的种类、质量、成本（4）水泥控制指标的要求,4.1.4 水泥粉磨细度,水泥细度越细，水化、硬化越快，强度越高。反之水泥细度过粗，其中粗颗粒不能充分水化硬化，只能起微集料作用，降低了熟料的利用率，强度也就低。控制80m方孔筛筛余10%，比表面积300m2/kg。,4.1.5 水泥粉磨系统,管球磨粉磨系统立式磨粉磨系统 挤压粉磨系统,管球磨粉磨,立式磨系统,挤压粉磨,系统收尘器,4.1.6 当前水泥粉磨技术和设备发展的情况,水泥粉磨设备大型化 粉磨效率高，能耗低采用高效选粉设备实现操作自动化,4.2.1 管球磨粉磨的基本流程,开路粉磨流程 闭路粉磨流程,4.2 管球磨粉磨技术,4.2.1 管球磨粉磨的基本流程,开路与闭路系统的比较 开路系统的优点是：流程简单，投资少，操作维护简便。其缺点是：由于物料必须达到产品的细度要求才能出磨，已被磨细的物料将产生过粉碎现象，并在磨内形成缓冲层，影响粗物料进一步粉磨，从而降低粉磨效率，增加电耗。产量难已提高。闭路系统与开路系统正好相反。,4.2.2 提高管球磨水泥粉磨系统产、质量的技术途径,降低入磨物料粒度、温度、水分 调整优化粉磨系统的工艺技术参数 采用助磨剂 采用新型衬板 分别粉磨 开流磨采用高细高产磨技术 开路粉磨改为闭路粉磨,4.3 立式磨在水泥粉磨中的应用,4.3.1 概述,立式磨亦称辊式磨,是根据料层粉碎原理,通过磨辊磨盘,粉磨物料的机械。（1）粉磨效率高。（2）入磨物料粒度大。（3）工作时噪音小。,4.3.2 立式磨粉磨流程及特点,立式磨粉磨流程按有无循环风分两类 没有磨外提升循环的立式磨 分别粉磨熟料、混合材的立式磨,4.3.3 影响立式磨产质量的主要因素,料床的稳定 粉磨的压力 出磨温度磨内风速 系统漏风,4.3.3 影响立式磨产质量的主要因素,料床的稳定 粉磨的压力 出磨温度磨内风速 系统漏风,4.3.4 磨机运行中的操作与监控,立式磨处于稳定的运行状态时，无需对其实施具体的操作，并能长期运行。只有当某一工艺或参数发生变化时，才需对相应的工艺或设备参数作适当调整，以适应变化了的工艺或设备参数，保持立式磨持续稳定的运行。,4.3.5 可能出现的问题及解决的方法,立式磨震动磨机压差上升出磨风温下降,4.4 挤压粉磨技术,4.4.1 概述,作为完整的挤压，粉磨工艺系统的主机，包括辊压机和打散机，球磨机和选粉机。辊压机采用高压料层粉碎原理，对物料进行挤压粉碎，挤压过程中物料产生大量的微粉，没有被粉碎的颗粒也因受高压使物料内部产生大量的微细裂缝，改善了物料的易磨性。,4.4.2 挤压粉磨系统的工艺流程,挤压预粉磨工艺 挤压混合式粉磨工艺 挤压联合粉磨工艺 挤压半终粉磨工艺 挤压终粉磨工艺,4.4.3 挤压粉粉磨系统主机性能与特点,辊压机工艺性能特点（1）辊压机采用高压料层粉碎原理，对物料进行挤压粉碎（2）由于辊压机磨辊两端面存在边缘效应（3）辊压机挤压的物料颗粒分布宽,4.4.3 挤压粉粉磨系统主机性能与特点,打散分级机工艺性能特点（1）打散分级机主要功能是将辊压机挤压的物料研散进行分选（2）打散分级机可以通过变频调速调整入球磨机物料的粒径,4.4.4 挤压粉磨工艺的选择,水泥粉磨系统的选择 挤压粉磨系统是新建新型干法水泥生产线的首选方案，该系统不设球磨机、辊压机完全代替了球磨机的工作。由于辊压机粉碎原理是料床粉碎，吸收功率远远大于球磨机，因而该系统节能增产效果显著。其次挤压联合粉磨系统和挤压半终粉磨系统也是新建新型干法水泥生产线水泥粉磨优选方案之一。,4.4.4 挤压粉磨工艺的选择,水泥粉磨系统的技术改造（1）在已运行的水泥磨，特别是大型管磨的技术改造中，为了提高管磨机的粉磨效率及产量，可以选择挤压预粉磨工艺的技改方案。（2）对于生产要求筛余低，比表面积高，（3）m颗粒低的水泥或者水泥组成材料易粗磨，熟料温度又较高的水泥粉磨的技术改造，可以选择带有第三代高效选粉机的挤压联合粉磨闭路系统或挤压半终粉磨闭路系统。,4.4.5 选择挤压粉磨工艺应采取的技术措施,水泥粉磨系统的技术改造（1）认真研究主机能力的匹配，尤其是辊压机和球磨机的匹配。（2）正确选择辊压机的工作参数，包括确定辊压机辊缝，辊压机压力的控制范围。,4.5筒辊磨粉磨技术,4.5.1 粉磨机理筒辊磨的工作原理如图4所示:被磨物料经由喂料口2下落在一水平回转的圆柱形筒体6内，筒体由传动系统5、支承装置15驱动,随着筒体的回转运动进入由筒体与加压辊4构成的碾磨区域,磨辊依靠液压系统14、加压装置13向被磨物料施加压力并借助挤压力引起的磨擦作用作被动地回转运动，物料在挤压通道内完成一次粉碎作业后被提升并经由导料装置7实现向磨机出口方向的运动，接受下一次挤压粉磨作业。,4.5.2 力学模型图5筒辊磨工作区力学模型图5为筒辊磨工作区的力学模型图。设P0为某单元垂直于磨辊面的单位面积上的粉碎力，D为磨辊直径，L为辊长，0为磨辊受力区所对应的园心角，则垂直于水平面的dF为：辊面正压力dN：辊面切向力dT：,在进行料层粉碎的实验中，通过对很多物料的压力P0和压力下位移z的关系分析，发现最大压力Pm与最大位移zm遵循这样一个规律：(P0/Pm)=(z/zm)n(12)式中n为一指数，在一般情况下，n在36之间钳角的确定简化假设：物料是球形；重力与辊子的压碎力比较起来很小，忽略不计。辊筒磨的钳角为物料与辊子及辊筒磨的接触点的切线夹角，如图3，其大小可根据作用力的平衡关系求得。要把直径为d的物料块拖到磨辊下面，同时把它任碎，物料与磨辊的接触点产生正压力P，P与垂线成角 在EE方向上的力平衡是保证钳住物料的基本条件,式中f钢与物料摩擦系数，引A、B两点切线所夹角的角，即钳角；P磨辊作用在物料上的力；P1磨筒作用在物料上的反作用力 解得ftg/2,因摩擦系数等于摩擦角的正切，即ftg.可改写为 2 由图79得知，=-则2 因此，在卧辊磨机中最大钳角应该小于或等于摩擦角的两倍，才能将物料钳住并碾碎。单位质量能耗辊筒磨筒体的驱动扭矩T为：,式中：D0-筒体直径；F-作用力-力的作用角,其大小可由测量出的作用压力F和驱动扭矩T来确定,实际上力作用很小,因而可认为辊筒磨的驱动功率W为：（15）式中：-筒体角速度；n-筒体转速筒辊磨压力区受力面积S为：（16）式中：D-磨辊直径 L-磨辊长度；-压力角如果压力区所需要的单位面积上的压力为P，则将F=SP代入式中可得：,筒辊磨磨辊压一次物料的通过量：（18）式中：B-料层厚 V-筒体线速度-被压物料容量物料被辊压m次时辊筒磨的通过量：（19）由式（2-33）和式（2-35）可以计算出理论单位功率：从上式可以看出，对于一定的辊碾磨和物料来说，均为定值，因此能耗E与压力P存在着线性关系。,筒辊磨粉磨通道与临界钳入压力角,筒辊磨与挤压磨、立磨均属料层挤压粉磨技术，正在矿物加工行业逐渐取代传统的高能耗高噪音球磨机。这三种料层挤压粉磨的共性特征是：粉磨通道均存在使物料能被钳入而不滑出的钳角，钳角大小由通道与物料摩擦系数决定,但与钳角对应的临界钳入压力角(物料被辊面开始钳入而不外滑的临界点的径向与两辊中心连线夹角,是压辊实际承压面的圆心角,也称初始拉入角)却因各种挤压通道的结构形式不同而有较大差异,导致不同的实际承压面和实际载荷强度。临界钳入压力角与粉磨通道截面收缩率的内在联系，是料层挤压粉磨稳定性的关键。,1 三种挤压粉磨设备工作机理分析,a)挤压磨粉磨机理 b)立磨粉磨机理 c)筒辊磨粉磨机理图1为三种粉磨设备工作机理示意,图1为三种粉磨设备工作机理示意：图中a为挤压磨粉磨工作机理，料床中的物料在喂料装置导向作用下进入由两个相向转动的加压辊外圆柱面构成的挤压通道，开始时容积密度渐渐增加，抗力也渐渐增加，在初绐拉入角（物料受辊面法向力的垂直方向分力等于摩擦力的辊面上点的径向与两辊中心连线夹角）内，细颗粒在高压作用下，重新排列，充填粗颗粒间隙，导致颗粒间隙趋向于零，在高 应力作用下，料层颗粒间应力传递，当应力升到某些晶粒的抗压强度极限时，便首先发生粉碎行为，并继续向未破碎之间隙处流动，并使料层进一步密实，由于料层物理性质和几何性质的差别，粉碎过程发生在较大的应力范围6，因为挤压磨是一次性通过挤压通道完成粉碎，因而必须用过大的压力，使得难碎物料也得到碎，但此时先碎之粉料已过压密实成“料饼”，排离挤压通道。,图b为立磨工作机理，待磨之物料在转动的磨盘上被离心甩出的过程中，经一组加压辊碾压，物料在磨盘与磨辊组成的挤压通道内的粉碎过程与挤压磨通道内相似，也在通道形成的临界钳入压力角范围内,经历料层的压密抗力增加低抗力物料选择性碎裂高抗力物料后继粉碎。与挤压磨内不同的是，立磨内可多辊多次碾压，故粉磨压力可以较低，不会形成“料饼”。图c 为筒辊磨工作机理，待磨之物料随超临界转速的磨筒体附壁旋转，经由加压辊外圆柱面与筒体内圆柱面形成的挤压通道，发生类同立磨内的粉碎过程，与立磨不同的是：物料的有效粉磨次数决定于磨辊碾压区轴向长度与导料装置导导程的比，因而常称为有序受控粉磨。由以上分析可知：挤压磨粉磨通道是两个近于外切的等径圆柱面，立磨粉磨通道是圆柱面和平面近于相切，筒辊磨粉磨通道是压辊外圆柱面和筒径内圆柱面近于内切，因而通道的截面渐缩率不同。,2 挤压粉磨通道的截面收缩率研究,图2 三种挤压粉磨通道综合图现将三种挤压粉磨通道横截面综合表示为如图2。图2中圆01、圆02表示挤压磨两压辊外圆柱面构成的挤压通道，圆02与直线A2F2表示立磨的磨辊柱面与磨盘平面构成的挤压通道，圆01与圆03表示筒辊磨压辊外圆柱面与筒体内圆柱面构成的挤压通道。,图2 三种挤压粉磨通道综合图,2.1 粉磨通道简化假设,为便于讨论，作如下简化假设:构成粉磨通道的两碾压面是光滑表面(外圆、平面、内圆);从临界钳入压力角处到通道最窄处料层厚度变化等价为与通道曲面同时相切的圆柱面的变化，在临界钳入压力角处，容许的最大入磨料半径max=0.05r,6,8挤压过程 的变化范围为0.03r0.05r；2.1.3 构成粉磨通道的两碾压面的最小间隙e是与压辊直径相关的定数,根据工厂调研统计,e0.07r(r为压辊半径)6,为简化讨论,取e=0.06r；2.1.4 构成粉磨通道的筒体半径R是与压辊半径r相关的定数，可表达为R=kr。2.1.5 定义物料颗粒圆与通道表面两切点距离为通道截面宽度特征值yi=EiFi,2.2 粉磨通道截面特征参数的确定,2.2.1 挤压磨粉磨通道截面宽度特征值y1：,式中:讨论点辊面们置压力角（00）0为临界钳入压力角）r、e 意义见上。2.2.2 立磨粉磨通道截面宽度特征值y2：,(1),(2),2.2.3 筒辊磨粉磨通道截面宽度特征值y3：,(3),在三角形O1O3C3中,利用正弦定理，正弦比与对应弧度比在小角度时的可代换原理，并据假设2，令0.04r，经过较复杂的运算可得,在三角形O1O3C3中,式中：=O3E3=r，由假设3知，0.03r=r0.05r，故0.030.05，1，可将式(4)中的取均值,=0.04;在筒辊磨结构设计中,C3O3O1、O1C3O3均小于15，当换算为弧度制时可近似用弧度比代替对应的正弦比，式(4)可转化为：,(4),又C3O3O1+O1C3O3=，代入式(5)解得：,(6),(5),(7),代入三角形B3F3E3中，可算得：,(8),将式(6)、式(8)代入式(3),可得:,(9),2.3 粉磨通道截面收缩率计算,由上分析知,粉磨通道的截面特征参数y1、y2、y3均为的函数,将y1、y2、y3视为三种通道在处的宽度,则dy/d即为粉磨通道的截面收缩率,现分别对式(1)、式(2)、式(9)求导得,(5),(6),(5),(6),2.4 粉磨通道截面收缩率本质特征分析,由式(5)、(6)、(7)可知粉磨通道的截面收缩率dy/d在0,0区间单调增加,当=0时,dy/d=0,当0时,根据要物料受辊面法向力的挤出分力大于摩擦力在该方向分力时,则物料不能被拉入.因面必存在一与临界钳入压力角点的压力角0唯一对应的临界截面收缩率，该临界值只与物料与通道间的摩擦系数有关,而与通道结构无关,换言之,各个通道载面收缩率在临界钳入压力角处的值相等,可用公式表示为:,2.5 粉磨通道临界钳入压力角的分析与计算,挤压磨的先驱等人通过大量的实验检测,提出挤压磨临界钳入压力角为5.76.86,已作为业内公知公认的数据,后人常简略表示为6现借此用式(8)结论，计算立磨、筒辊磨临界钳入压力角将01=6,代入式（5）得,(9),据式（8），将上述结果代入式(6)得：,在0,30区间，采用计算机编程解此超越方程，得02=11.758。求解筒辊磨临界钳入压力角时,应该充分注意到式（12）中还有参数k,不同的k应有不同的初始拉入角,其物理意义是:两圆内切时,直径差越大(k越大),通道截面收缩率越大,临界钳入压力角越小,这是人们的常识所能理解的。令k=1.8,1.9,2.0,;分别代入式（7），并令,用求解02同样的方法求得与各k值对应的03值，如表1。,表1筒辊磨不同k值对应的初始拉入角03,图3 k-03曲线,由表1可知，筒辊磨的临界钳入压力角03 不是定值，据笔者调研，k=20.15。这是因为k过大和过小都无实用意义。在研磨物料的料流及刮料导料装置安排不受影响的情况下适当降低k值有助于提高磨辊工作能力和寿命，同时又增加临界钳入压力角而使粉磨稳定性更高。可以推断：k-03有一渐近线，这条渐近线就是02=11.758。其物理意义是,筒辊磨筒径与辊径比值k时,就成为圆与平面相切,即为立磨通道。由此可以证明,以上关于粉磨通道截面收缩率的数学模型及求解过程是正确的。,3 结论,3.1 三种料层挤压粉磨的挤压通道截面收缩率不等;临界钳入压力角也不等。3.2 在临界钳入压力角处,三种料层挤压粉磨的截面收缩率相等。该值只与物料与通道的摩擦状况有关,而与通道形式无关;3.3 挤压粉磨的截面收缩率是讨论点辊面压力角的函数，对于筒辊磨,还与筒 径与辊径的比值k 有关。3.4 一般地筒辊磨有着比立磨挤压磨大得多的临界钳入压力角，在生产使用中的筒辊磨,03可达23.5,因而比挤压磨、立磨有高得多的粉磨稳定性。,4.5.1 水泥储存与均化,水泥储存的作用（1）保证水泥生产的连续性，同时确保水泥均衡出厂。（2）改善水泥的安全性，改善水泥质量。（3）通过调配生产满足各种土建工程项目需要的水泥。（4）稳定出厂水泥的质量，保证出厂水泥全部合格。,4.5 水泥的储存与发运,4.5.1 水泥储存与均化,水泥均化（1）在专设的均化库进行空气搅拌，或机械倒库，消除水泥分层及不均的问题，提高水泥的均匀性。（2）多库根据化验结果的按比例进行搭配出库，混合包装散装。,4.5.2 水泥的发运,水泥的质量检测 水泥袋装发运 散装水泥发运 出厂水泥的存放,本章学习小结,各种水泥粉磨系统的粉磨流程及主要的特点 影响管球磨粉磨系统、立式磨粉磨系统、挤压粉磨系统产质量的因素 水泥储存，均化的重要作用 散装水泥的重要性,