近年來，新型干法線基建投資不斷上漲，影響了投產后的經濟效益。造成投資逐漸增高的原因是多方面的，例如：基建投資、建筑工程、設備費、水泥設備安裝工程等的投資增加。然而，設計因素導致投資增加的情況也不容忽視。在水泥廠的設計過程中，根據原料、廠址、資金等諸多綜合因素，從設計角度降低新型干法線設備投資，正確選用水泥生產線工藝各系統水泥主機設備是非常重要的。

　　粉磨是水泥生產的重要工藝過程，它不僅決定了水泥生產的單位電耗，而且對水泥性能也有重要的影響。長期以來，水泥生產線工藝水泥熟料粉磨都是在球磨機中進行的。球磨機具有對物料適應性強，易于調節粉磨產品的細度；設備結構簡單，操作可靠，維護管理方便等特點。但是，其能量的有效利用率較低，僅有2%～5%。近十幾年來，水泥粉磨技術得到了長足的發展。傳統的磨機得到了改進，并采用了高效選粉設備，立磨和擠壓磨也相繼得到應用，大大降低了粉磨能耗，提高了水泥生產線工藝粉磨效率。由于粉磨工藝的改進，對水泥顆粒的特性也產生了一定的影響。因此有必要研究分析這些變化，以便工藝設備的改進和操作參數的優化，達到節能、降耗和改善水泥性能的綜合效果。

　　1 水泥顆粒特性及其基本要求

　　水泥顆粒特性包括有細度、顆粒級配及顆粒形貌等。

　　通常評判水泥細度僅通過篩余或比表面積測定，如0.08mm方孔篩篩余不超過10%，或比表面積在300m²/kg左右。人們還注意到水泥比表面積與強度有一定的相關性，如425號水泥比表面積一般為260～300m²/kg，而525號水泥比表面積則要求達到300～340m²/kg。

　　但即使是篩余相同或比表面積相近，水泥的性能也會表現出較大的差異，原因是由于顆粒粒級和形貌不同所致。

　　水泥顆粒大小與水化和硬化過程有著直接的聯系。不同粒徑的水泥水化速度及程序差異很大。大于60μm的顆粒對水泥水化及強度的作用甚微，僅起填料作用；而小于3μm的顆粒的水化速度很快，在漿體硬化之前即已完成，所以僅對早期強度有利；3～30μm的顆粒則是擔負強度增長的主要粒級。另一方面，水泥顆粒粒級和形貌對水泥的性能，如流動度、標準稠度需水量及強度的發展也有一些影響。

　　水泥的水化及強度的發展與水化產物的數量有關，水泥生產線工藝水化產物越多，水泥強度越高。在同一比表面積條件下，水泥顆粒粒級分布可能較寬，也可能較窄。前者的水化特性是水泥早期有微小顆粒的水化作用，強度較高，但后期大顆粒水化速度慢、水化程度低，強度增進率也較小

　　盡管水泥具有基本相同的比表面積，由于有的水泥顆粒分布較窄，水泥的水化程度高，強度也較高，尤其是水泥的后期強度增進率較高。但是，過窄的顆粒分布會使水泥流動性下降，需水量增加。

　　水泥顆粒形貌對水泥性能的影響較為復雜。有的水泥顆粒大多為多角形，有的則為近似圓形或橢圓形。用顆粒形貌分析儀進行分析，并通過圓形度(具有與顆粒相等投影面積的圓周長與實際顆粒投影周長之比)公式計算，得到前者圓形度為47%，后者的圓形度為73%。

　　2 水泥粉磨工藝的改進

　　水泥粉磨可在球磨、立磨或擠壓磨中進行，但其產品顆粒特性都應滿足一些基本要求，這就是有一定量的細粉顆粒，如3～30μm顆粒在50%以上，有相對較窄的顆粒分布和較高的圓度系數，進而保證水泥的正常性能以及較高的粉磨效率。為此，水泥粉磨工藝也產生了許多改進。

　　2.1　水泥生產線工藝球磨機系統的水泥粉磨

　　在球磨機中，水泥熟料受到長時間的沖擊、研磨作用，因而有較高的顆粒圓形度和較高的細粉含量，故水泥有正常的標準稠度需水量及較高的強度。但對于一些小型球磨機，由于沖擊作用小以及過粉磨現象嚴重，使水泥顆粒分布相當寬，即3～30μm顆粒含量較高，因而影響到強度的發展。

　　近年來發展的一種新型渦旋組合選粉機可以有助于水泥顆粒特性的改善，并顯著地降低粉磨電耗。

　　其工作原理是：物料從進料口進入機體上部分級室內，落在旋轉葉輪的均料板上而得到初步分散。隨后物料隨渦旋氣流運動進行分級，細粉隨上升氣流經葉輪內側從出風管排出，由旋風收塵裝置捕集。較粗粉料及尚未分離的粉料落入下部內錐體，與下出口外的螺槳撒料盤相遇，在葉片及輔助風葉的作用下又得到進一步分離。細粉隨氣流上升，粗粉料落入下部機體蝸殼內，并與切向進入機體的旋轉氣流相遇，再次得到分離，最終粗顆粒經出料口卸出。

　　(1)選粉室的布置更為合理。物料在選粉室內經慣性力、重力及渦旋流的多次分散分級，使粗細顆粒得到充分分離。其空間尺寸選擇較為合理，使選粉效率顯著提高，能耗下降。

　　(2)轉子系統易于調節。由于選粉機電機轉速及小風葉和輔助風葉的數目、角度均可調節，可使系統參數匹配達到理想的狀態，產品粒度易于調節。

　　(3)采用了特殊設計的葉輪轉子裝置。葉輪轉子及螺槳二次撒料裝置串聯在一根軸上，并增加浮動支承。葉輪與可調節角度的導風葉片相配合，可適應多種工況需求，葉輪與導風葉片構成了較理想的選粉空間，在上升旋流作用下，使粗細顆粒得到充分分離。由于選粉區內物料均勻地分撒分級，且停留時間較長，使選粉效率大大提高。

　　(4)采用改進的旋風筒結構。旋風筒結構緊湊，并增大了進風渦旋角，延長了含塵氣流在旋風筒內的停留時間，從而提高了細粉收集量。[Page]

　　標定數據表明，采用該選粉機可提高選粉效率20%～30%，單產能耗下降12%～15%，水泥中小于30μm的細粉含量增加10%，水泥顆粒分布更為合理，強度增加3～5MPa。

　　2.2　水泥生產線工藝立磨和擠壓磨系統的水泥粉磨

　　立磨是借肋相對運動的磨輥和磨盤裝置來粉磨物料的，立磨中的粉磨過程是物料被拽入并被磨輥和磨盤夾住，由于壓力集中在較大的顆粒上，它們最先受到擠壓作用并被破碎，隨后由磨輥施加的壓力被傳遞到較小的顆粒上，進行較小顆粒的粉碎，這一過程連續進行直到磨輥與磨盤間的最窄處，并伴隨有表面積的增加。與此同時，在有重載荷下的單一顆粒將進行空間位置重排，產生的擠壓和剪切作用將進一步提高粉磨效果，增加細粉顆粒含量，磨輥與磨盤之間的相對運動也有助于這一作用。

　　水泥立磨粉磨的實現在很大程度上取決于產品的細度。在應用立磨粉磨水泥的初期則發現產品細顆粒較少，水泥早期強度低，并出現泌水現象。有關研究通過下列措施進行了改進，完善了立磨水泥粉磨工藝。這包括：①改變磨輥和磨盤的外型，增大切向擠壓力或增加摩擦力，并以此提高產品細度，磨輥在設計中有以下關系：b2＞b1，Rv1＞Rv2，M為磨輥與磨盤相對滑動速度為零的點。由于M點向磨盤中心的區域相對滑動速度較小，物料的主要粉磨形式為擠壓粉磨，所以叫擠壓粉磨區。M點向磨盤外緣的區域相對滑動速度較大，物料除受擠壓粉磨外，還受到較大的摩擦粉磨，所以叫摩擦粉磨區。進入磨內的物料首先在擠壓粉磨區進行粗磨，然后在摩擦粉磨區進行細磨，以達到所要求的細度。②通過物料磨外循環、風量控制和采用高效選粉設備相配合的工藝，對被擠壓粉碎的物料進行精選，以保證產品的合格顆粒級配。所謂磨外循環即讓一部分粗物料從磨盤邊緣落下，排出機外，再由提升機提升入磨，這就使系統風量減小，細粉塵濃度增加，為細選粉創造了條件，再加上高效選粉機的應用，可以使水泥立磨粉磨達到水泥成品的細度要求，并有較好的顆粒特性。

　　(1)水泥的顆粒特性，包括水泥中3～30μm顆粒含量，顆粒分布及形貌對其水化性能及強度的發展有著重要的影響。水泥中3～30μm顆粒含量要求在40%以上，并應有相對較窄的顆粒分布，水泥顆粒應為圓形或近似圓形。

　　(2)球磨粉磨的水泥具有較好的顆粒特性，進而保證了水泥正常的水化性能。但對于一些中小型磨機，由于粉磨能力的不足以及物料流動不暢，則產生有很寬的顆粒分布，這對水泥強度的發展并不有利。采用高效選粉機有助于彌補這一缺陷。

　　(3)立磨和擠壓磨均可用于水泥粉磨。立磨采用了增加摩擦粉磨力及多次擠壓技術，使水泥產品顆粒特性滿足了正常水泥性能的要求。擠壓磨中產品顆粒經多次循環粉磨可以達到一定細度要求，而“差動、異徑”方案的實施則有助于減小循環次數，改善水泥顆粒形貌，使水泥生產線工藝水泥各項性能指標趨于正常。