趙乃仁先生關(guān)于水泥生產(chǎn)工藝的新設(shè)想
2011-04-11 00:00
水泥制造從本質(zhì)上講，是依靠各種能量將天然狀態(tài)的石灰石、礦石加工為有用的礦物，就其直接作用到礦石結(jié)構(gòu)本身的主要能量來(lái)講，分為用于粉碎的動(dòng)力和用于煅燒的熱量?jī)煞N，并在加工過(guò)程中分段實(shí)施。
物料粉磨要吸收大量的能量。當(dāng)比表面積在2000-4000cm2/g范圍內(nèi)，隨著比表面積的增大，單位能耗相應(yīng)增大；其增大速度上升，也就是隨著比表面積的增加，其所需能量增加的要更多一些。由此可以設(shè)想：用與粉磨的能量，除用于增加物料的比表面積和消耗于產(chǎn)生能量及噪音之外，還有一部分能量附著于物料的新表面。
這一部分附著于物料新生表面上能量存在的設(shè)想是有一些現(xiàn)象可以旁證的：諸如隨著物料進(jìn)一步粉碎變細(xì)，物料之間相互凝聚成團(tuán)粒的現(xiàn)象出現(xiàn)；當(dāng)采用輥壓機(jī)（Rollerpress）依靠高壓擠碎粉磨物料時(shí)，其細(xì)料卻形成餅塊，并有相當(dāng)強(qiáng)度，必須另外打碎才能使其分散。如果這個(gè)設(shè)想存在，那么隨著生料的存放，隨著新生表面上能量也會(huì)因陳化而跑逸。事實(shí)上，新粉磨生料和存放一段時(shí)間的生料在生產(chǎn)上證明其流動(dòng)性是明顯有差異的。
新設(shè)想的要點(diǎn)：現(xiàn)代水泥生產(chǎn)技術(shù)表明，物料的比表面積在反應(yīng)過(guò)程中具有強(qiáng)大的威力。西安冶金建筑學(xué)院粉體工程研究室的研究和南京化工學(xué)院硅酸鹽工程研究所都證明了，在同樣的反應(yīng)條件下，分散態(tài)和懸浮態(tài)的生料其分解速率成百倍的超過(guò)堆聚態(tài)下生料的分解速率。生產(chǎn)也證明了這一點(diǎn)，在中空回轉(zhuǎn)窯內(nèi)雖然具有由于火焰和高速氣流直接輻射比懸浮預(yù)熱器和分解爐要強(qiáng)烈，但是由于中空回轉(zhuǎn)窯熱耗比懸浮預(yù)熱器窯的高，使煙氣中CO2分壓相應(yīng)比懸浮預(yù)熱器和分解爐要低，這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)分解速率卻達(dá)20分鐘，而在旋風(fēng)預(yù)熱器和分解爐內(nèi)的分解速率以秒計(jì)算，兩者相差了幾百倍。
新設(shè)想的技術(shù)關(guān)鍵：生料粉磨后能否進(jìn)行生料煅燒？過(guò)去的生產(chǎn)工藝建立了生料粉磨—＞生料調(diào)配和儲(chǔ)存—＞生料煅燒這樣三個(gè)階段，這是由當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)和管理技術(shù)所決定的，即：
（1） 必須在生料儲(chǔ)存階段才能使生料調(diào)配到合格的要求成分和均勻程度；
（2） 必須依靠生料儲(chǔ)存量來(lái)緩沖窯、磨兩者生產(chǎn)的不平衡；
（3） 技術(shù)上不具備相連接的條件；
（4） 生產(chǎn)中不存在這個(gè)必要性。
但是，新型干法生產(chǎn)發(fā)展到今天，已經(jīng)可以直接利用窯尾預(yù)熱器出口廢氣進(jìn)入粉磨系統(tǒng)來(lái)烘干原料，并在系統(tǒng)中使出窯廢氣收塵和生料粉磨廢氣收塵聯(lián)合為一臺(tái)設(shè)備，這樣既節(jié)約了能耗，又降低了投資，減少了粉塵排放點(diǎn)。這也是由于控制技術(shù)的發(fā)展，保證了雖然窯、磨銜接卻不能獨(dú)立運(yùn)行而不相互干擾，才能得以實(shí)現(xiàn)的。磨、窯之間是氣和料的連接，氣已經(jīng)直接溝通，但料還是經(jīng)過(guò)生料存儲(chǔ)這環(huán)節(jié)才能入窯。
當(dāng)前，要完成生料粉磨直接入窯的技術(shù)關(guān)鍵是生料的配比和控制，即出磨生料成分要達(dá)到入窯成分和均勻性的要求。實(shí)際上，從礦山開采控制、原料預(yù)均化、預(yù)配料、電子計(jì)重稱和精度控制喂料，到熒光分析儀和成分快速在線控制等，雖然在技術(shù)上飛速發(fā)展，但在工藝上卻沒有根本性的突破，至今仍依靠生料儲(chǔ)存來(lái)調(diào)配和均化生料，這與過(guò)去沒有很大的差別。
丹麥阿爾堡水泥廠在濕磨干燒的技術(shù)中把生料漿及10%粉煤灰喂入烘干混合成粉后立即喂入燒成系統(tǒng)，生產(chǎn)情況良好。粉煤灰是工業(yè)廢渣，配以10%成分也存在生料成分的控制和均勻性問(wèn)題，當(dāng)然料漿和料粉較易均化與控制，但該廠的例子也提供了一種生料制備后立即入窯的啟示。
因此，在已有質(zhì)量控制技術(shù)發(fā)展的條件下，作這方面的努力，把質(zhì)量控制的目標(biāo)明確的定為取消生料儲(chǔ)存這一工序，應(yīng)該是有可能完成的，同時(shí)省卻生料儲(chǔ)存這一環(huán)節(jié)，可以節(jié)約相當(dāng)一部分建設(shè)資金，管理環(huán)節(jié)也可簡(jiǎn)化，從經(jīng)濟(jì)上講是甚為可觀的，從工藝上講是一項(xiàng)重大的改革。
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