Cement Trends.pdf

ZKG INTERNATIONAL No. 4-201046 www.zkg-online.info

Grinding trends in the cement industry

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

Zementmahlanlage

Joachim HarderOneStone Consulting Group GmbH, Buxtehude/Germany

Zusammenfassung: 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 ge-wachsen und Kugelmühlen auf weniger als 30 % gefallen. Etwas überraschend dabei ist, dass nicht weniger unterschied-liche Mahlverfahren eingesetzt werden, sondern die Variationen bei den Mahlver-fahren und Mühlentypen haben eher zu-genommen. Die Durchsatzleistungen der Mühlen sind gestiegen, was aber auch teil-weise 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 matière de procédés de broyage dans l’in-dustrie 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 verti-caux 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 tou-tefois 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 tra-duisant par un accroissement de la pression concurrentielle.

Resumen: Los factores fundamentales en 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 au-mentado, 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.

Cement grinding plant

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 show-ing a two-digit annual growth rate. The number of mill vendors has also increased and the competitive pressure has intensified.

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47ZKG INTERNATIONAL No. 4-2010 www.zkg-online.info

1 IntroductionWorldwide, there are around 600 separate grinding plants in the cement industry. These receive their feed materials, such as clin-ker, slag, fly ash and other pozzolanas and intergrinding materi-als 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 inte-grated 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 re-spectively 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 world-wide 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 applicationsThe 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 devel-opment over time towards those mill types, which was large-ly 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 EinleitungWeltweit 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 in-tegrierte 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, Viet-nam, Brasilien und der Türkei kräftig gewachsen. Aber auch in Ländern wie Italien, Deutschland, Frankreich, Spanien, Süd-korea, 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 eingesetz-ten Mahlverfahren. Betrachtet man die Mühlenpopulation, so sind etwa noch 70 % der vorhandenen Mühlen Kugelmühlen. Dabei sind die Zahlen für China enthalten. Bei den Neuanla-gen sind Kugelmühlen auf unter 50 % gefallen und es kommen verstärkt energieeffiziente Mahlverfahren zum Einsatz. Bei in-tegrierten Zementwerken ist dieser Trend noch deutlicher. Der Anteil neuer Kugelmühlen für die Rohmaterial- und Kohle-vermahlung 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.

2 Übersicht der Mahlverfahren und AnwendungenMit Kugelmühlen, Vertikalmühlen, Rollenpressen und Hori-zontalmühlen kommen in der Zementindustrie vier Mühlen-typen zum Einsatz. Über die zeitliche Entwicklung, die weitest-gehend von dem Bestreben zu einer höheren Energieeffizienz geprägt ist, wurde in [1] berichtet. Es ist aber ebenso zu be-

Mahlwerk Tilbury von Cemex UK (Cemex)1 Tilbury grinding plant, owned by Cemex UK (Cemex)

Vertical mill

61%

Ball mill 29%

Other10%

Mühlenneubestellungen 2007/2008 nach Mühlentypen (OneStone) [3]

2 Mill orders 2007/2008 according to mill types (OneStone) [3]

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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, com-bination 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 deliv-ered 5 units to clients outside China. During the stated period, an estimated 300 vertical mills were supplied by Chinese ven-dors 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]. 2.1 Raw material grindingRaw material grinding has the objective of producing a ho-mogenous raw meal from a number of components that are sometimes variable in themselves. The feed moisture contents

rücksichtigen, dass die verschiedenen Mahlgüter Rohmaterial, Kohle, Klinker und Schlacke unterschiedliche Mahlbarkeiten, Aufgabekörnungen und Feuchten besitzen und außerdem un-terschiedliche Durchsätze, Feinheitsanforderungen und sons-tige Qualitätsparameter verlangen. Insofern sind die Mahlver-fahren 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 Mühlenneube-stellungen 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 Boom-jahre 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 Ku-gelmühlen (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 zu-sammen auf weniger als ein Viertel aller Anwendungen. Sämt-liche Zahlen sind insbesondere vor dem Hintergrund des Be-stellbooms 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 Rohmaterialvermahlung

Rawmaterial

34%

Clinker42%

Coal18%

Slag6%

Mühlenneubestellungen 2007/2008 nach Anwendungen (OneStone) [3]

3 Mill orders 2007/2008 according to application (OneStone) [3]

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Mill type

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]*

2000/02

2007/08

* Without local Chinese market

Vertical mill Ball mill Other

Mühlentypen zur Rohmaterialvermahlung (OneStone) [3]4 Types of mills for raw material grinding (OneStone) [3]

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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 con-sumption 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 require-ment 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 roll-ers (Fig. 5) and a drive power of 6600 kW can achieve through-put rates of up to 1200 tph for medium-hard cement raw ma-terial. 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 lead-ing 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.

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 Feinheitsan-forderungen 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 Ener-gieverbrauch 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 wach-senden Leistungen der Ofenlinien Schritt halten, wobei bei-spielsweise von Loesche mit einer LM 69.6 mit einem Mahl-bahndurchmesser 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 Ver-tikalmühlenherstellern 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 gegen-überliegendes 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 trocke-

Illustration Loesche LM 69.6 (Loesche)5 Illustration of the Loesche LM 69.6 (Loesche)

Illustration einer Comflex®-Mahlanlage (KHD Humboldt Wedag)6 Illustration of a Comflex® grinding system (KHD Humboldt Wedag)

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Ball mills are still used in 12–13 % of all raw material grind-ing 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 investi-gation, such as ball mills with a conical housing and mills with variable L/D ratios [7]. Although roller presses have so far gen-erally been used in combination processes with ball mills, they have gained significance for the finish grinding process in re-cent 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 separa-tor 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]. 2.2 Clinker/cement grindingFor 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 capaci-ties 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 capaci-ties for different vertical mill sizes and cements are stated, for

ner oder abrasiver Rohmaterialien kommen für die Rohmate-rialvermahlung noch Kugelmühlen zum Einsatz. Das Entwicklungspotenzial der Kugelmühlen scheint ausge-schöpft, auch wenn teilweise neue Konzepte wie beispielsweise Kugelmühlen mit einem konischen Mahlgehäuse und variab-len L/D-Verhältnis untersucht werden [7]. Rollenpressen wur-den bisher zumeist in der Kombivermahlung mit Kugelmühlen eingesetzt, haben in den letzten Jahren aber auch durch neue Entwicklungen als Fertigmahlverfahren an Bedeutung gewon-nen. Horizontalmühlen haben sich bisher in der Rohmaterial-vermahlung wenig etablieren können. Der wachsende Erfolg der Rollenpressen ist in erster Linie auf verbesserte Sichterkon-zepte 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 vorgeschalte-ten Hochleistungssichter. Beide Sichter sind über einen pneu-matischen Transport miteinander verbunden. In dem V-Sichter wird das Material getrocknet und das Grobgut vorabgeschie-den. Das Grobgut wird über ein Becherwerk zur erneuten Ver-mahlung 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. Insbesonde-re die COMFLEX®-Kompaktanlagen übertreffen die Erwar-tungen hinsichtlich der Anlageneinfachheit [8]. Von Polysius wurde z. B. bei TXI Oro Grande ein ähnliches Konzept umge-setzt, wobei aber beide Sichter der Rollenpresse vorgeschaltet sind [9]. 2.2 Klinker- bzw. ZementvermahlungÜbliche 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 Mahl-barkeit 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-

17

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Mill type

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%]

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2007/08

* Without local Chinese market


Mühlentypen zur Klinkervermahlung (OneStone) [3]7 Types of mill for clinker grinding (OneStone) [3]

Weltgrößte Kugelmühle bei Nuh Cimento (FLSmidth)8 World’s largest ball mill at Nuh Cimento (FLSmidth)

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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 mar-ket 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, conver-sions 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]. Some-times, ball mills are purchased as stand-by mills for vertical mills [15]. Furthermore, ball mills offer price advantages in compari-son 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 re-duce 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 com-partments 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)togeth-er with ball mills for primary grinding and semi-finish grind-ing, 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

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 haupt-sächlich Kugelmühlen geordert, auch wenn der Anteil von 59 % auf 49 % abgenommen hat. Vertikalmühlen haben dagegen von 17 % auf 39 % Marktanteil deutlich zugenommen. Rollenpres-sen und Horizontalmühlen haben bei den Marktanteilen leicht verloren. Wegen der schlechten Energieausnutzung der Ku-gelmühlen stellt sich die Frage, warum sie fast noch die Hälfte der Zementmühlen ausmachen. Die Gründe hierzu sind viel-schichtig. Auf der einen Seite werden Kugelmühlen in Kom-bimahlanlagen eingesetzt und für die Fertigmahlung wegen ihrer leichten Handhabung und hohen Verfügbarkeit geschätzt (Bild 8). Zum anderen erfolgt eine Umstellung auf Hochleis-tungssichter in geschlossenen Kreisläufen, wobei oftmals Ersatz-beschaffungen/Modernisierungen von Kugelmühlen erfolgen [14]. Teilweise werden Kugelmühlen als Stand-by Mühlen für Vertikalmühlen angeschafft [15]. Außerdem haben Kugelmüh-len im Vergleich zu anderen Mühlen Preisvorteile, insbesondere wenn Lieferungen aus China (Bild 9) betrachtet werden.

In den letzten Jahren haben sich eine Reihe von Entwicklun-gen mit der Verbesserung und Optimierung von Kugelmühlen beschäftigt. Dies liegt sowohl an der nach wie vor breiten Ver-wendung als auch an den steigenden spezifischen Mahlkosten. So zeigen Untersuchungen des VDZ [16] oder beispielsweise von CRH [17], dass vorhandene Zementmühlen ein hohes

Kombimahlanlage mit Rollenpresse bei Ladce Cement (Koeppern)

10 Combination grinding system with roller press at Ladce Cement (Koeppern)

9 Ball mill from Sinoma for Holcim Tanzania (Project Cargo Logistics) Kugelmühle von Sinoma für Holcim Tanzania (Project Cargo

Logistics)

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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 ma-

chines 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 current-ly 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 re-quired 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 Übertrag-

trennwände und Austragwände mit Materialstromregelungen bringen eine zusätzliche signifikante Verbes-serung. Durch neuartige Körper-schallmessverfahren auf dem rotie-renden Mühlenmantel können die Füllstände der ersten und zweiten Mahlkammer unabhängig vonein-ander gemessen werden [18]. Die Flexibilität der HPGR-Rollen-presse erlaubt unterschiedliche An-

lagenkonfigurationen als Kombimühle (Bild 10) zur Vor- und Teilfertigmahlung mit Kugelmühlen oder als einstufiges Mahl-verfahren zur Fertigmahlung. Dabei ist insbesondere in den letz-ten 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 Mahl-

verfahren als der Kugelmühle gelten nicht länger als nach-teilig.

Fertigmahlanlagen mit Rollenpressen erreichen einen spe-zifischen 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 ent-fallen [19]. Als wahrer technologischer Durchbruch wird zurzeit die Ver-wendung von Vertikalmühlen für die Zementvermahlung be-zeichnet [21]. Damit sind allerdings nicht die sogenannten Pre-grinder [1] gemeint, sondern Vertikalmühlen mit integriertem Sichter (Bild 12) zur Fertigmahlung. Für die Vermahlung von Portlandzement mit 95 % Klinker werden bereits Mühlenleis-tungen von über 350 t/h erzielt [22], wobei die üblichen Müh-lengrößen der meisten Anbieter aber erst bei etwa 200 t/h lie-gen (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 Energie-einsparungen bei Vertikalmühlen im Vergleich zu Kugelmühlen sind in erster Linie eine Funktion der geforderten Mahlfeinheit (Bild 14). Vorteilhaft bei al-len Vertikalmühlen ist, dass ein schneller Sortenwechsel mög-lich ist, weil aufgrund der kurzen Material-verweilzeiten in der Mühle nach einer Umstellung die Pa-rameter Qualität und Leistung nach kurzer Zeit erreicht werden [12, 22], ohne dass der Mahlbetrieb ge-

Sepol® HR Sichter für Polycom-Fertigmahlanlage (Polysius)11 Sepol® HR separator for Polycom finish grinding plant (Polysius)

OK-Mühle bei California Portland Ce-ment in den USA (FLSmidth)

12 OK mill at California Portland Cement in the USA (FLSmidth)

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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 opera-tion (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 re-garded as the biggest hurdle for its further marketing. The big-gest 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 possi-bility that equally high or higher efficiencies could be achieved than with roller presses. 2.3 Slag grindingThe 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 comparative-ly 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 pro-cess 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

stoppt werden muss. Dabei darf aber nicht vernachlässigt werden, dass für unterschiedliche Mahlgüter die Mahlbedingungen (Mahlgeschwindigkeit, Mahldruck, Wassereindüsung, Mahlhil-fen usw.) optimiert werden müssen. Die Höhe des Stauringes auf dem Mahlteller lässt sich nur für ein Produkt optimal ein-stellen oder es sind Kompromisse einzugehen. Die Mahlbett-höhe kann im Betrieb somit praktisch nur über die Mahlge-schwindigkeit 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-Ver-fahren gilt nach Anfangsproblemen mit der Maßstabsvergrö-ßerung 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 Ku-gelmühlen 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 BETA- Mühle (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 SchlackevermahlungGranulierte Hochofenschlacke (GBFS) bzw. Hüttensand wei-sen eine um bis zu 30 % schlechtere Mahlbarkeit als Zement-klinker, vergleichsweise hohe Feinheitsanforderungen von 4200 cm2/g bis 5600 cm2/g und Materialfeuchten bis zu 20 % auf. Mit 6 % aller Anwendungen macht die Schlackevermah-lung 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 Markt-anteile 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

Vertikalmühlen zur Klinkervermahlung bei Ras-Al-Khaimah in UAE (Loesche)

13 Vertikal mill for clinker grinding at Ras-Al-Khaimah in VAE (Loesche)

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Spezifischer Energieverbrauch in Abhängigkeit der Mahlfeinheit (FLSmidth)

14 Specific energy requirement as a function of product fineness (FLSmidth)

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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 stabiliza-tion. 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 com-bination 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 tech-nology 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 ma-terial 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 pull-in conditions for the roller press. 2.4 Coal grindingToday, 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 electri-cal 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 ac-counted for most coal grinding applications in the cement in-

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, wo-bei 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 verrin-gerter Gasgeschwindigkeiten in der Mühle [26] größer als bei der Rohmaterial- und Klinkervermahlung. Mittels Trommel-magnetscheidern und sonstiger Klassiereinrichtungen werden die in der Umlaufmenge befindlichen metallischen Materi-aleinschlüsse bzw. Fremdkörper entfernt. Es können maximale Feuchtegehalte von 20% verarbeitet werden. Feuchtes Material wirkt wie ein Mahlhilfsmittel und trägt zur Mahlbettstabilisie-rung 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 gemein-sam mit Kugelmühlen in Kombimahlverfahren eingesetzt. Aufgrund der hohen Mahldrücke und kurzen Beanspru-chungsdauer 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

Twin Horomill bei Cam Pha Cement in Vietnam (FCB Ciment)15 Twin Horomill at Cam Pha Cement in Vietnam (FCB Ciment)

BETA-Mühle BM250 als Industrieversion (CMP AG)16 BETA mill BM250 as industrial-scale version (CMP AG)

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Mühlentypen zur Schlackevermahlung (OneStone) [3]17 Types of mill for slag grinding (OneStone) [3]

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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 ce-ment 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 developments3.1 Vertical millsIn the raw material and coal grinding sectors, vertical mills have maintained their high market shares of 89 –90 % and have im-proved 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. Loe-sche 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 multi-drive solutions as in the case of the MPS from Gebr. Pfeiffer

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. 2.4 KohlevermahlungDie 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 Energie-aufwand für die Vermahlung von der geforderten Feinheit und der Mahlbarkeit abhängt, ist der Mühlenverschleiß im wesent-lichen vom Quarz- und Pyritanteil der Kohlen abhängig [1].

Bild 20 verdeutlicht, dass über die letzten Jahre praktisch nur zwei Mühlentypen für in der Zementindustrie eingesetzt wer-den. Vertikalmühlen liegen inzwischen bei fast 90 % aus, Kugel-mühlen 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 pro-blemlos mit dem Trend zu höheren Durchsätzen bei Ofenlinien Schritt gehalten werden konnte. Wechselnden Brennstoffen mit verschiedenen Mahlbarkeiten und Feinheitsanforderungen

MPS BC Mühle bei ACC in Indien (GPAG)18 MPS BC mill at ACC in India (GPAG)

Comflex- Mahlanlage mit Rollenpresse (KHD Humboldt Wedag)19 Comflex grinding system with roller press (KHD Humboldt Wedag)

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[28]. A general aim for the near future is to improve the reli-ability and availability of the bevel planetary gear units used for vertical mills, with an additional planetary gear stage or heli-cal 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 com-panies 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 in-stitutes 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 Mahltellergeschwindig-keiten meist vollautomatisch einstellen lassen. 3 Wichtige Mühlenentwicklungen3.1 VertikalmühlenBei der Rohmaterial- und Kohlevermahlung konnten Vertikal-mühlen ihre hohen Marktanteile von 89 –90 % halten und bei der Klinkervermahlung auf fast 40 % hinzugewinnen. Bei einer Zahl von 410 Vertikalmühlen, einschließlich der Schlackever-mahlung (Bild 21), hat die Zahl der unterschiedlichen Ausfüh-rungsformen 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 Mahl-walzen feststellbar ist. Mit der Quadropol von Polysius und der OK-Mühle von FLSmidth kommen daneben verstärkt 4-Wal-zenmühlen 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 Klinker- und Schlackevermahlung deutlich wird. Die FRM-Mühle von FLSmidth ist dagegen ein Auslaufmodell. Ähnliches könnte bei Polysius mit der Dorol passieren, wenn die Quadropol zuneh-mend für die Klinker- und Schlackevermahlung eingesetzt wird.

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 Po-lysius [27], der ATOX-Müh-le oder Multidrive-Lösungen wie bei der MPS der Gebr. Pfeiffer [28]. Generell gilt es in der nächsten Zeit, die Zuverlässigkeit und Verfüg-barkeit von Vertikalmühlen- Kegelrad-Planentengetrie-ben mit zusätzlicher Plane-tenstufe oder Stirnradstufe ab Leistungsgrößen von 3600 KW weiter zu verbes-sern. Neben den bereits etab-lierten Herstellern Loesche, Gebr. Pfeiffer, FLSmidth und Polysius versuchen insbeson-

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Mill type* Without local Chinese market


Mühlentypen zur Kohlevermahlung (OneStone) [3]20 Types of mill for coal grinding (OneStone) [3] 21 Slag grinding plant with Loesche mill in Rouen, France (Loesche)

Schlackemahlanlage mit Loesche-Mühle in Rouen, Frankreich (Loesche)

22 Development of roller modules for the Quadropol (Polysius) Entwicklung der Walzenmodule für die Quadropol (Polysius)

23 Raw material mill HRM4800 in China (HCRDI)

Rohmaterialmühle HRM4800 in China (HCRDI)


earlier, Kawasaki had already granted Technip CLE a license for pregrinders. Onoda/Kobelco, Taiheiyo Engineer-ing and UBE Machinery had also al-ready followed this path with licenses granted, for example, to FLSmidth, Promac and WalchandNagar. 3.2 Roller pressesIn the case of roller presses, two world-wide trends are discernible.Whereas in China the lack of alternatives and the widespread use of ball mills for ce-ment grinding has limited roller press-es almost exclusively to combination grinding processes [29], the trend in the rest of the world is towards single-stage grinding processes and the em-ployment of roller presses for finish grinding. The increasing success in fin-ish 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 grind-ing 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 re-sume roller press engineering. Their main reasons for doing so are the facts that roller presses are gaining in signifi-cance not only for the cement indus-try 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 al-ready supplied more than 300 units in China alone. They have received about 20 orders from customers out-side China. While these Chinese vendors are said to still have their deficits, particularly in respect of docu- mentation and service, the established vendors all provide a good level of ser-vice and thus assure the reliability and availability of their products.

dere Anbieter aus China Marktanteile zu gewinnen. Dabei werden teilwei-se Mühlenkonstruktionen der etab-lierten Anbieter kopiert oder deren Markennamen benutzt. Zu den füh-renden 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 Rohmaterial-vermahlung 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 chine-sische Technologie für die Rohma-terial- und Kohlevermahlung bereits fortgeschritten ist, sind die Klinker- und Schlackemühlen noch wenig ent-wickelt und nur wenige Referenzen vorhanden. Das Joint Venture von Kawasaki Plant Systems mit dem Ze-mentproduzenten 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 Pregrin-der gegeben. Diesen Weg waren auch bereits Onoda/Kobelco bzw. Taiheiyo Engineering und UBE Machinery mit Lizenzen z. B. an FLSmidth, Pro-mac und WalchandNagar gegangen. 3.2 RollenpressenBei den Rollenpressen existieren zwei weltweite Trends. Während in Chi-na wegen fehlender Alternativen und der breiten Verwendung von Kugel-mühlen für die Zementvermahlung Rollenpressen fast ausschließlich zur Kombivermahlung eingesetzt wer-den [29], gibt es in den übrigen Welt den Trend zu einstufigen Mahlver-fahren und den Einsatz von Rollen-pressen zur Fertigvermahlung. Der zunehmende Erfolg bei der Fertig-vermahlung ist wohl in erster Linie auf verbesserte Anlagenkonzepte mit statischen und dynamischen Sich-tern und längeren Standzeiten der Mahlelemente zurückzuführen. Dies betrifft Rollenpressen für die Roh-

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Literaturverzeichnis/Literature

[1] Harder, J.: Advanced Grinding in the Cement Industry. ZKG INTERNATIONAL, (2003), No. 3, pp. 31–42.[2] Harder, J.: Progress in Single-stage Grinding in the Cement In-

dustry. ZKG International, (2005), No. 7, pp. 21–33.[3] OneStone Intelligence GmbH.: “Cement Projects Focus 2013”,

Multi-Client Market Report, 12/2009, Buxtehude, Germany.[4] Bourgon, J., Cement Manufacturing Services, Holcim Group

Support: Personal communication. [5] Keyssner, M. et all: Initial Operating Experience with the Lar-

gest Loesche Mill – the LM 69.9, Cement International 2/2009, pp. 54–61.

[6] Auxilia, G. B.: Raw Material Extraction and Grinding Technolo-gies. 6th International VDZ-Congress 2009, 30th September, Düs-seldorf, Germany.

[7] Kovalyukh, S.V.; Kovalyukh, V.R.: A new Generation Grinding Unit. World Cement, October 2009, pp. 67-78.

[8] Strasser, S.: COMFLEX – High Efficient Grinding System for the Future. 11th NCB Seminar on Cement and Building Materials, 17–20 November 2009, Delhi, India.

[9] Mueller, M. M.; Langhurst, D.A.: Milestones. World Cement, Mai 2008, pp. 101–108.

[10] Reichardt, Y.: Effective Finish Grinding. World Cement, March 2008, pp. 93-95.

[11] Strohmeyer, D.: Meeting Increased Demands. World Cement, October 2008, pp. 61–67.

[12] Harder, J.: Developments in the Grinding of Raw Materials, Clin-ker and Slag. ZKG INTERNATIONAL, No. 3/2007, pp. 33–45.

[13] Seeman, S.; Müller-Pfeiffer, M.: Impact of Grinding Systems and Grinding Atmospheres on Cement Properties. „11th European Symposium on Comminution“, 9 –12. October 2006, Budapest, Hungary.

[14] nn.: Efficient, Reliable & Economical. Global Projects. World Cement, December 2007, pp. 87–90.

[15] Limares, E.C.: Yura Arequipa’s Expansion. ICR, August 2009, pp. 30–34.

[16] Fleiger, P.; Woywadt, S.: Optimisation of the Ball Charge in Mills for Cement Grinding. Cement International 6/2009, pp. 43-47.

[17] Hofler, C. : Best Practise Ball Mill Optimisation within CRH. 6th International VDZ-Congress 2009, 30th September, Düsseldorf, Germany.

[18] Kalkert, P.; Clemens, W.: Highly Accurate Measurement of Filling Levels and Temperatures in Ball Mills and Vibratory Mills. Cement International 2/2008, pp. 78–89.

[19] Schnatz, R. : POLYCOM® Cement Finish-Grinding – Grinding Efficiency at its Best. 11th NCB Seminar on Cement and Building Materials, 17–20 November 2009, Delhi, India.

[20] Gudat, G.: Development and Experiences with Wear Protection on Roller Presses. 6th International VDZ-Congress 2009, 30th Septem-ber, Düsseldorf, Germany.

[21] Bouf, C. : Cement Grinding with Vertical Roller Mills. 6th Inter-national VDZ-Congress 2009, 30th September, Düsseldorf, Germany.

[22] Keyssner, M.: Operating Experiences with Largest Vertical Roller Mills. 11th NCB Seminar on Cement and Building Materials, 17–20 November 2009, Delhi, India.

[23] Edet, E.: Twin Power. World Cement, December 2008, pp. 108–114.[24] Schneider, M.: Innovation and Optimisation in Cement Grinding.

CSI/TERI/ECRA Forum, 19-20 September, New Delhi, India. [25] Fard, A. M.; Schwingel, J.: Operational Experience with the Revo-

lutionary Pressure Grinding Technology – BETA Mill. 11th NCB Seminar on Cement and Building Materials, 17–20 November 2009, Delhi, India.

[26] Reichardt, Y.; Heyd, P.; Lukas, K.-P.: MPS Vertical Roller Mills for Slag and Slag Cement. Global Slag Magazine, November 2007, pp. 22–24.

[27] Ruoss, F.; Schnatz, R.: Vertical Cement Grinding with the Polysius Mill – Concept and Industrial Realization. 6th International VDZ-Congress 2009, 30th September, Düsseldorf, Germany.

[28] nn.: Pfeiffer Convention 2007. Cement International 5/2007, pp. 33–36.

[29] Yang, D.: Grinding Innovation. World Cement, March 2008, pp. 43–44.

[30] Liu, Z.: Energy-Saving Roller Press. World Cement, September 2008, pp. 65–70.

material-, Klinker- und Schlackevermahlung. Durch Gusseisen- Werkstoffe mit Bainite und neuartigen Compounds bzw. Ni-Hard-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. FLS-midth hatte das Marktsegment in den letzten Jahren nicht wei-terentwickelt, jetzt will man Rollenpressen aber wieder forcie-ren. Wichtige Gründe dafür sind, dass Rollenpressen neben der Zementindustrie einen wachsenden Absatz im Bereich „Mine-rals“ finden und dass der Mühlenwettbewerb zunehmend in-tensiver 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 Mühlen-Lieferanten noch überwiegend Defizite in der Dokumentation und im Service nachgesagt werden, liefern etablierte Liefe-ranten einen vergleichbar guten Service und somit eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit ihrer Anlagen. 4 AusblickIn der Zementindustrie kommt auf die Mühlen-Lieferanten ein zunehmender Wettbewerbsdruck zu. Dies liegt zum einen an der Fülle von ausgereiften Maschinenlösungen und zum an-deren an neue aufkommende Wettbewerber insbesondere aus China. Die etablierten Mühlenhersteller versuchen dabei durch unterschiedlichste Innovationen ihre technologischen Wettbe-werbsvorteile zu erhalten. Dazu zählen verbesserte Antriebs-konzepte, Modulkonzepte der Mahleinheiten, verbesserter Verschleißschutz, einfachere Wartungsmöglichkeiten und ein Qualitätsservice. Chinesischen Lieferanten geht es insbesondere darum, weitere Referenzen auf dem Markt außerhalb von Chi-na 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 BETA-Mühle treffen. Insgesamt kann davon ausgegangen werden, dass einstufige Mahlverfahren mit Vertikalmühle oder Rollerpresse ihre Marktanteile gegenüber Kugelmühlen ausbauen.

4 ProspectsVendors of mills are now facing increasingly stiff competition in the cement industry. This is due firstly to the large num-ber 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 con-cepts 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 pre-sumed that single-stage grinding processes with vertical mills or roller presses will continue to expand their market shares at the cost of ball mills.

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