快速确定水泥球磨机陶瓷研磨体最佳级配的方法与流程

本发明属于水泥生产粉磨领域，涉及水泥粉磨系统工艺标定技术、物料易磨性测定、水泥细度和颗粒分布测定技术、数理统计优选方法技能。具体而言，本发明涉及一种快速确定水泥球磨机陶瓷研磨体最佳级配的方法。
背景技术：
：目前，水泥行业中水泥生产粉磨电耗占整个生产工艺能耗的60％～70％。在水泥产能过剩市场竞争日趋激烈的形势下，节约粉磨能耗、降低成本成为水泥企业提高竞争力的迫切需要。在水泥行业中仍然占居主导地位的是采用其流程如附图1所示的“辊压机+v型选粉机+球磨机+高效选粉机”联合粉磨系统进行水泥粉磨。随着粉磨技术进步的发展，水泥粉磨设备越来越大型化，其中球磨机内金属研磨体(钢球、钢锻)装载量一般在200t左右。因此，球磨机粉磨系统的电耗主要受研磨体自重的影响。而磨内研磨体的合理级配(即：不同规格研磨体按不同比例搭配)，对提高磨机产量、降低单位产品电耗和保证产品质量(达到要求的细度)起着至关重要的作用。球磨机内一般分为两个仓，其中一仓为粗磨仓，二仓为细磨仓，由于物料的破碎由辊压机来完成，球磨机主要起磨细作用，因此研磨体尺寸小且规格之间差别少，研磨体的个数繁多。用大磨进行研磨体级配优化试验，即倒出全部研磨体，进行分选，按设计比例称重搭配再装入磨内；如此反复进行实际生产试验，工作量太大，劳动强度高，费时很长，这在实际生产中是不可能的。由于陶瓷研磨体密度比金属研磨体小许多，仅为其二分之一左右，所以可以大幅度降低磨内研磨体的装载重量，具备降低粉磨能耗的可能性，从而引起业内越来越广泛的关注。但是由于陶瓷研磨体的应用处于初期起步阶段，行业内还未能根据粉磨流程、物料易磨性和水泥品种等差异，总结出针对不同具体情况的使用经验；尤其是没有一种简单易行快速优化研磨级配的方法，致使很多企业采用陶瓷研磨体后，不能快速找到适合自身特点的最佳方案，而不得不中途终止，宣告失败，造成巨大浪费。针对上述现存的问题，本发明提供了一种快速确定水泥球磨机陶瓷研磨体最佳级配的方法，通过采用小型试验磨机(水泥企业必备的ф500mm×500mm标准试验球磨机)进行研磨体级配优化试验，并依据首次使用陶瓷研磨体生产数据与大磨进行对接，可以快速确定大磨研磨体级配最佳方案，实现节能降耗的目的，并且减轻了劳动强度，省时省料。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种快速确定水泥球磨机陶瓷研磨体最佳级配的方法，其包括如下步骤：(1)使用陶瓷研磨体之前，即：用金属研磨体时，对水泥粉磨系统进行标定所述联合粉磨系统是指物料粉磨过程由两个子系统组成，其一是预粉磨系统，在此子系统中，辊压机和v型选粉机将大颗粒物料挤压破碎成小颗粒；其二是由球磨机和高效选粉机组成的闭路粉磨系统，在该子系统中将小颗粒物料研磨成细粉，达到成品细度要求。足够的预粉磨能力是球磨机使用陶瓷研磨体的先决条件。为了对使用陶瓷研磨体前后进行对比，并且为小磨试验提供参照的参数，使用之前对金属研磨体时进行如下测定和分析(即标定)：a)测定粉磨物料的配合比，确定水泥生产品种及其质量要求；b)测定加工过程中各部位物料的细度变化情况，分析辊压机系统的预粉磨能力；辊压机挤压后提供给入球磨机的物料45μm筛余含量(所述筛余含量是物料细度的一种表示方式，以不同孔径筛筛分物料的筛上粗颗粒含量，以百分数表示)应小于35-45％，如果筛余高于此要求则需要采取措施提高预粉磨能力；c)标定粉磨系统产量(每小时产量称为台时产量)，分别统计球磨机和其他设备如辊压机、选粉机、风机及输送设备等的耗电量，计算吨水泥产量电耗(简称单位电耗，球磨机和其他设备单位电耗之和称为综合单位电耗)；其中由于使用陶瓷研磨体减轻了球磨机内研磨体的装载重量，只是球磨机电机降低了电耗；其他设备运行负荷没有改变，所以并不省电。使用陶瓷研磨体后二者对水泥综合单位电耗的影响是不一样的，所以要分开统计。(2)测定被粉磨物料的相对易磨性所用物料粉磨的难易程度是研磨体级配设计的重要参考数据之一：将各种欲粉磨的物料和水泥检验用标准砂(中砂)，用试验小磨分别粉磨相同时间并测定比表面积，各物料比表面积与标准砂比表面积的比值称为“物料相对易磨性”，比值愈大表示物料易磨性愈好；反之则难磨。(3)选择小磨试验用的入磨物料由于陶瓷研磨体一般适用于磨机的二仓，小磨进行试验是模拟大磨二仓的粉磨工作情况，所以选用小磨试验用料的细度应当与经由大磨一仓粉磨后初始进入二仓的物料接近。在步骤(1)中获得进入二仓物料的细度数据的情况下，根据系统标定的各部位物料细度情况，确定小磨试验用料取料地点。(4)陶瓷研磨体级配方案设计研磨体级配设计：根据粉磨物料特点和产品细度要求，确定磨内研磨体填充率(即：研磨体体积占磨内容积的百分比)，选择研磨体的种类，例如球、段，和规格尺寸，并确定不同规格研磨体的比例。物料在粉磨过程中需要两方面的作用：将粒度较大的物料粉碎成小颗粒时则需要较多的冲击作用，要求研磨体具有足够的重量，可以用研磨体平均单球(段)重(磨仓内研磨体总重量除以研磨体的个数)来表示；将小颗粒物料磨成微细粉则需要较多的研磨作用(研磨体滚动摩擦和切削作用)，此时要求研磨体具有足够的总表面积。研磨体的总面积和平均单球(段)重是决定粉磨效率的两个重要因素。但二者又是矛盾的两个方面，总重量不变研磨体尺寸越小其个数越多，表面积也越大，但是单球重下降。而二者同时保持较高的数值几乎是不可能的。但是根据粉磨物料性质的不同，二者之间必然存在一个最佳的平衡点，在本发明的方法中，通过小磨试验确定所述最佳的平衡点。陶瓷研磨体级配设计的一般原则：陶瓷研磨体的密度仅为金属研磨体的二分之一左右，因此研磨体的规格尺寸(球以直径表示，段以直径×长度表示)要比金属研磨体大一个等级以弥补单个研磨体平均重的不足；为了弥补研磨体总面积的不足，填充率需达到金属研磨体的1.2-1.4倍或是原金属研磨体装载重量的60％以上。研磨体级配方案设计的步骤：a)用小磨模拟大磨进行级配设计的换算关系级配设计应以大磨为基础，首先确定研磨体的填充率和不同规格研磨体的搭配比例，所述两个参数对于大小磨是相同的；依据大、小磨的有效容积分别计算出研磨体总装载量和各规格研磨体的重量，然后以小磨的计算结果进行模拟试验。计算公式如下：研磨体总装载量＝磨机有效容积×填充率×研磨体容重(单位体积的重量)各规格研磨体重量＝研磨体总装载量×各规格研磨体的质量比例b)固定研磨体装载量(即填充率不变)，初步确定优选研磨体级配可以从平均单球重(或总面积)与粉磨效率的关系中初步确定优选方案，因此需要按以下步骤设计一系列研磨体级配方案。①设计的各组级配方案应满足以下要求1)以原来大磨金属研磨体填充率的1.2-1.4倍确定陶瓷研磨体填充率，即固定小磨的装载量；所述1.2倍为采用陶瓷研磨体的情况下的最低填充率要求。2)研磨体规格一般可选用2-4种，称为二级配、四级配；但对于球形研磨体应不少于3种，以保证较小的堆积孔隙率。3)选定研磨体平均单球重约5-12g范围内，可根据具体情况确定合适的重量间隔例如每隔1.5g为一试验组，设计一系列研磨体级配方案。4)在设定研磨体平均单球重的条件下，设计的级配方案应保持最大的研磨体总面积。②各组级配方案的设计方法在设计每一个优选的实施方案中，利用“excel”软件中“规划求解”计算方法可以快速求得满足上述要求的方案，具体操作如下：在“excel”工作表建立“规划求解”计算模型，需要设定三部分的内容：1)目标单元格：把研磨体总面积设定为最优目标，要求其达到最大值；2)可变单元格：把不同规格研磨体的比例设定为可变单元格，由软件自动计算求得在约束条件下(例如平均单球重等于要求值)的研磨体配合比；3)约束：计算的平均单球重要等于设定值，求出的研磨体装载量等于给定值等。③对设计的级配方案分别进行小磨试验，测定粉磨后样品比表面积；用“excel”软件中回归分析法找出研磨体平均单球重或总面积与粉磨效率的关系(以粉磨物料比表面积高低或达到成品细度要求所用时间长短表示)，从中初步确定优选方案。c)用初步确定的优选方案进行提高研磨体填充率的试验，根据节电效果选取填充率。填充率一般不宜超过40％以避免影响大磨内通风。d)对选定较高填充率的初步优选方案中研磨体规格比例进行适当调整，形成几组平均单球重上下浮动的级配方案，用小磨进行试验，其中粉磨效率最高的即为最佳研磨体级配方案；该方案研磨体总面积和平均单球重两个参数也是最合理的搭配，即最佳平衡点。其中，随着单球重量变化，总面积随之出现相应变化，即：单球重量增加，总面积减小；单球重量减小，总面积增加。(5)小磨粉磨试验操作a)按照设计方案的研磨体装载量和不同规格比例要求，准确称量各研磨体重量，例如精确到0.01kg，并装入试验小磨；各磨所用入磨物料应为同一批所取物料，以保证试验的可比性。b)每磨装入的料量固定为6kg，可根据易磨性不同控制在5-10kg。c)为了计算细度变化速率，每一磨都要分若干时间段进行取样，一般间隔5-10分钟，每次取样量控制在150-200g。取样起始和终止时间一般控制在15-40分钟左右，可根据物料易磨性适当调整。d)每组物料粉磨完毕后，研磨体和料一并倒出，用不同孔径筛将研磨体按不同规格分开。e)将磨内和研磨体上物料清扫干净后，进行下一组试验。f)测定粉磨后物料的筛余细度和比表面积。(6)以小磨试验结果推算大磨产量根据实际生产数据，用小磨试验结果推算大磨产量，实现小磨与大磨的对接。根据改用陶瓷研磨体之前(即使用金属研磨体时，以下简称“改前”)和首次使用陶瓷研磨体时(第一次使用不是优化的最佳级配，以下简称“改后”)的实际产量，以及各组小磨试验中不同粉磨时间的比表面积值，按以下步骤推算各设计方案所能达到的大磨产量：a)用小磨模拟大磨改前改后不同研磨体种类和级配进行粉磨试验，计算磨至成品细度要求所用粉磨时间，以二者的时间差，计算出陶瓷研磨体比金属研磨体每延长1分钟对大磨产量的影响值a。a＝(改前产量wq-改后产量wh)÷(陶瓷研磨体粉磨时间ti-金属研磨体粉磨时间tj)b)计算各样组一定时间区间δt(选取将达到成品比表面积m前后的两个粉磨时间，一般间隔10分钟，即开始时间t1和结束时间t2)内每分钟比表面积变化速率si：si＝(结束时间t2比面积值-开始时t1比面积值)÷δtc)计算各样组粉磨到成品要求比表面积m需要的时间ti：ti＝t1+[(m-t1比面积值)÷si]d)计算各样组粉磨时间ti与原金属级配粉磨时间tj之差δti：δti＝ti-tje)计算各样组相对于改前研磨体级配大磨产量的影响值δwi：δwi＝δti×af)求各样组相应的大磨产量wi：wi＝wq-δwi用小磨试验达到产品细度要求的粉磨时间长短就可以判断级配方案的优劣，换算成大磨产量才能判断方案是否可行。(7)级配方案可行性的判断根据改前、改后研磨体装载量和产量，球磨机电机(以下简称球磨电机)和其他设备的耗电量等参数，可进行级配方案可行性的判断。a)判断式的推导：粉磨系统的综合电耗由球磨电机电耗和其他设备电耗两部分组成，改前系统综合单位电耗如下式所示：陶瓷研磨体由于其密度较金属研磨体约低二分之一，粉磨效率降低是必然的，故产量下降也是必然的。前面已经谈到，使用陶瓷研磨体减轻了球磨机内研磨体的装载重量，只是球磨电机降低了电耗；其他设备运行负荷没有改变，这部分耗电总量基本不变。改后系统综合单位电耗则变为下式：由上述(1)(2)关系式可知，当(2)式小于(1)式时才能实现降低电耗的效果。设改前球磨电机电耗为a，其他设备电耗为b，改前产量为c，采用陶瓷研磨体后球磨电机节省电耗为m，产量降低量为n，令式(2)≤(1)，得不等式(3)。推导得式(4)：其中为改前综合单位电耗的倒数。球磨电机节省电耗m只与陶瓷研磨体比原来金属研磨体时减少重量的多少有关；而反映使用陶瓷研磨体后产量高低的产量降低量n则由研磨体级配的优劣所决定。由关系式(4)可知，当产量降低量大于或等于球磨电机节省电耗与改前综合单位电耗的比值时，粉磨系统不能实现节电的效果，则级配方案不可行。b)对级配设计方案节电效果的计算用上述提供的改前、改后生产数据，计算设计方案综合单位电耗，与原金属研磨体时进行比较。计算步骤如下：①②设计方案球磨电机耗电量＝原金属研磨体球磨电机耗电量-设计方案球磨电机节电量③设计方案球磨电机单位电耗＝设计方案球磨电机耗电量÷设计方案推算大磨产量④其他设备单位电耗＝原金属研磨体其他设备耗电量÷设计方案推算大磨产量⑤设计方案综合单位电耗＝设计方案球磨电机单位电耗+其他设备单位电耗⑥设计方案综合单位电耗降低量＝原金属研磨体时综合单位电耗-设计方案综合单位电耗⑦根据水泥磨年产量及电价可计算出每年节电的经济效益。将级配设计方案计算的球磨电机节电量、与改前相比产量降低量代入式(4)，即可判断设计方案的可行性。(8)根据工序固有能力调整陶瓷研磨体使用方案使用陶瓷研磨体必须考虑物料易磨性和预粉磨能力这两个重要因素。例如同是直径4.2m的球磨机配置辊压机有ф1800×1600mm、ф1600×1400mm、ф1400×1200mm等不同规格，其装机功率相差很大，预粉磨能力不同，这是工序本身固有能力的问题。当磨机二仓单纯使用陶瓷研磨体不能满足节电目标要求时，可以增加一仓金属研磨体装载量，甚至适当延长一仓长度(二仓相应缩短)，增加更多的研磨体。目的是把物料磨得更细，减轻二仓粉磨负担，这也是提产的有效措施之一。在采取上述措施后，依然无法满足要求时，则二仓采取陶瓷研磨体与金属研磨体混装。二仓单纯使用陶瓷研磨体达不到节电效果，一般是由于进入二仓的物料细度较粗或易磨性差，因此需要较多的冲击力。重量相同的金属研磨体比陶瓷研磨体冲击作用大(体积小者冲击力大)，配入一定量的金属研磨体可以弥补陶瓷研磨体冲击能力的不足。还由于两种研磨体密度不同，运动轨迹也不同，两种运动轨迹交叉，更有利于强化研磨切削作用。采取陶瓷研磨体与金属研磨体混装，是为了进一步提高二仓的粉磨效率。研磨体混装小磨试验和方案优化按以下步骤进行：a)陶瓷研磨体规格的选择由于加入金属研磨体后冲击力有所加强，应选择两种规格较小的陶瓷研磨体以保证研磨体的总面积。b)金属研磨体种类和规格的选择参照全用陶瓷研磨体试验的较好方案，选定研磨体总装载量，分别加入等量金属球或金属段进行粉磨试验，以比表面积变化速率高者确定金属研磨体的种类。然后选用单球重与较大陶瓷研磨体相近的两种规格的金属研磨体，再分别进行粉磨比较，选定金属研磨体的规格。c)确定两种研磨体的加入比例和总装载量混装时两种研磨体的作用：陶瓷研磨体密度小体积大有利于增加研磨体的总面积；金属研磨体密度大体积小有利于增强冲击作用。混装的优化试验目的在于寻求研磨体研磨作用和冲击作用的最佳平衡点。但由于密度的差别，两种研磨体加入比例变化，还会引起总填充率的变化；因此两种研磨体的比例(重量比或体积比)与总填充率也存在一个最佳的平衡点。试验时要逐步增加金属研磨体的加入比例(陶瓷研磨体比例相应变小)，并逐渐增加总装载量(填充率也随之增加)，设计一系列小磨试验方案。对小磨试验结果用步骤(6)的方法推算出大磨产量，并进行回归分析(利用excel计算软件)，绘制关系曲线图，找出最佳的金属研磨体加入比例和总装载量，即为最优的级配方案。用步骤(7)的方法对级配方案可行性进行判断和效益分析，选定最佳级配方案。(9)根据小磨研磨体级配计算大磨二仓研磨体级配a)分别求出小磨中陶瓷研磨体和金属研磨体的填充率研磨体填充率＝[(研磨体装载量/研磨体容重)/小磨容积]×100b)分别求出大磨二仓中陶瓷研磨体和金属研磨体所占体积大磨中研磨体所占体积＝大磨二仓有效容积×研磨体填充率/100c)分别求出大磨二仓中陶瓷研磨体和金属研磨体装载重量研磨体装载重量＝大磨中研磨体所占体积×研磨体容重d)根据不同规格研磨体的比例求出各自的装载重量，得出大磨研磨体级配方案。同样可以用上述方法将大磨研磨体级配计算出小磨级配，以便用小磨试验验证级配的优劣。本发明的方法适合在“辊压机+v型选粉机+球磨机+高效选粉机”组成的双闭路联合粉磨系统的二仓的情况下用于获得最佳研磨体级配方案。本发明的方法的有益效果在于：针对大小磨二者的差别提供了小磨与大磨对接方法，做到了定量地指导大磨实际运用；推导出采用陶瓷研磨体后，球磨主机节电与产量降低之间关系的数学模型，可以判断粉磨系统固有的工序能力并确定应采取的不同实施方案，避免企业盲目跟风上马而造成失败的风险；运用数理统计技术，例如规划求解、回归分析等方法对小磨试验结果进行优选，获得了最佳研磨体级配方案，提高粉磨效率和节电效果。附图说明图1是现有技术中“辊压机+v型选粉机+球磨机+高效选粉机”联合粉磨系统流程示意图。图2是本发明实施例1中使用陶瓷研磨体总面积与物料磨至成品所需时间的关系。图3是本发明实施例1中使用陶瓷研磨体平均单球重与物料磨至成品所需时间的关系。图4是本发明实施例1中混装时金属研磨体重量比与粉磨物料比表面积的关系。图5是本发明实施例1中混装时金属研磨体重量比与磨机产量的关系。图6是本发明实施例1中混装时研磨体总面积与磨机产量的关系。图7是本发明实施例1步骤4.2(b)“规划求解”设置中的“规划求解”对话框示意图。具体实施方式实施例1下面以某公司“辊压机+v型选粉机+ф4.2m×13m球磨机+高效选粉机”水泥粉磨系统(见图1)进行陶瓷研磨体优化试验为例，说明实施流程。1使用陶瓷研磨体前对水泥粉磨系统进行标定a)粉磨系统设备概况表1粉磨系统主要设备性能b)水泥品种和物料配比表2水泥品种和物料配比小磨试验将以比表面积330m2/kg为达到产品质量要求。c)粉磨过程物料细度变化情况表3加工过程物料细度变化情况注：①d50、x0分别表示50％、63.2％物料通过某筛的孔径尺寸，它表征粉体物料整体粗细程度，其值越高粉体越粗。②颗粒分布由激光颗粒分析仪测定，其含量为体积百分数；筛余为重量百分含量，所以同是大于80μm颗粒含量数值不同。表4加工过程中不同粒径物料量的变化由表3、4可知，辊压机处理掉70％大于80μm的粗颗粒物料，而且产品中颗粒3-32μm的主导物料50％由辊压机产出；说明本系统预粉磨能力较强。入球磨机的物料45μm筛余(42.1％)小于45％，具备使用陶瓷研磨体的条件。d)产量与粉磨电耗表5粉磨系统产量与电耗注：二仓研磨体采用两种规格的金属段，ф10×10mm段占75％，ф12×12mm段25％。2测定被粉磨物料的易磨性表6物料相对易磨性测定结果物料粉磨时间/min密度/(g/cm3)比表面积/(m2/kg)相对易磨性石灰石302.716631.87熟料303.163300.93粉煤灰302.334991.41矿渣302.902910.82标准砂302.64355注：各物料比表面积与标准砂比表面积的比值称为“物料相对易磨性”，比值愈大表示物料易磨性愈好；反之则较差。由表2可知，本系统主要粉磨熟料和矿渣，均为较难磨的物料。3选取小磨试验用入磨物料由表3可看出，出选粉机粗粉的d50(中位径)、x0(特征粒径)与入二仓料很接近，说明二者的整体粗细程度基本相同，故选取此料作为小磨试验用入磨物料。4陶瓷研磨体级配设计与小磨试验(1)研磨体规格的选择和装载量的确定本例选用直径ф13mm、ф15mm、ф17mm、ф20mm四种规格陶瓷球，取代磨机二仓原来ф10×10mm、ф12×12mm钢段。陶瓷研磨体厂家建议装载量90t，填充率为34.8％，接近金属研磨体的1.2倍。a)首先对不同规格研磨体多级搭配进行堆积孔隙率的测量，测定结果(见表7)可知，二级配的孔隙率较大，减少了研磨体之间撞击的机会，因此确定采取四级配或三级配。表7研磨体规格搭配数量对堆积孔隙率的影响b)小磨研磨体装载量小磨研磨体总装载量＝小磨有效容积×填充率×研磨体容重＝0.0982×34.8/100×2.2×1000＝75.16(kg)(2)用“规划求解”法快速设计研磨体级配方案在“excel”工作表建立“规划求解”计算模型a)打开“excel”工作表设计研磨体级配计算表(如表8)。表8“规划求解”法快速设计研磨体级配计算表工作表的列用英文字母表示，行用数字序号表示，表中的格称为“单元格”，其位置以“列号+行号”表示，如“m11”单元格为求得的研磨体总面积值。①研磨体规格、直径、材质密度和总装载量为已知的，填入相应的单元格内；②研磨体单个面积、体积和单个质量，填入球面积、球体积等公式；③不同规格研磨体的比例由“规划求解”自动求出；④有了总装载量和不同规格研磨体比例，则可求出各研磨体的装载量、个数、总面积和总球重，将计算公式输入至相应的单元格内。⑤然后求和或平均值，则求出研磨体总面积和平均单球重，相应的单元格内输入求和或平均值公式。b)“规划求解”设置点开工作表的“工具”栏，选中“规划求解”，出现“规划求解”对话框(附图7)。①设置目标单元格：将表8的“m11”单元格设置为目标单元格，并选定“最大值”，即要求在该设定条件下求得的研磨体总面积为最大值；②可变单元格：将表8的j5-j8四个单元格设定为可变单元格，即由规划求解求出四种规格研磨体的比例；③设定“约束”条件：设定计算的平均单球重＝给定的平均单球重，即表8中的“n11＝n12”；设定计算的研磨体总装载量＝给定的总装载量，即表8中的“k11＝i5”为了实现研磨体4级配，设定j5-j8四个可变单元格大或等于某一个值(如果设定某一个单元格等于“0”则为3级配)。本例引用了紧密堆积理论富勒(fuller)级配公式求得各规格研磨体的比例(见表10)。表10富勒级配不同规格研磨体比例陶瓷球规格/mmф13ф15ф17ф20级配比例/％24.6523.0632.1720.12ф13球比例：j5≥(24.65*0.2)-[(24.65*0.2)*n12(设定的单球重)/100]ф15球比例：j6≥(23.06*0.2)ф17球比例：j7≥(32.17*0.2)ф20球比例：j8≥(20.12*0.3)+[(20.12*0.3)*n12(设定的单球重)/100]ф20和ф13球随着设定单球重的变化适当加减，是为了适应单球重变化的要求。如果可变单元格不设定大或等于一个值(设定大或等于0)，则只出现2级配(其他规格比例为0)，还会出现几乎单级配的方案，研磨体总面积大了，但孔隙率也大了。为什么选择富勒级配的20％作为“保底”比例？做过大量试算，太少起不到调节作用，再多则使研磨体总面积大幅度降低。④计算模型设定完毕后，输入已知项，在n12单元格填入给定的平均单球重值，点击“工具→规划求解→求解(对话框内)”，则可快速求出要求的级配方案。(3)探讨研磨体级配平均单球重(或总面积)与粉磨效率的关系选定研磨体平均单球重约5-12g范围内，每隔1.5g为一试验组，设计一系列研磨体级配方案，进行小磨试验。试验结果见表11。表11不同研磨体单球重(总面积)的级配方案小磨试验结果由表11可看出，随着单球重的增加或研磨体总面积的减少，物料被粉磨至成品的时间在延长，即粉磨效率在下降；它们之间存在非常好的线性关系，见附图2和附图3。说明研磨体级配设计应注意保持较高的研磨体总面积。(4)提高研磨体填充率并对级配进行适当调整由表11可知，最好的tc-1级配方案，仅比首次使用陶瓷研磨体产量提高4.74t/h，远远达不到节电的期望。因此需要增加研磨体装载量，并针对研磨体平均单球重较低，进行增大单球重的尝试。因产量与要求相差太大，研磨体填充率一次性加到了40％(超过40％对磨机通风有影响)。调整方案和试验结果见表12。表12增加研磨体装载量和增大平均单球重的小磨试验方案tc-7是tc-1研磨体比例不变，填充率由34.8％提高到40％，大磨装载量从90t增加到103.5t，球磨电机节电会减少，但产量提高了7.28t/h。方案tc-9是tc-1在填充率34.8％的基础上增加至40％，但增加球重部分全用ф20mm球，增加了平均单球重，产量提高了9.45t/h，是本组试验最好的方案。方案tc-8是将tc-1和tc-5两组的研磨体配比相加取平均值；方案tc-10是将tc-9中ф13球比例减少15％，10％加到ф17球，5％加到ф20球。两组调整的目的旨在提高研磨体平均单球重，效果都不好。由试验可知，两种小规格陶瓷研磨体的总比例不能小于70％(且以最小球为主)，在保证较高的总面积(95000cm2以上)的情况下，适当加大ф20球的比例，提高平均单球重，是最好的方案。5用小磨试验结果推算大磨产量需要有使用金属研磨体和首次使用陶瓷研磨体时有关生产数据的支撑。首次使用陶瓷研磨体前后大磨产量及小磨模拟试验结果见表13。表13首次使用陶瓷研磨体前后大磨产量及小磨模拟试验结果以tc-9级配方案为例，用本发明步骤(6)推算过程如下：(1)计算出陶瓷研磨体比金属研磨体每延长1分钟对大磨产量的影响值a。a＝(改前产量wq-改后产量wh)/(陶瓷研磨体粉磨时间ti-金属研磨体粉磨时间tj)＝(210-170)/(42.29-15.41)＝1.4880(t/min)(2)计算一定时间区间δt(本例选取30min-40min)内每分钟比表面积变化速率si：si＝(结束时间t2比面积值-开始时t1比面积值)÷δt＝(40分钟比面积值-30分钟比面积值)÷10＝(351-322)/10＝2.90(m2/kg.min)(3)计算粉磨到成品要求比表面积m(本例为330)需要的时间ti：ti＝t1+[(m-t1比面积值)÷si]＝30+[(330-30分钟比面积值)÷si]＝30+[(330-322)/2.90]＝32.76(min)(4)计算粉磨时间ti与原金属级配粉磨时间tj之差δti：δti＝ti-tj＝32.76-15.41＝17.35(min)(5)计算相对于金属研磨体时大磨产量的影响值δwi：δwi＝δti×a＝17.35×1.488＝25.82(t/h)(6)求相应的大磨产量wi：wi＝wq-δwi＝210-25.82＝184.18(t/h)6陶瓷研磨体级配方案可行性的判断需要提供改前和首次使用陶瓷研磨体时粉磨运行的有关参数(见表14)。表14首次使用陶瓷研磨体前后粉磨运行参数及设计方案有关参数计算(1)级配方案可行性判断用本发明步骤(7)中的判断式判断式中：n—使用陶瓷研磨体后产量降低值。首次使用陶瓷研磨体方案：40≦1100/31.45＝34.98方案不可行tc-9设计方案：25.82＜888/31.45＝28.24实现了节电，但很少(2)计算tc-9级配方案节电效果①②球磨电机耗电量＝原金属研磨体球磨电机耗电量-设计方案球磨电机节省电量＝3200-888＝2312(kwh/h)③球磨电机单位电耗＝设计方案球磨电机耗电量÷设计方案推算大磨产量＝2312/184.18＝12.55(kwh/t)④其他设备单位电耗＝原金属研磨体其他设备耗电量÷设计方案推算大磨产量＝3405/184.18＝18.49(kwh/t)⑤综合单位电耗＝设计方案球磨电机单位电耗+其他设备单位电耗＝12.55+18.49＝31.04(kwh/t)⑥综合单位电耗降低量＝原金属研磨体时综合单位电耗-设计方案综合单位电耗＝31.45-31.04＝0.41(kwh/t)⑦年节电的经济效益磨机台时产量184.18t/h，运转率按80％计算，年产水泥129.07万吨，节电52.92万kwh，电价0.58元/kwh，全年节约费用30.69万元。但降低费用太少，有可能被减产(18.1万吨)而降低销售利润所抵消，因此考虑与金属研磨体混装方案(为了演示混装方案本例没有采取一仓增加装载量措施)，进一步提高节电降成本的效果。7陶瓷研磨体与金属研磨体混装的优化试验(1)研磨体混装试验步骤a)研磨体混装级配设计，应以两种最小规格的陶瓷研磨体作为级配的主体，以保证研磨体具有较大的总表面积；用金属研磨体代替原来大规格的陶瓷研磨体。参照原来全用金属研磨体填充率1.2倍的陶瓷研磨体装载重量开始进行试验，本例仍选小磨装载量75.16kg。b)固定陶瓷研磨体规格和比例，分别配入金属球或金属段进行小磨试验，以选择金属研磨体的种类。试验结果见表15中编号hz-1和hz-2，试验表明，金属段与陶瓷球混装明显优于金属球，因此确定采用金属段进行混装。表15两种研磨体混装研磨体规格选择试验c)确定不同规格陶瓷球的比例金属研磨体的种类和加入比例不变，变换陶瓷研磨体的比例进行试验。由表15中hz-3和hz-4两组试验结果可看出，ф13mm球比例高者产量较高，确定陶瓷研磨体应以小球为主。d)确定金属段的规格装载量和各研磨体的比例不变，分别用ф12×12mm和ф10×10mm钢锻进行对比试验；由hz-4和hz-5试验结果看出，采用ф10×10mm小钢锻提高产量效果明显。e)确定总装载量和金属研磨体加入比例通过上述研磨体级配优化试验，最好的方案磨机产量仅比首次使用陶瓷研磨体提高了7.47t/h，远远不能达到节电的要求。因此需要进行增加研磨体装载量，并逐步增加金属研磨体比例的试验。试验结果见表16。表16增加总装载量和金属研磨体比例试验结果对上述试验数据进行回归分析，发现金属研磨体加入比例与粉磨样品比表面积和推算磨机产量存在非常好的相关关系(见附图4和附图5)；但并非直线关系，而是一条弧线，在弧线的最高点则是金属研磨体最佳的掺入比例。表16的hz-12组则是最佳的研磨体级配方案。通过试验可知，两种研磨体混装存在以下特点：①总装载量不变，磨内研磨体填充率随两种研磨体加入比例变化而变化，增加陶瓷研磨体比例填充率增高，增加金属研磨体比例则填充率下降。②两种研磨体之间的重量比(或体积比)与磨内总填充率存在一个最佳平衡点，此时粉磨效率最好；而不是填充率或金属研磨体比例越高越好。③金属研磨体的加入增强了冲击作用，粉磨效果与研磨体单球重的相关性不再密切；但与研磨体总面积存在较强的相关关系(见附图6研磨体总面积与磨机产量的关系)，总面积大者粉磨效率高。(2)hz-12级配方案可行性判断及节电效果a)可行性判断表17首次使用陶瓷研磨体前后粉磨运行参数及设计方案有关参数计算用本发明步骤(7)中的判断式判断hz-12设计方案：18.61＜820/31.45＝26.07方案可行b)hz-12级配方案节电效果①②球磨电机耗电量＝原金属研磨体球磨电机耗电量-设计方案球磨电机节省电量＝3200-820＝2380(kwh/h)③球磨电机单位电耗＝设计方案球磨电机耗电量÷设计方案推算大磨产量＝2380/191.39＝12.44(kwh/t)④其他设备单位电耗＝原金属研磨体其他设备耗电量÷设计方案推算大磨产量＝3405/191.39＝17.79(kwh/t)⑤综合单位电耗＝设计方案球磨电机单位电耗+其他设备单位电耗＝12.44+17.79＝30.23(kwh/t)⑥综合单位电耗降低量＝原金属研磨体时综合单位电耗-设计方案综合单位电耗＝31.45-30.23＝1.22(kwh/t)⑦年节电的经济效益磨机台时产量191.39t/h，运转率按80％计算，年产水泥134.13万吨，节电163.64万kwh，电价0.58元/kwh，全年节约费用94.91万元。本方案年创经济效益远远大于因减产(13万吨)降低的销售利润。随着粉磨技术的进步，目前水泥粉磨系统大多配置大型辊压机，本系统若配备ф180×140大型辊压机效果会更好。对于本例的粉磨系统而言，适当增加一仓金属研磨体装载量，进一步增强预粉磨能力；或磨制掺入粉煤灰、石灰石等好磨物料的水泥，将会获得更大的经济效益。(3)大磨小磨研磨体级配参数的计算hz-12级配方案设计小磨装载量为90kg，其中ф10×10mm金属段35kg，剩余55kg75％为ф13mm陶瓷球，25％ф15mm陶瓷球。a)小磨级配参数计算①金属研磨体填充率＝[(研磨体质量÷研磨体容重)÷磨有效容积]×100＝[(0.035÷4.7)÷0.098]×100＝7.59(％)②陶瓷研磨体填充率＝[(研磨体质量÷研磨体容重)÷磨有效容积]×100＝[(0.055÷2.2)÷0.098]×100＝25.46(％)③ф10×10mm金属段装载量＝35×100％＝35(kg)④ф13mm陶瓷球装载量＝55×75％＝41.2(kg)⑤ф15mm陶瓷球装载量＝55×25％＝13.8(kg)⑥研磨体总装载量＝55+35＝90(kg)⑦研磨体总填充率＝7.59+25.46＝33.05(％)b)大磨级配参数计算①金属研磨体装载量＝磨机有效容积×填充率×研磨体容重＝117.57×7.59％×4.7＝41.9(t)②ф10×10mm金属段装载量＝41.9×100％＝41.9(t)③陶瓷研磨体装载量＝磨机有效容积×填充率×研磨体容重＝117.57×25.46％×2.2＝65.9(t)④ф13mm陶瓷球装载量＝65.9×75％＝49.4(t)⑤ф15mm陶瓷球装载量＝65.9×25％＝16.5(t)⑥研磨体总装载量＝41.9+65.9＝107.8(t)⑦研磨体总填充率＝7.59+25.46＝33.05(％)。当前第1页12