国内外分别粉磨案例简析

  分别粉磨作为一种提产降耗，优化水泥品质的有效生产方式，在国内外的运行一直没有停止，包括辊压机、立磨、辊筒磨这些新装备的出现也未能将其淘汰出局，分别粉磨的使用案例很多，这里仅就一些典型案例作一介绍。

  国外分别粉磨案例

  有一个向混凝土搅拌站供水泥的公司，为了满足搅拌站对水泥的多种要求，也为了降低自己的生产成本，竟然开发了将近20个有针对性的水泥品种。为了实现不同水泥的生产，并进行方便的品种转换，该公司采用了由三个子系统组成的分别粉磨系统，其系统流程如图10-17所示。

图10-17  由三个子系统组成的分别粉磨系统流程

  熟料粉子系统：（包括石膏、石灰石，有时加入粉煤灰），该系统可以根据混合材品种及掺量、SO₃的含量、粉磨细度要求的不同，生产3～5种熟料粉。

  该系统由辊压机、球磨机和选粉机组成，辊压机为边料循环的预粉磨，球磨机和选粉机组成闭路系统，部分粉煤灰从选粉机加入。

  加入石膏是为了便于最终水泥的SO₃控制；是否加入石灰石和粉煤灰根据最终的水泥品种确定；粉煤灰加入选粉机是为了提前选出细粉，以提高系统的粉磨效率。

  球磨机的尾仓使用了直径最小的研磨体（Φ15mm），有利于提高研磨能力和提高熟料颗粒的球形度。系统采用了高选粉效率的O—Sepa选粉机，以实现分别粉磨的颗粒窄分布（这一点不同于混合粉磨）。

  该系统生产的熟料粉颗粒分布接近最佳性能的RRSB方程，均匀性系数高达1.28，在加入石灰石和粉煤灰时，更多的细粉是石灰石和粉煤灰，熟料的均匀性系数会更高。

  矿渣粉子系统：由一个立磨子系统粉磨，生产比表面积为450m²/kg、600 m²/kg、800 m²/kg的三种矿渣粉。

  采用立磨主要为了降低粉磨电耗；加入使矿渣粉的SO₃含量接近于水泥的石膏，是为了让最终水泥中的SO₃含量不受矿渣粉的加入量影响，也是为了便于最终水泥的SO₃控制。

  粉煤灰子系统：该系统为球磨机和选粉机组成的闭路粉磨系统，以根据水泥品种的要求，实现加入粉煤灰粒径的最佳分布和均匀性。

  由于粉煤灰和熟料的容重不同，而且差别较大，选粉机对两者的切割粒径是不一样的，两者混合选粉将导致粉煤灰的粒径偏大，而熟料的粒径偏小，这不符合分别粉磨的最初愿望。

  该公司的分别粉磨获得了如下好处：

  （1）熟料粉的粒度分布接近最佳性能RRSB方程，影响水泥和混凝土性能的熟料细颗粒很少，影响水化速率的熟料粗颗粒也很少；

  （2）混合材的细度显着比熟料细，与熟料粉混合后水泥的粒度分布接近Fuller曲线，保证了水泥具有较低的孔隙率；

  （3）不同粒度分布的熟料粉与不同粒度分布的混合材，按一定比例组合，可以实现水泥的颗粒级配设计，生产预期性能的水泥；

  （4）不但水泥的早期强度高，而且后期的、长期的强度发展良好；

  （5）水化热特别是早期的水化热低，与减水剂相容性好，而且混凝土具有良好的工作性；

  （6）可以掺入多种混合材生产多元组合的水泥，从而发挥不同种类、不同颗粒分布的性能互补和叠加效应，优化水泥性能；

  （7）可以灵活多变的组织生产多品种水泥，改产过程迅速便捷，满足了不同顾客的不同需求；

  （8）即使掺有难磨的高细矿渣粉，生产比表面积在350～420m²/kg的水泥，水泥的综合电耗也只有31～35kWh/t水泥。

  国内建设的分别粉磨案例

  目前，联合粉磨系统可挖的潜力已经不多，为了进一步的节能降耗，分别粉磨在国内又逐步被重视起来，在国内的水泥厂、粉磨站，都已经有了设计、改造、运行的案例。

[Page]   这里有一个关于拉法基瑞安东骏公司的水泥分别粉磨情况介绍。

  东骏公司拥有一条4000t/d的预分解窑水泥生产线，于2005年6月点火生产，设计年生产水泥148万吨。水泥粉磨采用分别粉磨工艺，粉磨设备采用两台史密斯的OK33-4立磨，其熟料（熟料＋石膏）粉磨系统、混合材（矿渣＋石灰石）粉磨系统分别如图10-18、图10-19所示。

图10-18   熟料粉磨系统

图10-19    混合材粉磨系统

  熟料和石膏用一台立磨粉磨，矿渣和石灰石用一台立磨粉磨，分别送入相对应的粉料库储存。然后，根据市场对水泥品种的需求，经冲板流量计计量按比例配合后，喂入两台KM3000D型混合搅拌机，经过搅拌混合（见图10-20）后送入水泥储存库储存及出厂。

图10-20  混合搅拌系统

  立磨设计生产能力为：矿粉比表面积＞420m²/kg，台时84t/h；熟料粉比表面积＞330m²/kg ，台时150t/h。其中熟料磨可以粉磨熟料粉或者直接生产水泥成品，矿渣磨可以在矿粉库满时先用熟料洗磨，然后调入熟料粉库粉磨熟料粉，可以根据生产情况和市场需求灵活多变地组织生产。表10-15 是2009年该系统电耗情况的统计，2009年水泥粉磨系统综合平均电耗为31.13 kWh∕t，各品种水泥电耗见表10-16。

  表10-15   2009年系统电耗情况统计

  通过以上数据我们可以清楚的看到，该公司选用立磨进行水泥的分别粉磨是具有极大优势的。在当前的行业局势下，在原材料价格一路攀升的情况下，它可以有效降低水泥的粉磨电耗。需要指出的是，东骏公司水泥磨系统的大型电机采用的是已淘汰的水电阻启动方式，如果采用先进的变频调速技术，水泥粉磨电耗还能进一步降低。

  国内改造的分别粉磨案例

  为了解决水泥混合材掺量偏低的问题，进一步降低粉磨电耗和熟料消耗，降低生产成本，也为了消纳更多的矿渣外排，减轻资源浪费和环境污染对集团的压力。

  酒钢宏达公司立项对水泥混合粉磨系统进行分别粉磨改造，2008年8月建成投入使用,并取得了很好的效果。

  酒钢集团宏达建材有限责任公司，原建设有两套“熟料＋矿渣＋粉煤灰＋石膏”混合粉磨的“辊压机预粉磨＋闭路球磨机”系统，P·O42.5水泥混合材掺加量为13％，P·C 32.5水泥混合材掺加量为30％，作为水泥混合材年消纳矿渣量仅为15万t。而酒钢集团自有粒化高炉矿渣年产出量达85万t以上，大量的矿渣因无法利用堆弃于戈壁滩上，既污染了环境又浪费了资源。

  为了解决水泥混合材掺量偏低的问题，进一步降低粉磨电耗和熟料消耗，降低生产成本，也为了消纳更多的矿渣外弃，减轻资源浪费和环境污染对集团的压力。酒钢宏达公司立项对水泥混合粉磨系统进行分别粉磨改造，并列入甘肃省科技计划资助项目，方案为通过新增两台矿渣粉立磨将原有混合粉磨工艺改造为分别粉磨工艺，项目于2008年8月建成投入使用。改造后的水泥粉磨系统流程如图10-21所示。

图10-21  酒钢宏达改造后的水泥分别粉磨系统流程

  改造完成以后，从2009年2月到2009年11月，进行了大量的小磨试验和大磨调整，获得了比较满意的效果，生产的P·C42.5水泥混合材掺量达到27％，P·S·B32.5水泥混合材掺量突破60％大关，P·S·A42.5水泥混合材掺量突破了30％大关。截止到2009年11月25日，包括调整期在内，全年混合材平均掺加量由2008年的18％提高到24％，同比降低熟料配比6%，仅节约熟料5.1万t一项，就获得约1530万元的效益。

  值得一提的是酒钢宏达公司在摸索调整期间的一系列试验，对说明分别粉磨的意义和其他公司的借鉴具有一定的参考价值，不妨摘录如下：

[Page]   研究表明，混合粉磨的矿渣粉粒径大部分在60μm以上，其潜在的水硬活性难以得到正常发挥，在水泥水化过程中仅作为填充材料使用，掺量必然受到限制；而分别粉磨能够有效解决矿渣不能磨细的生产“瓶颈”，能提高矿渣微粉中20μm以下高活性颗粒比例，从而为提高矿渣掺量创造条件。

  （1）关于单掺与双掺的试验

  酒钢宏达自有足量的矿渣资源、周边具有丰富的粉煤灰资源，矿渣和粉煤灰都是水泥生产中常用的混合材，但其对水泥性能的影响不尽相同，为了最大限度地掺入混合材且确保水泥各项性能合格，首先进行了 “矿渣单掺”、 “矿渣、粉煤灰双掺”的“分别粉磨”小磨试验。

  试验所用原料：熟料为宏达公司1号水泥窑熟料，矿渣为酒钢宏兴炼铁粒化矿渣，粉煤灰为酒钢宏晟热电粉煤灰，石膏为SO₃含量≥40％的赤金石膏。

  试验用Φ500 mm×500mm化验室统一小磨作为粉磨设备，将熟料磨细至比表面积350±10m²/kg、细度80μm筛余≤4.0％，将矿渣磨细至比表面积440±10m²/kg，石膏、粉煤灰分别单独磨细至全部通过80μm方孔筛。根据设计方案对熟料粉、矿渣粉、粉煤灰、石膏进行掺配，按照GB175-2007进行全套物理性能检验，结果见表10-17，以及图10-22、图10-23。

  表10-17 分别粉磨及混合材单掺、双掺试验

图10-22  单掺矿渣粉强度变化趋势

图10-23  双掺（矿渣粉＋粉煤灰）强度变化趋势

  由表10-17、图10-22可见，在单掺矿渣粉时，水泥的3天抗压强度随着掺量的提高呈明显下降趋势，从纯熟料粉到掺20％矿渣粉，3天抗压强度由24.5 MPa下降到19.7MPa，当单掺量达到30％时，3天抗压强度进一步下降到15.9MPa，当单掺量达到40％时，3天抗压强度已下降到13.6MPa。

  28天抗压强度却不尽相同，呈现先升后降的趋势，在单掺矿渣粉20％时28天抗压强度甚至超过了纯熟料粉，但当矿渣粉的掺量超过25％后28天抗压强度随着掺量的增加开始降低，当掺量达到30％时28天抗压强度已由46.6 MPa下降到44.1 MPa，已不能满足普硅42.5水泥28天的富裕强度，超过40％时已达不到普硅42.5水泥28天的商品强度了。

  由表10-17、图10-23可见，双掺（矿渣粉＋粉煤灰）时，在混合材掺加量一定的条件下，双掺的3天抗压强度比单掺平均低了0.6MPa；在混合材掺量同为20％时，粉煤灰代替的矿渣粉越多3天抗压强度越低。

  28天抗压强度的变化趋势与3天抗压强度基本相当，在双掺达到同样掺加量时，28天抗压强度低了3～6 MPa，并且粉煤灰替代的矿渣粉愈多，强度下降愈大。即在同样掺加量的情况下，“双掺”（矿渣粉＋粉煤灰）强度低于“单掺”（矿渣粉）强度。

  试验同时作了强度增进率和抗压活性的比较，分别见图10-24和图10-25。从图10-24明显看出，水泥强度增进率随着混合材掺量的提高而成线性增长，单掺矿渣粉的增长幅度更加剧烈一些，双掺（矿渣粉+粉煤灰）后的增长趋势则较为平缓，矿渣粉表现出了良好的后期增长率高的性能；由图10-25可见，当用一定量的粉煤灰来代替矿渣粉时，强度活性会有所下降。

图10-24  “单掺”与“双掺”抗压强度增进率的比较

图10-25  “单掺”与“双掺”抗压活性的比较

  由此可见，从降低熟料消耗的角度考虑，要完成同样的质量指标，可以多掺矿渣粉而少掺粉煤灰；从降低粉磨电耗的角度考虑，虽然粉煤灰的活性不如矿渣粉，但在和熟料粉共同粉磨时粉煤灰有一定的的助磨作用，可有效提高熟料粉的台时产量而降低电耗。在具体的生产控制上，双掺时矿渣粉与粉煤灰的比例各占多少，还需要根据效益最大化的原则作出平衡。

  （2）关于熟料粉和矿渣粉比表面积的控制

  为了获取分别粉磨生产中，对熟料粉和矿渣粉的合理的细度控制指标，基于粉磨细度对物料活性的不同贡献，在固定一组分比表面积为400m²/kg的情况下，对另一组分做了比表面积与最终水泥强度的试验，试验结果如图10-26所示。

图10-26  熟料粉或矿渣粉比表面积对水泥强度的贡献

  由图10-26可见，当矿渣粉的比表面积固定在400m²/kg变更熟料的比表面积时，超过350～400m²/kg以后，混合料水泥的强度基本不再增加；相反，当熟料粉的比表面积固定在400 m²/kg时，改变矿渣的比表面积，超过350～400 m²/kg以后直至500m²/kg，混合料水泥的后期抗压强度长势不减，而且早期强度开始加速增长。

  由此可见，矿渣粉的细磨比熟料粉的细磨更有利于强度增长。基于此，该公司经过一段摸索，将熟料粉的比表面积控制逐渐降低到360m²/kg，后期基本稳定在了340m²/kg；而将矿渣粉的比表面积控制，由投产初期的380m²/kg逐渐加大，到2009年3月以后已调整至420 m²/kg。