目前我國水泥工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的粉磨設備是球磨機，生產(chǎn)1噸水泥需要粉磨3噸物料，耗電約80度左右，占水泥生產(chǎn)總電耗的60%-70%。盡管這個(gè)數字比20年前下降了30%多，但繼續研究新工藝、新設備、新技術(shù)，不斷創(chuàng )新球磨機節能高產(chǎn)新記錄，仍然是我們不懈追求的重要目標。

影響球磨機節能高產(chǎn)的因素很多，其中入磨物料粒度大小，是主要影響因素之一。通俗地說(shuō)，“預粉碎工藝”就是一種“采用降低入磨物料粒度的方法，來(lái)使磨機節能高產(chǎn)”的生產(chǎn)工藝。20世紀80代以前，我國水泥工業(yè)生產(chǎn)規程中，將入磨物料粒度定為20～25毫米。物料由礦山開(kāi)采粒度(300～600毫米)加工到入磨物料粒度的過(guò)程，主要由破碎機來(lái)完成，稱(chēng)之為破碎工藝；物料由入磨物料粒度加工到出磨物料粒度(0.08毫米左右)的過(guò)程，主要由球磨機來(lái)完成，稱(chēng)之為粉磨工藝。破碎工藝和粉磨工藝又統稱(chēng)為粉碎工藝。20世紀80年代前后，節能高產(chǎn)技術(shù)的研究結果表明，把入磨物料粒度由20～25毫米降低到5毫米以下，對球磨機的節能高產(chǎn)有明顯作用。完成這一粒徑范圍粉碎任務(wù)的工藝過(guò)程，就被稱(chēng)之為預粉碎工藝。預粉碎工藝設備可以是破碎機，也可以是球磨機或其他機械設備，因此，單純按粉碎設備來(lái)進(jìn)行工藝分類(lèi)是不適合的。近10年來(lái)，粉碎工藝分類(lèi)的現代理念，是根據粉碎物料的目的和任務(wù)來(lái)劃分的。由于水泥生產(chǎn)工藝“兩磨一燒”的特殊性，以生產(chǎn)入窯生料或出廠(chǎng)水泥為目的的粉碎工藝，被稱(chēng)之為終粉碎工藝；而為其做準備工作的其他粉碎工藝，就可以廣義地稱(chēng)之為預粉碎工藝。

一、預粉碎的作用機理

水泥工業(yè)生產(chǎn)中需要粉碎的原材料，主要來(lái)源于礦山開(kāi)采和熱工燒成。因此，在粉碎之前，這些物料內部都不同程度地存在著(zhù)晶格缺陷和微細裂紋。在機械外力的作用下，物料內部的凝聚力受到破壞，應力波向四處傳播，并在其內部缺陷、裂紋、晶格界面等處產(chǎn)生應力集中，使物料首先沿著(zhù)這些脆弱面開(kāi)裂而被粉碎。同時(shí)，這些被粉碎后形成的不同大小的顆粒內部，也因機械外力作用方式及大小不同，殘留下不同程度的晶格缺陷和微細裂紋。為球磨機粉磨過(guò)程的節能高產(chǎn)奠定了基礎。這就是說(shuō)：外力給予物料以動(dòng)能，并轉變?yōu)槲锪系淖冃文?，在其內部產(chǎn)生較大的應力集中，是導致物料被粉碎的主要原因。預粉碎工藝不僅使入磨物料粒度變小，而且使入磨物料的易磨性不同程度地得以改善。

從另一角度講，球磨機是一種能量利用率較低(3%-5%)的粉磨設備，尤其是研磨體以?huà)伮錉顟B(tài)為主的頭一倉。大部分能量被碰撞發(fā)熱、噪音所消耗，真正用于粉碎作功的能量卻很少。預粉碎工藝中俗稱(chēng)“以破代磨”、“多破少磨”的理念，正是以其他能量利用率較高(30%以上)的粉碎設備，來(lái)代替球磨機頭一倉的粉碎工作，讓球磨機揚長(cháng)避短，充分施展以研磨為主的粉碎作用。從而，使粉磨系統中配置的不同設備發(fā)揮各自不同的優(yōu)勢，這對于粉磨工藝節能高產(chǎn)，具有十分重要的意義。

在粉磨工藝學(xué)里，常把入磨物料80%能夠通過(guò)的篩孔孔徑稱(chēng)之為入磨物料的平均粒徑，以d₈₀表示。球磨機的增產(chǎn)系數K_d則以d₈₀為計算基準，計算公式如下：

　　K_d＝(d₁／d₂)^1/4

　　式中：

　　K_d——球磨機助增產(chǎn)系數

　　d₁——原來(lái)入磨物料的平均粒徑(毫米)

　　d₂——預粉碎后入磨物料的平均粒徑(毫米)

　　G₂＝K_d·G₁   

　　G₁——原來(lái)球磨機的產(chǎn)量(噸/小時(shí))

　　G₂——減小入磨粒度后球磨機的產(chǎn)量(噸/小時(shí))

舉例：1臺球磨機的入磨物料粒度(d₈₀)由20毫米減小到5毫米；臺時(shí)產(chǎn)量可提高41%左右。[K_d＝(d₁/d₂)^1/4＝(20/5)^1/4＝1．411]

二、預粉碎工藝設備

近十幾年來(lái)，許多外國的.的技術(shù)裝備被引進(jìn)、消化、吸收。給預粉碎工藝的設備選型提供了多樣化的挑選余地。要根據本企業(yè)自身發(fā)展的實(shí)際情況，遵循“技術(shù)*、經(jīng)濟合理”的原則，來(lái)選擇預粉碎工藝設備。

1．細碎破碎機

20世紀90年代，我國細碎破碎機的生產(chǎn)制造，出現了一個(gè)高潮。破碎比、產(chǎn)品粒度、金屬消耗量、單產(chǎn)電耗等多項經(jīng)濟技術(shù)指標都有明顯進(jìn)步(見(jiàn)表1)。

選擇細碎破碎機，首先要看它的結構、工作原理是否*。物料進(jìn)入破碎機后，能否有一個(gè)曲折、合理的運動(dòng)軌跡?物料在破碎腔內能否實(shí)現多功能復合粉碎過(guò)程?然后還必需考慮它的單產(chǎn)電耗是否經(jīng)濟?金屬消耗量是否低?安全運轉率是否高?價(jià)格是否合理?環(huán)保指標是否達標等等。使生產(chǎn)可靠性與技術(shù).性較好地統一起來(lái)。

2．擠壓機(輥壓機)

1985年.上第1臺擠壓機(又稱(chēng)：輥壓機)問(wèn)世以來(lái)，迅速得到發(fā)展。由于它實(shí)現了高壓(50～300兆帕)條件下的料床粉碎，不僅使粉碎產(chǎn)品的顆粒粒度大幅度降低，而且產(chǎn)品顆粒內部微細裂紋增加，使物料的易磨性得到明顯改善。在擠壓機正常工作時(shí)，擠壓粉碎力是由活動(dòng)壓輥，通過(guò)被粉碎的物料料層，傳遞到固定壓輥的；大部分能量被用于物料之間的相互擠壓、磨剝，使其變形、粉碎；在高負荷的擠壓作用下，物料磨擦產(chǎn)生的聲能、熱能也被轉化為物料的變形能。因此，能量利用率相當高，作為預粉碎設備，對球磨機的節能高產(chǎn)作用十分明顯。擠壓機的規格一般以壓輥直徑／壓輥長(cháng)度表示(見(jiàn)表2)。

由于擠壓機在高壓狀態(tài)下工作，因此對設備的材質(zhì)、裝配、安裝及操作維護都有較高要求。國產(chǎn)擠壓機的質(zhì)量正在不斷地提高，一般都采用“大輥徑、小輥寬”的方案。壓輥直徑大，對物料的嚙入性能好，進(jìn)料粒度可以放寬。同時(shí)，物料受擠壓的時(shí)間相對較長(cháng)，軸與軸承的承載能力提高，安全運轉率和使用壽命延長(cháng)。但是，壓輥表面窄，容易產(chǎn)生“邊緣效應”。所謂“邊緣效應”就是在物料被粉碎的過(guò)程中，部分未被真正擠壓的物料從壓輥兩端漏出，使粉碎產(chǎn)品質(zhì)量及其均勻性受到影響。如不認真對待，對球磨機的節能高產(chǎn)會(huì )起到負面作用。選用擠壓機作為預粉碎設備時(shí)，還必須滿(mǎn)足擠壓機的“過(guò)飽和喂料”要求。根據擠壓機的工作原理，一方面在擠壓粉碎腔內，需要全充滿(mǎn)的物料傳遞粉碎作功的擠壓力；另—方面，進(jìn)入粉碎腔的物料在強大的擠壓作用下，其體積會(huì )壓縮很多。因此，擠壓機的喂料倉必須有足夠的料位，能均勻、充足地喂入粉碎腔，即過(guò)飽和喂料。否則，擠壓機的產(chǎn)量、質(zhì)量將受到明顯的影響。一般情況下，只要工藝流程設計合理，這些問(wèn)題是可以解決的。

3．棒磨機

裝有鋼棒作為研磨體的球磨機稱(chēng)之為棒磨機。鋼棒是一種具有選擇性粉碎作用的研磨體，它不僅質(zhì)量大、沖擊力強，而且與物料之間是線(xiàn)接觸起粉碎作用。因此，對粒度較大的物料沖擊多、對粒度小的物料沖擊少；粉碎產(chǎn)品粒度均齊，是其顯著(zhù)特點(diǎn)之一。作為預粉碎設備對球磨機節能高產(chǎn)十分有利。目前我國已將單倉小型棒磨機，應用于球磨機的預粉碎工藝之中(見(jiàn)表3)。   

棒磨機倉內采用直徑55～75毫米的剛棒，材質(zhì)以45Mn或70號高碳鋼為宜；倉內填充率一般為25％～28％，鋼棒長(cháng)度應比倉的長(cháng)度短50～100毫米，以防止鋼棒被大塊物料擠住，不能自由運動(dòng)而造成亂棒事故。在棒磨機的使用過(guò)程中，預防和處理亂棒事故是一項重要的操作技能。導致亂棒的原因較多，其中常見(jiàn)的是磨機飽磨。因此，磨機負荷控制一定要仔細、認真。處理亂棒的方法是，首先將倉內物料全部卸空，再將容易取出的鋼棒取出，用氣割將妨礙棒群復直的彎棒割斷并取出，使棒群有足夠的下落空間，然后轉動(dòng)磨機，直至全部理順為止。

4．立式磨

立式磨又稱(chēng)碾輥磨，它是利用碾輥和磨盤(pán)的相對運動(dòng)將物料粉碎。由于磨盤(pán)由主電機驅動(dòng)，碾輥從動(dòng)時(shí)有液壓系統加壓，因此，粉碎物料的過(guò)程中，既有類(lèi)似擠壓機的料層粉碎作用，又有輥與盤(pán)相對滑動(dòng)產(chǎn)生的剪切、研磨作用。所以，其能量利用率比球磨機高得多。用于預粉碎的立式磨與終粉碎的立式磨有所不同，前者為機械出料，而后者為風(fēng)送出料。從外觀(guān)上看，前者只有后者的下半截。目前僅在國內幾個(gè)大型水泥廠(chǎng)，使用了日本川崎公司的CKP型立式磨(見(jiàn)表4)。

對碾輥施加不同的壓力，產(chǎn)品的粒度大小及顆粒組成將發(fā)生變化。隨著(zhù)壓力的增加，開(kāi)始變化較大，后來(lái)其變化幅度越來(lái)越??；接近額定壓力的67％～78％之后，產(chǎn)品的細度狀態(tài)幾乎不再變化。從使用情況來(lái)看，在機械結構性能、運行穩定性、操作難易程度、輥套耐磨壽命等方面，都優(yōu)于擠壓機。從粉磨效率來(lái)看，立式磨可以有效地對熟料進(jìn)行預粉碎，其效率與擠壓機相當，但對熟料易磨性的改變程度不及擠壓機。對于大型球磨機水泥粉磨系統的預粉碎配套與改造，選用CKP型立式磨更為合適。

三、預粉碎工藝流程

根據預粉碎加工物料的品種，工藝流程可分為：?jiǎn)挝锪系念A粉碎和配合料的預粉碎兩大類(lèi)型。前者是單一的減小物料粒度，而后者不僅減小了物料粒度，而且使多組分物料相互混合、起到均化作用，對粉磨產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)有利。無(wú)論是單物料的預粉碎，或者是配合料的預粉碎，都可以分為開(kāi)路流程和閉路流程。與普通粉磨工藝一樣，開(kāi)路流程簡(jiǎn)單、*投資少，但產(chǎn)品粒度波動(dòng)大、對球磨機的節能高產(chǎn)幅度有一定的限制；而閉路流程復雜、設備投資大，但產(chǎn)品粒度均齊、細度調節容易控制，更有利于球磨機的節能高產(chǎn)。

1．預粉碎開(kāi)路流程

物料經(jīng)預粉碎后，直接進(jìn)入球磨機終粉磨的預粉碎工藝流程，稱(chēng)之為預粉碎開(kāi)路流程。根據磨頭操作空間的大小，預粉碎設備可以安置在球磨機進(jìn)口的上方，也可以安置在進(jìn)口的下方，采用斗式提升機進(jìn)行聯(lián)接。在老廠(chǎng)技術(shù)改造中，如果當地地下水位淺或原磨房就是框架結構建筑，則可采用前一方案；而干旱地區或磨房為簡(jiǎn)易建筑結構，一般采用后一方案比較有利。由于開(kāi)路流程工藝特點(diǎn)所至，預粉碎設備的生產(chǎn)能力不必選擇過(guò)大，與球磨機生產(chǎn)能力持平即可。需要預粉碎的物料，尤其是配合料，其中小于5毫米的細顆粒都占有一定比例(有的超過(guò) 15％)。因此，在它們進(jìn)入預粉碎設備之前，應該預先篩分一下。比較簡(jiǎn)單的辦法就是在預粉碎設備的進(jìn)料溜管底面開(kāi)一個(gè)方孔，上面焊上幾根鋼筋，做成縫寬為5毫米的條篩，條篩下接一個(gè)溜管通向球磨機入口。進(jìn)預粉碎設備的物料中，小于5毫米的細顆粒被條篩篩下，直接入磨；其它粗顆粒經(jīng)預粉碎后再入磨。這樣不僅減少了細顆粒對預粉碎設備內沖擊粉碎過(guò)程的影響，使預粉碎效率得到提高；而且也儲備了一定的生產(chǎn)能力，為球磨機節能高產(chǎn)解決了后顧之優(yōu)。

2．預粉碎閉路流程

經(jīng)過(guò)預粉碎設備粉碎后的物料，如果進(jìn)行篩選或分流處理，較細的一部分進(jìn)入球磨機細磨，而較粗的一部分重新返回預粉碎設備再粉碎的工藝流程，我們稱(chēng)其為預粉碎閉路流程。該流程中帶有檢查篩分或分級機(選分機)，不僅可以嚴格控制入磨物料的細度，而且可以充分發(fā)揮預粉碎設備的生產(chǎn)能力和節能效果。不論是生料制備還是水泥粉磨，都可以大幅度地, 提高球磨機的產(chǎn)量、質(zhì)量。例如：重慶長(cháng)橋公司在預粉碎閉路流程中采用檢查篩分工藝，嚴格控制產(chǎn)品粒度，確保入磨物料粒度中90%都小于3毫米，使直徑1.83×7米閉路粉磨生料制備系統的產(chǎn)量達到了21噸/小時(shí)，將該球磨機設計產(chǎn)量翻了一番。

采用擠壓機作預粉碎設備，選擇閉路流程更為重要。國產(chǎn)擠壓機出料中未被真正擠壓的漏料，約占總量的15%左右，這些漏料與擠壓機真正產(chǎn)品料餅的物理性能(粒度、易磨性等)差異很大，對球磨機的產(chǎn)量、質(zhì)量有明顯影響。因此，選用打散分級機，與擠壓機組成預粉碎閉路流程十分必要。打散分級機可以將擠壓機的漏料和粒度不合格的粗料選出，待其返回擠壓機喂料倉后，既解決了擠壓機邊緣效應(漏料)的負面影響，又緩解了擠壓機過(guò)飽和喂料的需求。同時(shí)，依靠分級機對預粉碎產(chǎn)品的把關(guān)，擠壓機可以采用低壓、大循環(huán)的運行機制，以減輕輥面磨損、提高安全運轉率、延長(cháng)設備使用壽命。從另一方面看，打散分級機還可以將粒度合格的物料喂入球磨機，既保證了球磨機的節能高產(chǎn)，還可以根據球磨機生產(chǎn)能力的需要，調節粗、細物料的分選比例，合理控制粉磨系統的運行負荷。

四、球磨機工藝參數調整

在水泥廠(chǎng)技術(shù)改造中，如果球磨機粉磨系統新增預粉碎工藝，必須注意：要及時(shí)調節粉磨系統工藝參數。首先是鋼球級配，在維持裝載量不變的情況下，要降低各倉平均球徑，一倉為直徑60±5毫米較為合適。如果入磨粒度均齊，則檢出大規格的鋼球；如果入磨粒度不均齊，則減少大球數量、增補相同裝載量的小球。有條件的地方，球磨機尾倉則可以用直徑20～30毫米的小球全部代替鋼段。開(kāi)流磨的填充率應該是后倉略高于前倉；圈流磨填充率則是前、后倉持平。由于入磨物料經(jīng)預粉碎后，粒度減小、易磨性不同程度地改善，因此，出磨機的細粉也應該更細且含量更多，尤其是圈流磨，應將出磨粒度由原來(lái)的R_0.08＝(40±3)%調整控制到R_0.08＝(30±3)%；同時(shí)選用選粉效率更高(>60%)的分級設備，來(lái)完成物料分級任務(wù)，如轉子式旋風(fēng)選粉機等；盡量減少粗粉回料量、增加成品細粉量(即球磨機產(chǎn)量)?？傊?，系統循環(huán)負荷率要調控到.以下。

五、預粉碎工藝經(jīng)濟效益分析

選擇哪種預粉碎設備及工藝流程，是根據各企業(yè)自身的生產(chǎn)條件和經(jīng)濟實(shí)力所決定的。國內幾家水泥企業(yè)，在增設預粉碎工藝前后的技術(shù)經(jīng)濟指標變化列入表5。

我國水泥新標準頒布實(shí)施后，對水泥生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。預粉碎工藝應用干球磨機粉磨工藝，不僅實(shí)現了其粉磨系統的節能高產(chǎn)，而且使其粉磨產(chǎn)品更加適應水泥新標準的有關(guān)要求。同時(shí)，預粉碎工藝既適合于老廠(chǎng)技術(shù)改造，又適合于新建廠(chǎng)設計采用。該技術(shù).可靠、經(jīng)濟效益好，是適合我國水泥工業(yè)發(fā)展的有效途徑。