水泥聯(lián)合（半終）粉磨系統(tǒng)節(jié)能要素分析

  摘要：本文以水泥粉磨工序實際生產過程中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，探討了由預粉磨設備（輥壓機或外循環(huán)立磨）與不同性能的分級設備以及粉磨設備組成的水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)節(jié)能要素與各段的相關技術細節(jié)，以及通過對系統(tǒng)診斷分析后所采取的針對性技術改進措施與實施后獲得的技術經濟效果。

  關鍵詞：聯(lián)合（半終）粉磨系統(tǒng)  節(jié)能要素  措施  效果

  引言

  水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)由預粉磨設備（輥壓機或外循環(huán)立磨）、不同性能的動態(tài)或靜態(tài)分級設備以及粉磨、成品顆粒整形設備（管磨機）等幾段組成，每一段獲得的物料粒徑均不相同，整個系統(tǒng)中各段之間的接口都非常重要。在實際生產過程中，即使是采用兩套完全相同的系統(tǒng)配置，粉磨不同性質的物料，由于易磨性與水分、溫度各異，所獲得的系統(tǒng)產量與能耗指標也不同?，F(xiàn)有的水泥粉磨系統(tǒng)均存在一定的節(jié)電空間，只有不斷完善技術細節(jié)，采取相應的技術措施持續(xù)改進，才能逼近更低的粉磨電耗指標。

  筆者通過長期在生產一線的走訪與調研，了解到一部分企業(yè)水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)中存在的實際問題，經對現(xiàn)場工藝與設備參數(shù)的診斷分析并采取的針對性技術改進措施。實施后，粉磨系統(tǒng)達到了節(jié)能降耗目標。現(xiàn)將部分相關案例與診斷分析過程，以及采取的針對性技術措施與達到的技術經濟效果整理成本文，以供水泥粉磨技術人員在系統(tǒng)改造與調整中參考。

  1、預粉磨設備與分級機以及系統(tǒng)中的粉磨設備

  目前，國內水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)，主要采用輥壓機與內部不帶選粉機的外循環(huán)立磨作為磨前預粉磨設備。處理后的物料通過外置的動態(tài)分級機、靜態(tài)氣流分級機或動態(tài)、靜態(tài)兩級組合的氣流分級設備完成物料的分級作業(yè)。由于料床粉磨設備處理后的水泥顆粒形貌多為不規(guī)則的柱狀、長條狀，不利于水泥性能，尤其是標準稠度用水量與凝結時間。后續(xù)管磨機的工作則是在粉磨過程中完成水泥的磨細與顆粒整形，不但改善了水泥的物理性能，而且能夠磨制出更多的成品。

  1.1輥壓機預粉磨段的技術要求

  1.1.1必須保持完好的輥面

  輥壓機是依靠慢速旋轉的雙輥間產生的高壓力區(qū)域完成物料的擠壓粉碎，輥子線速度一般在1.5～1.8m/s之間。在慢速擠壓處理過程中，通過輥縫的物料，微觀結構被破壞，內部產生大量的微裂紋，顯著提高了易碎性與易磨性，對后續(xù)管磨機系統(tǒng)的產能發(fā)揮與降低粉磨電耗，起到了決定性作用。

  輥壓機運行中，雙輥面必須保持良好的完整狀態(tài)，即輥面硬面層一字紋或其他形式的硬面花紋應保持完好，一旦磨損成為光面或產生剝落、凹陷，對入機物料的摩擦、牽制能力變差，必將會產生中部漏料而顯著影響物料擠壓效果，應及時進行輥面修復（嚴重磨損、剝落的輥面見圖1），恢復完好輥面。否則，即使再提高輥壓機的工作壓力，仍難以形成穩(wěn)定料床，物料從輥縫逃逸現(xiàn)象不可避免，嚴重降低了物料的擠壓效果，導致系統(tǒng)生產能力下降，粉磨電耗上升?！?】

  案例：R公司采用170-100輥壓機（處理能力620t/h、主電機功率900kW-10kV-額定電流63A×2）+V型氣流分級機+Φ4.2m×13m雙倉管磨機（主電機功率3550kW-10kV-額定電流243A、筒體工作轉速15.6r/min）+O-sepa N-3500高效選粉機（喂料能力630t/h、選粉能力210t/h、主軸電機功率160kW）組成的雙閉路水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。生產P.O42.5級水泥，系統(tǒng)產量210t/h，粉磨電耗32kWh/t左右。輥面中部嚴重磨損后（見圖1左），生產水泥品種、等級不變，系統(tǒng)產量降至185t/h，粉磨電耗上升到36.4 kWh/t。

  影響因素分析：“磨前處理是關鍵”，水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)中輥壓機預粉磨段能力發(fā)揮的優(yōu)與劣，決定了系統(tǒng)產能因素的80%以上，直接關聯(lián)到系統(tǒng)粉磨電耗。中部輥面磨損嚴重，造成物料擠壓過程中產生漏料、不能形成穩(wěn)定的料床，處理效果極差。大量粗顆粒在輥壓機子系統(tǒng)中循環(huán)，料餅提升機負荷居高不下。最終結果是系統(tǒng)產量下降11.9%，粉磨電耗上升4.4 kWh/t，必須對輥面進行堆焊修復，恢復輥壓機擠壓做功能力。

  采取的措施與效果：為了節(jié)省生產時間，誠邀鄭州機械研究所專業(yè)技術人員攜帶自主研發(fā)的高性能焊絲及輥面焊接設備，對磨損嚴重的輥壓機輥面進行在線堆焊，將雙輥輥面修復完好。同時修復磨損的側擋板，并調整兩側擋板與輥邊間隙≤2mm，有效減少了邊緣漏料。處理完畢開機運行，系統(tǒng)恢復至原有產量及粉磨電耗指標。

  由此可見，輥壓機輥面完好程度與料床受限程度，對輥壓機擠壓做功能力以及系統(tǒng)產量、粉磨電耗影響重大，需要引起高度重視。

圖1  中部磨損（左）與嚴重剝落（中、右）的輥壓機輥面

  堆焊修復后170-100輥壓機輥面見圖2：

  1.1.2料床必須受限，進料比例實現(xiàn)靈活可控

  輥壓機采用垂直管道進料，屬于流動性料床。物料循環(huán)擠壓處理過程中，雙輥邊緣物料不易受限、易產生側漏。在輥壓機推廣應用初期，由于使用斜插板控制入機物料量，料床受限程度較差，進料比例調控不夠靈敏。由成都九泰科技有限公司研發(fā)的專利產品“輥壓機杠桿式雙進料裝置”，徹底解決了這一技術難題。采用特殊結構的側擋板，杜絕了邊部漏料問題，使輥壓機兩側面料床進一步受限，為有效擠壓做功奠定了堅實的基礎。側擋板材質采用高硬度（洛氏硬度HRC＞63）、厚度10mm+10mm復合堆焊耐磨鋼板制作，抗磨性能優(yōu)良，工作壽命長。經在多家水泥企業(yè)輥壓機上應用，進料比例靈活可控，調節(jié)方便，料床受限程度好，顯著提高了輥壓機的擠壓做功能力，主電機出力達70～85%。系統(tǒng)產量增加，粉磨電耗降低，凸顯出良好的技術經濟效果。（輥壓機杠桿式雙進料裝置見圖3左、采用復合堆焊耐磨鋼板制作的側擋板見圖3右）

  1.1.3垂直管道形成穩(wěn)定料壓，實現(xiàn)過飽和喂料

  輥壓機運行過程中，必須實現(xiàn)連續(xù)狀、過飽和喂料，使物料均勻壓在輥面上被拉入工作輥縫。若管道內部物料呈斷續(xù)狀進入輥壓機，則嚴重影響其穩(wěn)定擠壓，易造成物料瞬間逃逸或從輥縫泄漏，物料處理效果差。

  案例：L公司采用140-80輥壓機（處理能力360t/h、主電機功率500kW-10kV-額定電流36.7A×2）+600/140打散分級機（處理能力380～600t/h、打散電機+分級電機功率為55kW+45kW）+Φ3.2m×13m三倉開路管磨機（主電機功率1600kW-10kV-額定電流118.9A、筒體工作轉速18.7r/min），生產P.O42.5級水泥產量80t/h、系統(tǒng)粉磨電耗32.6kWh/t，欲進一步提產降耗。

  影響因素分析：由于采用粉煤灰配料，且粉煤灰與其它顆粒狀物料共同進入稱重倉，物料極易產生離析現(xiàn)象。此外，由稱重倉至輥壓機受料平面垂直管道距離只有1.50m，管道內料壓低或物料產生離析時，導致斷續(xù)下料現(xiàn)象。上述因素的疊加，導致難以形成過飽和喂料，輥壓機振動大、擠壓做功波動較大，影響系統(tǒng)產能發(fā)揮。

  采取的措施與效果：利用年底大修時間，首先將粉煤灰輸送系統(tǒng)單列，計量后單獨入磨，不進稱重倉，消除由粉煤灰引起的物料離析現(xiàn)象。同時，根據(jù)現(xiàn)場工藝布置，提高了循環(huán)提升機與稱重倉高度，加高垂直進料管道至3.50m，以保持管道內穩(wěn)定的料壓。根據(jù)現(xiàn)場物料實際綜合水分＜1.2%的特點，對打散分級機下錐體12塊篩板實施改造，由4.0mm寬度篩縫縮小至2.0mm，進一步降低入磨物料粒徑。同時將內錐筒加高300mm。改造后，輥壓機擠壓做功顯著改善，主電機運行電流由改造前的50%左右提高至70%左右，磨制P.O42.5級水泥產量可穩(wěn)定在90～95t/h、系統(tǒng)粉磨電耗降至29kWh/t左右。

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  1.1.4嚴格控制入輥壓機物料粒徑與水分

  輥壓機作為高效率料床預粉磨設備，對粗顆粒物料的擠壓處理有效，對細顆粒與粉狀物料的處理效果差，細粉物料與脫硫石膏應不進入輥壓機，有條件的企業(yè)可直接入磨。對于處理濕度較大的物料，同樣處于做功不良狀態(tài)。入機物料水分大，極易粘附稱重倉壁、下料管道及循環(huán)提升機料斗與殼體、加劇鏈條磨損，進入V型氣流分級機的料餅強度高、亦難以實現(xiàn)均勻分散，直接影響正常分級，增加了輥壓機段的循環(huán)負荷與風機、提升機的電耗。從輥壓機出力的角度考慮，如粉煤灰、礦渣粉、鋼渣粉等細粉物料，應直接計量入磨，不宜進入輥壓機，避免影響輥壓機正常擠壓做功。雖然脫硫石膏配入比例較少，也應直接入磨（脫硫石膏入磨前應采取堆棚堆放、加強進料水分控制）。從系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性考慮，進入輥壓機物料綜合水分不宜＞3.0%。

  1.1.5選擇合理的工作壓力

  按料床粉磨理論分析可知，在一定范圍內提高輥壓機工作壓力，能夠增加出機物料中細粉含量，擠壓后的物料產生微觀裂紋、易碎性與易磨性顯著改善，有利于后續(xù)磨機增產，但同時輥壓機主電機電耗也會增加。如果系統(tǒng)生產能力的發(fā)揮，不足以抵消增加的電耗部分，則得不償失?，F(xiàn)階段聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)的輥壓機以“低壓大循環(huán)”為操作宗旨，這里的“低壓”指的是整個粉磨系統(tǒng)電耗在較低水平時，輥壓機適宜的工作壓力。由于每個粉磨系統(tǒng)中所用物料的易磨性、水分、溫度不同，輥壓機均存在一個合理的工作壓力操作范圍，并不是越高越好。

  同時，輥壓機工作壓力越高，會導致輥面磨損量加劇，增加維護成本，應在操作中引起高度重視。

  1.1.6消除鐵質對輥面磨損的影響

  熟料中的金屬材料多來自掉落的預熱器掛片與篦冷機篦板等耐熱鋼配件，對輥面損傷大，鐵磁性較差。其次是混合材料中帶入的鐵質材料（如含有游離鐵的鋼渣、礦渣、硫磺渣、磷渣等）。需要從配料站、輸送皮帶等部位設置多道強磁除鐵，并恢復金屬探測器，以徹底解決金屬材料對輥面的傷害。

  1.1.7采用復合耐磨合金輥套

  如前所述，輥壓機輥面完好程度對穩(wěn)定擠壓做功影響極大，必須保持完好。針對輥壓機輥面磨損及工作壽命問題，成都九泰科技有限公司推出了一種輥壓機復合耐磨合金輥套，該輥套表面為一字紋，應用前及連續(xù)運行10個月后的輥面見圖4：

  輥套技術特點：復合耐磨合金輥套采用高速離心鑄造方法成型，輥套材質含有Cr、Ni、V、MO等多合金元素，金相組織中Cr7C3和Cr3C型高硬度鉻合金碳化物（顯微硬度HV300-1800和HV1150-1770）、釩合金碳化物VC顯微硬度HV2800、鉬合金碳化物MoC 顯微硬度HV2250。多種高硬度碳化物的組合，材料硬度顯著增加，該輥套表面洛氏硬度可達到HRC61以上，提高了抵抗磨料磨損與高應力磨損的能力。由于基體材料采用含有V元素的高碳合金鋼，具有良好的沖擊韌性，抵抗破損能力良好，有效延長了輥面的工作壽命。

  案例：葛洲壩集團老河口公司采用170-100輥壓機（物料通過量620t/h，主電機功率900kW-10kV-額定電流61.22A×2）+Vx8820氣流分級機+Φ4.2m×13m雙倉管磨機（主電機功率3350kW-10kV-額定電流239A、筒體工作轉速15.6r/min）+O-Sepa N-3500選粉機（喂料能力630t/h、選粉能力210t/h、主軸電機功率160kW）組成的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

  由于采用釩渣與電爐渣作混合材，材料中SiO2含量達72%以上，熟料礦物組成中C2S含量在22%以上，易磨性差。入輥壓機物料磨蝕性大，加快了輥面磨損速度。

  輥壓機使用某公司離心復合輥套，制備P.C32.5R水泥，產量205t/h、P.O42.5級水泥產量190t/h，輥面每年修復2次，需要花費28萬元。改用成都九泰科技有限公司推出的復合耐磨合金輥套，生產P.C32.5R水泥207t/h，輥套表面可免堆焊，運行一段時間后，輥面一字紋磨損，可用專業(yè)砂輪機延輥寬方向重新開槽，應用效果良好。連續(xù)運行10個月的復合耐磨合金輥面見圖4右。【2】

  1.1.8低能耗、高效率的半終粉磨系統(tǒng)

  與聯(lián)合粉磨系統(tǒng)相比，半終粉磨系統(tǒng)是將預粉磨段經過V型氣流分級機后的合格成品分選一部分出來，一般提取比例在15～25%（過多則影響水泥性能），使系統(tǒng)獲得明顯的增產效果，粗粉進入管磨機，有效避免磨內“過粉磨”現(xiàn)象，提高了管磨機段的粉磨效率。通過動態(tài)組合選粉機分離出來的部分成品，有效的降低了水泥溫度?？傮w來講，兩套不同的粉磨系統(tǒng)，在輥壓機和磨機規(guī)格配置完全相同的前提下，由于半終粉磨系統(tǒng)在預粉磨段提取了一部分成品，其產量和粉磨工序電耗指標均優(yōu)于聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。半終粉磨系統(tǒng)是聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的一個工藝演變與優(yōu)化提高。

  案例：邳州中聯(lián)公司水泥制成采用新型的輥壓機雙閉路半終粉磨系統(tǒng)，配置160-140輥壓機（處理能力780t/h、主電機功率1120kW-10kV-額定電流76A×2）+V4000型氣流分級機+鹽城吉達SV4000高效渦流選粉機+Φ3.8m×13m管磨機（主電機功率2500kW-10kV-額定電流185A、筒體工作轉速16.6r/min）+吉達Sepax-3500高效渦流選粉機（喂料能力630t/h、選粉能力210t/h）。生產P.O42.5級高性能水泥，系統(tǒng)產量穩(wěn)定在180t/h，粉磨電耗23kWh/t。（輥壓機雙閉路半終粉磨系統(tǒng)工藝流程見圖5）

  圖5  輥壓機雙閉路半終粉磨系統(tǒng)工藝流程

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  1.2外循環(huán)立磨的預粉磨段的技術要求

  與輥壓機料床粉磨機理相同，系統(tǒng)中配置內部無選粉機配置的外循環(huán)立磨預粉磨，料床相對固定。通過長期運行觀察，立磨料床的穩(wěn)定性比輥壓機好。國內少部分企業(yè)采用外循環(huán)立磨預粉磨組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)，也取得了高產低能耗的運行結果。此外，外循環(huán)立磨與輥壓機不同的是：磨輥數(shù)量能夠在制造前確定，可設計為三輥，也可以是四輥，以及磨盤工作轉速的設定。目前，采用磨前外循環(huán)立磨預粉磨的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)，生產P.O42.5級水泥，系統(tǒng)粉磨電耗較好水平已低于25kWh/t。

  采用外循環(huán)立磨預粉磨物料效率高，其磨盤運行線速度遠大于輥壓機（一般不低于3m/s）。現(xiàn)階段外循環(huán)預粉磨立磨所用的工作壓力與輥壓機相近，可在12MPa以上穩(wěn)定運行，比初期提高較多。該系統(tǒng)集破碎、干燥、粉磨于一體，通過對擋料圈高度的調整，穩(wěn)定了料床厚度，被限的固定料床經過多次碾壓。被碾壓處理的物料經過多次外循環(huán)，將顆粒狀物料進行重復粉磨，產生更多的細粉量。立磨磨輥與磨盤之間的物料料床全部受限，能量利用率高于輥壓機。

  由于舍棄了內部選粉裝置，而采用機械方式卸料，顯著降低了磨內通風阻力、省卻了系統(tǒng)風機電耗。一般來講，采用外循環(huán)立磨的預粉磨系統(tǒng)比內循環(huán)立磨系統(tǒng)至少可節(jié)省電耗2 kWh/t以上。立磨對于入機物料粒徑不像輥壓機那樣敏感，對于細顆粒物料的處理效果好，碾壓后通過磨外設置的動態(tài)、靜態(tài)兩級組合氣流分級機分級，后續(xù)管磨機的入磨物料粒徑全部＜1.0mm（甚至＜0.5mm）所占比例可達95%以上，能夠使系統(tǒng)增產60～100%。（采用機械卸料方式的外循環(huán)預粉磨立磨內部結構見圖6）

圖6  采用機械卸料方式的外循環(huán)預粉磨立磨內部結構

  外循環(huán)立磨預粉磨后的物料顆粒粒徑分布見表1（物料未經分級）：

表1 立磨預粉磨后（未分級）的物料顆粒粒徑分布

  采用動態(tài)、靜態(tài)兩級氣流分級后的外循環(huán)立磨預粉磨物料顆粒粒徑分布（半終粉磨系統(tǒng)動態(tài)分級機取出預粉磨段的部分成品）見表2：

表2  經動態(tài)、靜態(tài)兩級氣流分級后入磨物料顆粒粒徑分布【3】

  由表2可以看出，采用外循環(huán)立磨預粉磨經動態(tài)、靜態(tài)兩級氣流分級后的入磨物料顆粒粒徑更細，基本上在0.2mm以下。

  案例：YC水泥公司原有兩套相同配置的150-100輥壓機（處理能力500t/h、主電機功率710kW-10kV-額定電流54.4A×2，與管磨機裝機功率比1420 kW /3550 kW=0.40）+600/140打散分級機（處理能力380～600t/h、打散電機+分級電機功率為55kW+45kW）+Φ4.2m×13m雙倉管磨機（主電機功率3550kW-10kV-額定電流243A、筒體工作轉速15.75r/min）組成的開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。生產P.O42.5R水泥產量140t/h，系統(tǒng)粉磨電耗37kWh/t。

  系統(tǒng)存在問題分析：輥壓機系統(tǒng)配置的打散分級機分級后的入磨物料偏粗，系統(tǒng)產量低，粉磨電耗高。欲尋求高效率的粉磨技術改造，達到增產、節(jié)電的技術經濟效果。

  技術改造方案：針對該公司輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)產量低、電耗高的現(xiàn)狀，通過技術論證，決定在預粉磨段停用150-100輥壓機。采用3400P四輥外循環(huán)立磨（輪胎狀輥子、凹槽狀磨盤，物料處理能力1000～1200t/h、主電機功率2500kW-10kV-額定電流185A，立磨與管磨機裝機功率比2500 kW /3550 kW=0.704）+V型氣流分級機+組合式動態(tài)選粉機組成開路半終粉磨系統(tǒng)?，F(xiàn)場工藝見圖7：

  改造完畢運行調試后，磨制P.O42.5R水泥產量達到200～230t/h，比原系統(tǒng)提高60～90t/h，增產幅度42.86～64.29%。系統(tǒng)粉磨電耗降至29kWh/t以下，節(jié)電8kWh/t以上，節(jié)電幅度＞21.62%。

  本案例說明，由輥壓機改造為3400P外循環(huán)立磨預粉磨，該立磨與管磨機的裝機功率比由輥壓機配置時的0.40提高至0.704。外循環(huán)立磨對物料的處理能力比原輥壓機提高2倍以上，經循環(huán)碾壓后的成品量顯著增加，入磨物料粒徑明顯降低，更有利于管磨機的磨細與整形，提高系統(tǒng)產量。

  新粉磨線配置或技術改造中，有效增大預粉磨段的處理能力，能夠使全系統(tǒng)獲得更顯著的節(jié)能效果?！?】

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  2、關于粉磨系統(tǒng)中的一級靜態(tài)V型氣流分級機及動態(tài)分級機

  2.1一級靜態(tài)V型氣流分級機

  一級靜態(tài)V型氣流分級機內部無運轉部件，通過內部打散板（空氣導流板）對入機物料分散、分級，采用負壓抽吸式原理，由雙旋風收塵器收集細粉。根據(jù)被擠壓物料的特性，一般入磨0.9mm篩余最大不超過3.0%，多數(shù)在1.0%以下。采用氣流分級方式比機械篩分分級方式獲得的入磨物料粒徑小。

  影響因素分析：通過多年對一級靜態(tài)V型氣流分級機的運行觀察，其存在的主要問題是：由于入機物料的均勻分散程度較差，而嚴重影響其分級效率。分級效率低，則意味著回到穩(wěn)流稱重倉的物料中仍有一部分細粉沒有分選干凈，在系統(tǒng)中做無功循環(huán)，影響輥壓機的有效做功?；氐椒Q重倉的細粉量越多，說明V型氣流分級機的分級效率越低。產生該現(xiàn)象的主要原因是由于進入V型氣流分級機的物料分散不均勻所致。

  采取的技術改造措施：V型氣流分級機應采用多通道進料，強化物料的打散與均勻分散功能，可顯著提高分級效果與分級機的效率?？梢栽诟脑烨?、后取樣，以不同篩孔檢測返回稱重倉物料的篩余進行對比，即可分析改造后分級機的分級效率提高幅度。

  案例：LY公司采用輥壓機+V型氣流分級機+Φ4.2m×13m管磨機+吉達公司Sepax高效選粉機組成的雙閉路半終粉磨系統(tǒng)。生產P.C32.5級水泥，系統(tǒng)產量243t/h，粉磨電耗32.4kWh/t?！?】

  影響因素分析：由于進入V型氣流分級機物料分散不均勻，分級效率低，返回稱重倉物料中的細粉較多，直接影響輥壓機擠壓做功。需要改進進料方式，滿足物料良好的分散要求，提高分級效率，最大限度減少返回稱重倉的細粉含量，增加系統(tǒng)產量，降低粉磨電耗。

  采取的措施與效果：將循環(huán)提升機進入V型氣流分級機的物料分為三等份，多通道進料形成均勻了的料幕，提高了氣流對物料的分散效果與分級效率，返回稱重倉物料細粉含量大幅度降低。系統(tǒng)產量提高至270t/h，增產27t/h，增幅11.11%。粉磨電耗降至28.7 kWh/t ，節(jié)電3.7 kWh/t，節(jié)電幅度11.42%。具體對比數(shù)據(jù)見表3：

  表3  進料方式改進前、后回稱重倉物料細度對比（P.C32.5水泥）

  2.2動態(tài)分級機

  以初期聯(lián)合粉磨系統(tǒng)配置的打散分級機為代表，內部旋轉部件有打散盤、風輪，配有打散電機與分級電機，整體裝機功率較低。物料分級以錐體下部篩板篩分為主，上部風輪分級為輔，通過主軸轉速調節(jié)入磨物料量，現(xiàn)階段尚有部分企業(yè)在應用。

  打散分級機能夠適應水分較大的物料，分級后的入磨物料切割粒徑在2.0～2.5mm，視輥壓機規(guī)格與擠壓做功能力以及被擠壓物料的特性，入磨物料中＜0.080mm細粉含量在一般在45～55%。

  案例：YS水泥公司配置170-100輥壓機（處理能力620t/h、主電機功率900kW-10kV-額定電流61.22A×2）+650/160打散分級機（處理能力≥800t/h、打散電機+分級電機功率為90kW+75kW）+Φ4.2m×13m三倉開路管磨機（主電機功率3550kW-10kV-額定電流260A、筒體工作轉速15.6r/min），生產P.O42.5級水泥產量165t/h、系統(tǒng)粉磨電耗34kWh/t。

  影響因素分析：經打散分級機的入磨物料R0.9mm篩余在28～30%、R0.080mm篩余65%左右、篩下細粉含量只有35%左右。由于分級后的物料粒徑偏粗，從而導致系統(tǒng)產量低、粉磨電耗偏高。

  采取的措施與效果：根據(jù)入磨物料綜合水分＜1.2%實際狀況，將打散分級機下錐體12塊分級篩板進行改造，采用1.0mm寬度篦縫，降低入磨物料中的粗顆粒含量，達到提高系統(tǒng)產量、降低粉磨電耗的目的。實施改造后，入磨物料R0.9mm篩余在5～6%、R0.080mm篩余降至35%左右，P.O42.5級水泥產量增至195t/h、系統(tǒng)粉磨電耗降至26kWh/t以下，增產30t/h、節(jié)電8kWh/t，技術經濟效果顯著。

  3、粉磨系統(tǒng)中的磨細、成品顆粒整形設備-管磨機

  聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)中，需要管磨機完成水泥物料的磨細與整形、提高出磨成品量。主要影響因素有以下幾個方面：

  3.1管磨機磨內結構

  3.1.1一倉襯板工作表面對研磨體提升參數(shù)與一倉粉碎效率的影響

  管磨機一倉主要功能是完成物料的粉碎（粗磨），一般采用提升能力好的階梯襯板。襯板提升端厚度尺寸影響研磨體的提升高度，直接影響一倉研磨體對物料的粉碎（粗磨）能力。一般來講，階梯襯板提升端厚度磨損值達到其原始厚度尺寸的1/3時，對研磨體提升能力開始變差，研磨體拋落高度降低，一倉沖擊、粉碎（粗磨）效率下降。

  一倉磨損嚴重、穿孔淘汰的溝槽階梯襯板見圖8：

  案例：YZ水泥公司采用120-50輥壓機（處理能力120～170t/h、主電機功率250kW-10kV-額定電流19.61A×2）+550/110打散分級機（處理能力≥150t/h、打散電機+分級電機功率為45kW+37kW）+Φ3.2m×13m三倉開路管磨機（主電機功率1600kW-10kV-額定電流110A、筒體工作轉速18.1r/min），生產P.C32.5級水泥產量80t/h、系統(tǒng)粉磨電耗30kWh/t。

  磨機一倉階梯襯板提升端原始厚度110mm，長期運行磨損至60mm，磨損值50mm，運轉到襯板磨損后期時，水泥細度難以控制，磨制P.C32.5級水泥產量降至60t/h、系統(tǒng)粉磨電耗34kWh/t。

  影響因素分析：一倉階梯襯板磨損后，改變了研磨體的提升高度（下降），最外層研磨體切向滑動加劇。降低了研磨體對顆粒狀物料的沖擊、粉碎能力，導致一倉物料粗處理能力明顯變差，卡不住粗顆?；蛞啄バ圆畹奈锪?，成品水泥細度不受控，系統(tǒng)產量下降，粉磨電耗上升。

  采取的措施與效果：停機后，全部拆除一倉磨損的階梯襯板，更換新襯板（提升端厚度110mm、非提升端厚度35mm，高度差75mm），恢復對研磨體的提升高度，以及對物料的沖擊粉碎能力。開機運行后，P.C32.5級水泥產量提高至85t/h、系統(tǒng)粉磨電耗降至29kWh/t以下。

  由此可見，管磨機一倉階梯襯板提升端過度磨損后，改變了研磨體的運動軌跡，由拋落式變?yōu)闉a落式，削弱了對物料的粉碎作用，對系統(tǒng)產量與粉磨電耗造成嚴重影響，生產過程中一定要引起足夠的重視?？衫猛C時間檢查階梯襯板磨損狀況，測試提升端厚度尺寸，并做好相關記錄備查，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應及時處理，消除隱患。

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  3.1.2隔倉板對管磨機系統(tǒng)粉磨效率的影響

  現(xiàn)階段主要是采用傳統(tǒng)低通孔率的隔倉板，由于設計方面的缺陷，加之使用小規(guī)格研磨體，極易產生篦縫堵塞現(xiàn)象，影響磨內通風及過料。其次是部分企業(yè)的水泥管磨機選擇使用了出料端帶有盲板的隔倉板，導致中部風速高，磨內存在粉磨盲區(qū)，縮短了磨機的有效研磨長度。采用正常通風控制參數(shù)，出磨水泥細度偏粗。減小磨內風速則物料中的水分與粉磨溫度難以排出，造成管磨機粉磨功能紊亂。多種不利因素的疊加，導致系統(tǒng)產量降低，粉磨電耗持續(xù)上升。

  管磨機隔倉板篦縫的設計原則：要具備最大的通孔率與過料、通風面積，且篦縫不易堵塞。物料在管磨機中呈自然、均勻流動狀態(tài)，通過磨尾收塵風機風量的調整，可方便調節(jié)磨內風速與物料流速。

  案例：YZ水泥公司采用170-100輥壓機（處理能力620t/h、主電機功率900kW-10kV-額定電流63A×2）+V型氣流分級機+Φ4.2m×13m雙倉閉路管磨機（主電機功率3550kW-10kV-額定電流260A、筒體工作轉速15.75r/min）+O-sepa N-3500選粉機（喂料能力630t/h、選粉能力210t/h、主軸電機功率160kW）組成的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，生產P.O42.5級水泥產量200t/h、系統(tǒng)粉磨電耗33kWh/t。

  由于入磨物料水分較大（綜合水分2.5%左右），隔倉板一倉端篦縫嚴重堵塞（見圖9右），系統(tǒng)產量下降至175t/h，粉磨電耗上升至37 kWh/t以上。

  影響因素分析：入磨水分主要由混合材與脫硫石膏帶入，加之采用溫度較高的熟料，水分與溫度因素疊加，導致磨內粘附加劇、物料堵塞隔倉板篦縫。造成隔倉板過料與通風阻力增大，粉磨狀況惡化，系統(tǒng)產量降低、電耗升高。

  采取的措施與效果：改用防堵塞形式隔倉板，增大通孔率，確保通風與過料能力。根據(jù)實際工藝狀況，嚴格控制入磨物料綜合水分＜1.8%，同時提高一倉研磨體尺寸，增大粉碎能量。二倉采用直徑Φ12mm小球等量取代不同規(guī)格混合球30t，增加細磨能力。改造完畢運行，在恢復P.O42.5級水泥原系統(tǒng)產量的同時，逐步提高至215t/h，粉磨電耗降至32.4 kWh/t。

  圖9 研磨體堵塞隔倉板（左）與物料水分大堵塞的隔倉板（右）

  現(xiàn)階段的隔倉板采用框架與沖孔篩板復合形式，不同廠家生產的沖孔篩板縫寬度在1.2～8.0mm，篩縫長度在15～22mm。采用這種復合形式的隔倉板至少比傳統(tǒng)隔倉板減輕了1/3的重量，同時實現(xiàn)了篦縫不堵塞，且磨內通風與過料能力良好。（框架與沖孔篩板復合形式防堵塞隔倉板見圖10）

  磨內不宜選用出口端帶有盲板的隔倉板（出口端邊緣帶有兩圈盲板（左）與一圈盲板（右）的隔倉板見圖11、出口端采用全盲板的隔倉板見圖12），這種結構形式的隔倉板中部風速高（經測試＞20m/s），磨內存在軸向研磨盲區(qū)1.0～2.0m，等同于縮短了磨機有效長度，減少了研磨體磨細做功能力。

  圖12  出口端全部是盲板的隔倉板

  3.1.3細磨倉活化環(huán)對管磨機系統(tǒng)粉磨效率的影響

  管磨機細磨倉安裝活化環(huán)，其目的是為了更好的消除研磨體“滯留帶”，激活微段或小球在運動中的有效研磨做功，提高對水泥的磨細能力，降低水泥成品細度。細磨倉活化環(huán)配置高度低、磨損或磨斷，會影響細磨倉的粉磨效率。磨損嚴重的活化環(huán)見圖13：

  細磨倉采用的隔倉板形式的活化環(huán)見圖14、安裝完畢的細磨倉活化環(huán)見圖15：

圖14  隔倉板結構形式的活化環(huán)

  圖15  細磨倉已安裝完畢的活化環(huán)

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  案例：YQ水泥公司采用170-100輥壓機（處理能力620t/h、主電機功率900kW-10kV-額定電流63A×2）+Vx8820氣流分級機+Φ4.2m×13m雙倉閉路管磨機（主電機功率3550kW-10kV-額定電流243A、筒體工作轉速15.6r/min）+O-sepa N-3500選粉機（喂料能力630t/h、選粉能力210t/h、主軸電機功率160kW）組成的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，生產P.O42.5級水泥產量155t/h、系統(tǒng)粉磨電耗37kWh/t。

  影響因素分析：管磨機一倉有效長度3.50m、階梯襯板+鋼球；二倉有效長度9.0m、小波紋襯板+鋼段。入輥壓機物料綜合水分＜1.5%，入磨細度R0.080mm篩余35.6%、比表面積182m2/kg。出磨細度R0.080mm篩余19.8%、比表面積201m2/kg。平均每米研磨體只創(chuàng)造比表面積2m2/kg，說明磨內磨細能力較差。檢查發(fā)現(xiàn)二倉無活化環(huán)配置，粉磨區(qū)域“滯留帶”比例大，研磨體做功能力不足。

  采取的措施與效果：拆除六圈小波紋襯板，安裝六圈高度1250mm活化環(huán)，激活小規(guī)格段粉磨能量，提高二倉鋼段磨細功能。安裝完畢開機運行，在入磨比表面積不變的前提下，出磨比表面積達到266m2/kg，每米研磨體創(chuàng)造比表面積6.72m2/kg，生產P.O42.5級水泥產量達190t/h、增產35t/h；系統(tǒng)粉磨電耗降至32.5kWh/t，降低4.5 kWh/t。

  關于細磨倉活化環(huán)抗磨材質的選擇：磨機運行過程中，活化環(huán)在提升、攪動、活化研磨體的同時，其自身受到研磨體攜裹物料與其作相對運動，研磨體與活化環(huán)之間產生剪切應力磨損與表面低應力劃傷式磨料磨損。抵抗這種磨損機制最有效的方法是：選擇應用高硬度耐磨材料?？梢赃x用洛氏硬度HRC≥60的高鉻合金耐磨鑄鐵，合金馬氏體或合金貝氏體耐磨球墨鑄鐵等。亦可采用厚度≥55mm、洛氏硬度HRC≥58的耐磨鋼板加工制作。在采用高硬度材料鑄造活化環(huán)的同時，設計上需要盡量減輕單塊重量，以降低管磨機筒體靜載荷。

  3.1.4細磨倉襯板工作表面對管磨機系統(tǒng)粉磨效率的影響

  有的企業(yè)仍在開路水泥磨機細磨倉應用錐面分級襯板。采用微段形研磨體，該分級襯板對球形研磨體分級有利，分級效果顯著，而對段形研磨體的分級基本不起作用。加之襯板設計為光滑的工作表面，與研磨體之間摩擦力非常小，易使研磨體產生切向滑動（打滑），不利于水泥的磨細，系統(tǒng)產量低、粉磨電耗高。開路磨細磨倉使用的分級襯板見圖16：

  即使在細磨倉使用分級襯板，應將其工作表面設計為波紋形狀，提高與研磨體之間的摩擦系數(shù)，有利于水泥的磨細。

  管磨機細磨倉應選用波峰大一些的波紋襯板，波峰設計為3～4個即可。國外管磨機細磨倉也有采用設計高度較高的單波峰波紋襯板，這種襯板幾乎無研磨死區(qū)，襯板與研磨體之間的摩擦系數(shù)較大，對最外層研磨體提升能力好，有利于提高水泥的磨細程度。

  3.1.5出磨篦板對管磨機系統(tǒng)粉磨效率的影響

  與傳統(tǒng)隔倉板設計原則相同，出磨篦板多采用同心圓或放射狀篦縫。管磨機運行過程中，研磨體碎渣或水泥物料堵塞篦縫造成通風不良、造成料流不暢，磨內溫度與水分排出困難，影響磨機的正常粉磨。隨著時間推移，磨內必將會產生嚴重粘附，惡化粉磨環(huán)境。（由于物料粘附堵塞的出磨篦板見圖17）。

  與隔倉板通過能力要求也一樣，采用框架與沖孔篩板復合一體的出磨篦板，可以較好的避免研磨體或物料粘附堵塞，保持通風與過料通暢。沖孔篩板縫寬度一般在5.0～7.0mm之間選擇。

  案例：LH水泥公司采用170-100輥壓機（處理能力620t/h、主電機功率900kW-10kV-額定電流63A×2）+V型氣流分級機+Φ4.0m×13m三倉開路管磨機（主電機功率2800kW-10kV-額定電流208A、筒體工作轉速15.95r/min、研磨體裝載量195t）+磨尾風機組成的開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，生產P.O42.5級水泥產量180t/h、系統(tǒng)粉磨電耗27kWh/t。

  由于出料篦板篦縫堵塞嚴重，磨頭溢料、冒灰，系統(tǒng)產量下降至155t/h，粉磨電耗上升至32 kWh/t以上。

  影響因素分析：由于磨尾出磨篦板嚴重堵塞，導致磨內通風、過料能力顯著降低，篦板截面通風阻力明顯增大，中心圓板局部風速提高，水泥細度變粗。降低系統(tǒng)產量后，雖成品水泥細度達到控制指標要求，但出磨水泥溫度與粉磨電耗升高。

  采取的措施與效果：為了徹底解決磨尾篦板堵塞對磨機產量的影響，將其改造為防堵塞形式出料篦板，提高了通孔率，使其始終保持良好的通風與過料功能。完成磨內改造運行后，系統(tǒng)產量恢復并逐步提高至185t/h、粉磨電耗降至26kWh/t。

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  3.2研磨體質量與級配對管磨機系統(tǒng)粉磨效率的影響

  完成磨內結構與配置后，必須關注研磨體質量與級配。選用的研磨體質量優(yōu)劣，直接影響管磨機的粉磨效率。出現(xiàn)變形與嚴重粘附，將顯著降低系統(tǒng)產量，增加粉磨電耗。（研磨體變形及表面粘附見圖19-圖20）

  嚴重粘附的研磨體與嚴重變形與粘附的研磨體（見圖21）：

  在研磨體選擇應用方面，一定要重視研磨體內在質量及表面光潔度對系統(tǒng)產量、粉磨電耗的影響。筆者建議選用質量優(yōu)良的高硬度高鉻鑄鐵（Cr含量＞25%、洛氏硬度HRC≥63）或GCr15軸承鋼研磨體，軸承鋼材料不但具有較高的硬度（洛氏硬度HRC≥64）和高的沖擊韌性（αk≥20j/cm2），磨耗低、整體磨損均勻、不變形。而且具有良好的表面光潔度，對物料溫度與水分敏感程度較差，表面不粘附。在管磨機粗磨倉、過渡倉和細磨倉應用效果好。

  4.采用低耗能的高效選粉機

  與傳統(tǒng)配置大布袋收塵器的O-sepa選粉機系統(tǒng)相比，采用內循環(huán)風的Sepax高效渦流選粉機由于內部撒料盤分散形式、導風葉片和轉籠與主軸下部風扇葉片結構形式的改進，使其具有更高的分級效率，以R0.045mm篩余測試的選粉效率可達85%，而O-sepa選粉機R0.045mm篩余測試的選粉效率達到60%也少見。Sepax高效渦流選粉機主軸電機功率與系統(tǒng)風機電機功率均低于相同規(guī)格O-sepa選粉機的配置，節(jié)能效果顯著，維護工作量低。Sepax高效渦流選粉機導風葉片與籠型轉子見圖22：

  現(xiàn)以相同喂料能力810t/h、選粉能力270t/h的Sepax-4500高效渦流選粉機與O-sepa N-4500選粉機為例進行系統(tǒng)裝機功率比較：Sepax-4500高效渦流選粉機用風采用內循環(huán)形式，通風阻力小。選粉機內部與外部旋風收塵器的循環(huán)風壓差一般＜－2500Pa～－2800Pa，配置的系統(tǒng)風機電機功率僅為400kW（風量285000m3/h、風壓4500Pa）、選粉機主軸電機功率90kW，合計裝機功率490kW。

  而O-sepa N-4500選粉機用風來源于自然空氣，實際一次風、二次風的管道風速應≥20m/s，配置的系統(tǒng)風機電機功率為710kW（風量310000m3/h、風壓6500Pa）、選粉機主軸電機功率240kW，合計裝機功率950kW。由于O-sepa N-4500選粉機采用大布袋收塵器收集水泥成品，選粉機進出口壓差一般＞－1700Pa，收塵器進出口壓差至少＞－1700Pa。若物料水分與空氣濕度偏大，濾袋粘附后透氣性能變差，進出口壓差明顯變大＞－2200Pa～－2500Pa，壓差總和＞－4000Pa甚至＞－4500Pa（未計通風管道部分），因系統(tǒng)通風阻力大，故所配風機功率也大。選粉機與收塵器壓差越大，系統(tǒng)風機電耗越高。上述分析可知：由于內部結構形式與用風方式，以及成品收集方式的不同，系統(tǒng)阻力也不一樣，兩種處理能力相同的選粉機裝機功率竟相差460kW。

  對比可知：O-sepa選粉機依靠大布袋收塵器收集成品，含塵氣體濕度與腐蝕性因素造成濾袋損壞、堵塞，更換費用高，維護工作量大、成本增加。而Sepax高效渦流選粉機采用外掛四個旋風收塵器收集成品，基本不須更換備件，維護費用低。

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  5.助磨劑應用技術

  粉磨系統(tǒng)中應用分散性能優(yōu)良的助磨劑，可消除物料在粉磨過程中的團聚、粘附現(xiàn)象，使研磨體與襯板工作表面始終保持良好的光潔度。提高磨內物料流動性以及磨尾選粉機的分級效率，增加成品水泥中3～32μm含量，一般可降低2～3%熟料摻入量。根據(jù)不同的物料易磨性及水泥成品細度控制指標，應用助磨劑一般可提高系統(tǒng)產量5～8%以上，節(jié)電1～2kWh/t。

  6.陶瓷研磨體節(jié)能降耗應用技術

  關于陶瓷研磨體在水泥粉磨系統(tǒng)中的應用，由于氧化鋁耐磨陶瓷材料的密度僅為金屬材料密度的1/2。相對金屬研磨體而言，即使陶瓷研磨體采用40%以上填充率，其實際裝載量也低。大大降低了管磨機主電機的驅動負荷。根據(jù)被粉磨物料的易磨性及水分與成品水泥細度的不同，應用陶瓷研磨體粉磨水泥，一般可實現(xiàn)粉磨系統(tǒng)節(jié)電4～6kWh/t，降耗效果顯著?？蓞⒁姽P者撰寫的陶瓷研磨體應用相關技術論文，在此不贅述。

  7.結束語

  7.1聯(lián)合粉磨系統(tǒng)或半終粉磨系統(tǒng)設備多，工藝較復雜，運行過程中每一個工藝環(huán)節(jié)都會出現(xiàn)問題，應針對各段的主要影響因素進行預判，并及時診斷處置，消除工藝隱患，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

  7.2采用輥壓機或外循環(huán)立磨預粉磨，兩種料床預粉磨設備各有其特點。立磨對物料粒徑的適應范圍比輥壓機寬，能量利用率及運行穩(wěn)定性高于輥壓機。

  7.3磨前處理是關鍵，預粉磨段對粉磨系統(tǒng)產量、能耗的影響因素占比80%以上。新粉磨線配置或技術改造過程中，增大預粉磨段的處理能力，系統(tǒng)節(jié)能效果更好，應高度重視。

  7.4穩(wěn)定輥壓機擠壓做功的關鍵要素：下料管道料壓穩(wěn)定、必須保持完好的輥面以及良好的受限料床、采用調整靈活的進料控制裝置、適宜的工作壓力。

  7.5配置動態(tài)或靜態(tài)氣流分級機，以及動態(tài)、靜兩級組合的氣流分級設備，應強化預粉磨段進入分級機物料的均勻分散，否則會顯著降低分級效率，增加物料無功循環(huán)與系統(tǒng)電耗。

  7.6磨內磨細是根本。充分發(fā)揮管磨機細磨與整形功能的關鍵要素：必須注意磨內結構與襯板工作表面形狀選擇。隔倉板與出磨篦板必須保持良好的通風與過料能力。研磨體質量與級配穩(wěn)定、提高磨細能力與出磨成品含量。

  7.7磨后選粉是保證。選擇應用低耗能高效選粉機，確保成品分級子系統(tǒng)始終處于高效率穩(wěn)定運行狀態(tài)。

  7.9粉磨系統(tǒng)中引入分散性能優(yōu)良的助磨劑，可消除物料在粉磨過程中的團聚、粘附現(xiàn)象，使研磨體與襯板工作表面始終保持良好的光潔度。提高磨內物料流動性以及磨尾選粉機的分級效率，增加成品水泥中3～32μm含量，一般可降低熟料摻入量2～3%。根據(jù)不同的物料易磨性及水泥細度控制指標，應用助磨劑一般可提高系統(tǒng)產量5～8%以上，節(jié)電1～2kWh/t。

  7.10陶瓷研磨體在水泥粉磨系統(tǒng)中的應用，能夠明顯降低管磨機的運行負荷，根據(jù)被粉磨物料的易磨性、水分以及成品水泥細度，一般可實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)電4～6kWh/t，效果顯著。

  7.11生產過程中，應密切關注粉磨系統(tǒng)所用的不同物料特性及其變化。關于被磨物料理化性能對粉磨系統(tǒng)產量與能耗的影響，可參見筆者在本刊2016-06期《水泥粉磨系統(tǒng)異常案例分析及解決措施之物料物理性能部分》一文的詳盡論述。

  參考文獻

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  【2】成都九泰科技有限公司，復合耐磨合金輥套應用報告2017.10內部資料

  【3】、劉福永、袁鳳宇、張志宇《立磨替代輥壓機作預粉磨的改造實踐》，《新世紀水泥導報》2017.05

  【4】、鄒偉斌《提高水泥粉磨系統(tǒng)預粉磨能力的實踐》，《新世紀水泥導報》2017.02

  【5】、尚義華《V型選粉機布料不均致水泥磨產量偏低的分析》，《水泥工程》2016.01

  中國水泥網(wǎng)將于2018年6月13-14日在杭州舉辦“2018第十屆國際粉磨峰會”，本屆峰會以“超低電耗 高性能水泥 無人值守”為主題，將邀請行業(yè)專家深度探析降低粉磨能耗及高性能水泥生產的途徑，并舉行互動論壇，現(xiàn)場解答疑問、交流經驗。