高長(zhǎng)明：水泥工業(yè)粉磨技術(shù)發(fā)展與其裝備選型趨向

中國(guó)水泥網(wǎng)高級(jí)顧問(wèn)  高長(zhǎng)明

　　2011第四屆國(guó)際粉磨峰會(huì)在南京召開(kāi)，中國(guó)水泥網(wǎng)高級(jí)顧問(wèn)高長(zhǎng)明在會(huì)議上作“水泥工業(yè)粉磨技術(shù)發(fā)展與其裝備選型趨向”主題報(bào)告，以下為報(bào)告內(nèi)容。

　　水泥工業(yè)是名副其實(shí)的粉磨專家，在從粒徑約為50mm一直減小到約為10mm的范圍之內(nèi)，所有大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的各種先進(jìn)技術(shù)與其粉磨裝備的研發(fā)應(yīng)用，歷來(lái)都是最先出現(xiàn)在水泥工業(yè)，而后才逐漸推廣移植到其他的重化工業(yè)的。因?yàn)槊可a(chǎn)1噸水泥，隨著其熟料系數(shù)或混合材滲入量的不同，需要粉磨各種物料（生料、水泥和煤粉）2.3-2.7噸之多。水泥的消費(fèi)量在全部重化產(chǎn)品中是最多的。2010年全世界水泥消費(fèi)量36億噸。如何將比水泥產(chǎn)量還要大2.5倍左右的巨大數(shù)量的各種物料采用效率最高、耗能最少的技術(shù)裝備來(lái)進(jìn)行粉磨作業(yè)，始終是水泥工業(yè)孜孜以求的目標(biāo)。

　　水泥工業(yè)近200年來(lái)的成長(zhǎng)與發(fā)展的歷史表明了兩個(gè)事實(shí)。一是至今用于粉磨作業(yè)的電耗仍占整個(gè)水泥生產(chǎn)電耗的70%；二是粉磨作業(yè)的效率十分低下，大量的能量都耗費(fèi)在無(wú)用功上面，即使是在現(xiàn)今最先進(jìn)的料層擠壓粉磨理論指導(dǎo)下研發(fā)應(yīng)用的輥式立磨和輥壓機(jī)等技術(shù)裝備，其真正用于粉磨——克服物料結(jié)構(gòu)分子結(jié)合力、粘聚力、吸引力，使其粒徑不斷減小的機(jī)械物理過(guò)程的有用功，大概也只有其實(shí)際能耗的20%左右，即有80%的粉磨能耗基本上是浪費(fèi)掉了。

　　關(guān)于物料粉碎機(jī)理的粉碎理論的研究，無(wú)論在廣度和深度方面都遠(yuǎn)不及熟料形成機(jī)理及其理論熱耗的研究。至今人們?nèi)匀徊恢?，更沒(méi)有較確切的數(shù)據(jù)表明，在物料粉磨作業(yè)中其理論上的粉磨能耗是多少（在一定的粒徑范圍內(nèi)）。因而對(duì)許多粉磨裝備的所謂粉磨效率也只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性感覺(jué)的估計(jì)值而已。眾所周知，熟料形成的理論熱耗是1880kJ/kg左右，而且還可以按生料成分，熟料率值的不同進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算。兩者相比，由此可知人們對(duì)粉磨機(jī)理及其理論研究是多么膚淺和被忽視。這就注定了在粉磨理論和新裝備的研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中我們還任重道遠(yuǎn)。

　　這里給我們提出了一個(gè)需要更廣闊更活躍思考的課題，那就是采用現(xiàn)今這種直觀的機(jī)械力做功的方法進(jìn)行粉磨--使之物料粒徑不斷減少的作業(yè)方式可能不是一種行之有效之策。是否可以在分子鍵，流體膨脹，電磁波，分子振盈，結(jié)構(gòu)共振，微波沖擊，化學(xué)劈裂，速度差轉(zhuǎn)移或其他種種領(lǐng)域中激發(fā)人們的靈機(jī)，把粉磨作業(yè)的效率提升到一個(gè)嶄新的高度。同時(shí)必須在粉磨機(jī)理與理論方面進(jìn)行艱苦的探索研究，基礎(chǔ)理論的突破是至關(guān)重要。

　　所有這些或者許多人會(huì)感覺(jué)很遙遠(yuǎn)，太飄渺了。事實(shí)上，卻有人在想象嘗試探索之中。這里只是給大家提供這一信息，并希望能適當(dāng)關(guān)注之。

　　好了，收起暢想的翅膀。下面讓我們回到當(dāng)今的現(xiàn)實(shí)世界，分別探討水泥工業(yè)的粉磨技術(shù)及其裝備選型趨向問(wèn)題。

　　一、生料粉磨

　　根據(jù)2008-2010年國(guó)外水泥工業(yè)粉磨裝備主要供應(yīng)商（FLSmisth，Polysius，F(xiàn)CB，Loesche，Pfeiffer，UBE，KHD等）銷售業(yè)績(jī)的大致統(tǒng)計(jì)，其平均值是輥式立磨（簡(jiǎn)稱立磨，下同）占81%，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)和聯(lián)合粉磨系統(tǒng)占12%，球磨系統(tǒng)占7%。而在我國(guó)因?yàn)樽罱鼉赡陜?nèi)國(guó)產(chǎn)立磨制造技術(shù)的日益成熟，所以生料立磨的選用率大有提升。開(kāi)始扭轉(zhuǎn)了過(guò)去那種只能選用輥壓機(jī)系統(tǒng)的情況，事實(shí)上我國(guó)今后新建水泥廠或老廠技改的生料粉磨系統(tǒng)選型中，立磨將列為首選之勢(shì)已經(jīng)顯露，業(yè)界已基本形成共識(shí)，沒(méi)有太多爭(zhēng)議。

　　當(dāng)然基于各廠客戶情況以及他們自己的判斷與抉擇，我們應(yīng)該尊重業(yè)主的意愿，這與我們推薦的選型趨向是兩回事。

　　二、煤粉制備

　　在國(guó)外，水泥廠煤粉制備主要選用立磨或風(fēng)掃式球磨。從2000年至今，兩者的選用率大致是由60:40發(fā)展為80:20。發(fā)達(dá)國(guó)家用立磨更多一些，約達(dá)90%；而新興國(guó)家，亞洲國(guó)家則仍然沿用風(fēng)掃球磨的較多，這顯然與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)與裝備配套等水平有關(guān)。

　　我國(guó)水泥廠2008年以前習(xí)慣于選用風(fēng)掃球磨，與生料粉磨的情況相仿。近年立磨在煤粉制備方面的優(yōu)勢(shì)已獲較廣泛的認(rèn)同，前景應(yīng)該會(huì)類似發(fā)達(dá)國(guó)家那樣比較看好。

　　三、水泥粉磨

　　現(xiàn)今水泥粉磨裝備主要是兩種造型，一是立磨；另一則是輥壓機(jī)的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。國(guó)際上最近5年新建水泥生產(chǎn)線水泥粉磨系統(tǒng)對(duì)立磨的選用率約達(dá)70%，而我們?cè)?008以前，輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的選用率幾乎為100%，只有個(gè)別企業(yè)引進(jìn)了歐洲生產(chǎn)的水泥立磨。但是隨著國(guó)產(chǎn)水泥立磨的制造與應(yīng)用的成功，2009-2010年水泥立磨的選用率已有顯著提升，估計(jì)可能占有10-15%。相信隨著時(shí)間的推移這種趨勢(shì)還會(huì)逐步提升。

　　所謂立磨水泥需水量較球磨的高：水泥粒徑范圍、組成及顆粒形狀不太理想，強(qiáng)度稍差；所制成混凝土的施工性能也令人不太習(xí)慣；對(duì)外加劑的相容性也感覺(jué)不爽或者是外加劑的用量要增加，從而提升成本；等等?？傊?，與史密斯公司30年前的老牌康比丹（Combidan）球磨機(jī)相比，立磨水泥所節(jié)省的那些電耗還不夠補(bǔ)償它所引發(fā)的各種成本增加的損失。有些用戶好像也有些這樣的感覺(jué)，或者更確切的說(shuō)是有顧慮，以致不敢或不愿吃立磨這只"螃蟹"。

　　幾年前甚至?xí)r至今天，仍發(fā)生在我國(guó)水泥界的上述情況和說(shuō)法，筆者十分理解，而且對(duì)于這方面的成果與研究工作的敬業(yè)精神十分欽佩。對(duì)于其具體的研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)也相信無(wú)疑。但是對(duì)于其最后的結(jié)論，如果是“得不償失”的話，筆者卻不能茍同。暫且不談繁復(fù)的技術(shù)和學(xué)術(shù)方面的論證，簡(jiǎn)言之，這里就是各相關(guān)方的適應(yīng)與博弈問(wèn)題。尤其是我國(guó)混凝土攪拌站和外加劑生產(chǎn)者滿地開(kāi)花，良莠不齊，無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的情況下，更加劇了市場(chǎng)上供需雙方對(duì)立磨水泥相互適應(yīng)過(guò)程的復(fù)雜性。其實(shí)，所謂的立磨水泥性能問(wèn)題在20多年前歐美也曾發(fā)生過(guò)，而且也有許多深入的研究報(bào)告和成果。實(shí)踐表明，他們的適應(yīng)期或過(guò)度期并不太長(zhǎng)，額外的干涉因素也遠(yuǎn)沒(méi)有我國(guó)現(xiàn)在的那么復(fù)雜詭異。因而10多年前立磨水泥的問(wèn)題已經(jīng)解決。否則史密斯公司也不會(huì)研發(fā)推出OK型水泥（礦渣）立磨來(lái)代替康比丹水泥球磨了。歐美的這段歷史經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，同時(shí)也增加了我們采用立磨系統(tǒng)生產(chǎn)水泥（礦渣）的信心。雖然所需要的過(guò)渡期將會(huì)長(zhǎng)一些，但其發(fā)展的大方向是無(wú)須猶豫的。當(dāng)然這只是筆者的觀點(diǎn)，至于每個(gè)水泥企業(yè)，每一位客戶根據(jù)具體情況和自己判斷做出的任何抉擇以及某些學(xué)者專家的不同觀點(diǎn)，本人真誠(chéng)地表示尊重而且愿意從中學(xué)習(xí)到有益的東西。

　　四、混合材深加工

　　我國(guó)水泥中混合材的平均摻入量2010年達(dá)到34%，即熟料系數(shù)為0.62，1噸熟料生產(chǎn)1.6噸水泥。主要問(wèn)題并非混合材摻入很多，而是在于超過(guò)國(guó)家相應(yīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)的故意多摻混合材；更有甚者就是不論什么東西，只要他以為可以摻的，都可以當(dāng)作混合材摻入水泥中，完全無(wú)視水泥標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。這就是濫摻。各種假冒偽劣的水泥就是這樣超標(biāo)濫摻造出來(lái)的。所以關(guān)于混合材問(wèn)題，首先我國(guó)必須下大力氣加強(qiáng)監(jiān)管，剎住超標(biāo)濫摻歪風(fēng)并爭(zhēng)取消滅之。

　　其次，既然我們的混合材摻入量這么多，如何提高混合材的性能品質(zhì)，不要單純把它看作為填充料，而是設(shè)法改性成激發(fā)或改善水泥某些性能的"激發(fā)劑"，或者能替代部分熟料膠凝性的新材料。這就是混合材深加工的意義所在。例如礦渣和粉煤灰的超細(xì)磨，甚至達(dá)到納米級(jí)的深度加工。采用怎樣的方法和技術(shù)途徑才能達(dá)到高效大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的目的，這正是混合材深加工課題需要研究探求的。目前在國(guó)內(nèi)外有一些初步的報(bào)導(dǎo)。研究前景很廣闊，某些未知的領(lǐng)域尚待發(fā)掘探索。

　　2010年下半年，兩家專門(mén)生產(chǎn)立磨的德國(guó)公司相繼推出了為日產(chǎn)萬(wàn)噸熟料生產(chǎn)線配套的各自特大型的6個(gè)磨輥模塊式設(shè)計(jì)的立磨，傳動(dòng)功率6800kw，生料、水泥與礦渣的產(chǎn)能分別可達(dá)700t/h、350 t/h和250 t/h，可以說(shuō)基本上已經(jīng)到了立磨技術(shù)裝備的頂峰。這個(gè)最新進(jìn)展表明了粉磨裝備制造商對(duì)今后立磨廣泛采用充滿了利好的信心和預(yù)期。這是輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)所不能及的，因?yàn)檩亯簷C(jī)的大型化似乎早就到了頂點(diǎn)?？磥?lái)立磨競(jìng)爭(zhēng)力的后勁還是相當(dāng)強(qiáng)勁的。何況我國(guó)水泥工業(yè)推廣應(yīng)用立磨的時(shí)機(jī)現(xiàn)在才剛開(kāi)始光臨，廣闊前景可以期許！

　　主要參改文獻(xiàn)

　　1.ICR: The Global Cement Report, Ninth Edition(2011)

　　2.Nanocem:2009-2010 General Review