國內(nèi)外分別粉磨案例簡析

  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，分別粉磨在國內(nèi)又逐步被重視起來，在國內(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)

  熟料和石膏用一臺立磨粉磨，礦渣和石灰石用一臺立磨粉磨，分別送入相對應(yīng)的粉料庫儲存。然后，根據(jù)市場對水泥品種的需求，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）后送入水泥儲存庫儲存及出廠。

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，臺時(shí)84t/h；熟料粉比表面積＞330m²/kg ，臺時(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滿時(shí)先用熟料洗磨，然后調(diào)入熟料粉庫粉磨熟料粉，可以根據(jù)生產(chǎn)情況和市場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)勢的。在當(dāng)前的行業(yè)局勢下，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)境污染對集團(tuán)的壓力。

  酒鋼宏達(dá)公司立項(xiàng)對水泥混合粉磨系統(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僅為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)境污染對集團(tuán)的壓力。酒鋼宏達(dá)公司立項(xiàng)對水泥混合粉磨系統(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

圖10-23  雙摻（礦渣粉＋粉煤灰）強(qiáng)度變化趨勢

  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，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，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，單摻礦渣粉的增長幅度更加劇烈一些，雙摻（礦渣粉+粉煤灰）后的增長趨勢則較為平緩，礦渣粉表現(xiàn)出了良好的后期增長率高的性能；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)度長勢不減，而且早期強(qiáng)度開始加速增長。

  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?；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。