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水泥工业选粉机的优化与优选

 选粉机是干法水泥生产中重要的辅助设备,它利用气体的流动,按工艺要求将粗、细粉状物料分开。它的核心技术通常简称为“三分”,即:分散、分级和分离。具体一点讲就是:被选物料在选粉室内的分散情况;粗细颗粒在循环气流作用下的分级程度;含细粉的气流在收集装置中的气固分离效果(也就是收集装置对细粉的收集效果)。近年来,经过淘汰第一代离心式选粉机、第二代旋风式选粉机,进入了以O-Sepa为代表的第三代笼型选粉机时代。由它对主机设备的服务性质所决定,结构优化和创新的进程始终没有停止。国内第三代选粉机已经出现了多种多样的品牌和形式,但仍然不能满足社会发展的需求。国际上材料科学与工程发展的现代理念,已经由“材料的设计和生产从材料组分控制逐步向材料性能控制转变”;以知识资源替代物质资源,提高传统资源的利用率和废弃物的再利用,建设生态产业和生态社会,已经成为人类社会发展的必由之路。水泥工业依靠循环经济,正走向绿色生态工业的可持续发展道路,对其产品及其机械装备也必然提出更多、更高的要求。

  为了珍惜资源,水泥工业承担着更多、更有效地消纳工业废渣的重任。这些工业废渣大部分不是天然的无机胶凝材料,现在已有的胶凝材料也都是选用适当的原料、经过一定的方法处理,使它们发生某些化学变化,方能形成具有胶凝性的材料;处理方法的选择,决定于原料的性质和所希望得到的胶凝材料的特性。其中,采用高细粉磨或超细粉磨的方法来机械激活这些工业废渣,是常用的方法之一。这些高细粉和超细粉的比表面要达到400~600m2/kg以上,比普通水泥更细、且细得多。然而,该微细粉自己会结团、黏附器壁,很难分选,目前许多型号的选粉机都不能胜任这项任务。

  水泥是一个多组分的混合物。为了得到高性能的水泥或胶凝材料产品,它们内部组分的颗粒级配需要控制在一个合理的范围内。如:按水泥熟料充分水化、有效利用熟料强度的要求,小于3μm的颗粒应少于10%,小于1μm的颗粒没有;但按水泥石紧密堆积的理论要求,小于3μm的颗粒要达到29%,小于1μm的颗粒达到19%,两者相差太大。用一台选粉机,来合理分配这些组分不同颗粒组成的要求,很难得到解决。为此,有人提出改变传统模式,采用分别粉磨的工艺,把熟料磨得稍粗一点,3~30μm颗粒多一些,而混合材料磨得细一些,使3μm以下的颗粒达到29%,满足紧密堆积的理论要求,再将熟料微粉和混合材料微粉合成水泥。这样就增加了粉磨系统的设备投资和生产工艺的复杂性,选粉机同样也要解决超细粉带来的难题。

  “节约能源”是热门话题,一个简单的道理,水泥生产线中电机越少、装机容量越低,车间就容易做到节电多、故障少。降低水泥生产电耗,要从生产工艺(及设备)成本分解做起,因此,选粉机的节能降耗任务也十分繁重。选粉机技术从静态分级进化到动态分级,直至目前应用广泛的组合分级,从功能优化上讲,无疑是一个技术进步,但结构复杂往往对节能不利。在辊压机联合粉磨系统中,目前国内普遍采用的V型选粉机,是德国KHD公司的技术,该选粉机是一种完全静态的粗选分级机,本身无活动部件、无动力,却集打散、分级和烘干于一体。性能不亚于国产多功能的打散分级机,且电耗可降低许多。这提示设备设计制造者在选粉机的优化课题中,节能是重要内容,应该有信心“斤斤计较、寸土必争”。

  在许多机械设备的结构设计中,都有一些核心的隐形参数,它一般不出现在图纸和产品样本上,用户或按图加工的制造者,一般不太容易了解它们。因此,作为利用粉状颗粒在流体中的阻力、惯性力、离心力之间的平衡而使其干法分级的选粉机,同样也存在这样的核心参数。如选粉室内的选粉浓度和上升风速等。选粉浓度是指选粉机内单位通风量中的成品量(kg/m3)。它是选粉机机械结构设计中的允许值,如同运动员的体能测试指标一样,定得过高或过低,都不利于其能力水平的发挥。选粉浓度与选粉机的原理结构、分级性能、物料性质、颗粒组成及粉磨系统工艺参数等有关。必须经过反复多次地、从不同情况下的分级效果来优化选择。试验结果表明,随着选粉浓度的提高,选粉机的选粉效率逐步下降,产品也越来越细。这是由于选粉室内固体颗粒的浓度增加后,物料分散情况逐步恶化,颗粒之间的相互碰撞、团聚现象加剧,细颗粒结团或贴附在粗颗粒之上的几率越来越大,使气流分级过程难以顺利完成,致使粗粉回料量增加,系统循环负荷率变大,因而选粉效率降低、产品变细。选粉浓度的确定是选粉机优化的基础,它是选粉机在适应各种生产条件影响后,根据多次使用的实际产量计算而得;选粉设备标定的选粉浓度,也应该是模型试验或工业性试验的统计规律和经验的总结。

  选粉机是球磨机的配套设备,其成品产量被称之为闭路球磨机的台时产量。选粉机只是影响球磨机产量的因素之一,还有磨前、磨内、磨尾的许多因素,影响着球磨机的产量和质量。选粉机的生产能力,准确地说,应该分为喂料能力(处理能力)和成品能力(台时产量)。前者是根据喂料浓度求得该设备在生产过程中的吞吐能力,而后者是根据选粉浓度得到的设备出成品的能力。这两个参数对生产过程都很重要,不应该把二者混为一体。选粉机的优质高产需要喂料浓度的提高,但喂料浓度的提高并不一定能得到优质高产。因为关键是出磨物料中的合格细粉量,同时,超过一定的喂料浓度会使物料的分散和分级过程干扰影响增大,颗粒之间碰撞、凝聚增多,选粉效率降低。因此,在选择选粉机的时候,先是要选适合自己产品使用和对产品质量提高有利的选粉机,然后是处理能力和台时产量能够同时满足生产需要的型号规格。使用中出现的问题应及时与原设备制造厂家沟通,不要自己主观改动,更不要请其他的设备厂家插手,以免产生不必要的不和谐纠纷。

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