超細礦渣粉磨工藝

提要：通過對不同粉磨工藝的分析對比，介紹了幾種超細礦渣的選擇方案及其技術經(jīng)濟比較。

關鍵詞：超細礦渣 粉磨 開路磨 閉路磨 立磨 預粉磨 半終粉磨 終粉磨

前言

隨著我國水泥產(chǎn)品新標準和ISO強度檢驗標準的實施，采用傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)礦渣水泥的難度越來越大。其主要原因是水泥ISO檢驗標準對非活活性混合材在水泥中的摻入量非常敏感，而礦渣的易磨性一般比熟料差（粒化高爐渣為0.7左右），采用傳統(tǒng)的混合粉磨工藝粉磨的水泥中的礦渣粉細度比熟料差得多，含有很多粗顆粒，使礦渣的活性沒有充分發(fā)揮出來，從而引起水泥強度大大下降，極大得限制了礦渣得摻入量。為保證礦渣水泥的實物質(zhì)量，充分發(fā)揮礦渣的活性，必須針對礦渣和熟料的易磨性差異，將難磨的礦渣與熟料分別粉磨，并將礦渣的粉磨細度提高到400m²/kg以上（一般要求再430-500m²/kg），這樣可以在保證水泥強度不變的情況下提高礦渣摻入量30-60%。而另外的研究表明當?shù)V渣被超細粉磨到500-600m²/kg左右時，由于其玻璃體結構被破壞，潛在的活性被激發(fā)出來，將這種礦渣用于混凝土的摻和料可使混凝土的泌水性、可塑性更好，改善混凝土中孔結構，降低孔隙率，提高混凝土的密實度和強度，使混凝土具有良好的抗硫酸鹽、氯鹽性能和良好得耐久性，是生產(chǎn)高性能混凝土不可或缺的添加劑，可替代30-50%的水泥用量。

隨著各項研究的逐步深入，超細礦渣粉的應用越來越廣泛，市場前景越來越大。本文將針對礦渣的特點，提出幾種超細粉磨工藝，就其各自的技術特點進行分析，供大家參考選擇。

1.開路粉磨工藝

這是目前國內(nèi)采用得比較多得一種簡單工藝。其特點是工藝系統(tǒng)簡單，投資低，只需要針對礦渣易碎難磨的特點對原有水泥磨機進行鋼球級配調(diào)整（減少大球，增加小球或采用小鋼段）、隔倉板和出口篦板調(diào)整改造即可生產(chǎn)超細礦渣粉。但由于開路磨的通風能力有限烘干能力不足，必須對礦渣進行預烘干，將礦渣進磨水分降到2%以下。這種工藝的生產(chǎn)能力低（相同規(guī)格的磨機只能達到普通水泥產(chǎn)量的20%左右），無法進行大規(guī)模生產(chǎn)。同時該工藝生產(chǎn)的礦渣粉細度難以控制和調(diào)整，無法根據(jù)不同的產(chǎn)品要求，調(diào)整產(chǎn)品細度；單位電耗高（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗達到150-180kWh/t），從而導致生產(chǎn)成本高，達不到達幅度降低混凝土生產(chǎn)成本的目的。

2.閉路粉磨工藝

該粉磨工藝流程與水泥生產(chǎn)的生料粉磨工藝流程基本相似，目前國內(nèi)有幾條小規(guī)格的生產(chǎn)線應用（年產(chǎn)3-5萬噸）。但在磨機本身的粉磨倉和破碎倉的長度以及研磨體的級配方面與普通的生料磨機有所不同。為適應礦渣易碎難磨，且要求超細等特點，礦渣磨的破碎倉短，粉磨倉長，且磨機總體的長徑比較生料磨高，與水泥磨相近；大鋼球少，小鋼球或小鋼段多，而且磨內(nèi)風速較生料磨低。該流程采用新型高效選粉機，產(chǎn)品細度容易控制和調(diào)整。這種粉磨工藝產(chǎn)量較高（相同規(guī)格的磨機能達到普通水泥

產(chǎn)量的40-50%），電耗較低（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗為80-100kWh/t），可以應用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)（單機生產(chǎn)能力可達到年產(chǎn)60萬噸）。其工藝流程見圖1。

圖1 閉路粉磨工藝流程

3.立磨

國內(nèi)目前還沒有采用立磨來粉磨超細礦渣粉的工藝系統(tǒng)，也沒有用于水泥粉磨的立磨系統(tǒng)，但作為生料粉磨系統(tǒng)已經(jīng)應用很多了。立磨用于生料粉磨具有系統(tǒng)簡單，運行穩(wěn)定，烘干能力強，原料不需要預烘干，生產(chǎn)能力大，電耗低等特點。沒有應用于水泥粉磨的主要原因是其產(chǎn)品的顆粒級配不合理，對水泥產(chǎn)品質(zhì)量有影響（目前國外幾家大的立磨制造公司已經(jīng)基本解決這一問題），而對于礦渣粉磨來說，目前的研究表明，礦渣粉的顆粒級配對其性能沒有什么影響，因此，其在生料粉磨中所具有的優(yōu)點也同樣實用于礦渣粉磨。但是，因為在粉磨過程中立磨選粉機的粗粉回料量比作為生料磨時大得多，而且回粉的細度也細得多，這對于立磨要求在磨盤上形成均勻的料床厚度非常不利，因此，立磨作為超細礦渣的粉磨系統(tǒng)需要注意的是磨機震動會比較厲害，這將會嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為此必須加強對磨機震動的檢測控制，同時向磨盤上大量淋水、降低磨盤轉(zhuǎn)速以保證料床濕度和厚度。

立磨系統(tǒng)產(chǎn)量高，單機年產(chǎn)量可達到60萬噸規(guī)模，易于形成規(guī)模經(jīng)營。粉磨電耗低（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗為40-60kWh/t），對于降低生產(chǎn)成本非常有利。但是立磨對鋼渣的的適應性比較差，因為在入磨前的喂料皮帶機上必須設置電磁除鐵器和金屬探測器以防止金屬硬物進入磨機，造成對立磨損害，而鋼渣的金屬含量較高且不易被除鐵器除掉，容易因金屬探測器信號引起分料三通閥頻繁動作使磨盤上的物料太少，致使磨機震動甚至引起停機。立磨工藝流程見圖2。

圖2 立磨工藝流程

隨著設計手段和觀念的轉(zhuǎn)變，以及工藝技術的日益成熟，立磨系統(tǒng)的投資大大降低，和閉路球磨系統(tǒng)基本持平或略高。但由于其使用性能和產(chǎn)品電耗方面的極大優(yōu)勢，該系統(tǒng)的應用必將越來越廣泛。

4.預粉磨工藝

無論是采用輥壓機作為預破碎的混合粉磨系統(tǒng)，還是采用輥式磨作為預破碎的預粉磨工藝系統(tǒng)，目前在國內(nèi)水泥生產(chǎn)中都有使用，而且使用效果都不錯。不管是用輥壓機，還是用輥式磨，其工藝系統(tǒng)沒有大的區(qū)別，生產(chǎn)能力都比較高（單機生產(chǎn)能力可以達到年產(chǎn)60萬噸規(guī)模），系統(tǒng)電耗較低（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗為60-80kWh/t）。

兩種工藝系統(tǒng)都存在的問題是投資較高；都對含鐵量高的鋼渣適應性差，一般都需要設置電磁除鐵器和金屬探測器，以防止大快金屬物件對設備造成損傷；而且輥壓機系統(tǒng)需要對        圖3 輥壓機預粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

礦渣進行預烘干，使進入輥壓機的水分保持在2-3%的范圍內(nèi)比較好，水分太高會引起料餅粘結，水分太低會因物料太細引起設備震動，同時磨內(nèi)溫度會太高。輥壓機系統(tǒng)流程見圖3。而輥式磨系統(tǒng)流程與之類似，只需將圖中的輥壓機換成輥式磨即可，但其系統(tǒng)更復雜一些，當然，輥式磨系統(tǒng)可以考慮礦渣烘干在輥式磨內(nèi)進行，而不必進行預烘干。從圖中可以看出，輥壓機預粉磨系統(tǒng)與一般用于水泥粉磨的預粉磨系統(tǒng)不同的是沒有輥壓機回料系統(tǒng)，主要是因為一般礦渣粒度比較小，經(jīng)過擠壓過后的物料已經(jīng)很細，不需要再回輥壓機，而且過細的物料進入輥壓機可能會引起輥壓機震動，因此我們建議取消回料系統(tǒng)，以簡化系統(tǒng)流程。當然，如果礦渣粒度較大（如大于40-50mm的顆粒含量較多時，也應當考慮返回一定量的料餅進入輥壓機。

5.半終粉磨系統(tǒng)

半終粉磨系統(tǒng)目前在國內(nèi)已有幾條生產(chǎn)線應用于水泥粉磨，由于種種原因使用情況大都不太理想。但從最近的生產(chǎn)情況來分析，由于這種系統(tǒng)具有能耗低，產(chǎn)品細度調(diào)節(jié)靈活，生產(chǎn)規(guī)模大等（單機生產(chǎn)能力可達到年產(chǎn)60-120萬噸）優(yōu)點，通過適當?shù)母脑煲院�，這一系統(tǒng)用于超細礦渣粉磨將是非常好的一種粉磨工藝。根據(jù)水泥生產(chǎn)的情況分析，預計作為超細礦渣粉磨系統(tǒng)時電耗可以達到45-65kWh/t（產(chǎn)品細度為500m²/kg）。作為水泥粉磨系統(tǒng)時的主要問題是選粉機于打散機的匹配不太合理，造成輥壓機回料過多過細，容易使輥壓機產(chǎn)生震動跳停；而進入磨機物料量太少、細度過細會引起磨內(nèi)溫度過高。而作為礦渣粉磨系統(tǒng)時，我們不僅可以在選粉機和打散機的匹配問題上進行優(yōu)化，降低輥壓機回料量，提高入磨物料量；還可以適當增加進入系統(tǒng)礦渣水分等來解決輥壓機的震動問題。

該系統(tǒng)關鍵設備在打散機。目前國內(nèi)使用的主要有丹麥F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型和德國KHD公司的V型分離器兩種。從使用情況看，KHD公司的V型分離器效果較好。而選粉機則是丹麥F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型更好一些。因此，我們推薦使用丹麥F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型選粉機與KHD公司的V型分離器組合來構成半終粉磨的粗、細粉的打散和分級系統(tǒng)。工藝流程見圖4。

該系統(tǒng)的主要問題是流程較為復雜，操作和控制要求高，而且由于國內(nèi)在輥壓機和打散機技術方面還不太成熟，需要進口，從而引起投資也較高，一般不適合于小規(guī)模的生產(chǎn)線（至少應在圖4 輥壓機半終粉磨系統(tǒng)流程圖      年產(chǎn)10萬噸以上，否則由于投

資過高會引起經(jīng)濟指標不好）。

目前還產(chǎn)生了一中所謂的CKP水泥磨，其工藝流程和工作原理與輥壓機半終粉磨系統(tǒng)基本相同，所以也應該屬于半終粉磨系統(tǒng)之一，本文不在此作過多的分析介紹。從生產(chǎn)運行情況來看，使用效果比較理想，也可以作為一種非常好的選擇方案。該系統(tǒng)可以考慮將礦渣烘干放在輥式磨內(nèi)進行，不必預烘干。工藝流程見圖5，圖中的粗粉分離方式與目前國內(nèi)采用的有所不同。國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的系統(tǒng)采用的是旋風式選粉機作為粗粉分離器，流程很復雜，我們?yōu)楹喕�工藝流程，采用了V型粗粉分離器。

6.終粉磨系統(tǒng)

終粉磨系統(tǒng)在國內(nèi)外都沒有應用于水泥粉磨的，主要是因為水泥顆粒級配不合理，對水泥質(zhì)量有很大影響。而這種粉磨工藝應用于超細礦渣粉磨在歐洲和我國臺灣地區(qū)已經(jīng)有幾條比較大規(guī)模的生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，從使用情況來看，效果都還不錯，

圖5.CKP磨系統(tǒng)流程圖         產(chǎn)品電耗為45-50kWh/t

（產(chǎn)品細度為500m²/kg）。該系統(tǒng)流程非常簡單，由一臺輥壓機、一臺打散機、一臺選粉機及其它提升運輸設備構成，因此其投資也相對較低，操作控制也比較簡單。工藝流程見圖6。

由于終粉磨系統(tǒng)中選粉機和打散機的粗粉都全部循環(huán)到輥壓機，可能會因為輥壓機內(nèi)物料過細而產(chǎn)生震動。因此需要將進入輥壓機的物料水分進行適當控制，使之保持在2-3%的范圍內(nèi)，這樣就需要在選粉機或打散機內(nèi)對產(chǎn)品進行進一步的烘干，從流程圖中可以看到，設置了一臺熱風爐即是此目的。

圖6 終粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

當然，該系統(tǒng)也存在與立磨、混合粉磨和半終粉磨同樣的問題，就是對含鐵量較高的鋼渣適應型比較差的問題。同時目前國內(nèi)的主機設備還不成熟，需要進口。

7.綜述

7.1關于超細礦渣的儲存與混合

無論超細礦渣粉是用于生產(chǎn)礦渣水泥，還是用作混凝土的添加劑，都應單獨為超細礦渣粉設置儲存庫。用于生產(chǎn)散裝礦渣水泥時，根據(jù)配比要求與熟料和石膏粉一起均勻地通過散裝機裝車即可；當生產(chǎn)袋裝礦渣水泥時，則最好通過一個攪拌倉混合均勻后再進行包裝。近年來國際上為滿足礦渣水泥的生產(chǎn)需要，開發(fā)了一種多倉式水泥庫，用于分別儲存熟料石膏粉和礦渣粉，在庫底斜料時按不同比例要求混合裝車或包裝，簡化了工藝系統(tǒng)，沒有設置復雜的均化設施。如果是用于混凝土添加劑，則只需按比例要求與熟料和石膏粉一起喂入混凝土攪拌機即可，在攪拌機內(nèi)的攪拌過程就可以達到混合均化的目的。

7.2幾種粉磨工藝的綜合比較選擇

以上介紹的幾種粉磨工藝中，開路粉磨系統(tǒng)盡管其投資低，操作控制簡單，但因其技術落后，產(chǎn)品細度難以控制，單位電耗很高，一般不宜采用，其它幾種工藝都是可以選擇的。除開路粉磨工藝的幾種粉磨工藝的技術經(jīng)濟指標比較情況列于表1。具體實施過程中，各企業(yè)應根據(jù)礦渣或鋼渣的粒度、易磨性及含鐵量等因素，以及建設規(guī)模和產(chǎn)品的用途及品種進行選擇。

7.3隨著我國商品混凝土高層建筑業(yè)以及大規(guī)模的基礎設施建設的發(fā)展，高性能混凝土取代普通混凝土是必然的趨勢，超細礦渣粉的需求量將會越來越大，國內(nèi)不少的商品混凝土制造商也已經(jīng)注意或開始嘗試這項技術的應用。而且我國水泥新標準（特別是ISO檢驗標準）即將于2001年正式實施，礦渣水泥的生產(chǎn)不能按照傳統(tǒng)的與熟料共同粉磨的方式生產(chǎn)了，也需要大量的超細礦渣粉。因此超細礦渣粉在我國必將具有非常廣闊的市場前景，超細礦渣的粉磨技術也將隨著生產(chǎn)時間和研究工作的深入越來越成熟可靠，從而促進我國水泥和混凝土生產(chǎn)的技術進步和結構調(diào)整。

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