一  引言

立磨憑借其低能耗、環(huán)保和產(chǎn)量高的獨(dú)特優(yōu)勢，已成為水泥工業(yè)粉磨裝置的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于生料粉磨、礦渣粉磨、水泥粉磨等工藝。立磨從1990年開始在全球水泥工業(yè)生料粉磨領(lǐng)域獲全方面推廣、選用，在2000年后又逐漸進(jìn)入水泥終粉磨領(lǐng)域，新建水泥終粉磨生產(chǎn)線選用立磨比例由15%增長到70%以上。我國水泥工業(yè)直到2000年才開始引入立磨，2000~2010年期間新建礦渣粉磨項(xiàng)目中選用立磨比例由0增長到85%，而同期新建水泥終粉磨項(xiàng)目中選用立磨比例則由0增長到8%，預(yù)期未來將有較大增長空間。

水泥添加劑是水泥粉磨過程中加入的工藝或性能添加劑，既能改善粉磨工況，也能降低噸水泥生產(chǎn)成本，提高水泥質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于以球磨機(jī)為主要生產(chǎn)設(shè)備的水泥終粉磨工藝中，國內(nèi)統(tǒng)稱為“水泥助磨劑”。國外在以球磨機(jī)、立磨作為水泥終粉磨設(shè)備的生產(chǎn)工藝中均廣泛采用了水泥添加劑。我國在球磨終粉磨生產(chǎn)線中應(yīng)用水泥化學(xué)添加劑的比例較高，但由于立磨作為水泥終粉磨生產(chǎn)設(shè)備在國內(nèi)的應(yīng)用是近10年左右才逐漸開始，生產(chǎn)線數(shù)量少，加上國內(nèi)對于立磨水泥的應(yīng)用性能等問題仍存在部分爭議，對于水泥化學(xué)添加劑在立磨中應(yīng)用的可行性及其應(yīng)用方法均存在疑問。本文擬結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料及技術(shù)研究報(bào)告，基于立磨粉磨工藝特點(diǎn)及與球磨粉磨工藝的差異，就化學(xué)添加劑在水泥立磨終粉磨生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、技術(shù)要點(diǎn)及未來發(fā)展方向作一淺析。

二  立磨的粉磨工藝特點(diǎn)

立磨的粉磨是通過不直接接觸的磨輥和磨盤擠壓松散物料，形成料床并傳遞粉磨壓力，逐漸將物料粉碎并研磨成粉。與傳統(tǒng)球磨粉磨工藝相比，物料在立磨中的運(yùn)動(dòng)路徑、粉磨過程及分選方式上均存在較大差異。

圖1 球磨機(jī)進(jìn)出料流程圖

2.1　物料在立磨內(nèi)的粉磨過程

對于傳統(tǒng)臥式球磨機(jī)，物料的破碎和粉磨通過研磨介質(zhì)和磨機(jī)筒體間的沖擊、研磨來實(shí)現(xiàn)。新鮮物料經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入磨內(nèi)后，被研磨介質(zhì)所破碎、研磨，并在磨尾負(fù)壓的作用下逐漸向磨尾移動(dòng)并出磨。同時(shí)，物料在球磨機(jī)內(nèi)的粉磨過程也是物料充分混合、攪拌的過程，其在磨內(nèi)的運(yùn)動(dòng)路線和速度（也即物料流速）決定了其在磨內(nèi)與研磨介質(zhì)發(fā)生相互作用的時(shí)間，即磨內(nèi)停留時(shí)間。物料在球磨機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間一般在15~20 min，物料性質(zhì)、研磨體填充率及級配、助磨劑的加入等均會(huì)影響物料在球磨機(jī)內(nèi)部的流速，進(jìn)而影響其停留時(shí)間和粉磨效率。

而對于立磨而言，主要的粉磨工作部件是不直接接觸的磨輥和磨盤，物料的破碎和粉磨通過磨輥和磨盤擠壓料床而實(shí)現(xiàn)。新喂物料通過立磨的喂料口進(jìn)入磨內(nèi)并灑落在磨盤中心，在離心力作用下沿磨盤徑向以螺旋方式向磨盤邊緣移動(dòng)，隨后經(jīng)磨輥擠壓、剪切而變??；在離心力作用下散出磨盤邊緣的物料被經(jīng)過噴口環(huán)的高速熱氣流吹起，物料就以分散的顆粒狀態(tài)進(jìn)行干燥；粗料掉入風(fēng)環(huán)后被轉(zhuǎn)動(dòng)的刮板卸料至斗式提升機(jī)并重新進(jìn)入磨內(nèi)，微細(xì)粉進(jìn)入選粉機(jī)分選，而粗顆粒則重新進(jìn)入磨內(nèi)粉磨。

與球磨工藝相比，立磨的粉磨有幾個(gè)突出的工藝特點(diǎn)。

一是物料在立磨內(nèi)的停留時(shí)間更短：傳統(tǒng)球磨中的物料停留時(shí)間一般為15~20 min，而立磨一般只有2~3 min。

二是物料在立磨內(nèi)基本不存在過粉磨現(xiàn)象：傳統(tǒng)球磨中的物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間長，過粉磨問題一直存在，常采用水泥助磨劑加以改善；而立磨中物料的停留時(shí)間短，加上采用風(fēng)掃式粉磨及自身的選粉功能，能及時(shí)將細(xì)粉帶出，避免了過粉磨現(xiàn)象。

三是立磨對濕物料不敏感，由于其采用氣體輸送物料，可粉磨、烘干水分達(dá)12%~15%的物料，不會(huì)出現(xiàn)球磨機(jī)中存在的濕物料導(dǎo)致的包球、糊磨等問題。

2.2　物料在立磨內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)路徑及輸送方式

物料在立磨內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)路徑主要包括磨盤表面的粉磨過程、熱氣流的預(yù)篩分及物料輸送和選粉機(jī)的分選三個(gè)過程。

物料在立磨內(nèi)的粉磨過程在磨盤表面完成，磨盤同時(shí)承擔(dān)粉磨機(jī)械和撒料盤的作用。磨盤將灑落在其中心的新喂料分散并運(yùn)輸至磨輥處；物料顆粒在磨盤離心力作用下以螺旋方式不斷向磨盤外圍滑動(dòng)，其移動(dòng)速度由磨盤離心力和物料、磨盤間摩擦力的差值決定。磨盤離心力的大小通過磨盤轉(zhuǎn)速來控制，而物料顆粒與磨盤間的摩擦力則更多取決于物料屬性如含水量、顆粒形狀等，水泥添加劑或球形度較高的礦物添加劑的加入對摩擦力的影響較大。因此，立磨內(nèi)料層的形狀和其在磨盤表面的運(yùn)動(dòng)情況取決于磨盤形狀、轉(zhuǎn)速、循環(huán)物料量和物料顆粒相對磨盤的摩擦力，其中化學(xué)及礦物添加劑的加入對顆粒與顆粒之間、料層與磨盤之間的摩擦力影響較大。此外，物料顆粒在磨盤表面粉磨中的相互混合、攪拌作用有限，這與球磨機(jī)是不同的。這一過程中，物料顆粒的流速對粉磨效率影響較大。

圖2 立磨進(jìn)出料流程圖

由噴口環(huán)上升的高速熱氣流對完成粉磨過程后離開磨盤邊緣的粉磨物料進(jìn)行重力預(yù)篩分，大顆粒及不合格的粗顆粒分別經(jīng)由外循環(huán)及內(nèi)循環(huán)過程再次進(jìn)入磨內(nèi)粉磨，微細(xì)粉體則由熱氣流輸送到選粉機(jī)進(jìn)行分選。在離心力作用下離開磨盤邊緣的物料由微細(xì)粉體、粗顆粒及大顆粒物料組成，在熱氣流下的粉體分散程度直接決定了這一過程的旁路值的大小，即預(yù)篩分的效率。水泥添加劑在粉體物料表面的分散則有助于提高這一預(yù)篩分過程的效率。進(jìn)入選粉機(jī)的微細(xì)粉中的合格粉體的選盡程度同樣受粉體分散程度的影響。

三　水泥添加劑在立磨粉磨過程中的應(yīng)用特點(diǎn)

3.1　水泥添加劑在磨內(nèi)物料表面的均勻性

水泥添加劑在磨內(nèi)物料表面分布的均勻性對應(yīng)用效果影響較大。球磨機(jī)內(nèi)的物料粉磨過程也是干燥物料充分混合、攪拌的過程，水泥添加劑可借助這一工藝過程實(shí)現(xiàn)在磨內(nèi)與物料顆粒的均勻混合及表面分散。與球磨機(jī)不同的是，物料進(jìn)入立磨內(nèi)平鋪在磨盤表面，缺少物料自身的有效攪拌混合，物料在立磨粉磨過程中的相互混合、攪拌作用有限，加上料床中物料的含水量較高，傳統(tǒng)水泥助磨劑較難實(shí)現(xiàn)在物料表面的均勻分散。

3.2　立磨通風(fēng)對水泥添加劑應(yīng)用效果的影響

另外一個(gè)重要差異在于立磨與球磨的磨內(nèi)通風(fēng)對水泥添加劑應(yīng)用效果的影響。球磨中通風(fēng)的主要作用是為了實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)負(fù)壓以防止粉塵逃逸，同時(shí)兼具加快磨內(nèi)物料流動(dòng)的作用，入磨氣流也一般為常溫；而立磨中的通風(fēng)則兼具了熱風(fēng)烘干、分離及傳輸物料的多種功能，通風(fēng)量、風(fēng)速也較傳統(tǒng)球磨機(jī)大很多。添加在物料表面的水泥添加劑**易在強(qiáng)氣流中被“剝離”，同時(shí)高溫氣體會(huì)明顯加速水泥添加劑中有機(jī)組分的早期蒸發(fā)，這均會(huì)增加水泥添加劑的逃逸率，并影響其在立磨粉磨系統(tǒng)中的終應(yīng)用效果。

3.3　水泥添加劑在立磨粉磨中的作用原理

在球磨工藝中，干燥細(xì)粉之間、粉體與研磨體及襯板表面的靜電作用強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致團(tuán)聚、過粉磨等現(xiàn)象。應(yīng)用于球磨的水泥添加劑大都為多種**性化合物組成的混合物，其原理是基于降低水泥粉體表面電荷而實(shí)現(xiàn)對微細(xì)顆粒的分散，進(jìn)而改善由于靜電作用而導(dǎo)致的包球、襯墊及磨內(nèi)通風(fēng)不良等問題，及細(xì)粉團(tuán)聚、顆粒表面裂紋再愈合等現(xiàn)象，通過改善磨機(jī)工況、提高粉磨效率以達(dá)到提高產(chǎn)量、降低能耗、改善水泥品質(zhì)的目的。因此，水泥添加劑在球磨機(jī)中的主要作用表現(xiàn)在減少顆粒團(tuán)聚、減少糊球、提高選粉效率，進(jìn)而降低選粉機(jī)的旁通量。

在立磨的粉磨過程中，物料的粉磨通過磨輥和磨盤擠壓料床而實(shí)現(xiàn)，與水泥化學(xué)添加劑加入后可能導(dǎo)致的物料移動(dòng)速度加快相比較，料床的穩(wěn)定性對立磨臺時(shí)產(chǎn)量及粉磨效率影響更大；同時(shí)，熱氣流對粉磨后物料的重力預(yù)篩分效果及選粉機(jī)的選粉效率決定于粉體的分散，而微細(xì)粉之間的團(tuán)聚、微細(xì)粉在粗顆粒及大顆粒表面的吸附均影響粉體在氣流中分散程度。因此，水泥添加劑在立磨中的主要作用更多是基于**性化合物對微細(xì)物料顆粒的分散，提高粉磨后粉體在熱氣流中的分散程度，降低旁路值，進(jìn)而提高粉磨效率。

四、　水泥添加劑在立磨粉磨中的應(yīng)用及工藝調(diào)整

4.1　水泥添加劑在立磨中的添加位置及方式

在以球磨機(jī)為主要粉磨設(shè)備的粉磨工藝中，水泥添加劑一般滴加在入磨物料上，入磨后就會(huì)充分混合均勻。而對于立磨粉磨工藝，由于磨內(nèi)通風(fēng)兼具干燥物料、輸送等功能，加上物料在磨內(nèi)停留時(shí)間短，通過將助磨劑直接添加到入磨新鮮物料表面對應(yīng)用效果有一定影響。將助磨劑均勻添加在立磨吐渣皮帶（外循環(huán)皮帶）上，提高了助磨劑在粉磨中的利用效率和物料中均勻性。Mapei公司的Pietro Recchi等開發(fā)了一種立式粉磨系統(tǒng)專用助磨劑，除經(jīng)典組分乙醇胺、乙二醇、無機(jī)鹽之外，還在配方中引入一定量（3%~10%）的高沸點(diǎn)化合物和增稠劑組成的特殊混合物，確保了助磨劑不會(huì)受到立磨中較高的通風(fēng)量的影響；同時(shí)設(shè)計(jì)一種創(chuàng)新的助磨劑添加系統(tǒng)，將助磨劑輸送管路并聯(lián)到立磨輸水管路中，將助磨劑和水強(qiáng)制直接添加到磨輥底部。

圖3 水泥助磨劑

4.2　水泥添加劑對選粉系統(tǒng)性能及成品水泥粒度分布的影響

選粉設(shè)備是閉路粉磨系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系整個(gè)粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)效率及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。相關(guān)工藝參數(shù)包括循環(huán)負(fù)荷、選粉效率等，但通過衡量分選后成品粒度組成及回料中成品的含量則更能反映其性能及實(shí)用價(jià)值。特勞姆曲線（Tromp-Curve）主要看選粉機(jī)對30μm以下顆粒段當(dāng)中某一特定顆粒的選盡程度，即旁路值；旁路值越小，則分選效率越高，成品量也越多，說明選粉機(jī)撒料盤結(jié)構(gòu)合理、分散效果好；一般選擇回料為測定對象。

對比以球磨為主要粉磨設(shè)備的閉路粉磨系統(tǒng)，立磨系統(tǒng)的選粉設(shè)備位于立磨結(jié)構(gòu)內(nèi)部，只有粗回料和成品可以取樣。圖4為立磨中應(yīng)用助磨劑前后的Tromp曲線對比，助磨劑的加入**減少了旁路值（由空白樣品的15%降低到9%），尤其是< 10μm的微細(xì)顆粒的選盡程度**提高，減少了成品物料在磨內(nèi)循環(huán)。這說明，水泥添加劑的加入改善了微細(xì)粉體之間的團(tuán)聚及在大顆粒表面的黏附，提高了物料在選粉機(jī)內(nèi)的分散程度，提高了分選效率。助磨劑的使用**增加了粒徑3~32μm范圍的強(qiáng)度貢獻(xiàn)區(qū)的粉體比例，有助于改善水泥各齡期性能。

圖4　立磨中應(yīng)用助磨劑前后的Tromp曲線對比

4.3　立磨的粉磨工藝參數(shù)優(yōu)化

由多種有機(jī)物、無機(jī)物表面活性劑組成的水泥添加劑進(jìn)入球磨工藝中，其對物料尤其是微細(xì)粉體的性質(zhì)、物料與研磨介質(zhì)的作用方式等都會(huì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而在粉磨工況上表現(xiàn)出一定的差異性，如磨內(nèi)物料流速加快、細(xì)度跑粗、選粉機(jī)循環(huán)負(fù)荷變大等，一般可通過調(diào)整鋼球（段）級配、研磨體填充率、磨內(nèi)通風(fēng)及選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)加以改善。立磨系統(tǒng)中應(yīng)用水泥添加劑后，同樣需要結(jié)合其工藝特點(diǎn)對立磨的相關(guān)工況參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。立磨終粉磨工藝中應(yīng)用水泥添加劑的主要目的是提高臺時(shí)產(chǎn)量及提高水泥強(qiáng)度，主要通過出磨水泥細(xì)度及比表面積來控制，其工藝參數(shù)調(diào)整尤其通風(fēng)量的調(diào)整尤其關(guān)鍵。

立磨采用風(fēng)掃式粉磨，其風(fēng)量和風(fēng)速的大小直接影響成品細(xì)度和產(chǎn)品質(zhì)量。風(fēng)速大小一方面控制掉落大顆粒物料的尺寸，同時(shí)影響循環(huán)量及料床厚度，進(jìn)而影響粉磨效率。在風(fēng)環(huán)面積確定時(shí)，風(fēng)速由風(fēng)量大小決定。立磨通風(fēng)承擔(dān)物料輸送、重力篩分及分選等多重作用，其大小由喂料量決定。通風(fēng)量過小時(shí)，磨內(nèi)大量合格水泥不能及時(shí)抽走，導(dǎo)致內(nèi)循環(huán)量增加，磨內(nèi)壓差上升，引起振動(dòng)；而通風(fēng)量過大，則會(huì)導(dǎo)致粗顆粒進(jìn)入選粉機(jī)并導(dǎo)致細(xì)度過粗，出現(xiàn)出磨水泥跑粗現(xiàn)象。立磨在應(yīng)用水泥添加劑后，粉體分散程度提高，一般需適當(dāng)降低風(fēng)量、調(diào)小風(fēng)速。

五　結(jié)束語

（1）立磨與球磨終粉磨系統(tǒng)相比，物料在立磨內(nèi)部具有不同的運(yùn)動(dòng)路徑、輸送方式及分選方式，物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間、物料均勻性、工藝調(diào)整方式等方面均存在較大差異。

（2）水泥添加劑在立磨終粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用是可行的，但結(jié)合其工藝特點(diǎn)優(yōu)選水泥添加劑的添加位置及方式，以確保其在粉磨物料中的均勻性，并盡量降低水泥添加劑在高風(fēng)速、大風(fēng)量下的早期“剝離”。

（3）水泥添加劑在立磨終粉磨系統(tǒng)中的應(yīng)用效果更多是通過改善粉體分散程度進(jìn)而提高選粉效率、降低旁路值；水泥添加劑能**改善立磨運(yùn)行工況及穩(wěn)定性，減小磨機(jī)振動(dòng)，降低主電動(dòng)機(jī)功率波動(dòng)，并可減少磨內(nèi)噴水量。