管磨机超细粉磨系统异常状况分析及对策

  物料在超细粉磨过程中，经持续的机械力 化学活化，粒径会变得越来越细，颗粒的表面 能与颗粒之间的团聚力也急剧增大。随着颗粒 粒径的进一步缩小，直至达到设计的微细粒径 状态时，粉磨的难度也在不断增大，需要的粉 磨能量越大，特别是对于超细粒径状态下物料的粉磨与分级设备（工业生产中应用干法超细分级 机的闭路粉磨系统数量较多）技术性能的要求也越来越高。在这个过程中，超细粉磨系统中会发生影响粉体质量的细节问题，必须引起我们高度重视。下文根据实际生产中的开路与闭路两个具有代表性的超细粉磨系统出现的异常状况进行分析。

2.1开路超细粉磨系统异常状况分析与改进 2.1.1粉磨系统工艺概况

  C公司采用φ3.2mX3 m双仓开路管磨机（长 径比L/D=4.062 5,主电机功率1600 kW-10 kV- 额定电流115 A江电，设计研磨体装载量125 t,实际装载量120t,边缘传动方式，主减速机型号 JDX1000,速比5.6,筒体工作转速18.7r/min,主电机进相运行电流96A）制备超细粉煤灰以及将原状 矿渣微粉与原状粉煤灰按照一定比例掺配制备复合超细微粉（采用40%原状矿渣微粉+60%原状粉煤灰复合后进行超细粉磨，参照GB/T18046《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》国家标准中S95级超细矿渣微粉活性指数与其他质量指标投入工业生产）。

  复合超细微粉比表面积控制指标≥650 m²/kg, 45μm筛筛余值控制指标≤1.5%, 30μm筛筛余值参考控制指标≤3.5%。其中，进入φ3.2mX 13m开路管磨机的矿渣微粉比表面积420 m²/kg, 45μm筛筛余值2.1%, 30μm筛筛余值12.3%。原状粉煤灰比表面积230m²/kg, 45μm筛筛余值43.5%, 30μm筛筛余值57.1%。原状粉煤灰与原状矿渣微粉化学成分见表3。

  由表3可知，该原状粉煤灰中CaO含量 <10.0%,属于低钙粉煤灰。原状矿渣微粉碱性系数CaO+ MgO/ SiO₂+Al₂O₃=1.02 > 1.0,属碱性矿渣。实际生产的超细粉煤灰以及复合超细微粉细度状况见表4。

  由表4可以看出：经过粉磨的超细粉煤灰以及 复合超细微粉,45μm筛筛余值与30μm筛筛余值偏大，达不到设计的质量指标要求；比表面积也达不到设计要求，分另低170 m²/kg、140 m²/kg。

  原状粉煤灰与超细粉煤灰以及原状矿渣微粉 和复合超细微粉的各龄期活性指数见表5。由表5可知：从原状粉煤灰与超细粉煤灰各龄期活性指数对比来看，经过φ3.2 m X 13 m双仓开路管磨机超细粉磨后的粉煤灰，相对于原状粉煤灰而言活性指数的确有所提高，但由于出磨比表面积低，45μm筛筛余值与30μm筛筛余值偏大，微粉颗粒粒径偏粗（>18μm）,导致7 d与28 d龄期活性指数偏低。

  复合超细微粉同样存在比表面积偏低，45μm与30μm筛筛余值偏大，微粉颗粒粒径偏大（> 17μm）,造成7d与28d龄期活性指数偏低，明显低于入磨前原状矿渣微粉各龄期的活性指数。

  根据以上检测数据初步判断，本开路超细粉磨系统（见表6）管磨机存在“磨内磨细”能力不足问题，导致出磨粉体颗粒粒径偏粗，各龄期活性指数指标达不到设计要求。

  一仓 的沟槽阶梯枷以及传统铸造形式的隔仓板，见图1；二仓（细磨仓）刚安装的小波纹衬板，见图2；二仓刚安装的活化环，见图3。

  管磨机研磨体总装载量120 t,各仓研磨体原始级配见表7、表8。

2.1.2 存在问题的原因分析

  如上所述，该系统出磨粉体颗粒粒径偏粗，

成品比表面积与活性指数偏低。综合分析认为，管磨机一仓沟槽阶梯衬板始终存在研磨盲区；管磨机分仓、研磨体级配不合理；隔仓板篦缝和出料篦板篦缝堵塞，活化环高度偏低。

（1）管磨机一仓沟槽阶梯衬板始终存在研磨。

盲区。停管磨机进行检查，并由图1中的磨内一仓（粗磨仓）衬板工作表面形状配置可知，由于入磨物料均为细粉状，现磨内一仓（粗磨仓）不宜采用沟槽阶梯衬板。在磨前未配置预粉磨设备降低入磨物料粒径的前提下，管磨机一仓（粗磨仓）为了得到研磨体对物料更好的粉碎能力，绝大多数选择采用对研磨体提升效果相对较好的曲面阶梯衬板与沟槽阶梯衬板或者带有轴向波纹的曲面阶梯衬板。阶梯形状衬板具有同一排衬板提升研磨体的高度一致的特点，研磨体提升抛落的运动轨迹为阿基米德对数螺线。不管是曲面阶梯衬板、沟槽阶梯衬板，还是带有径向波纹的曲面阶梯衬板，在管磨机运行过程中这些衬板提升端（厚端）与非提升端（薄端）的结合部位始终存在冲击粉碎与研磨的无效区域（即研磨盲区）。

  现入磨原状粉煤灰与矿渣微粉均为细粉末状，一仓（粗磨仓）的功能改变为粗研磨与部分细磨功能相结合，这是由入磨物料粒径的改变决定的。因沟槽阶梯衬板始终存在研磨盲区，对于超细粉磨过程中在一仓（粗磨仓）要求完成部分磨细功能的适应性较差。为了提高管磨机系统的粉磨效率，一仓（粗磨仓）应优化设计或选择使用工作表面形状无研磨盲区存在的衬板，降低甚至消除无效做功。

（2）管磨机分仓不合理。

  从表6可知,一仓（粗磨仓）有效长度L₁=3.0 m（仓长比例24%）,二仓（细磨仓）有效长度L₂=9.5 m （仓长比例76%） , L₁/L₂= 1.00: 3.17,磨内分仓有效尺寸取值不合理。入磨原状粉煤灰与原状矿渣微粉的粒径微细，应缩短一仓（粗磨仓）有效长度，延长二仓（细磨仓）有效长度，能够装载数量更多的小规格研磨体对被磨物料实施超细粉磨。

（3）研磨体级配不合理

  从表6〜表8可知，各仓的研磨体级配也不能适应超细粉磨要求，对提高超细微粉比表面积的贡献不足。该开路管磨机一仓（粗磨仓）虽然原始钢球级配采用φ40 ~φ17五级配球，但对于入磨粉状物料而言，平均球径偏大，导致球间孔隙率大，物料流动速度快，不利于降低该仓筛余值。二仓（细磨仓）研磨体级配存在的问题与一仓（粗磨仓）相同，尽管采取φ18~φ8六级配段，但所用φ18-φ14钢段规格尺寸亦偏大，造成该仓对微粉的磨细能力不足，不利于缩小颗粒粒径，不易继续提高出磨微粉的比表面积。

（4） 篦缝堵塞。

  一仓（粗磨仓）到二仓（细磨仓）之间的传

统铸造形式双层筛分隔仓板以及铸造形式磨尾出料篦板，通孔率低。由于采用小规格研磨体很容易堵塞隔仓板与篦板篦缝（见图4、图5）,严重影响到磨内通风与过料，出磨超细粉体温度高于138℃。

（5） 活化环高度偏低。

  二仓（细磨仓）虽安装使用6圈高度560 mm活化环，但活化环高度偏低（一般来讲，对于直径（φ3.2 m的管磨机而言，细磨仓活化环高度应> 850 mm）,不足以激活小规格研磨体的粉磨能量，更不足以消除小规格研磨体产生的“滞留带”,显著降低了管磨机细磨仓的粉磨效率。

2.1.3针对性技术改进措施

（1）双波峰大波纹衬板代替沟槽阶梯衬板。

  根据超细粉磨要求，对一仓（粗磨仓）重新

进行优化设计，采用双波峰大波纹衬板（波峰较高，见图6）代替沟槽阶梯衬板，彻底避免了研磨盲区的存在，显著提高了管磨机一仓（粗磨仓）的粉磨效率。目前，超细粉磨企业的管磨机一仓（粗磨仓）除少数还在应用阶梯形状衬板外，均已采用了无研磨盲区的三波峰小波纹衬板（波峰较低）,但也需要实施改进，适当增加波峰高度尺寸，增大衬板与研磨体之间的摩擦力，有效降低被磨物料颗粒粒径。

（2）重新设计双层筛分隔仓板结构形式。

  双层筛分隔仓板改进为大通孔率自清洁隔仓

板（见图6,左为安装完毕拍摄的照片，右为开机生产之后拍摄的照片），仍采用同心圆状篦缝。不再使用传统铸造方式，以洛氏硬度HRCM55的高强度耐磨钢板激光切割方式制造，与铸造方式相比，篦缝光滑无毛刺且整套隔仓板重量减轻1/3左右。内筛板篦缝宽度由原4.0 mm调整为2.5 mm,相比原内筛板篦缝尺寸减小了 1.5 mm,通孔率＞30%。进料端与排料端粗筛板篦缝宽度均为4.0mm,相比原粗筛板篦缝宽度尺寸减小了2.0mm,通孔率＞25% 。

（3）加高活化环。

  更换细磨仓6圈活化环，有效高度由原560 mm增至900 mm,可大幅度提高对小规格研磨体的激活能力。

（4） 重新设计出料篦板结构。

  磨尾出料篦板结构重新设计为新型自清洁大通孔率篦板，强化通风过料。仍采用洛氏硬度HRC≥55的高强度耐磨钢板激光切割同心圆状篦缝，篦缝宽度由5.0 mm调整为3.0 mm,减小了2.0 mm,通孔率＞20%。 

（5） 重新设计各仓有效长度。

  根据超细粉磨系统技术指标要求与入磨粉体物料粒径，重新设计各仓有效长度。一仓（粗磨仓）有效长度由L1=3.0 m缩短至L1=2.0 m （仓长比例由24%调整为16%）,延长二仓（细磨仓）仓长，有效长度由L2=9.5m增至L2=10.5 m （仓长比例由76%调整为84%）,仓长比例L1/L2由1.00 :3.17增加至1:5.25。延长细磨仓能够充分利用更多小规格研磨体，更有利于提升“磨内磨细”功能。

（6） 优化各仓研磨体级配。

  调整仓长比例后，根据入磨粉体物料粒径，同时对各仓研磨体级配进行优化设计（见表9、表10）,满足开路超细粉磨系统技术要求。由表9可知，优化设计后的研磨体级配，平均球径由24.9 mm降至17.85 mm,缩小了7.05 mm,强化一仓（粗磨仓）的部分磨细功能。

  由表10可知，综合考虑开路粉磨系统特点和

隔仓板与磨尾出料篦板篦缝尺寸以及新配置活化环有效高度等技术参数，在优化调整后的细磨仓研磨体级配中，去除了φ18x18,φ16x 16,φ14x14三级较大规格的钢段，采用更小规格段，平均段径由改进前的12.9mm 降至8.0 mm,降低了4.9 mm。优化后的级配进一步增大了细磨仓研磨能力，能够显著降低出磨超细粉体45 μm与30μm筛筛余值和颗粒粒径，提高超细微粉的比表面积与活性指数。

（7）提高研磨体装载量，优化操作控制参数。

  为进一步稳定提高管磨机“磨内磨细”能力，研磨体总装载量由120 t提高至138 t,净增加装载量18 t,且以小规格研磨体为主。这种级配方式凸显出研磨体的“集群研磨效应”,真正实现“磨内磨细”。开机生产后管磨机主电机进相电流110 A,粉磨系统运行稳定。由于采用了优化设计的大通孔率形式隔仓板与磨尾出料篦板，在粉煤灰的超细粉磨与复合微粉的超细粉磨过程中，必须控制合理的磨内风速，一般在0.6 ~ 0.9 m/s范围内，风速不宜太高。风速高则被磨物料在磨内快速流动，在磨内的停留与研磨时间缩短，导致出磨细度跑粗，比表面积大幅度降低。本案例φ3.2 mx 13 m开路管磨

机粉磨系统，磨内适宜风速控制在0.7 m/s左右。改进后的新型隔仓板与磨尾出料篦板通孔率高，即使是在较低风速时，出磨超细微粉温度保持在125 °C左右，比改进前降低了 13℃。

 2.1.4 改进后的技术经济效果对比分析

  通过对管磨机系统实施针对性技术改进，开机生产的超细粉煤灰以及复合超细微粉的45μm与30μm筛筛余值、比表面积和各龄期活性指数见表11。

  由表11可知，对磨内实施综合技术改进使“磨内磨细”能力显著增大。相对于改进前，出磨超细粉煤灰比表面积由480 m²/kg提高至656 m²/kg。（颗粒平均粒径10.5μm）,净增长176 m2/kg;45μm筛筛余值由3.8%降至0.32%,降低了3.48%；30 μm筛筛余值由9.3%降至3.05%,降低了6.25%;7 d活性指数由58%提高至74%, 28 d活性指数由75%提高至90%。生产的复合超细微粉比表面积由510 m²/kg提高至688 m²/kg （颗粒平均粒径9.7μm）,增长了 178 m²/kg ; 45 μm筛筛余值由3.4%降至0.28%,降低了3.12% 。30μm筛筛余值由8.0%降至2.86%,降低了5.14%；7 d活性指数由74%提咼至86%, 28d活性指数由86%提高至98%。超细粉煤灰与复合超细微粉出磨45μm与30μm筛筛余值明显降低，比表面积与各龄期活性指数显著提高。其中，复合超细微粉各龄期活性指数已达到GB/T18046《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》国家标准中的S95级指标的要求。

2.2闭路超细粉磨系统异常状况分析与改进

2.2.1粉磨系统工艺概况

  T公司采用φ2.6 mX16 m加长型管磨机（长径比L/D=66.15,双仓结构，边缘传动方式，主减速机型号JDX900,速比6.3,筒体工作转速19.6 r/min,主电机功率1250 kW-10 kV-额定电流95 A沈电，研磨体设计装载量901,实际装载量100t,主电机进相运行电流80 A）与超细选粉机（见图7 ）组成闭路粉磨系统（见图8）,生产比表面积850 m²/kg超细粉煤灰，用作水泥生产的高活性混合材和高强高性能混凝土制备中的矿物掺合料以及橡胶板管填充料。加长管磨机磨内配置技术参数见表12。

  原状粉煤灰为低钙粉煤灰，其化学成分分析结果见表13,其入磨细度状况见表14。该系统投产运行后超细粉煤灰的质量指标见表15。

  该闭路粉磨系统投入生产后，入磨粉煤灰比表面积243 m²/kg,岀磨送入超细选粉机的粉煤灰比表面积低，在450~470 m²/kg之间徘徊，经超细选粉机分级后的粉煤灰成品比表面积只能达到630m²/kg 左右（颗粒平均粒径llFim）,不能满足设计指标 >850 m²/kg要求。选粉机回料量大，系统循环负荷高。超细粉煤灰成品45 μm筛余偏大，达1.8%左右，粉煤灰28d活性指数不足85%,该超细闭路粉磨系统未能体现出加长型管磨机的技术优势。

2.2.2 存在问题的原因分析

  该系统投产的宜接结果是超细粉煤灰的细度 不能满足设计指标≥850m²/kg要求。再看表16、表17,磨内研磨体总装载量100t,运行过程中，管磨机主电机进相运行电流在80A左右，与额定电流相差15A,主电机负荷率84.2%。结合管磨机结构配置、磨内分仓有效尺寸以及研磨体级配（见表16、表17）与粉煤灰出磨比表面积、超细粉煤灰成品比表面积和活性指数指标综合分析，该闭路粉磨系统 “磨内磨细”能力差，出磨粉煤灰比表面积低，颗粒粒径偏粗，导致超细粉煤灰成品比表面积与活性指数偏低，出磨比表面积与成品比表面积两者之间 具有良好的线性关系。

2.2.3 针对性技术改进措施

（1）重新对管磨机进行分仓。

  作为闭路粉磨系统，管磨机各仓有效仓长不 合理，一仓（粗磨仓）有效长度4.5 m偏长（仓长比例达29.03% ）,应缩短。延长二仓（细磨仓）有效长度，提高管磨机“磨内磨细”能力，分仓后的各仓原用衬板保持不变。由表18可知，管磨机仓长比例重新分配后一仓（粗磨仓）有效长度由4.50 m缩短为3.0 m,延长二仓（细磨仓）有效长度，由11.0 m延长至12.5 m,仓长比L₁/L₂由1.00 : 2.44增加至1.00 : 4.17。

  （2）优化设计各仓研磨体级配

  根据入磨原状粉煤灰45μm与30μm筛筛余值

以及比表面积，对分仓后的各仓研磨体级配进行设优化计（见表19、表20 ）,重点凸显管磨机的 “磨内磨细”功能。

  优化设计后的磨内各仓研磨体级配更合 理，一仓（粗磨仓）平均球径由25.75 mm降低 至22.1 mm,减小了3.65 mm。二仓（细磨仓）平均段径由13.1 mm降低至10.0 mm,减小了3.1 mm,增强磨细能力。同时，根据管磨机主电机负荷率调整研磨体总装载量，由100t增至110t,能够显著提高 “磨内磨细”能力，充分发挥小规格研磨体对物料的磨细优势，缩小出磨粉煤灰颗粒粒径，大幅度增加出磨粉煤灰比表面积，从而达到提高超细粉煤灰成品比表面积的目的。

（3）重新优化设计隔仓板与磨尾出料篦板。

  根据入磨粉煤灰颗粒粒径与水分，对原双层 筛分隔仓板篦缝磨尾出料篦板篦缝形式存在的不合理之处进行优化设计。改进后的隔仓板与磨尾出料篦板为同心圆形式，通孔率增大，采用洛氏硬度HRCM55的高强度耐磨钢板激光切割，具有自清洁功能，满足超细粉磨系统物料循环量与磨内流速要 。

（4 ）对二仓（细磨仓）衬板工作表面进行活

化处理。

  现有小波纹衬板工作表面与最外层小规格研 磨体之间摩擦力不足，不利于小规格研磨体磨细做功。针对小波纹衬板表面实施活化，增大衬板与研磨体之间摩擦力，降低出磨粉煤灰颗粒粒径，提高出磨粉煤灰比表面积，为超细选粉机有效分级创造良好的条件。

（5 ）修正活化环的有效高度。

  二仓（细磨仓）更换经修正有效高度的全区 域活化环（专利技术，见图9）,有效激活小规格研磨体粉磨能量，进一步强化磨内磨细功能。

2.2.4 改造后的技术经济效果

  技改后，该系统管磨机主电机进相运行电流为 88 A,负荷率92.63%。出磨进入超细选粉机的粉煤 灰比表面积由450 ~ 470 m²/kg增大至650 ~ 675 m²/kg, 净增加了200 m²/kg出磨粉煤灰比表面积数据充分说明，经过综合技术改进后，显著提高了管磨机的 “磨内磨细”能力，出磨进入超细选粉机的粉煤灰 粒径明显缩小。成品超细粉煤灰质量见表21。

  由表21可知，生产的超细粉煤灰的30μm筛筛余值由6.7%降至1.02%,降低了5.68%,意味着有99%的超细粉煤灰颗粒<30μm; 450μm筛筛余值也由1.8%降为0。与改进前相比，超细粉煤灰成品的比表面积由630 m²/kg提高至876 m²/kg (颗粒平均粒径5.6μm) , 净增246 m²/kg, 7d与28 d龄期活性指数同时得到提高，技术经济效果显著。

(1)在工业废渣与天然火山灰材料丰富地区，可以参照《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046)、《钢铁渣粉》(GB/T28293)、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596)、《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(GB/T20491 )、《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T18736 )等国家标准，充分利用当地资源优势，加工高活性超细微粉。生产过程中细度指标，可以采用比表面积与30μm筛筛余值(参考值)、45 μm筛筛余值控制。超细微粉制备企业应采购完善激光粒度分析仪器，能够同时测定超细微粉颗粒分布(两筛比表加粒径),用于指导生产过程超细粉体的质量指标控制。

(2)采用较大长径比(L/D > 4.0)管磨机的开路粉磨系统制备超细微粉，“磨内磨细”过程中摩擦发热现象不容忽视。应采用高强度耐磨钢板激光切割方式制造的通风与过料能力良好的大通孔率隔仓板与磨尾出料篦板，保持磨内通畅而适宜的风速，有效降低超细微粉出磨温度。

(3) 现阶段分级性能优良的超细选粉机，能将管磨机粉磨后的出磨微粉中分离出的最小颗粒粒径尺寸控制达到≤1.0 μm,通过调整主轴转速和系统风量参数，可获得D97从5-150μm之间的颗粒，且超细粉体颗粒粒径分布能够保持在相对较窄的范围，确保制备的超细微粉具有更高更稳定的活性指数。

(4) 配置超细选粉机的闭路超细粉磨系统中，应对磨内结构实施改进。首先应选择合理的仓

位有效尺寸，同时根据超细粉磨技术要求合理选用各仓衬板工作表面形状，提高衬板与最外层研磨体之间的摩擦力，为超细选粉机创造更多合格粒径的微粉供其分级。

(5) 大量配用小规格研磨体的细磨仓，应针对活化环结构进行优化，有效激活小规格研磨体粉磨能量，充分发挥小规格研磨体固有的“动态集群研磨效应”，实现“磨内磨细”，大幅度降低出磨超细粉体粒径，提高物料磨细程度与比表面积和超细微粉活性指数。

(6)优化设计各仓研磨体级配，选择高硬度材质研磨体，在应用中能够保持良好的表面光洁度，有利于提高出磨超细微粉比表面积。在生产过程中，若管磨机出现磨内研磨体与衬板工作表面粘附现象，可采用分散性能良好的助磨剂解决。总之，工业废渣或天然火山灰材料经过专用管磨机机械力化学活化(粉磨过程)制备高活性超细微粉，不仅提高了资源化利用深度，还显著提高了附加值，具有广阔的应用前景。