水泥粉磨工艺的创新及应用

　　山东鲁碧建材有限公司（简称鲁碧公司）1号水泥线主机设备为Φ2×11m内筛分高细开流磨两台，近年来通过不断的技术改进，实际产能已超过了设计能力。生产中熟料、矿渣、石膏计量后按比例混合共同入磨进行粉磨，出磨成品经仓式泵输送入水泥库储存备用，水泥各原料配比中矿渣掺入量一般在26%左右，再进一步提高矿渣掺量将会影响水泥强度。在现有条件下，就设备潜能而言，通过近年来的不断技术改进，使该线设备产能已取得了较大提高，再进一步提高设备潜能的可能性比较有限。就混合材掺入量看，水泥中矿渣掺入量远远未达到国家标准中上限要求，矿渣成本较低，资源丰富，通过提高水泥中矿渣掺入量的途径，来降低水泥成本潜力较大。从生产工艺看，利用现有的混磨工艺进行生产，水泥中矿渣掺入量只能控制在20%～40%，再进一步提高的难度较大，因此必须考虑进一步优化工艺、技术创新。从鲁碧公司近年来配制水泥工业性试验和试生产情况看，转变粉磨工艺、配制生产水泥完全可以使矿渣掺入量提高到50%以上。因此，为了进一步降低水泥生产成本，适应生产发展的需要，我们提出并实施了"水泥粉磨工艺创新及应用"项目。

　　一、实施过程
　　1.工艺方案1号粉磨线共有5个水泥储存库，方案中考虑利用这几个库设计实施水泥配制搅拌系统，以适应转变粉磨工艺之后配制水泥的基本条件。具体做法是：将1号、2号水泥库进行清库后分别作为实施后的矿渣粉库、熟料粉库，紧傍此两库设置4个钢板仓，分别用于熟料粉、矿渣粉、粉煤灰储存。其中熟料粉钢仓、矿渣粉钢仓仅作为熟料粉库、矿渣粉库库侧卸料时缓冲仓使用，仓容量偏小，在这两仓内各设高低料位计，与各对应库侧卸料器、储存库之间形成库侧卸料自动控制回路：仓满高料位显示，库侧卸料器停止向钢板仓内供料；仓空低料位显示，库侧卸料器开始向钢板仓供料，从而保持熟料粉、矿渣粉供料连续性。两个粉煤灰钢仓作为储存仓考虑2～3天储期，仓容量稍大一些。各钢板仓下设置计量输送设备、双轴搅拌机、搅拌后成品输送设备等，保证配制生产正常进行及配制生产后成品入库。同时适应水泥配制生产的需要，将1号线原两台水泥磨进行研磨体级配调整，保持研磨体总装载量不变，适当调整各仓球径大小，适应熟料、矿渣的单独粉磨。矿渣粉按生产要求部分由本地区厚泽公司供应，部分为鲁碧公司生产，粉煤灰来自本地区电厂的Ⅰ级粉煤灰（细度80μm方孔筛筛余12%左右），二者均由散装罐车输送进厂，并直接打入各自的储存库。

　　2.可行性分析
　　（1）为掌握不同掺量矿渣进行配制生产对水泥性能的影响，我们利用一台Φ2×11m开流磨生产熟料粉（掺石膏），一台Φ3×11m闭路磨生产的矿渣粉（掺石膏）进行了配制水泥试验、试生产，结果表明：利用单独磨制的矿渣粉、熟料粉配制水泥，其中矿渣粉配入的比例达到了60%以上，各项技术指标仍然符合国家标准要求，比混磨生产工艺下矿渣掺入量要大得多，这主要是因为单独磨制的矿渣粉的比表面积较大，其活性得到了充分的发挥造成的，充分说明了配制生产新工艺是可行的。同时在配制水泥过程中加入3%左右的粉煤灰对水泥的各项物理性能影响不大，但随着粉煤灰掺量的增大，对水泥的性能凝结时间、强度会产生明显影响，这主要是粉煤灰细度较粗、活性较矿渣粉差造成的，故其在水泥中的掺入量注意不宜太大，否则会直接影响水泥性能。

　　（2）两种生产方式下水泥水化分析。混磨方式下由于矿渣颗粒粗大，潜在的水硬活性难以得到正常发挥，其在水泥水化过程仅作为一种填充材料使用，其掺加量必然受到限制，否则直接会影响到水泥物理性能；而新生产工艺下的矿渣经过单独粉磨后，其比表面积显著增大，微粉中20μm以下高反应活性颗粒比例大幅度增加，在水泥粉体中被充分、均匀的分散分布，水泥水化过程中均匀地穿插于水泥石空隙间的矿渣微颗粒堵塞了毛细孔（水孔）通道，改变了材料内部微观孔结构状态，降低了水泥石的空隙率，其次，由于填充在水泥粉体中的矿渣微粉颗粒表面圆润光滑，可以起到较好的物理减水作用，大大减少了水泥石结构中有害孔数量及水孔空隙，从而显著提高了水泥石的密实度及物理力学强度。

　　（3）除各物料满足细度要求外，水泥新生产工艺中，关键注意的两个问题，一是计量要准确，二是配制中搅拌混合要均匀。我们在设计实施的新生产工艺配制系统中，选择螺旋计量称作为各物料的计量设备，螺旋计量称分为溢流单管螺旋和计量单管螺旋两部分，前者起到稳流作用，确保给料均匀、及时，后者进行各物料计量，确保计量准确、稳定；采用适合2～4种干物料进行搅拌混匀的双轴搅拌机作为搅拌设备，适当改变搅拌叶片角度和延长搅拌混合时间，确保搅拌充分、均匀，搅拌机能力为60～80t/h，生产控制上采取设定各物料配比与成品中实测矿渣掺入量数值比较，来检验配制生产过程中各物料混匀情况，确保新生产工艺下水泥质量稳定性。

　　二、实施效果及效益
　　1.实施效果实施后，1号线水泥生产由传统的共同粉磨工艺改为熟料、矿渣单独粉磨（粉磨中掺入适量石膏），之后进行配制生产的新粉磨工艺，实际生产中，一般熟料粉细度比表面积控制在320m²/kg～350m²/kg，矿渣粉细度比表面积控制在400m²/kg～450m²/kg.水泥中矿渣掺入量由原来控制在26%左右提高到50%以上，由于采用单独粉磨方式生产的矿渣粉细度细，20μm以下的微粉量大大增多，矿渣活性得以发挥，较好地改善了水泥性能。同时，在基本不影响水泥性能情况下配制水泥过程中直接掺入了3%左右Ⅰ级粉煤灰，资源综合利用的同时降低了水泥生产成本。

　　新粉磨工艺下生产的水泥各项物理性能指标均优于国家标准要求，与混磨生产工艺相比后期强度明显偏高，这主要与矿渣粉细度细、活性充分发挥有关。

　　2、经济效益该项目实施后，水泥中矿渣掺入量由原来的26%左右提高到50%以上，同时生产过程中直接掺入了3%左右的粉煤灰。从而使1号粉磨线水泥成本降低19.45元/吨。水泥，鲁碧公司2005年1号粉磨线计划完成配制生产水泥130000吨，故因成本降低带来的年直接经济效益为：19.45×130000=2528500（元）。

　　此外，项目实施后，若按新设计实施的生产工艺系统配制能力65t/h、设备运转率80%计算，实际配制生产能力能达到365×24×65×80%≈45.55万吨/年，若不考虑市场等因素影响，由生产规模增大带来的经济效益更为可观。