0 引言
目前,国内用于粉磨的设备主要有球磨机、立磨和辊压机。传统的球磨机工作效率低、能耗高、结构庞大、工作噪音大；立磨结构紧凑，但其结构复杂、磨损严重、维修工作量大，且系统通风费用高；辊压机从耗能上看表现优异，但也存在循环负荷率高、振动大、系统烘干能力差等缺点。因此，这些磨机的应用都有一定的局限性。
德国CMPAG公司在深入研究粉磨机理和现有各种粉磨设备的基础上,开发出一种集球磨机的产品质量及可靠性、立磨紧凑结构和辊压机低能耗优点于一体的全新粉磨设备——BETA磨。因国内有关BETA磨的报道较少，为此，本文以CMPAG公司的研究为基础，详细介绍BETA磨的工作原理，并与立磨和辊压机性能进行对比。
1 BETA磨的结构及工作原理
BETA磨的结构简单、紧凑，主要由电动机、减速器、液压装置、上下辊和进出料仓组成（见图1）。其构造跟辊压机比较相似，主要区别在于其传动系统只由一组电动机和减速器组成，两个磨辊位置非传统的辊压机水平放置，而是分为上辊和下辊。上辊为动辊，由液压装置提供粉磨压力，下辊为定辊，由电动机经减速器提供转动动力。
图1 BETA磨的结构
BETA磨的工作原理：物料从进料仓喂入,进入磨机内的物料形成均匀稳定的料层水平运送至下辊，下辊由变频控制的传动系统提供转动动力,带动物料进入压力粉磨区间，上辊由液压系统提供粉磨压力，磨细物料，其工作原理见图2。
图2 BETA磨的工作原理
BETA磨与立磨和辊压机等粉磨设备一样,同属于料床粉磨,这种粉磨原理大大优于球磨机的单颗粒破碎。与立磨和辊压机的相似之处在于:均借助于滚动的压力辊将粉磨能量传递给被粉磨的物料,实现一次或多次辊压而完成物料的粉磨[1]。所不同的是:立磨是磨辊与磨盘面之间挤压,辊压机是两个辊面挤压,BETA磨与辊压机的挤压方式相同，但其物料的运行方式不同。
2 BETA磨的优势
2.1 稳定的料床
BETA磨中的物料在进入磨辊碾碎区前，通过水平传输带和下辊带动，加速至与磨辊转速同速，其速度不受其他因素影响。料层厚度是根据不同的粉磨参数，如物料、含水率、细度及产量进行设定的，可通过调整辊速或喂料速率在很大的范围内进行独立的自由控制。由于立磨和辊压机物料在磨内的运动状态相对复杂，料床厚度一般只能控制在一定范围内，难以精确控制。
立磨中存在物料的侧向滑移,特别是由于物料在离心力作用下沿径向向外溢流,磨辊与边缘不均匀的料层接触,使磨辊外端的物料滑动更大[2]。辊压机对物料的粒度要求较高，物料粒度较小时流动性能好，当细粉被拉入高压力区进行挤压时，通过速度过快，易产生滑动，导致辊压机产生振动。这也是辊压机用作终粉磨系统需要解决的问题之一。BETA磨中的物料随下辊带动，稳定均匀地以将近垂直于磨辊压力的方向进入碾压区[3]（见图2），即使没有施加任何压力，料床也会在磨辊间保持稳定。
2.2 更低的磨损率
辊压机因两台电动机滑差率不同增加辊面的磨损。立磨磨盘与磨辊之间只有在某一半径处线速度相同，其余部分均有速度差，从而产生剪切而增加磨耗。另外，立磨磨辊和磨盘大多采用堆焊辊面或高铬衬板，与辊压机辊面材质上有差异，使用寿命比辊压机短[4]。而采用单传动的BETA磨动辊由定辊带动，两辊之间的线速度近乎相同，最小的速度差异使辊面的磨损降到最低。同时采用新型耐磨焊材和先进的均匀堆焊技术，进一步提高辊面使用寿命。
2.3 自由调整工作速度
辊压机最初的设计目标是采用高转速以达到高产量和高效率。但试验中发现,这样不可避免地产生振动。通过对磨机在不同速度下，产量和能耗的测定，可以得到磨机速度、产量和能耗之间的关系（见图3）。
图3 磨机速度、产量、能耗关系
从图3中可以分析得出，辊压机被限制在一个最大的经济速度内，在此速度范围内其产量随速度匀速增加，同时单位能耗为定值。在超过经济速度范围后，辊面和料层之间滑动加大，电耗增加，而生产能力变化很小。这也与辊压机在高转速中产生振动的现象相吻合，由于在操作中从压缩区排出空气过多而发生剧烈振动，其能量用在磨机的振动等多余消耗上，速度越高，振动越剧烈。
立磨内部工况最为复杂，对每一个速度都有一个不同的、不可调节的工作点，可控性较差。而BETA磨拥有恒定的产量/速度比，同时整个工作范围内单位电耗恒定，理论上BETA磨的最高转速不受限制，这也是其产能超越辊压机的重要依据。
2.4 良好的工艺性
辊压机对原料的水分适应性较差。由于辊压机无烘干功能，仅通过V型选粉机内的热风很难达到理想的烘干效果，为了节能、降耗和提高产量，原料的水分理论上应该控制在1.5%以内[5]。立磨采用气体作为烘干和输送物料的介质，因此适用于烘干兼粉磨作业，可利用预热器和篦冷机排出的～℃低温废气作为烘干介质，烘干和粉磨含水分8%～10%的物料。如果另设辅助热风炉，入磨气温升高到℃左右，则可烘干与粉磨含水分达15%～20%的物料。立磨的辊压一般为10～35MPa，其工作压力较低，受物料易磨性的影响比较大，难以获得很好的粉磨效果。而辊压机的辊压一般为～MPa，属于高压操作，不受物料易磨性的影响。
BETA磨属于中高压操作，并拥有广泛调压范围，也基本不受物料易磨性的影响。同时BETA磨提出与气流干燥机相结合（见图4）的生产工艺，含水率高达35%的物料也可以进行粉磨。尤其对于终粉磨工艺，由于将烘干工艺从选粉工艺中分离出来，可以达到很高的效率。
图4 带有气流干燥机的粉磨理念
立磨用于水泥生料粉磨技术已十分成熟，但用于水泥终粉磨在国内却很少。辊压机在水泥生产中，工艺系统由早期的预粉磨，发展为混合粉磨、联合粉磨和部分终粉磨等多种形式共存，但应用于终粉磨系统较少[6]。在水泥终粉磨系统中，水平辊磨适合作为单级粉磨工艺使用。目前，大型水平辊磨生产工艺被认为技术是成熟的，但其相对较低的生产率是其进一步发展的最大阻碍。BETA磨是由水平辊磨转型而来，其独特的粉磨原理允许对料床厚度和粉磨压力进行单独设定，这就增加了其达到或超过辊压机生产效率的可能性[7]。文献[3]给出了BETA磨生产CEMI42.5R水泥与CEMI52.5R水泥的粒度分布图，粒度分布已接近最佳性能RRSB方程。BETA磨作水泥终粉磨系统工艺流程见图5。
图5 BETA磨作终粉磨系统工艺流程
2.5 低能耗与低投入
辊压机相对于立磨能耗低，同时一次性的投入也相对较低，这已经是事实。BETA磨从理论上比辊压机能耗更低，由于只有一个电动机传动，装机功率远低于辊压机。
CMPAG公司的RD技术中心和其合作企业可以进行包括球磨机、立磨、辊压机和BETA磨在内的各类磨机的工业性测试。合作企业的矿渣粉磨站给出了BETA磨与辊压机在矿渣粉磨上的表现，RD技术中心给出了BETA磨在水泥终粉磨的能耗，文献[7]给出了辊压机在水泥终粉磨的单位能耗，将以上数据汇总于表1。这些从实际上验证了BETA磨在预粉磨和终粉磨中，单位耗能均大大低于辊压机。
表1 BETA磨与辊压机单位能耗对比
注：一次通过率是指在矿渣预粉磨中，经过挤压机一次碾压后通过90μm筛的通过率。
在预粉磨中，BETA磨的一次通过率也高于辊压机，粉磨效率更高。由于循环负荷降低，仅需要较小生产能力的外部设备。同时由于单传动的设计，其结构更紧凑，制造成本更低。
3 结束语
BETA磨集各种粉磨设备的优点于一身，由于其能够广泛并自由调节粉磨压力、粉磨速度及料床厚度，因此理论上对任何物料都能给定最佳的粉磨参数，即使是难磨的物料，也能够提供平滑和稳定的粉磨条件。BETA磨在实际使用中，特别适合对各种难磨物料进行粉磨，多用于粉磨矿渣和波特兰水泥熟料。现今投入市场的最大型号为双辊BM型，其辊宽mm，辊径mm，矿渣预粉磨能力t/h，终粉磨(m2/kg)能力60t/h。最大设计型号BM,辊宽达到mm，粉磨能力是BM型的3.5倍，有待实际应用的检验。
目前，在国内市场建立全新磨机的概念还比较困难，同时其现有的产能还无法满足大部分国内生产商的需求。但可以期待的是，随着产能的增加以及技术的不断改进与创新，BETA磨在磨损率、能耗和工艺上的优异表现必将是未来水泥终粉磨系统的发展趋势。
作者：杜文俊，丁 一
作者单位：武汉理工大学 机电工程学院
文章摘自《水泥》杂志年第1期
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