國(guó)內(nèi)外分別粉磨案例簡(jiǎn)析

  分別粉磨作為一種提產(chǎn)降耗，優(yōu)化水泥品質(zhì)的有效生產(chǎn)方式，在國(guó)內(nèi)外的運(yùn)行一直沒有停止，包括輥壓機(jī)、立磨、輥筒磨這些新裝備的出現(xiàn)也未能將其淘汰出局，分別粉磨的使用案例很多，這里僅就一些典型案例作一介紹。

  國(guó)外分別粉磨案例

  有一個(gè)向混凝土攪拌站供水泥的公司，為了滿足攪拌站對(duì)水泥的多種要求，也為了降低自己的生產(chǎn)成本，竟然開發(fā)了將近20個(gè)有針對(duì)性的水泥品種。為了實(shí)現(xiàn)不同水泥的生產(chǎn)，并進(jìn)行方便的品種轉(zhuǎn)換，該公司采用了由三個(gè)子系統(tǒng)組成的分別粉磨系統(tǒng)，其系統(tǒng)流程如圖10-17所示。

圖10-17  由三個(gè)子系統(tǒng)組成的分別粉磨系統(tǒng)流程

  熟料粉子系統(tǒng)：（包括石膏、石灰石，有時(shí)加入粉煤灰），該系統(tǒng)可以根據(jù)混合材品種及摻量、SO₃的含量、粉磨細(xì)度要求的不同，生產(chǎn)3～5種熟料粉。

  該系統(tǒng)由輥壓機(jī)、球磨機(jī)和選粉機(jī)組成，輥壓機(jī)為邊料循環(huán)的預(yù)粉磨，球磨機(jī)和選粉機(jī)組成閉路系統(tǒng)，部分粉煤灰從選粉機(jī)加入。

  加入石膏是為了便于最終水泥的SO₃控制；是否加入石灰石和粉煤灰根據(jù)最終的水泥品種確定；粉煤灰加入選粉機(jī)是為了提前選出細(xì)粉，以提高系統(tǒng)的粉磨效率。

  球磨機(jī)的尾倉(cāng)使用了直徑最小的研磨體（Φ15mm），有利于提高研磨能力和提高熟料顆粒的球形度。系統(tǒng)采用了高選粉效率的O—Sepa選粉機(jī)，以實(shí)現(xiàn)分別粉磨的顆粒窄分布（這一點(diǎn)不同于混合粉磨）。

  該系統(tǒng)生產(chǎn)的熟料粉顆粒分布接近最佳性能的RRSB方程，均勻性系數(shù)高達(dá)1.28，在加入石灰石和粉煤灰時(shí)，更多的細(xì)粉是石灰石和粉煤灰，熟料的均勻性系數(shù)會(huì)更高。

  礦渣粉子系統(tǒng)：由一個(gè)立磨子系統(tǒng)粉磨，生產(chǎn)比表面積為450m²/kg、600 m²/kg、800 m²/kg的三種礦渣粉。

  采用立磨主要為了降低粉磨電耗；加入使礦渣粉的SO₃含量接近于水泥的石膏，是為了讓最終水泥中的SO₃含量不受礦渣粉的加入量影響，也是為了便于最終水泥的SO₃控制。

  粉煤灰子系統(tǒng)：該系統(tǒng)為球磨機(jī)和選粉機(jī)組成的閉路粉磨系統(tǒng)，以根據(jù)水泥品種的要求，實(shí)現(xiàn)加入粉煤灰粒徑的最佳分布和均勻性。

  由于粉煤灰和熟料的容重不同，而且差別較大，選粉機(jī)對(duì)兩者的切割粒徑是不一樣的，兩者混合選粉將導(dǎo)致粉煤灰的粒徑偏大，而熟料的粒徑偏小，這不符合分別粉磨的最初愿望。

  該公司的分別粉磨獲得了如下好處：

  （1）熟料粉的粒度分布接近最佳性能RRSB方程，影響水泥和混凝土性能的熟料細(xì)顆粒很少，影響水化速率的熟料粗顆粒也很少；

  （2）混合材的細(xì)度顯著比熟料細(xì)，與熟料粉混合后水泥的粒度分布接近Fuller曲線，保證了水泥具有較低的孔隙率；

  （3）不同粒度分布的熟料粉與不同粒度分布的混合材，按一定比例組合，可以實(shí)現(xiàn)水泥的顆粒級(jí)配設(shè)計(jì)，生產(chǎn)預(yù)期性能的水泥；

  （4）不但水泥的早期強(qiáng)度高，而且后期的、長(zhǎng)期的強(qiáng)度發(fā)展良好；

  （5）水化熱特別是早期的水化熱低，與減水劑相容性好，而且混凝土具有良好的工作性；

  （6）可以摻入多種混合材生產(chǎn)多元組合的水泥，從而發(fā)揮不同種類、不同顆粒分布的性能互補(bǔ)和疊加效應(yīng)，優(yōu)化水泥性能；

  （7）可以靈活多變的組織生產(chǎn)多品種水泥，改產(chǎn)過程迅速便捷，滿足了不同顧客的不同需求；

  （8）即使摻有難磨的高細(xì)礦渣粉，生產(chǎn)比表面積在350～420m²/kg的水泥，水泥的綜合電耗也只有31～35kWh/t水泥。

  國(guó)內(nèi)建設(shè)的分別粉磨案例

  目前，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)可挖的潛力已經(jīng)不多，為了進(jìn)一步的節(jié)能降耗，分別粉磨在國(guó)內(nèi)又逐步被重視起來，在國(guó)內(nèi)的水泥廠、粉磨站，都已經(jīng)有了設(shè)計(jì)、改造、運(yùn)行的案例。

[Page]   這里有一個(gè)關(guān)于拉法基瑞安東駿公司的水泥分別粉磨情況介紹。

  東駿公司擁有一條4000t/d的預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線，于2005年6月點(diǎn)火生產(chǎn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)水泥148萬噸。水泥粉磨采用分別粉磨工藝，粉磨設(shè)備采用兩臺(tái)史密斯的OK33-4立磨，其熟料（熟料＋石膏）粉磨系統(tǒng)、混合材（礦渣＋石灰石）粉磨系統(tǒng)分別如圖10-18、圖10-19所示。

圖10-18   熟料粉磨系統(tǒng)

圖10-19    混合材粉磨系統(tǒng)

  熟料和石膏用一臺(tái)立磨粉磨，礦渣和石灰石用一臺(tái)立磨粉磨，分別送入相對(duì)應(yīng)的粉料庫(kù)儲(chǔ)存。然后，根據(jù)市場(chǎng)對(duì)水泥品種的需求，經(jīng)沖板流量計(jì)計(jì)量按比例配合后，喂入兩臺(tái)KM3000D型混合攪拌機(jī)，經(jīng)過攪拌混合（見圖10-20）后送入水泥儲(chǔ)存庫(kù)儲(chǔ)存及出廠。

圖10-20  混合攪拌系統(tǒng)

  立磨設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為：礦粉比表面積＞420m²/kg，臺(tái)時(shí)84t/h；熟料粉比表面積＞330m²/kg ，臺(tái)時(shí)150t/h。其中熟料磨可以粉磨熟料粉或者直接生產(chǎn)水泥成品，礦渣磨可以在礦粉庫(kù)滿時(shí)先用熟料洗磨，然后調(diào)入熟料粉庫(kù)粉磨熟料粉，可以根據(jù)生產(chǎn)情況和市場(chǎng)需求靈活多變地組織生產(chǎn)。表10-15 是2009年該系統(tǒng)電耗情況的統(tǒng)計(jì)，2009年水泥粉磨系統(tǒng)綜合平均電耗為31.13 kWh∕t，各品種水泥電耗見表10-16。

  表10-15   2009年系統(tǒng)電耗情況統(tǒng)計(jì)

  通過以上數(shù)據(jù)我們可以清楚的看到，該公司選用立磨進(jìn)行水泥的分別粉磨是具有極大優(yōu)勢(shì)的。在當(dāng)前的行業(yè)局勢(shì)下，在原材料價(jià)格一路攀升的情況下，它可以有效降低水泥的粉磨電耗。需要指出的是，東駿公司水泥磨系統(tǒng)的大型電機(jī)采用的是已淘汰的水電阻啟動(dòng)方式，如果采用先進(jìn)的變頻調(diào)速技術(shù)，水泥粉磨電耗還能進(jìn)一步降低。

  國(guó)內(nèi)改造的分別粉磨案例

  為了解決水泥混合材摻量偏低的問題，進(jìn)一步降低粉磨電耗和熟料消耗，降低生產(chǎn)成本，也為了消納更多的礦渣外排，減輕資源浪費(fèi)和環(huán)境污染對(duì)集團(tuán)的壓力。

  酒鋼宏達(dá)公司立項(xiàng)對(duì)水泥混合粉磨系統(tǒng)進(jìn)行分別粉磨改造，2008年8月建成投入使用,并取得了很好的效果。

  酒鋼集團(tuán)宏達(dá)建材有限責(zé)任公司，原建設(shè)有兩套“熟料＋礦渣＋粉煤灰＋石膏”混合粉磨的“輥壓機(jī)預(yù)粉磨＋閉路球磨機(jī)”系統(tǒng)，P·O42.5水泥混合材摻加量為13％，P·C 32.5水泥混合材摻加量為30％，作為水泥混合材年消納礦渣量?jī)H為15萬t。而酒鋼集團(tuán)自有?；郀t礦渣年產(chǎn)出量達(dá)85萬t以上，大量的礦渣因無法利用堆棄于戈壁灘上，既污染了環(huán)境又浪費(fèi)了資源。

  為了解決水泥混合材摻量偏低的問題，進(jìn)一步降低粉磨電耗和熟料消耗，降低生產(chǎn)成本，也為了消納更多的礦渣外棄，減輕資源浪費(fèi)和環(huán)境污染對(duì)集團(tuán)的壓力。酒鋼宏達(dá)公司立項(xiàng)對(duì)水泥混合粉磨系統(tǒng)進(jìn)行分別粉磨改造，并列入甘肅省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目，方案為通過新增兩臺(tái)礦渣粉立磨將原有混合粉磨工藝改造為分別粉磨工藝，項(xiàng)目于2008年8月建成投入使用。改造后的水泥粉磨系統(tǒng)流程如圖10-21所示。

圖10-21  酒鋼宏達(dá)改造后的水泥分別粉磨系統(tǒng)流程

  改造完成以后，從2009年2月到2009年11月，進(jìn)行了大量的小磨試驗(yàn)和大磨調(diào)整，獲得了比較滿意的效果，生產(chǎn)的P·C42.5水泥混合材摻量達(dá)到27％，P·S·B32.5水泥混合材摻量突破60％大關(guān)，P·S·A42.5水泥混合材摻量突破了30％大關(guān)。截止到2009年11月25日，包括調(diào)整期在內(nèi)，全年混合材平均摻加量由2008年的18％提高到24％，同比降低熟料配比6%，僅節(jié)約熟料5.1萬t一項(xiàng)，就獲得約1530萬元的效益。

  值得一提的是酒鋼宏達(dá)公司在摸索調(diào)整期間的一系列試驗(yàn)，對(duì)說明分別粉磨的意義和其他公司的借鑒具有一定的參考價(jià)值，不妨摘錄如下：

[Page]   研究表明，混合粉磨的礦渣粉粒徑大部分在60μm以上，其潛在的水硬活性難以得到正常發(fā)揮，在水泥水化過程中僅作為填充材料使用，摻量必然受到限制；而分別粉磨能夠有效解決礦渣不能磨細(xì)的生產(chǎn)“瓶頸”，能提高礦渣微粉中20μm以下高活性顆粒比例，從而為提高礦渣摻量創(chuàng)造條件。

  （1）關(guān)于單摻與雙摻的試驗(yàn)

  酒鋼宏達(dá)自有足量的礦渣資源、周邊具有豐富的粉煤灰資源，礦渣和粉煤灰都是水泥生產(chǎn)中常用的混合材，但其對(duì)水泥性能的影響不盡相同，為了最大限度地?fù)饺牖旌喜那掖_保水泥各項(xiàng)性能合格，首先進(jìn)行了 “礦渣單摻”、 “礦渣、粉煤灰雙摻”的“分別粉磨”小磨試驗(yàn)。

  試驗(yàn)所用原料：熟料為宏達(dá)公司1號(hào)水泥窯熟料，礦渣為酒鋼宏興煉鐵?；V渣，粉煤灰為酒鋼宏晟熱電粉煤灰，石膏為SO₃含量≥40％的赤金石膏。

  試驗(yàn)用Φ500 mm×500mm化驗(yàn)室統(tǒng)一小磨作為粉磨設(shè)備，將熟料磨細(xì)至比表面積350±10m²/kg、細(xì)度80μm篩余≤4.0％，將礦渣磨細(xì)至比表面積440±10m²/kg，石膏、粉煤灰分別單獨(dú)磨細(xì)至全部通過80μm方孔篩。根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)熟料粉、礦渣粉、粉煤灰、石膏進(jìn)行摻配，按照GB175-2007進(jìn)行全套物理性能檢驗(yàn)，結(jié)果見表10-17，以及圖10-22、圖10-23。

  表10-17 分別粉磨及混合材單摻、雙摻試驗(yàn)

圖10-22  單摻礦渣粉強(qiáng)度變化趨勢(shì)

圖10-23  雙摻（礦渣粉＋粉煤灰）強(qiáng)度變化趨勢(shì)

  由表10-17、圖10-22可見，在單摻礦渣粉時(shí)，水泥的3天抗壓強(qiáng)度隨著摻量的提高呈明顯下降趨勢(shì)，從純熟料粉到摻20％礦渣粉，3天抗壓強(qiáng)度由24.5 MPa下降到19.7MPa，當(dāng)單摻量達(dá)到30％時(shí)，3天抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步下降到15.9MPa，當(dāng)單摻量達(dá)到40％時(shí)，3天抗壓強(qiáng)度已下降到13.6MPa。

  28天抗壓強(qiáng)度卻不盡相同，呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在單摻礦渣粉20％時(shí)28天抗壓強(qiáng)度甚至超過了純熟料粉，但當(dāng)?shù)V渣粉的摻量超過25％后28天抗壓強(qiáng)度隨著摻量的增加開始降低，當(dāng)摻量達(dá)到30％時(shí)28天抗壓強(qiáng)度已由46.6 MPa下降到44.1 MPa，已不能滿足普硅42.5水泥28天的富裕強(qiáng)度，超過40％時(shí)已達(dá)不到普硅42.5水泥28天的商品強(qiáng)度了。

  由表10-17、圖10-23可見，雙摻（礦渣粉＋粉煤灰）時(shí)，在混合材摻加量一定的條件下，雙摻的3天抗壓強(qiáng)度比單摻平均低了0.6MPa；在混合材摻量同為20％時(shí)，粉煤灰代替的礦渣粉越多3天抗壓強(qiáng)度越低。

  28天抗壓強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與3天抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)，在雙摻達(dá)到同樣摻加量時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度低了3～6 MPa，并且粉煤灰替代的礦渣粉愈多，強(qiáng)度下降愈大。即在同樣摻加量的情況下，“雙摻”（礦渣粉＋粉煤灰）強(qiáng)度低于“單摻”（礦渣粉）強(qiáng)度。

  試驗(yàn)同時(shí)作了強(qiáng)度增進(jìn)率和抗壓活性的比較，分別見圖10-24和圖10-25。從圖10-24明顯看出，水泥強(qiáng)度增進(jìn)率隨著混合材摻量的提高而成線性增長(zhǎng)，單摻礦渣粉的增長(zhǎng)幅度更加劇烈一些，雙摻（礦渣粉+粉煤灰）后的增長(zhǎng)趨勢(shì)則較為平緩，礦渣粉表現(xiàn)出了良好的后期增長(zhǎng)率高的性能；由圖10-25可見，當(dāng)用一定量的粉煤灰來代替礦渣粉時(shí)，強(qiáng)度活性會(huì)有所下降。

圖10-24  “單摻”與“雙摻”抗壓強(qiáng)度增進(jìn)率的比較

圖10-25  “單摻”與“雙摻”抗壓活性的比較

  由此可見，從降低熟料消耗的角度考慮，要完成同樣的質(zhì)量指標(biāo)，可以多摻礦渣粉而少摻粉煤灰；從降低粉磨電耗的角度考慮，雖然粉煤灰的活性不如礦渣粉，但在和熟料粉共同粉磨時(shí)粉煤灰有一定的的助磨作用，可有效提高熟料粉的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量而降低電耗。在具體的生產(chǎn)控制上，雙摻時(shí)礦渣粉與粉煤灰的比例各占多少，還需要根據(jù)效益最大化的原則作出平衡。

  （2）關(guān)于熟料粉和礦渣粉比表面積的控制

  為了獲取分別粉磨生產(chǎn)中，對(duì)熟料粉和礦渣粉的合理的細(xì)度控制指標(biāo)，基于粉磨細(xì)度對(duì)物料活性的不同貢獻(xiàn)，在固定一組分比表面積為400m²/kg的情況下，對(duì)另一組分做了比表面積與最終水泥強(qiáng)度的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10-26所示。

圖10-26  熟料粉或礦渣粉比表面積對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)

  由圖10-26可見，當(dāng)?shù)V渣粉的比表面積固定在400m²/kg變更熟料的比表面積時(shí)，超過350～400m²/kg以后，混合料水泥的強(qiáng)度基本不再增加；相反，當(dāng)熟料粉的比表面積固定在400 m²/kg時(shí)，改變礦渣的比表面積，超過350～400 m²/kg以后直至500m²/kg，混合料水泥的后期抗壓強(qiáng)度長(zhǎng)勢(shì)不減，而且早期強(qiáng)度開始加速增長(zhǎng)。

  由此可見，礦渣粉的細(xì)磨比熟料粉的細(xì)磨更有利于強(qiáng)度增長(zhǎng)?；诖?，該公司經(jīng)過一段摸索，將熟料粉的比表面積控制逐漸降低到360m²/kg，后期基本穩(wěn)定在了340m²/kg；而將礦渣粉的比表面積控制，由投產(chǎn)初期的380m²/kg逐漸加大，到2009年3月以后已調(diào)整至420 m²/kg。