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一  引言

立磨憑借其低能耗、環(huán)保和產(chǎn)量高的獨特優(yōu)勢，已成為水泥工業(yè)粉磨裝置的設備，廣泛應用于生料粉磨、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)生料粉磨領域獲全方面推廣、選用，在2000年后又逐漸進入水泥終粉磨領域，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目中選用立磨比例則由0增長到8%，預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，廣泛應用于以球磨機為主要生產(chǎn)設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、立磨作為水泥終粉磨設備的生產(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)線中應用水泥化學添加劑的比例較高，但由于立磨作為水泥終粉磨生產(chǎn)設備在國內(nèi)的應用是近10年左右才逐漸開始，生產(chǎn)線數(shù)量少，加上國內(nèi)對于立磨水泥的應用性能等問題仍存在部分爭議，對于水泥化學添加劑在立磨中應用的可行性及其應用方法均存在疑問。本文擬結(jié)合國內(nèi)外相關文獻資料及技術研究報告，基于立磨粉磨工藝特點及與球磨粉磨工藝的差異，就化學添加劑在水泥立磨終粉磨生產(chǎn)中的應用現(xiàn)狀、技術要點及未來發(fā)展方向作一淺析。

二  立磨的粉磨工藝特點

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，物料在立磨中的運動路徑、粉磨過程及分選方式上均存在較大差異。

圖1 球磨機進出料流程圖

2.1　物料在立磨內(nèi)的粉磨過程

對于傳統(tǒng)臥式球磨機，物料的破碎和粉磨通過研磨介質(zhì)和磨機筒體間的沖擊、研磨來實現(xiàn)。新鮮物料經(jīng)進料口進入磨內(nèi)后，被研磨介質(zhì)所破碎、研磨，并在磨尾負壓的作用下逐漸向磨尾移動并出磨。同時，物料在球磨機內(nèi)的粉磨過程也是物料充分混合、攪拌的過程，其在磨內(nèi)的運動路線和速度（也即物料流速）決定了其在磨內(nèi)與研磨介質(zhì)發(fā)生相互作用的時間，即磨內(nèi)停留時間。物料在球磨機內(nèi)的停留時間一般在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影響物料在球磨機內(nèi)部的流速，進而影響其停留時間和粉磨效率。

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現(xiàn)。新喂物料通過立磨的喂料口進入磨內(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，隨后經(jīng)磨輥擠壓、剪切而變?。辉陔x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)進行干燥；粗料掉入風環(huán)后被轉(zhuǎn)動的刮板卸料至斗式提升機并重新進入磨內(nèi)，微細粉進入選粉機分選，而粗顆粒則重新進入磨內(nèi)粉磨。

與球磨工藝相比，立磨的粉磨有幾個突出的工藝特點。

一是物料在立磨內(nèi)的停留時間更短：傳統(tǒng)球磨中的物料停留時間一般為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間短，加上采用風掃式粉磨及自身的選粉功能，能及時將細粉帶出，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12%~15%的物料，不會出現(xiàn)球磨機中存在的濕物料導致的包球、糊磨等問題。

2.2　物料在立磨內(nèi)部的運動路徑及輸送方式

物料在立磨內(nèi)部的運動路徑主要包括磨盤表面的粉磨過程、熱氣流的預篩分及物料輸送和選粉機的分選三個過程。

物料在立磨內(nèi)的粉磨過程在磨盤表面完成，磨盤同時承擔粉磨機械和撒料盤的作用。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，其移動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動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行重力預篩分，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)過程再次進入磨內(nèi)粉磨，微細粉體則由熱氣流輸送到選粉機進行分選。在離心力作用下離開磨盤邊緣的物料由微細粉體、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篩分過程的效率。進入選粉機的微細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用特點

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用效果影響較大。球磨機內(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。與球磨機不同的是，物料進入立磨內(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)水泥助磨劑較難實現(xiàn)在物料表面的均勻分散。

3.2　立磨通風對水泥添加劑應用效果的影響

另外一個重要差異在于立磨與球磨的磨內(nèi)通風對水泥添加劑應用效果的影響。球磨中通風的主要作用是為了實現(xiàn)磨內(nèi)負壓以防止粉塵逃逸，同時兼具加快磨內(nèi)物料流動的作用，入磨氣流也一般為常溫；而立磨中的通風則兼具了熱風烘干、分離及傳輸物料的多種功能，通風量、風速也較傳統(tǒng)球磨機大很多。添加在物料表面的水泥添加劑**易在強氣流中被“剝離”，同時高溫氣體會明顯加速水泥添加劑中有機組分的早期蒸發(fā)，這均會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，干燥細粉之間、粉體與研磨體及襯板表面的靜電作用強，進而導致團聚、過粉磨等現(xiàn)象。應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現(xiàn)對微細顆粒的分散，進而改善由于靜電作用而導致的包球、襯墊及磨內(nèi)通風不良等問題，及細粉團聚、顆粒表面裂紋再愈合等現(xiàn)象，通過改善磨機工況、提高粉磨效率以達到提高產(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中的主要作用表現(xiàn)在減少顆粒團聚、減少糊球、提高選粉效率，進而降低選粉機的旁通量。

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現(xiàn)，與水泥化學添加劑加入后可能導致的物料移動速度加快相比較，料床的穩(wěn)定性對立磨臺時產(chǎn)量及粉磨效率影響更大；同時，熱氣流對粉磨后物料的重力預篩分效果及選粉機的選粉效率決定于粉體的分散，而微細粉之間的團聚、微細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，進而提高粉磨效率。

四、　水泥添加劑在立磨粉磨中的應用及工藝調(diào)整

4.1　水泥添加劑在立磨中的添加位置及方式

在以球磨機為主要粉磨設備的粉磨工藝中，水泥添加劑一般滴加在入磨物料上，入磨后就會充分混合均勻。而對于立磨粉磨工藝，由于磨內(nèi)通風兼具干燥物料、輸送等功能，加上物料在磨內(nèi)停留時間短，通過將助磨劑直接添加到入磨新鮮物料表面對應用效果有一定影響。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、無機鹽之外，還在配方中引入一定量（3%~10%）的高沸點化合物和增稠劑組成的特殊混合物，確保了助磨劑不會受到立磨中較高的通風量的影響；同時設計一種創(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

選粉設備是閉路粉磨系統(tǒng)的重要組成部分，關系整個粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)效率及技術經(jīng)濟指標。相關工藝參數(shù)包括循環(huán)負荷、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用價值。特勞姆曲線（Tromp-Curve）主要看選粉機對30μm以下顆粒段當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備的閉路粉磨系統(tǒng)，立磨系統(tǒng)的選粉設備位于立磨結(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粉體之間的團聚及在大顆粒表面的黏附，提高了物料在選粉機內(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范圍的強度貢獻區(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

由多種有機物、無機物表面活性劑組成的水泥添加劑進入球磨工藝中，其對物料尤其是微細粉體的性質(zhì)、物料與研磨介質(zhì)的作用方式等都會產(chǎn)生影響，進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、細度跑粗、選粉機循環(huán)負荷變大等，一般可通過調(diào)整鋼球（段）級配、研磨體填充率、磨內(nèi)通風及選粉機轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)加以改善。立磨系統(tǒng)中應用水泥添加劑后，同樣需要結(jié)合其工藝特點對立磨的相關工況參數(shù)進行優(yōu)化。立磨終粉磨工藝中應用水泥添加劑的主要目的是提高臺時產(chǎn)量及提高水泥強度，主要通過出磨水泥細度及比表面積來控制，其工藝參數(shù)調(diào)整尤其通風量的調(diào)整尤其關鍵。

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

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)部具有不同的運動路徑、輸送方式及分選方式，物料在磨內(nèi)的停留時間、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)中的應用是可行的，但結(jié)合其工藝特點優(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速、大風量下的早期“剝離”。

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