圖2 接觸路徑和法向力——球磨機(jī)中的不變量

 
圖1 單個(gè)破碎顆粒與批量顆粒的單位能耗比較

  原料粉磨和水泥粉磨，從來(lái)都是水泥廠中電能消耗最高的工藝過(guò)程。因此，一直以來(lái)，水泥工業(yè)都在努力降低粉磨各種原材料和各種產(chǎn)品性能水泥的單位電耗。然而，推動(dòng)粉磨設(shè)備發(fā)展的不僅僅是能效，還有對(duì)粉磨工藝可靠性和多功能性的要求。

  原料和水泥粉磨方式及終粉磨系統(tǒng)的要求

  在立磨成為水泥原料粉磨最廣泛使用方式的同時(shí)，水泥終粉磨卻存在著不同的粉磨系統(tǒng)。盡管立磨已完全確立了在水泥粉磨中的地位，但輥壓機(jī)聯(lián)合球磨機(jī)也在水泥粉磨中廣泛使用。在水泥粉磨中，球磨仍然是全球最主要使用的粉磨系統(tǒng)。任何終粉磨系統(tǒng)都要滿足現(xiàn)有質(zhì)量、熟料活性和利用其他主要水泥組分的要求，這對(duì)最終產(chǎn)品也有影響，現(xiàn)今對(duì)顆粒分布的控制要求比過(guò)去高得多。

  粉磨設(shè)備的大型化和粉磨幾何學(xué)的引入

  新建水泥生產(chǎn)線顯示出水泥裝備大型化趨勢(shì)，這種趨勢(shì)也反映在粉磨設(shè)備上，近幾年來(lái)，大型粉磨設(shè)備在逐步取代小型粉磨設(shè)備，能源效率明顯提高。與此同時(shí)，各種粉磨幾何學(xué)也成功地引入市場(chǎng)，這不僅包括磨機(jī)驅(qū)動(dòng)的各種概念，還包括各種幾何形狀的磨輥和磨盤(pán)。應(yīng)對(duì)能源成本增長(zhǎng)帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)，也促進(jìn)了新型磨機(jī)替代已有的粉磨設(shè)備，但大多數(shù)情況下，這種替代是伴隨著產(chǎn)能的增加和安裝新的生產(chǎn)線而發(fā)生的。

  對(duì)球磨機(jī)粉磨機(jī)理的關(guān)注

  球磨機(jī)在水泥粉磨過(guò)程中以可靠性和易操作性而著稱，但它的能效對(duì)水泥生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)仍是個(gè)挑戰(zhàn)，這也對(duì)不同的粉磨系統(tǒng)和正在進(jìn)行的粉磨優(yōu)化產(chǎn)生了影響。如今的球磨機(jī)仍然在廣泛使用，不僅用于現(xiàn)有工廠，也用于近年來(lái)新建和即將建設(shè)的粉磨裝置。因此，目前人們對(duì)如何更好地理解球磨機(jī)的粉磨機(jī)理特別關(guān)注，以便實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的粉磨優(yōu)化。

  理論表明，工業(yè)破碎的能效比單個(gè)顆粒破碎的能效不止低一個(gè)數(shù)量級(jí)。這是建立在整個(gè)粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)需求基礎(chǔ)上的，當(dāng)然不允許單顆粒破碎。

  盡管立磨和輥壓機(jī)對(duì)粉磨材料的能量吸收有很好的調(diào)節(jié)作用，但由于堆積料床的內(nèi)摩擦還是會(huì)造成相應(yīng)的能量損失。另一方面，基于球與球的接觸和相對(duì)集中的能量吸收，球磨機(jī)在理論上具有好的破碎條件，但材料總應(yīng)力及其強(qiáng)度的不可控導(dǎo)致能源利用率低。德國(guó)水泥廠協(xié)會(huì)（VDZ）研究所最近將工作注意力放在“更好地理解球磨機(jī)粉磨特性”。這項(xiàng)研究是從模擬球與球之間的相互接觸以及相應(yīng)接觸路徑的描述開(kāi)始的，接觸路徑描述了鋼球在相互接觸時(shí)是如何移動(dòng)的。接觸路徑和裝球量是描述球磨機(jī)破碎特性的關(guān)鍵指標(biāo)。事實(shí)證明，法向力和接觸路徑表示的碰撞強(qiáng)度是鋼球填充的一個(gè)不變量。

  球磨機(jī)的粉磨特性研究進(jìn)展

  盡管真正球磨機(jī)中的接觸路徑只能模擬，蔡塞爾試驗(yàn)方法為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試粉磨強(qiáng)度與接觸路徑之間的相互獨(dú)立提供了良好的機(jī)會(huì)。可以預(yù)測(cè)，模擬和蔡塞爾試驗(yàn)結(jié)果的結(jié)合，將有助于進(jìn)一步理解裝球量對(duì)原有磨機(jī)和新球磨機(jī)優(yōu)化的影響。

  未來(lái)粉磨效率能提高到何種程度還不得而知，歐洲水泥研究院即將開(kāi)展的研究項(xiàng)目將吸納其他工業(yè)部門(mén)和粉磨裝備部門(mén)的經(jīng)驗(yàn)，盡可能從其他角度在粉磨產(chǎn)量和單顆粒能量吸收之間找到更好的平衡。

  關(guān)注新型粉磨設(shè)備——振動(dòng)磨

  磨機(jī)的粉碎機(jī)理是電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)偏心塊旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生激振力，磨筒帶動(dòng)筒內(nèi)的磨介（筒中的鋼球或鋼棒介質(zhì)）依靠慣性力對(duì)物料進(jìn)行沖擊、剪切與研磨，把物料磨細(xì)。由于進(jìn)料帶進(jìn)的空氣壓力，使物料被粉碎的同時(shí)，向出料口移動(dòng)，移出機(jī)體，完成破碎過(guò)程。

  采用電機(jī)和振動(dòng)體直聯(lián)式技術(shù)，電機(jī)輸出的能量直接傳遞給振動(dòng)體，振動(dòng)體下的振動(dòng)彈簧回力給磨機(jī)加力，加力用的是無(wú)用功的力給磨體減輕了重量，使無(wú)用功變成有用功。這就是節(jié)能的基本基理。因此，該類設(shè)備比其它粉碎設(shè)備節(jié)約能耗約20%以上。