Grinding trends in the cement industry

•
GPAG
Cement grinding plant
Zementmahlanlage
Grinding trends in the cement industry
Joachim Harder
OneStone Consulting Group GmbH, Buxtehude/Germany
Summary: The main trends concerning grinding processes in the cement industry are still higher efficiency, reduction of the power
consumption and system simplicity. In the case of new orders, vertical mills have increased their share to over 60 % and ball mills have
fallen to less than 30 %. It is somewhat surprising that the number of different grinding processes and mill types used by the industry
have increased rather than decreased. The throughput capacities of the employed mills have risen, but in some cases this has brought
machines, e.g. gear units, to the limit of their capabilities. In the cement industry, the use of separate grinding plants is currently showing a two-digit annual growth rate. The number of mill vendors has also increased and the competitive pressure has intensified.
Trends bei der Vermahlung
in der Zementindustrie
Tendances en matière de broyage
dans l’industrie du ciment
Las tendencias en la molienda
en la industria del cemento
Höhere Effizienz,
Energie­einsparungen und Einfachheit
sind nach wie vor die bestimmenden
Trends bei den Mahlverfahren für die
Zementindustrie. Bei Neuaufträgen sind
Vertikalmühlen auf über 60 % Anteil gewachsen und Kugelmühlen auf weniger
als 30 % gefallen. Etwas überraschend
dabei ist, dass nicht weniger unterschiedliche Mahlverfahren eingesetzt werden,
sondern die Variationen bei den Mahlverfahren und Mühlentypen haben eher zugenommen. Die Durchsatzleistungen der
Mühlen sind gestiegen, was aber auch teilweise an die Grenzen, z. B. bei Getrieben,
stößt. Separate Mahlwerke kommen in der
Zementindustrie derzeit auf zweistellige
jährliche Wachstumsraten. Auch die Zahl
der Mühlenanbieter hat sich erhöht und
der Wettbewerbsdruck hat zugenommen.
Résumé: Les tendances déterminantes en
Resumen: Los factores fundamentales en
matière de procédés de broyage dans l’industrie du ciment sont toujours l’efficacité
supérieure, les économies d’énergie et la
simplicité du système. Pour les commandes
de matériel neuf, le taux des broyeurs verticaux est passé à plus de 60 % alors que celui
des broyeurs à boulets est descendu à moins
de 30 %. Ce qui surprend un peu, c’est que
le nombre de procédés différents n’a pas
baissé, mais que le nombre de variantes de
procédés de broyage et types de broyeurs a
plutôt augmenté. Les broyeurs présentent
des capacités plus élevées, atteignant toutefois leurs limites pour les réducteurs par
exemple. Les unités de broyage séparées
connaissent actuellement dans l’industrie
du ciment des taux de croissance annuels
à deux chiffres. Le nombre de fournisseurs
de broyeurs a également augmenté se traduisant par un accroissement de la pression
concurrentielle.
los procesos de molienda en la industria
del cemento siguen siendo una más alta
eficiencia, el ahorro en el consumo de
energía y la simplicidad de los sistemas.
En el caso de nuevos proyectos, la cuota
de los molinos verticales ha superado el
60 %, mientras que la de los molinos de
bolas ha caído por debajo del 30 %. Es en
cierta manera sorprendente que el número
de procesos de molienda diferentes y los
tipos de molinos hayan incrementado. La
capacidad de los molinos empleados ha aumentado, lo que ha llevado a la maquinaria,
por ejemplo a los reductores, al límite. Las
instalaciones de molienda separadas en la
industria del cemento están alcanzando en
la actualidad tasas de crecimiento anual de
dos dígitos. El número de suministradores
de molinos ha crecido y la presión de la
competencia se ha intensificado.
Zusammenfassung:
46
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
www.zkg-online.info
Product Review
Other
10%
Ball mill
29%
Vertical
mill
61%
1 Tilbury grinding plant, owned by Cemex UK (Cemex)
Mahlwerk Tilbury von Cemex UK (Cemex)
2 Mill orders 2007/2008 according to mill types (OneStone) [3]
Mühlenneubestellungen 2007/2008 nach Mühlentypen
(OneStone) [3]
1 Introduction
Worldwide, there are around 600 separate grinding plants in the
cement industry. These receive their feed materials, such as clinker, slag, fly ash and other pozzolanas and intergrinding materials from various sources and are not preceded by an integrated
clinker production line. This principle, known as the “split
grinding” or “hub and spoke process”, is a practical method
in cases where the raw materials for clinker manufacturing are
only available locally, and particularly not at the locations where
the cement is consumed. For this reason, the market for split
plants has grown especially strongly in China, India, Vietnam,
Brazil and Turkey. However, numerous split plants also exist in
countries like Italy, Germany, France, Spain, South Korea, South
Africa and Australia. One reason for this is that existing integrated plants often remain in operation only as grinding plants
after clinker production has been discontinued, and the reason
is that grinding plants enable newcomers to quickly establish
themselves on a market.
The two foremost cement manufacturers, Lafarge and Holcim,
increased the number of their grinding plants by 11 and 16 respectively in the period 2005 to 2008.Taken together, this makes
up 16 % of all new grinding plants installed during this period.
The variety of employed grinding processes already mentioned
can already be seen in the case of the separate grinding plants
(Fig. 1). Today, approx. 70 % of the installed mills are ball mills.
This statistic includes the figures for China. In the case of new
plants, the number of ball mills is even lower, at less than 50 %,
and energy-efficient grinding processes are preferred.This trend
is even clearer in integrated cement plants, where the worldwide percentage of new ball mills for raw material and coal
grinding is now only approx. 10 % (excluding China) or 15 %
(including China). The figures for clinker grinding are again
comparable with those for separate grinding plants.
2 Overview of grinding processes and applications
The cement industry makes use of four mill types: the ball mill,
the vertical mill, the roller press (also known as high-pressure
grinding roll) and the horizontal mill. A report on the development over time towards those mill types, which was largely determined by efforts to achieve higher energy efficiency,
was already presented in [1]. However, it also has to be taken
into consideration that the different mill feed raw material,
coal, clinker and slag have different grindabilities, feed particle
1 Einleitung
Weltweit existieren in der Zementindustrie bereits etwa
600 separate Mahlanlagen, die ihre Mahlgüter wie Klinker,
Schlacke, Flugasche und andere Puzzolane und Zumahlstoffe
von unterschiedlichen Quellen beziehen und denen keine integrierte Klinkererzeugung vorgeschaltet ist. Dieses als „Split
Grinding“ oder „Hub and Spoke“-Verfahren bezeichnete
Prinzip ist immer dann sinnvoll, wenn die Rohmaterialien für
die Klinkerherstellung nur lokal und insbesondere nicht dort
verfügbar sind, wo der Zement verbraucht wird. So ist der
Markt für Split-Anlagen insbesondere in China, Indien, Vietnam, ­Brasilien und der Türkei kräftig gewachsen. Aber auch in
Ländern wie Italien, Deutschland, Frankreich, Spanien, Südkorea, Südafrika und Australien gibt es zahlreiche derartige
Anlagen. Zum einen werden oftmals existierende integrierte
Werke nach Einstellung der Klinkererzeugung als Mahlwerk
weiterbetrieben, zum anderen ist mit Mahlwerken ein schneller
Markteintritt für Newcomer möglich.
Betrachtet man einmal die beiden führenden Zementhersteller
Lafarge und Holcim, so erkennt man, dass die Unternehmen
die Zahl ihrer Mahlwerke von 2005 auf 2008 um 11 bzw. 16
erhöht haben. Dies macht 16 % aller in dem Zeitraum neu ein­
gerichteten Mahlwerke aus. Bei den separaten Mahlwerken
(Bild 1) zeigt sich bereits die gesamte Bandbreite der eingesetzten Mahlverfahren. Betrachtet man die Mühlenpopulation, so
sind etwa noch 70 % der vorhandenen Mühlen Kugelmühlen.
Dabei sind die Zahlen für China enthalten. Bei den Neuanlagen sind Kugelmühlen auf unter 50 % gefallen und es kommen
verstärkt energieeffiziente Mahlverfahren zum Einsatz. Bei integrierten Zementwerken ist dieser Trend noch deutlicher. Der
Anteil neuer Kugelmühlen für die Rohmaterial- und Kohlevermahlung liegt dort nur noch bei etwa 10 % weltweit (ohne
China) bzw. 15 % (mit China). Die Klinkervermahlung ist
wieder mit den Zahlen für separate Mahlablagen vergleichbar.
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
2 Übersicht der Mahlverfahren und Anwendungen
Mit Kugelmühlen, Vertikalmühlen, Rollenpressen und Horizontalmühlen kommen in der Zementindustrie vier Mühlentypen zum Einsatz. Über die zeitliche Entwicklung, die weitestgehend von dem Bestreben zu einer höheren Energieeffizienz
geprägt ist, wurde in [1] berichtet. Es ist aber ebenso zu bewww.zkg-online.info
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Product Review
Slag
6%
84
Raw
material
34%
80
Share [%]*
Coal
18%
100
2000/02
80
2007/08
60
40
20
12
13
4
0
Vertical mill
Ball mill
Mill type
Clinker
42%
7
Other
* Without local Chinese market
3 Mill orders 2007/2008 according to application (OneStone) [3]
Mühlenneubestellungen 2007/2008 nach Anwendungen
(OneStone) [3]
4 Types of mills for raw material grinding (OneStone) [3]
Mühlentypen zur Rohmaterialvermahlung (OneStone) [3]
size ranges and moisture contents and also demand different
throughput rates, fineness data and other quality parameters.
Each of the mill types and the associated grinding process are
therefore more suitable for some applications and requirements
than for others, and there is no universal mill [2]. Instead, combination processes have been devised, or else certain mill types
dominate individual applications.
Figure 2 presents an overview of new mill orders in the cement
industry worldwide from 2007 to 2008. These figures do not
include local supplies by Chinese vendors, as no precise data
material is yet available for such cases. In the above two years,
which will go down in history as boom years for mill suppliers,
more than 660 mills were sold, 373 of them in 2007 and 289
in 2008 [3]. The above statistics take account of cancellations
due to the impending world economic crisis. Of the more than
660 mills, 61 % (410 machines) were vertical mills. In the case
of western vendors, 63 vertical mills were delivered to China
(82 % for raw material grinding), while Chinese vendors delivered 5 units to clients outside China. During the stated period,
an estimated 300 vertical mills were supplied by Chinese vendors to clients within China.
Aside from the 410 vertical mills in the above statistic, 189 ball
mills (29 %) and 63 (10 %) other types of mill were sold. Of
these 63 other mill types, 59 were roller presses and only 4
were horizontal mills, so that the last type of mill only had a
total market share of less than 1 % in the period of time under
consideration. Figure 3 depicts the percentages of the different
applications. Clinker/cement grinding is the biggest market
segment with 42 %, followed by raw material grinding with
34 %. Taken together, coal and slag grinding make up less than
a quarter of all applications. All these figures have to be seen
against the background of the order boom of the two years
and particular account must be taken of the fact that vertical
mills have the longest delivery times, other mills provide price
advantages or have their own particular advantages and that
therefore a decision in favour of vertical mills was made more
difficult in specific cases [4].
rücksichtigen, dass die verschiedenen Mahlgüter Rohmaterial,
Kohle, Klinker und Schlacke unterschiedliche Mahlbarkeiten,
Aufgabekörnungen und Feuchten besitzen und außerdem unterschiedliche Durchsätze, Feinheitsanforderungen und sonstige Qualitätsparameter verlangen. Insofern sind die Mahlverfahren für die unterschiedlichen Anforderungen mal mehr und
mal weniger geeignet und es gibt keine universelle Mühle [2].
Stattdessen existieren beispielsweise Kombiverfahren oder aber
bestimmte Mühlentypen dominieren einzelne Anwendungen.
Bild 2 zeigt eine Übersicht der weltweiten Mühlenneubestellungen der Zementindustrie von 2007 bis 2008. Bei den
Zahlen sind lokale Lieferungen chinesischer Anbieter nicht
berücksichtigt, da hierüber bisher kein genaues Datenmaterial
verliegt. In den beiden Jahren, die in die Geschichte als Boomjahre bei den Lieferenten eingehen werden, wurden insgesamt
über 660 Mühlen verkauft, 373 entfielen auf 2007 und 289
auf 2008 [3]. Stornierungen aufgrund der sich abzeichnenden
Wirtschaftkrise sind in den Zahlen berücksichtigt. Von den
über 660 Mühlen sind allein 61 % (410 Stück) Vertikalmühlen.
Davon entfallen von westlichen Anbietern 63 auf Lieferungen
nach China (82 % für die Rohmaterialvermahlung) und von
chinesischen Anbietern 5 Lieferungen auf außerhalb China.
Geschätzte 300 Vertikalmühlen entfallen für den Zeitraum auf
Lieferungen chinesischer Anbieter in China.
Neben den 410 Vertikalmühlen der Statistik wurden 189 Kugelmühlen (29 %) und 63 (10 %) sonstige Mühlen verkauft.
Von den 63 sonstigen Mühlen entfallen 59 auf Rollenpressen
und nur 4 auf Horizontalmühlen, so dass letztere insgesamt auf
weniger als 1 % Marktanteil in dem Zeitraum kommen. Bild 3
verdeutlicht den Anteil der unterschiedlichen Anwendungen.
Das größte Marktsegment mit 42 % betrifft die Klinker- bzw.
Zementvermahlung, gefolgt von der Rohmaterialvermahlung
mit 34 %. Die Kohle- und Schlackevermahlung kommen zusammen auf weniger als ein Viertel aller Anwendungen. Sämtliche Zahlen sind insbesondere vor dem Hintergrund des Bestellbooms der beiden Jahre zu sehen und dass insbesondere
bei Vertikalmühlen die längsten Lieferzeiten existierten, andere
Mühlen durchaus Preisvorteile oder andere Vorteile besitzen
und damit die Entscheidung für Vertikalmühlen in spezifischen
Fällen erschwert wurde [4].
2.1 Raw material grinding
Raw material grinding has the objective of producing a homogenous raw meal from a number of components that are
sometimes variable in themselves. The feed moisture contents
48
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
2.1 Rohmaterialvermahlung
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Product Review
6 Illustration of a Comflex® grinding system (KHD Humboldt ­Wedag)
Illustration einer Comflex®-Mahlanlage (KHD Humboldt Wedag)
5 Illustration of the Loesche LM 69.6 (Loesche)
Illustration Loesche LM 69.6 (Loesche)
are generally between 3 and 8 %, but sometimes also over 20 %
by weight. Fineness requirements are usually < 10 % to 15 %
residue on the 90 µm screen (< 1– 2 % residue on the 200 µm
screen) with feed particle sizes of 100-200 mm. Figure 4 shows
that on this sector vertical mills were installed in 80 % of all new
grinding plants, after 84 % in the preceding period of time. The
advantage of vertical mills is their relatively low power consumption and the simultaneous grinding, drying and separation
in the mill itself, together with a wide mass flow control range
of 30 –100 %. This mill type achieves a specific power requirement of below 10 kWh/t at a medium raw material hardness
and a medium product fineness of 12 % R 0.09 mm.
The increasing throughput rates of vertical mills kept pace with
the rise in kiln line capacities. For instance, a Loesche LM 69.6
with its grinding track diameter of almost 7 m, six grinding rollers (Fig. 5) and a drive power of 6600 kW can achieve throughput rates of up to 1200 tph for medium-hard cement raw material. The example of a grinding plant at ­ Grasim’s Tadripatri
works shows that the mill capacity decreases significantly if the
cement raw material is hard. At this plant, 16 000 tpd of raw
material is ground by two LM 69.6 mills for a clinker output
of 10 000 tpd [5]. Each mill runs at its warranted capacity of
420 tph. However, at a different plant in India the same size
of mill achieves a grinding capacity of 745 tph. All the leading manufacturers of vertical mills now build machines with
capacities exceeding 600 tph. Large vertical mills with several
independent grinding rollers allow grinding operation to be
maintained even if one roller or one pair of opposite rollers
fails [5–6], so that at least partial-load operation of the kiln line
is possible.
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
Bei der Rohmaterialvermahlung soll ein homogenes Rohmehl
aus vielen, teilweise in sich variablen Komponenten erzeugt
werden. Die Aufgabefeuchten liegen in der Regel zwischen
3 und 8 %, teilweise auch über 20 Gew. %. Die Feinheitsanforderungen liegen meist bei < 10 % bis 15 % Rückstand
auf dem 90 µm Sieb (< 1– 2 % Rückstand auf dem 200 µm
Sieb) mit Aufgabekorngrößen von 100 –200 mm. Gemäß
Bild 4 machen Vertikalmühlen 80 % aller neuen Mahlverfahren
in dem Sektor aus nach 84 % im vorherigen Zeitraum. Der
Vorteil der Vertikalmühlen liegt im relativ niedrigen Energieverbrauch und der gleichzeitigen Vermahlung, Trocknung
und Sichtung in der Mühle mit dem weiten Regelbereich des
Massenstromes von 30 –100 %. Als spezifischer Arbeitsbedarf
werden weniger als 10 kWh/t bei einer mittleren Härte des
Rohmaterials und mittlerer Aufmahlung von 12 % R 0,09 mm
erzielt.
Die Durchsätze von Vertikalmühlen konnten mit den wachsenden Leistungen der Ofenlinien Schritt halten, wobei beispielsweise von Loesche mit einer LM 69.6 mit einem Mahlbahndurchmesser von fast 7 m und 6 Mahlwalzen (Bild 5) bei
Antriebsleistungen von 6600 KW Durchsätze bis zu 1200 t/h
für mittelhartes Zementrohmaterial möglich sind. Dass bei
einem harten Zementrohmaterial deutliche Einbußen in der
Leistung erfolgen, zeigt eine Mahlanlage bei Grasim im Werk
Tadripatri. Für eine Klinkerleistung von 10 000 t/d werden
dort 16 000 t/d Rohmaterial über zwei LM 69.6 vermahlen
[5]. Jede Mühle liefert eine garantierte Leistung von 420 t/h. In
einem anderen Werk in Indien kommt dieselbe Mühlengröße
auf eine Mahlleistung von 745 t/h. Von allen führenden Vertikalmühlenherstellern sind inzwischen Mühlenleistungen von
über 600 t/h ausgeführt. Große Vertikalmühlen mit mehreren
unabhängigen Mahlwalzen ermöglichen die Aufrecherhaltung
des Mahlbetriebs, auch wenn eine Mahlwalze bzw. ein gegenüberliegendes Walzenpaar ausfällt [5–6], so dass zumindest ein
Teillastbetrieb der Ofenlinie möglich ist.
In 12–13 % der Fälle wie z. B. bei der Vermahlung sehr trockewww.zkg-online.info
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100
2000/02
2007/08
Share* [%]
80
59
60
49
39
40
24
20
17
12
0
Vertical mill
Ball mill
Mill type
Other
* Without local Chinese market
7 Types of mill for clinker grinding (OneStone) [3]
Mühlentypen zur Klinkervermahlung (OneStone) [3]
8 World’s largest ball mill at Nuh Cimento (FLSmidth)
Weltgrößte Kugelmühle bei Nuh Cimento (FLSmidth)
Ball mills are still used in 12–13 % of all raw material grinding applications, such as the grinding of dry or abrasive raw
materials.
However, the development potential of ball mills seems to be
exhausted, even though some new concepts are under investigation, such as ball mills with a conical housing and mills with
variable L/D ratios [7]. Although roller presses have so far generally been used in combination processes with ball mills, they
have gained significance for the finish grinding process in recent years, partly due to new developments. Horizontal mills
have so far little been able establish themselves in raw ma­terial
grinding. The growing success of roller presses is primarily
due to improved separator concepts. KHD Humboldt Wedag
brought the V-Separator onto the market in 1994. This separator has meanwhile become an important module in grinding
systems and more than 135 units have been sold.
Such a system for raw material grinding (Fig. 6) consists of one
or two parallel roller presses, a downstream static V-Separator
and a preceding high-efficiency separator. The two separators
are connected by a pneumatic conveyor. In the V-Separator, the
material is dried and the coarse fraction is removed. The coarse
material is then returned via a bucket elevator to the mill feed
system for regrinding together with the fresh feed material.
The fine material passes to the separator for finished product
­collection. Oversize material is also returned from there to the
roller press.Throughput rates of up to 1000 tph can be achieved
with this type of system. Particularly COMFLEX® compact
systems exceed expectations with regard to system simplicity
[8]. ­Polysius has implemented a similar concept, e.g. at TXI Oro
Grande, with the difference that both separators precede the
roller press [9].
ner oder abrasiver Rohmaterialien kommen für die Rohmaterialvermahlung noch Kugelmühlen zum Einsatz.
Das Entwicklungspotenzial der Kugelmühlen scheint ausgeschöpft, auch wenn teilweise neue Konzepte wie beispielsweise
Kugelmühlen mit einem konischen Mahlgehäuse und variablen L/D-Verhältnis untersucht werden [7]. Rollenpressen wurden bisher zumeist in der Kombivermahlung mit Kugelmühlen
eingesetzt, haben in den letzten Jahren aber auch durch neue
Entwicklungen als Fertigmahlverfahren an Bedeutung gewonnen. Horizontalmühlen haben sich bisher in der Rohmaterialvermahlung wenig etablieren können. Der wachsende Erfolg
der Rollenpressen ist in erster Linie auf verbesserte Sichterkonzepte zurückzuführen. KHD Humboldt Wedag hatte 1994 den
V-Separator auf den Markt gebracht, von dem inzwischen über
135 Einheiten verkauft sind und der als wichtiger Baustein in
Mahlanlagen eingesetzt wird.
Ein solches System für die Rohmaterialvermahlung (Bild 6)
besteht aus einer oder zwei parallelen Rollenpressen, einem
nachgeschalteten statischen V-Sichter und einen vorgeschalteten Hochleistungssichter. Beide Sichter sind über einen pneumatischen Transport miteinander verbunden. In dem V-Sichter
wird das Material getrocknet und das Grobgut vorabgeschieden. Das Grobgut wird über ein Becherwerk zur erneuten Vermahlung dem Aufgabegut mit dem Rohgut aufgegeben. Das
Feingut gelang in den Sichter zur Fertigguttrennung. Überkorn
wird ebenfalls zu der Rollenpresse rückgeführt. Mit derartigen
Systemen sind Durchsätze bis 1000 t/h möglich. Insbesondere die COMFLEX®-Kompaktanlagen übertreffen die Erwartungen hinsichtlich der Anlageneinfachheit [8]. Von Polysius
wurde z. B. bei TXI Oro Grande ein ähnliches Konzept umgesetzt, wobei aber beide Sichter der Rollenpresse vorgeschaltet
sind [9]. 2.2 Clinker/cement grinding
2.2 Klinker- bzw. Zementvermahlung
For cement grinding, normal mill capacities are between 100
and 200 tph. This means that even for medium-sized kiln lines
of e. g. 5000 tpd, several mills usually have to be used. Cement
grinding plants with capacities exceeding 300 tph have up to
now only been installed at a handful of factories. Mill capacities depend greatly on the grindability of the clinker and of
the intergrinding material, such as slag or limestone, as well as
on the required cement fineness. The mill output decreases in
line with increasing product fineness.The achieved mill capacities for different vertical mill sizes and cements are stated, for
Übliche Mühlenleistungen bei der Zementvermahlung liegen
bei 100 bis 200 t/h, d. h. selbst mittleren Ofenlinien von z. B.
5000 t/d sind meist mehrere Mühlen nachgeschaltet. In nur
wenigen Fällen sind bisher Mahlanlagen mit Leistungen über
300 t/h in Betrieb. Die Leistungen hängen stark von der Mahlbarkeit des Klinkers und der Zumahlstoffe wie Schlacke oder
Kalkstein und den gewünschten Feinheitsanforderungen ab. Je
feiner aufgemahlen wird, umso geringer ist der Durchsatz. Für
Vertikalmühlen sind z. B. die erzielten Mühlenleistungen für
verschiedene Mühlengrößen und Zemente in [10 –11] darge-
50
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ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
Product Review
9 Ball mill from Sinoma for Holcim Tanzania (Project Cargo Logistics)
Kugelmühle von Sinoma für Holcim Tanzania (Project Cargo
­Logistics)
example, in [10 –11]. Developments during recent years have
shown that there are now only small differences in the cement
quality produced by different cement mills [12 –13].
Figure 7 shows that ball mills are still the type usually ordered for
cement grinding applications, even though their market share
has decreased from 59 % to 49 %. In contrast, vertical mills have
significantly increased their share from 17 % to 39 %. The market shares of roller presses and horizontal mills have declined
slightly. In view of the poor energy utilization of ball mills,
one may wonder why they still account for almost half of all
ordered cement mills. The reasons for this are complex. Firstly,
ball mills are used in combination grinding systems and finish
grinding systems because they are held in high regard due to
easy operation and high availability (Fig. 8). Secondly, conversions to high-efficiency separators in closed circuits are often
undertaken, often involving the purchasing of replacement ball
mills or the modernization of existing ball mills [14]. Sometimes, ball mills are purchased as stand-by mills for vertical mills
[15]. Furthermore, ball mills offer price advantages in comparison to other mill types, particularly if supplies from China are
considered (Fig. 9).
In recent years, a number of developments have dealt with the
improvement and optimization of ball mills. Such efforts are
prompted by the fact that ball mills are still widely used and
by the increasing specific grinding costs. Studies by the VDZ
[16] or, for example, by CRH [17], show that existing cement
mills possess a high optimization potential. One significant field
is improvement of the grinding ball grading, which can reduce the energy requirement by around 10 %. Specific ma­terial
transfer diaphragms and discharge diaphragms with ma­terial
flow regulation bring a significant additional improvement.
Modern noise sensors on the rotating mill shell can accurately
measure the filling levels of the first and second grinding compartments independently of each other [18].
The flexibility of the HPGR/roller press allows it to be used in
various system configurations as a “combi-mill” (Fig. 10)together with ball mills for primary grinding and semi-finish grinding, or as a single-stage grinding process for finish grinding.
Particularly in the last few years, a trend towards finish grinding
has become discernible. Three points are viewed as the main
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
10Combination grinding system with roller press at Ladce Cement
(Koeppern)
Kombimahlanlage mit Rollenpresse bei Ladce Cement (Koeppern)
stellt. Die Entwicklung der letzten Jahre hat gezeigt, dass bei
der Zementvermahlung nur noch geringe Unterscheide in der
Zementqualität aus unterschiedlichen Mühlen gesehen werden
[12 –13].
Gemäß Bild 7 werden für die Zementvermahlung noch hauptsächlich Kugelmühlen geordert, auch wenn der Anteil von 59 %
auf 49 % abgenommen hat.Vertikalmühlen haben dagegen von
17 % auf 39 % Marktanteil deutlich zugenommen. Rollenpressen und Horizontalmühlen haben bei den Marktanteilen leicht
verloren. Wegen der schlechten Energieausnutzung der Kugelmühlen stellt sich die Frage, warum sie fast noch die Hälfte
der Zementmühlen ausmachen. Die Gründe hierzu sind vielschichtig. Auf der einen Seite werden Kugelmühlen in Kombimahlanlagen eingesetzt und für die Fertigmahlung wegen
ihrer leichten Handhabung und hohen Verfügbarkeit geschätzt
(Bild 8). Zum anderen erfolgt eine Umstellung auf Hochleistungssichter in geschlossenen Kreisläufen, wobei oftmals Ersatzbeschaffungen/Modernisierungen von Kugelmühlen erfolgen
[14]. Teilweise werden Kugelmühlen als Stand-by Mühlen für
Vertikalmühlen angeschafft [15]. Außerdem haben Kugelmühlen im Vergleich zu anderen Mühlen Preisvorteile, insbesondere
wenn Lieferungen aus China (Bild 9) betrachtet werden.
In den letzten Jahren haben sich eine Reihe von Entwicklungen mit der Verbesserung und Optimierung von Kugelmühlen
beschäftigt. Dies liegt sowohl an der nach wie vor breiten Verwendung als auch an den steigenden spezifischen Mahlkosten.
So zeigen Untersuchungen des VDZ [16] oder beispielsweise
von CRH [17], dass vorhandene Zementmühlen ein hohes
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51
Product Review
reasons for this [19]:
1. significantly improved grinding element service lives
[20],
2. new separator technology with static-dynamic separators
(Fig. 11),
3. the quality characteristics of cements from grinding machines other than the ball mill are no longer regarded as
negative.
Finish grinding plants equipped with roller presses achieve a
specific energy requirement of 21 kWh/t, the roller press being
responsible for 15.5 kWh/t or approx. 79 % and the auxiliary
units, separator, separator fan and bucket elevator accounting
for 21 % [19].
The application of vertical mills for cement grinding is currently regarded as a real technological breakthrough [21]. However,
this does not refer to so-called pregrinders [1], but to vertical
mills with integral separator (Fig. 12) that are used for ­ finish
grinding. For the grinding of Portland Cement with 95 %
­clinker, mill capacities of more than 350 tph can be achieved
[22], although the usual mill sizes offered by most vendors
only permit outputs of around 200 tph (Fig. 13). With the aim
of achieving higher capacities, a trend towards four or more
grinding rollers is discernable, as this keeps roller dimensions
small and thus minimizes the dynamic loadings and vibrations
in the mill. The energy savings achieved with vertical mills in
comparison to ball mills are primarily a function of the required fineness of grinding (Fig. 14).
All vertical mills provide the advantage of quick product type
changeover because the short material residence times in the
mill enable the attainment of quality and capacity parameters
just a short time after a changeover [12, 22], without having
to stop the grinding operation. On the other hand, it should
not be forgotten that the grinding conditions (grinding speed,
grinding pressure, water injection, grinding aids etc.) have to be
optimized for each different mill feed material. Also, the height
of the dam ring on the grinding table can only be optimally
adjusted for one single product, or else compromises have to be
made. During operation, the grinding bed depth can practically
only be influenced by the grinding speed. This indicates the
need for increased use of variable-speed drive units or the intro­
duction of completely new drive solutions for vertical mills in
the near future.
Optimierungspotenzial besitzen. Dabei geht es insbesondere
um eine verbesserte Gattierung der Mahlkugeln, welche den
Energiebedarf um etwa 10 % reduziert. Spezifische Übertragtrennwände und Austragwände mit
Materialstromregelungen bringen
eine zusätzliche signifikante Verbesserung. Durch neuartige Körperschallmessverfahren auf dem rotierenden Mühlenmantel können die
Füllstände der ersten und zweiten
Mahlkammer unabhängig voneinander gemessen werden [18].
Die Flexibilität der HPGR-Rollenpresse erlaubt unterschiedliche Anlagenkonfigurationen als Kombi­mühle (Bild 10) zur Vor- und
Teilfertigmahlung mit Kugelmühlen oder als einstufiges Mahlverfahren zur Fertigmahlung. Dabei ist insbesondere in den letzten Jahren ein Trend zur Fertigmahlung erkennbar. Als Gründe
dafür werden im Wesentlichen drei Dinge gesehen [19]:
1. Signifikant verbesserte Standzeiten der Mahlelemente
[20].
2. Neuartige Sichtertechnologie mit statisch-dynamischen
Sichtern (Bild 11).
3. Qualitätseigenschaften von Zementen aus anderen Mahlverfahren als der Kugelmühle gelten nicht länger als nachteilig.
Fertigmahlanlagen mit Rollenpressen erreichen einen spezifischen Energiebedarf von 21 kWh/t, wobei 15,5 KWh/t
bzw. etwa 79 % davon auf die Rollenpresse und 21 % auf die
Nebenaggregate, Sichter, Sichter-Gebläse und Becherwerk entfallen [19].
Als wahrer technologischer Durchbruch wird zurzeit die V
erwendung von Vertikalmühlen für die Zementvermahlung bezeichnet [21]. Damit sind allerdings nicht die sogenannten Pregrinder [1] gemeint, sondern Vertikalmühlen mit integriertem
Sichter (Bild 12) zur Fertigmahlung. Für die Vermahlung von
Portlandzement mit 95 % Klinker werden bereits Mühlenleistungen von über 350 t/h erzielt [22], wobei die üblichen Mühlengrößen der meisten Anbieter aber erst bei etwa 200 t/h liegen (Bild 13). Zu größeren Leistungen ist ein Trend zu vier und
mehr Mahlwalzen festzustellen, um die Walzenabmessungen
möglichst klein zu halten und damit dynamische Belastungen
und Vibrationen in der Mühle zu minimieren. Die Energieeinsparungen bei Vertikalmühlen im Vergleich zu Kugelmühlen
sind in erster Linie eine Funktion der geforderten Mahlfeinheit
(Bild 14).
Vorteilhaft bei allen
Vertikalmühlen
ist, dass ein schneller
Sortenwechsel möglich ist, weil aufgrund
der kurzen Materialverweilzeiten in der
Mühle nach einer
Umstellung die Parameter Qualität und
Leistung nach kurzer 12OK mill at California Portland Cement
Zeit erreicht werden
in the USA (FLSmidth)
[12, 22], ohne dass OK-Mühle bei California Portland Cement in den USA (FLSmidth)
der Mahlbetrieb ge-
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11Sepol® HR separator for Polycom finish grinding plant (Polysius)
Sepol® HR Sichter für Polycom-Fertigmahlanlage (Polysius)
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
Product Review
70
Spec. energy consumption, Total [kWh/t]
65
60
55
Ball mill
50
45
45 %
40
35
VRM
30
33 %
25
20
2500
2700
2900
3100
3300
3500
3700
3900
4100
4300
4500
Blaine value [cm2/g]
13Vertikal mill for clinker grinding at Ras-Al-Khaimah in VAE
­(Loesche)
Vertikalmühlen zur Klinkervermahlung bei Ras-Al-Khaimah in UAE
(Loesche)
14Specific energy requirement as a function of product fineness
­(FLSmidth)
Spezifischer Energieverbrauch in Abhängigkeit der Mahlfeinheit
­(FLSmidth)
Horizontal mills are suitable for use as a single-stage grinding
process in cement finish grinding systems. After some teething
problems, the scaled-up Horomill process is now regarded as
technically mature. More than 15 years after its introduction
onto the market, more than 40 Horomills are now in operation (Fig. 15), most of them for cement grinding. Compared to
ball mills, an energy saving of up to 50 % can be achieved, and
compared to vertical mills the saving is up to 20 % [23]. This
mill type’s limitation to relatively low throughput rates is regarded as the biggest hurdle for its further marketing. The biggest mill available at present allows a throughput rate of 120 tph
for normal Portland Cement. A report concerning a modified
horizontal mill, called the BETA mill (Fig. 16), was presented in
[24–25]. This grinding principle permits individual setting of
grinding bed depth and grinding pressure, increasing the possibility that equally high or higher efficiencies could be achieved
than with roller presses.
stoppt werden muss. Dabei darf aber nicht vernachlässigt werden, dass für unterschiedliche Mahlgüter die Mahlbedingungen
(Mahlgeschwindigkeit, Mahldruck, Wasser­eindüsung, Mahlhilfen usw.) optimiert werden müssen. Die Höhe des Stauringes
auf dem Mahlteller lässt sich nur für ein Produkt optimal einstellen oder es sind Kompromisse einzugehen. Die Mahlbetthöhe kann im Betrieb somit praktisch nur über die Mahlgeschwindigkeit beeinflusst werden. Dies setzt in der nächsten
Zeit verstärkt drehzahlvariable Antriebe oder komplett neue
Antriebslösungen für Vertikalmühlen voraus. Horizontalmühlen sind als einstufiges Mahlverfahren für die
Fertigmahlung von Zementen geeignet. Das Horomill-Verfahren gilt nach Anfangsproblemen mit der Maßstabsvergrößerung inzwischen als ausgereift. Seit mehr als 15 Jahren nach
der Markteinführung sind mehr als 40 Horomills in Betrieb
(Bild 15), das Gros für die Zementvermahlung. Gegenüber Kugelmühlen lassen sich bis zu 50 % Energie einsparen, gegenüber
Vertikalmühlen bis zu 20 % [23]. Als größte Hürde für eine
weitere Vermarktung wird die Begrenzung auf relative niedrige
Durchsatzmengen gesehen. So erlaubt die derzeit ­vorhandene
größte Mühle für Portlandzement Durchsätze von 120 t/h.
Über eine modifizierte Horizontalmühle, die als BETAMühle (Bild 16) bezeichnet wird, wurde in [24–25] berichtet.
Mit dem Mahlprinzip können Mahlbettdicke und Mahldruck
individuell eingestellt werden, sodass ebenso hohe oder höhere
­Wirkungsgrade als mit Rollenpressen denkbar sind. 2.3 Slag grinding
The grindability of granulated blast furnace slag (GBFS) is up
to 30 % worse than that of cement clinker, while the fineness
requirements of 4200 cm2/g to 5600 cm2/g are comparatively high and the moisture content can reach 20 %. However,
with 6 % of all applications, slag grinding only accounts for a
minor proportion of grinding systems in the cement industry.
For this reason, just a few orders suffice to alter the weighting
of individual mill types. After a period of high growth rates,
the market share of vertical mills recently declined from 59 %
to the present 45 % (Fig. 17). While the share of ball mills has
remained almost constant, the other grinding processes have
nearly doubled their market share from 19 % to 34 %. However,
this is practically restricted to roller presses, because horizontal
mills have so far hardly become established for slag grinding.
The main advantage of vertical mills (Fig. 18) is their process simplicity with drying, grinding, separation and ma­terial
­conveyance all taking place in one unit, combined with
their very good energy utilization and low wear rates. In the
meantime they achieve an equally high fineness of grinding
> 6000 g/cm2 (Blaine) as ball mills. In slag-grinding systems,
the external circulating material quantities are higher than
those of raw material and clinker grinding systems because of
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
2.3 Schlackevermahlung
Granulierte Hochofenschlacke (GBFS) bzw. Hüttensand weisen eine um bis zu 30 % schlechtere Mahlbarkeit als Zementklinker, vergleichsweise hohe Feinheitsanforderungen von
4200 cm2/g bis 5600 cm2/g und Materialfeuchten bis zu 20 %
auf. Mit 6 % aller Anwendungen macht die Schlackevermahlung aber nur einen geringen Anteil in der Zementindustrie
aus. Deshalb können wenige Aufträge schon die Gewichtung
der einzelnen Mühlentypen verändern. Nach einer Periode
von hohen Zuwachsraten haben Vertikalmühlen zuletzt Marktanteile verloren und kommen nach 59 % auf nunmehr 45 %
(Bild 17). Während Kugelmühlen nahezu konstant geblieben
sind konnten die sonstigen Mahlverfahren ihren Marktanteil
von 19 % auf 34 % nahezu verdoppeln. Gewinner dabei sind
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53
Product Review
15Twin Horomill at Cam Pha Cement in Vietnam (FCB Ciment)
Twin Horomill bei Cam Pha Cement in Vietnam (FCB Ciment)
16BETA mill BM250 as industrial-scale version (CMP AG)
BETA-Mühle BM250 als Industrieversion (CMP AG)
the lower gas velocities in the mill [26]. Tramp metal is removed
from the circulating material by magnetic drum separators and
other separating devices. Vertical mills can handle a maximum
moisture content of 20 %. Moist material has the effect of a
grinding aid and actually assists in the grinding bed stabilization. Throughput rates depend greatly on the mill feed material
and on the required product finenesses. Up to now, vertical
mills for slag grinding have been designed for capacities of up
to 300 tph [22].
Roller presses are employed for finish grinding and in combination grinding processes together with ball mills. Due to
their high grinding pressures and short material compression
time, the greatest energy savings are achieved in finish grinding.
Finish grinding plants of the latest generation (Fig. 19) are very
compact. Due to improved separator technology and longer
grinding element service lives, roller press finish grinding plants
have become an alternative to vertical mills.The separator technology and drying in an air stream allow the mill to be fed with
GGBFS with moisture contents of up to 15%. Depending on
the system configuration, the dried material from the external
material circuit and the coarse material from the finished material separator can be mixed into the fresh feed material for
the roller press. It is sensible to have a minimum feed material
moisture content > 2 % in order to improve the material pullin conditions for the roller press.
praktisch nur die Rollenpressen, da Horizontalmühlen in der
Schlackevermahlung bisher wenig eingesetzt werden.
Der wesentliche Vorteil der Vertikalmühlen (Bild 18) liegt in
der Prozesseinfachheit im Zusammenhang mit der hohen
Energieausnutzung und den geringen Verschleißwerten, wobei Trocknung, Mahlung, Sichtung und Materialtransport in
der Mühle erfolgen. Dabei werden inzwischen ebenso hohe
Mahlfeinheiten > 6000 g/cm2 (Blaine) wie mit Kugelmühlen
erzielt. Die externen Umlaufmengen sind dabei wegen verringerter Gasgeschwindigkeiten in der Mühle [26] größer als bei
der Rohmaterial- und Klinkervermahlung. Mittels Trommelmagnetscheidern und sonstiger Klassiereinrichtungen werden
die in der Umlaufmenge befindlichen metallischen Materialeinschlüsse bzw. Fremdkörper entfernt. Es können maximale
Feuchtegehalte von 20% verarbeitet werden. Feuchtes Material
wirkt wie ein Mahlhilfsmittel und trägt zur Mahlbettstabilisierung bei. Die Durchsätze richten sich stark nach dem Mahlgut
und den gewünschten Feinheiten. Bisher sind Leistungen bis
300 t/h konzipiert [22].
Rollenpressen werden zur Fertigvermahlung und gemeinsam mit Kugelmühlen in Kombimahlverfahren eingesetzt.
Aufgrund der hohen Mahldrücke und kurzen Beanspruchungsdauer werden bei der Fertigvermahlung die höchsten
Energieeinsparungen erzielt. Fertigmahlanlagen der neuesten
Generation (Bild 19) werden sehr kompakt ausgeführt. Durch
eine verbesserte Sichtertechnik und längere Standzeiten der
2.4 Coal grinding
Today, the product fineness demanded when grinding solid
fuels is approx. < 0.5 – 5 % residue on the 90 µm screen for
petroleum coke and anthracite and < 10 –15 % residue on the
90 µm screen for hard coal. In each case, the required residue
on the 200 µm screen is 0 %. Finer grinding of the coal reduces
the NOx emissions of a kiln line, but simultaneously decreases
the throughput of the coal mill and raises the specific power
consumption of the grinding process. Reduction of the residue
on the 90 µm screen by two percentage points raises the electrical power intake by around 1 kWh/t. While the specific power
consumption for grinding depends on the required product
fineness and the grindability, the amount of wear in the mill
is mainly determined by the quartz and pyrites content of the
coals [1].
Fig. 20 shows that in recent years only two types of mill accounted for most coal grinding applications in the cement in-
17Types of mill for slag grinding (OneStone) [3]
Mühlentypen zur Schlackevermahlung (OneStone) [3]
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100
2000/02
2007/08
Share [%]*
80
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59
45
40
34
22
21
20
19
0
Vertical mill
Ball mill
Mill type
Other
* Without local Chinese market
Product Review
18MPS BC mill at ACC in India (GPAG)
MPS BC Mühle bei ACC in Indien (GPAG)
19Comflex grinding system with roller press (KHD Humboldt Wedag) Comflex- Mahlanlage mit Rollenpresse (KHD Humboldt Wedag)
dustry.Vertical mills have meanwhile achieved a share of almost
90 %, while ball mills are just over 10 %. Ball mills are almost
exclusively employed for fuels with poor grindability. Up to
now, the capacities of vertical mills for coal grinding in cement works have ranged up to 50 tph. Keeping pace with the
trend towards higher kiln throughput rates has presented no
problems. Vertical mills can cope quite flexibly with changes
in the type of fuel, different grindabilities and varying fineness
requirements, because the grinding pressures and, in some cases,
the grinding table speeds can be adjusted fully automatically.
3 Important mill developments
Mahlelemente sind Rollenpressen-Fertigmahlanlagen zu einer
Alternative zu Vertikalmühlen geworden. Die Sichtertechnik
und Trocknung im Luftstrom erlaubt die Aufgabe von GGBFS
mit Feuchtegehalten bis 15%. Je nach Anlagenschaltung wird
das getrocknete Material aus dem externen Materialumlauf
bzw. das Grobgut aus dem Fertiggutsichter mit dem Aufgabegut
für die Rollenpresse vermischt. Dabei ist eine Mindestfeuchte
> 2% des Aufgabegutes für die Rollenpresse zur Verbesserung
der Einzugsbedingungen sinnvoll.
3.1 Vertical mills
In the raw material and coal grinding sectors, vertical mills have
maintained their high market shares of 89 –90 % and have improved to almost 40 % in clinker grinding applications. With
410 vertical mills ordered, including slag grinding systems (Fig.
21), the number of different design versions has increased. Loesche successfully transferred the 2 +2 principle to larger mills
and has applied the 3 + 3 principle, with a noticeable trend
towards smaller roller modules with more grinding rollers.
Thanks to the Quadropol from Polysius and the OK mill from
FLSmidth, 4-roller mills have also gained ground. On the other
hand, there is still a trend towards specialization, as illustrated
by the Atox mill for raw material grinding and by the OK mill
for clinker and slag grinding. In contrast, orders for the FRM
mill from FLSmidth are declining. Polysius could experience a
similar situation with the Dorol if the Quadropol finds more
use in the clinker and slag grinding fields.
One fundamental development aim for vertical mills is to mini­
mize their maintenance requirements and make them easier
to service [10]. Other developments concern optimization of
the drive units, as in the case of the Quadropol (Fig. 22) from
­Polysius [27], the ATOX mill or the implementation of multidrive solutions as in the case of the MPS from Gebr. Pfeiffer
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
2.4 Kohlevermahlung
Die geforderten Produktfeinheiten bei der Vermahlung fester
Brennstoffe liegen heute bei etwa < 0,5 – 5 % Rückstand auf
dem 90 µm Sieb für Petrolkoks und Anthrazit und < 10 –15 %
Rückstand auf dem 90 µm Sieb für Steinkohle mit jeweils 0 %
Rückstand auf dem 200 µm Sieb. Eine feinere Vermahlung der
Kohle bewirkt eine Verringerung der NOx-Emissionen einer
Ofenlinie, gleichzeitig sinkt aber der Durchsatz der Kohlemühle
und der spezifische Energieaufwand für die Vermahlung steigt.
Eine Reduzierung des Rückstandes auf dem 90 µm Sieb um
zwei Prozentpunkte liefert etwa einen Anstieg der elektrischen
Leistung um etwa 1 kWh/t. Während der spezifische Energieaufwand für die Vermahlung von der geforderten Feinheit und
der Mahlbarkeit abhängt, ist der Mühlenverschleiß im wesentlichen vom Quarz- und Pyritanteil der Kohlen abhängig [1].
verdeutlicht, dass über die letzten Jahre praktisch nur
zwei Mühlentypen für in der Zementindustrie eingesetzt werden.Vertikalmühlen liegen inzwischen bei fast 90 % aus, Kugelmühlen bei gut 10 %. Letztere werden fast ausschließlich für die
Vermahlung von schlecht mahlbaren Brennstoffen eingesetzt.
Vertikalmühlen für die Kohlevermahlung in Zementwerken
sind bisher mit Leistungen bis 50 t/h in Betrieb, wobei problemlos mit dem Trend zu höheren Durchsätzen bei Ofenlinien
Schritt gehalten werden konnte.Wechselnden Brennstoffen mit
verschiedenen Mahlbarkeiten und Feinheitsanforderungen
Bild 20
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Product Review
100
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Share [%]*
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0
14
11
0
Vertical mill
Ball mill
Mill type
1
Other
* Without local Chinese market
20Types of mill for coal grinding (OneStone) [3]
Mühlentypen zur Kohlevermahlung (OneStone) [3]
21Slag grinding plant with Loesche mill in Rouen, France (Loesche)
Schlackemahlanlage mit Loesche-Mühle in Rouen, Frankreich
­(Loesche)
[28]. A general aim for the near future is to improve the reliability and availability of the bevel planetary gear units used for
vertical mills, with an additional planetary gear stage or helical gear stage for drive powers above 3600 kW. In addition to
the already established manufacturers Loesche, Gebr. Pfeiffer,
FLSmidth and Polysius, other vendors – particularly companies
from China – are attempting to gain market shares.These companies sometimes copy mill designs of the established vendors or
even use their proprietary names. Among the leading Chinese
suppliers are the Hefei Cement Research & Design Institute
(HCRDI) and the CNBM Group and their production firm
Hefei Zhong Ya. With the HRM4800 (Fig. 23), this company
has one 450 tph mill in operation for raw material grinding and
states that a mill size for 750 tph is to follow shortly.
The list of other Chinese companies supplying vertical mills to
the cement industry includes the CNBM Group, the design institutes TCDRI and CDI (both belonging to the Sinoma Group
and working in conjunction with the manufacturing company
CemTeck), CITIC Heavy Industries, Jiangsu ­Pengfei, SHMG/
NHI, Zhengzhou Global HMG, CKM (Conch ­Kawasaki Joint
Venture) etc.. While Chinese technology for the raw material
and coal grinding sectors is already quite advanced, there has
been little development for clinker and slag grinding, where
only a few references are available.The joint venture of ­Kawasaki
Plant Systems with the cement producer Anhui Conch shows
that the Japanese VRM technology is now being increasingly
marketed via joint venture partners or licensees. Some time
kann einigermaßen flexibel Rechnung getragen werden, weil
sich die Mahldrücke und teilweise die Mahltellergeschwindigkeiten meist vollautomatisch einstellen lassen.
3 Wichtige Mühlenentwicklungen
3.1 Vertikalmühlen
Bei der Rohmaterial- und Kohlevermahlung konnten Vertikalmühlen ihre hohen Marktanteile von 89 –90 % halten und bei
der Klinkervermahlung auf fast 40 % hinzugewinnen. Bei einer
Zahl von 410 Vertikalmühlen, einschließlich der Schlackevermahlung (Bild 21), hat die Zahl der unterschiedlichen Ausführungsformen zugenommen. Loesche hat erfolgreich das 2+2
Prinzip auf größere Mühlen und das 3+3 Prinzip übertragen,
wobei ein Trend zu kleineren Walzenmodulen mit mehr Mahlwalzen feststellbar ist. Mit der Quadropol von Polysius und der
OK-Mühle von FLSmidth kommen daneben verstärkt 4-Walzenmühlen zum Einsatz. Auf der anderen Seite existiert weiter
der Trend zur Spezialisierung, was an der Atox-Mühle für die
Rohmaterialvermahlung und der OK-Mühle für die Klinkerund Schlackevermahlung deutlich wird. Die FRM-Mühle von
FLSmidth ist dagegen ein Auslaufmodell. Ähnliches könnte bei
Polysius mit der Dorol passieren, wenn die Quadropol zunehmend für die Klinker- und Schlackevermahlung eingesetzt wird.
22Development of roller modules for the Quadropol (Polysius)
Entwicklung der Walzenmodule für die Quadropol (Polysius)
Ein grundsätzlicher Anspruch besteht darin, Vertikalmühlen
möglichst wartungsarm und servicefreundlich zu machen [10].
Andere Entwicklungen betreffen die Optimie­rung der An­
triebsein­heiten wie bei der
Quadropol (Bild 22) von Polysius [27], der ATOX-Mühle oder Multidrive-Lösungen
wie bei der MPS der Gebr.
Pfeiffer [28]. Generell gilt
es in der nächsten Zeit, die
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von VertikalmühlenKegelrad-Planentengetrieben mit zusätzlicher Planetenstufe oder Stirnradstufe
ab Leistungsgrößen von
3600 KW weiter zu verbessern. Neben den bereits etab- 23Raw material mill HRM4800 in
lierten Herstellern Loesche,
China (HCRDI)
Gebr. Pfeiffer, FLSmidth und Rohmaterialmühle HRM4800
in ­China (HCRDI)
Polysius versuchen insbeson-
56
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ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
earlier, Kawasaki had already granted
Technip CLE a license for pregrinders.
Onoda/Kobelco, Taiheiyo Engineering and UBE Machinery had also already followed this path with licenses
granted, for example, to FLSmidth,
Promac and WalchandNagar.
3.2 Roller presses
In the case of roller presses, two worldwide trends are discernible.Whereas in
China the lack of alternatives and the
widespread use of ball mills for cement grinding has limited roller presses almost exclusively to combination
grinding processes [29], the trend in
the rest of the world is towards singlestage grinding processes and the employment of roller presses for finish
grinding.The increasing success in finish grinding applications is primarily
due to improved plant concepts with
static and dynamic separators and to
longer grinding element lifetimes.This
applies to roller presses in raw material,
clinker and slag grinding applications.
Thanks to cast iron ­ materials with
bainite, new compounds and Ni-Hard
segments, the service lives of grinding elements has been increased to
above 25 000 hours, even for relatively
high grinding pressures in excess of
250 MPa.
To date, there are only three ­
established vendors of roller presses:
KHD Humboldt Wedag, Polysius and
­Koeppern. Although FLSmidth has
not developed this market segment in
recent years, they now intend to resume roller press engineering. Their
main reasons for doing so are the facts
that roller presses are gaining in significance not only for the cement industry but also for the minerals sector, and
that competition is becoming more
intense on the mill sales market. The
Chinese companies CNBM, Sinoma
(CemTeck), CITIC and particularly
Chengdu Leejun have meanwhile
entered the roller press market [30].
The last-mentioned company has already supplied more than 300 units
in China alone. They have received
about 20 orders from customers outside China. While these Chinese
vendors are said to still have their
deficits, particularly in respect of documentation and service, the established
vendors all provide a good level of service and thus assure the reliability and
availability of their products.
dere Anbieter aus China Marktanteile
zu gewinnen. Dabei werden teilweise Mühlenkonstruktionen der etablierten Anbieter kopiert oder deren
Markennamen benutzt. Zu den führenden chinesischen Lieferanten zählt
das Hefei Cement Research & Design
Institute (HCRDI) bzw. die CNBM
Group und deren Produktionsfirma
Hefei Zhong Ya. Mit der HRM4800
(Bild 23) hat man für die Rohmaterialvermahlung eine Mühle für 450 t/h in
Betrieb, Leistungsgrößen für 750 t/h
sollen in Kürze folgen.
Die Liste der weiteren chinesischen
Firmen mit Vertikalmühlen für die
Zementindustrie umfasst neben der
CNBM Group die Design-Institute
TCDRI und CDI (beide Sinoma Group
mit dem Fertigungsunternehmen Cemt
Teck), CITIC ­Heavy Industries, ­Jiangsu
Pengfei, SHMG/NHI, Zhengzhou
Global HMG, CKM (Conch ­Kawasaki
Joint Venture) u.a. Während die chinesische Technologie für die Rohmaterial- und Kohle­vermahlung bereits
fortgeschritten ist, sind die Klinkerund Schlackemühlen noch wenig entwickelt und nur wenige Referenzen
vorhanden. Das Joint Venture von
Kawasaki Plant Systems mit dem Zementproduzenten Anhui Conch zeigt,
dass die japanische VRM- Technologie
nun zunehmend über Joint-Venture
Partner bzw. Lizenznehmer vermarktet
wird. Bereits früher hatte Kawasaki an
Technip CLE eine Lizenz für Pregrinder gegeben. Diesen Weg waren auch
bereits Onoda/Kobelco bzw. Taiheiyo
Engineering und UBE Machinery
mit Lizenzen z. B. an FLSmidth, Promac und WalchandNagar gegangen.
3.2 Rollenpressen
Bei den Rollenpressen existieren zwei
weltweite Trends. Während in China wegen fehlender Alternativen und
der breiten Verwendung von Kugelmühlen für die Zementvermahlung
Rollenpressen fast ausschließlich zur
Kombivermahlung eingesetzt werden [29], gibt es in den übrigen Welt
den Trend zu einstufigen Mahlverfahren und den Einsatz von Rollenpressen zur Fertigvermahlung. Der
zunehmende Erfolg bei der Fertigvermahlung ist wohl in erster Linie
auf verbesserte Anlagenkonzepte mit
statischen und dynamischen Sichtern und längeren Standzeiten der
Mahlelemente zurückzuführen. Dies
betrifft Rollenpressen für die Roh-
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57
Product Review
4 Prospects
Vendors of mills are now facing increasingly stiff competition
in the cement industry. This is due firstly to the large number of technically mature plant solutions and secondly to the
new competitors entering the market, especially from China.
The established mill manufacturers are trying to maintain their
technological competitive advantage by introducing various
innovations. These include improved drive concepts, modular
configuration of the grinding units, better wear protection,
simpler maintenance and high-quality service. Chinese vendors
are keen to obtain further reference installations outside China.
Manufacturers find it difficult to establish totally new mill concepts on the market, even if they offer significant benefits. This
was demonstrated by the introduction of the Horomill, and the
BETA mill could suffer the same fate. All in all, it may be presumed that single-stage grinding processes with vertical mills
or roller presses will continue to expand their market shares at
the cost of ball mills.
Literaturverzeichnis/Literature
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Roller Presses. 6th International VDZ-Congress 2009, 30th September, Düsseldorf, Germany.
58
ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010
material-, Klinker- und Schlackevermahlung. Durch GusseisenWerkstoffe mit Bainite und neuartigen Compounds bzw. NiHard-Segmenten ist es gelungen, die Standzeiten der Mahl­
elemente auch für relativ hohe Mahldrucke von über 250 MPa
für die Klinkervermahlung auf über 25 000 h zu erhöhen.
Bisher existieren mit der KHD Humboldt Wedag, Polysius und
Koeppern nur 3 etablierte Anbieter für Rollenpressen. FLSmidth hatte das Marktsegment in den letzten Jahren nicht weiterentwickelt, jetzt will man Rollenpressen aber wieder forcieren. Wichtige Gründe dafür sind, dass Rollenpressen neben der
Zementindustrie einen wachsenden Absatz im Bereich „Minerals“ finden und dass der Mühlenwettbewerb zunehmend intensiver wird. Von chinesischer Seite drängen CNBM, Sinoma
(CemTeck), CITIC und insbesondere Chengdu Leejun in den
Markt [30]. Letzteres Unternehmen hat allein in China bisher
mehr als 300 Einheiten geliefert. Circa 20 Aufträge betreffen
Kunden außerhalb Chinas.Während den chinesischen MühlenLieferanten noch überwiegend Defizite in der Dokumentation
und im Service nachgesagt werden, liefern etablierte Lieferanten einen vergleichbar guten Service und somit eine hohe
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ihrer Anlagen.
4 Ausblick
In der Zementindustrie kommt auf die Mühlen-Lieferanten
ein zunehmender Wettbewerbsdruck zu. Dies liegt zum einen
an der Fülle von ausgereiften Maschinenlösungen und zum anderen an neue aufkommende Wettbewerber insbesondere aus
China. Die etablierten Mühlenhersteller versuchen dabei durch
unterschiedlichste Innovationen ihre technologischen Wettbewerbsvorteile zu erhalten. Dazu zählen verbesserte Antriebskonzepte, Modulkonzepte der Mahleinheiten, verbesserter
Verschleißschutz, einfachere Wartungsmöglichkeiten und ein
Qualitätsservice. Chinesischen Lieferanten geht es insbesondere
darum, weitere Referenzen auf dem Markt außerhalb von China zu gewinnen. Vollständig neue Mühlenkonzepte haben es
trotz großer Vorteile schwer, sich im Markt zu etablieren. Dies
wurde bei der Horomill deutlich und könnte auch die BETAMühle treffen. Insgesamt kann davon ausgegangen werden, dass
einstufige Mahlverfahren mit Vertikalmühle oder Rollerpresse
ihre Marktanteile gegenüber Kugelmühlen ausbauen. [21]Bouf, C. : Cement Grinding with Vertical Roller Mills. 6th Inter­
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[22]Keyssner, M.: Operating Experiences with Largest Vertical ­Roller
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