圖2 接觸路徑和法向力——球磨機中的不變量

 
圖1 單個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，從來都是水泥廠中電能消耗最高的工藝過程。因此，一直以來，水泥工業(yè)都在努力降低粉磨各種原材料和各種產品性能水泥的單位電耗。然而，推動粉磨設備發(fā)展的不僅僅是能效，還有對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，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，但輥壓機聯(lián)合球磨機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)有質量、熟料活性和利用其他主要水泥組分的要求，這對最終產品也有影響，現(xiàn)今對顆粒分布的控制要求比過去高得多。

  粉磨設備的大型化和粉磨幾何學的引入

  新建水泥生產線顯示出水泥裝備大型化趨勢，這種趨勢也反映在粉磨設備上，近幾年來，大型粉磨設備在逐步取代小型粉磨設備，能源效率明顯提高。與此同時，各種粉磨幾何學也成功地引入市場，這不僅包括磨機驅動的各種概念，還包括各種幾何形狀的磨輥和磨盤。應對能源成本增長帶來的巨大挑戰(zhàn)，也促進了新型磨機替代已有的粉磨設備，但大多數(shù)情況下，這種替代是伴隨著產能的增加和安裝新的生產線而發(fā)生的。

  對球磨機粉磨機理的關注

  球磨機在水泥粉磨過程中以可靠性和易操作性而著稱，但它的能效對水泥生產商來說仍是個挑戰(zhàn)，這也對不同的粉磨系統(tǒng)和正在進行的粉磨優(yōu)化產生了影響。如今的球磨機仍然在廣泛使用，不僅用于現(xiàn)有工廠，也用于近年來新建和即將建設的粉磨裝置。因此，目前人們對如何更好地理解球磨機的粉磨機理特別關注，以便實現(xiàn)球磨機的粉磨優(yōu)化。

  理論表明，工業(yè)破碎的能效比單個顆粒破碎的能效不止低一個數(shù)量級。這是建立在整個粉磨系統(tǒng)的生產需求基礎上的，當然不允許單顆粒破碎。

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

  球磨機的粉磨特性研究進展

  盡管真正球磨機中的接觸路徑只能模擬，蔡塞爾試驗方法為實驗室測試粉磨強度與接觸路徑之間的相互獨立提供了良好的機會。可以預測，模擬和蔡塞爾試驗結果的結合，將有助于進一步理解裝球量對原有磨機和新球磨機優(yōu)化的影響。

  未來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展的研究項目將吸納其他工業(yè)部門和粉磨裝備部門的經(jīng)驗，盡可能從其他角度在粉磨產量和單顆粒能量吸收之間找到更好的平衡。

  關注新型粉磨設備——振動磨

  磨機的粉碎機理是電機通過聯(lián)軸器帶動偏心塊旋轉，產生激振力，磨筒帶動筒內的磨介（筒中的鋼球或鋼棒介質）依靠慣性力對物料進行沖擊、剪切與研磨，把物料磨細。由于進料帶進的空氣壓力，使物料被粉碎的同時，向出料口移動，移出機體，完成破碎過程。

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