超細(xì)礦渣粉磨工藝

提要：通過對(duì)不同粉磨工藝的分析對(duì)比，介紹了幾種超細(xì)礦渣的選擇方案及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

關(guān)鍵詞：超細(xì)礦渣 粉磨 開路磨 閉路磨 立磨 預(yù)粉磨 半終粉磨 終粉磨

前言

隨著我國(guó)水泥產(chǎn)品新標(biāo)準(zhǔn)和ISO強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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（�；�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(xì)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(qiáng)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(shí)物質(zhì)量，充分發(fā)揮礦渣的活性，必須針對(duì)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(xì)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(qiáng)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(dāng)?shù)V渣被超細(xì)粉磨到500-600m²/kg左右時(shí)，由于其玻璃體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，降低孔隙率，提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)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(xiàng)研究的逐步深入，超細(xì)礦渣粉的應(yīng)用越來越廣泛，市場(chǎng)前景越來越大。本文將針對(duì)礦渣的特點(diǎn)，提出幾種超細(xì)粉磨工藝，就其各自的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析，供大家參考選擇。

1.開路粉磨工藝

這是目前國(guó)內(nèi)采用得比較多得一種簡(jiǎn)單工藝。其特點(diǎn)是工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資低，只需要針對(duì)礦渣易碎難磨的特點(diǎn)對(duì)原有水泥磨機(jī)進(jìn)行鋼球級(jí)配調(diào)整（減少大球，增加小球或采用小鋼段）、隔倉(cāng)板和出口篦板調(diào)整改造即可生產(chǎn)超細(xì)礦渣粉。但由于開路磨的通風(fēng)能力有限烘干能力不足，必須對(duì)礦渣進(jìn)行預(yù)烘干，將礦渣進(jìn)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(jī)只能達(dá)到普通水泥產(chǎn)量的20%左右），無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。同時(shí)該工藝生產(chǎn)的礦渣粉細(xì)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(xì)度；單位電耗高（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗達(dá)到150-180kWh/t），從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，達(dá)不到達(dá)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(guó)內(nèi)有幾條小規(guī)格的生產(chǎn)線應(yīng)用（年產(chǎn)3-5萬噸）。但在磨機(jī)本身的粉磨倉(cāng)和破碎倉(cāng)的長(zhǎng)度以及研磨體的級(jí)配方面與普通的生料磨機(jī)有所不同。為適應(yīng)礦渣易碎難磨，且要求超細(xì)等特點(diǎn)，礦渣磨的破碎倉(cāng)短，粉磨倉(cāng)長(zhǎng)，且磨機(jī)總體的長(zhǎng)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(fēng)速較生料磨低。該流程采用新型高效選粉機(jī)，產(chǎn)品細(xì)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(jī)能達(dá)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(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)（單機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)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(guó)內(nèi)目前還沒有采用立磨來粉磨超細(xì)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(yīng)用很多了。立磨用于生料粉磨具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，烘干能力強(qiáng)，原料不需要預(yù)烘干，生產(chǎn)能力大，電耗低等特點(diǎn)。沒有應(yīng)用于水泥粉磨的主要原因是其產(chǎn)品的顆粒級(jí)配不合理，對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量有影響（目前國(guó)外幾家大的立磨制造公司已經(jīng)基本解決這一問題），而對(duì)于礦渣粉磨來說，目前的研究表明，礦渣粉的顆粒級(jí)配對(duì)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(diǎn)也同樣實(shí)用于礦渣粉磨。但是，因?yàn)樵诜勰ミ^程中立磨選粉機(jī)的粗粉回料量比作為生料磨時(shí)大得多，而且回粉的細(xì)度也細(xì)得多，這對(duì)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(xì)礦渣的粉磨系統(tǒng)需要注意的是磨機(jī)震動(dòng)會(huì)比較厲害，這將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為此必須加強(qiáng)對(duì)磨機(jī)震動(dòng)的檢測(cè)控制，同時(shí)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(jī)年產(chǎn)量可達(dá)到60萬噸規(guī)模，易于形成規(guī)模經(jīng)營(yíng)。粉磨電耗低（生產(chǎn)500m²/kg的礦渣粉的電耗為40-60kWh/t），對(duì)于降低生產(chǎn)成本非常有利。但是立磨對(duì)鋼渣的的適應(yīng)性比較差，因?yàn)樵谌肽デ暗奈沽掀�帶機(jī)上必須設(shè)置電磁除鐵器和金屬探測(cè)器以防止金屬硬物進(jìn)入磨機(jī)，造成對(duì)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(cè)器信號(hào)引起分料三通閥頻繁動(dòng)作使磨盤上的物料太少，致使磨機(jī)震動(dòng)甚至引起停機(jī)。立磨工藝流程見圖2。

圖2 立磨工藝流程

隨著設(shè)計(jì)手段和觀念的轉(zhuǎn)變，以及工藝技術(shù)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(shì)，該系統(tǒng)的應(yīng)用必將越來越廣泛。

4.預(yù)粉磨工藝

無論是采用輥壓機(jī)作為預(yù)破碎的混合粉磨系統(tǒng)，還是采用輥式磨作為預(yù)破碎的預(yù)粉磨工藝系統(tǒng)，目前在國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)中都有使用，而且使用效果都不錯(cuò)。不管是用輥壓機(jī)，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(jī)生產(chǎn)能力可以達(dá)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(duì)含鐵量高的鋼渣適應(yīng)性差，一般都需要設(shè)置電磁除鐵器和金屬探測(cè)器，以防止大快金屬物件對(duì)設(shè)備造成損傷；而且輥壓機(jī)系統(tǒng)需要對(duì)        圖3 輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

礦渣進(jìn)行預(yù)烘干，使進(jìn)入輥壓機(jī)的水分保持在2-3%的范圍內(nèi)比較好，水分太高會(huì)引起料餅粘結(jié)，水分太低會(huì)因物料太細(xì)引起設(shè)備震動(dòng)，同時(shí)磨內(nèi)溫度會(huì)太高。輥壓機(jī)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(jī)換成輥式磨即可，但其系統(tǒng)更復(fù)雜一些，當(dāng)然，輥式磨系統(tǒng)可以考慮礦渣烘干在輥式磨內(nèi)進(jìn)行，而不必進(jìn)行預(yù)烘干。從圖中可以看出，輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)與一般用于水泥粉磨的預(yù)粉磨系統(tǒng)不同的是沒有輥壓機(jī)回料系統(tǒng)，主要是因?yàn)橐话愕V渣粒度比較小，經(jīng)過擠壓過后的物料已經(jīng)很細(xì)，不需要再回輥壓機(jī)，而且過細(xì)的物料進(jìn)入輥壓機(jī)可能會(huì)引起輥壓機(jī)震動(dòng)，因此我們建議取消回料系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程。當(dāng)然，如果礦渣粒度較大（如大于40-50mm的顆粒含量較多時(shí)，也應(yīng)當(dāng)考慮返回一定量的料餅進(jìn)入輥壓機(jī)。

5.半終粉磨系統(tǒng)

半終粉磨系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)已有幾條生產(chǎn)線應(yīng)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(xì)度調(diào)節(jié)靈活，生產(chǎn)規(guī)模大等（單機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá)到年產(chǎn)60-120萬噸）優(yōu)點(diǎn)，通過適當(dāng)?shù)母脑煲院�，這一系統(tǒng)用于超細(xì)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(yù)計(jì)作為超細(xì)礦渣粉磨系統(tǒng)時(shí)電耗可以達(dá)到45-65kWh/t（產(chǎn)品細(xì)度為500m²/kg）。作為水泥粉磨系統(tǒng)時(shí)的主要問題是選粉機(jī)于打散機(jī)的匹配不太合理，造成輥壓機(jī)回料過多過細(xì)，容易使輥壓機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)跳停；而進(jìn)入磨機(jī)物料量太少、細(xì)度過細(xì)會(huì)引起磨內(nèi)溫度過高。而作為礦渣粉磨系統(tǒng)時(shí)，我們不僅可以在選粉機(jī)和打散機(jī)的匹配問題上進(jìn)行優(yōu)化，降低輥壓機(jī)回料量，提高入磨物料量；還可以適當(dāng)增加進(jìn)入系統(tǒng)礦渣水分等來解決輥壓機(jī)的震動(dòng)問題。

該系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備在打散機(jī)。目前國(guó)內(nèi)使用的主要有丹麥F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型和德國(guó)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(jī)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(jī)與KHD公司的V型分離器組合來構(gòu)成半終粉磨的粗、細(xì)粉的打散和分級(jí)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(fù)雜，操作和控制要求高，而且由于國(guó)內(nèi)在輥壓機(jī)和打散機(jī)技術(shù)方面還不太成熟，需要進(jìn)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(yīng)在圖4 輥壓機(jī)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(huì)引起經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(jī)半終粉磨系統(tǒng)基本相同，所以也應(yīng)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(yùn)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(jìn)行，不必預(yù)烘干。工藝流程見圖5，圖中的粗粉分離方式與目前國(guó)內(nèi)采用的有所不同。國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的系統(tǒng)采用的是旋風(fēng)式選粉機(jī)作為粗粉分離器，流程很復(fù)雜，我們?yōu)楹?jiǎn)化工藝流程，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(guó)內(nèi)外都沒有應(yīng)用于水泥粉磨的，主要是因?yàn)樗�泥顆粒級(jí)配不合理，對(duì)水泥質(zhì)量有很大影響。而這種粉磨工藝應(yīng)用于超細(xì)礦渣粉磨在歐洲和我國(guó)臺(tái)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(cuò)，

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

（產(chǎn)品細(xì)度為500m²/kg）。該系統(tǒng)流程非常簡(jiǎn)單，由一臺(tái)輥壓機(jī)、一臺(tái)打散機(jī)、一臺(tái)選粉機(jī)及其它提升運(yùn)輸設(shè)備構(gòu)成，因此其投資也相對(duì)較低，操作控制也比較簡(jiǎn)單。工藝流程見圖6。

由于終粉磨系統(tǒng)中選粉機(jī)和打散機(jī)的粗粉都全部循環(huán)到輥壓機(jī)，可能會(huì)因?yàn)檩亯簷C(jī)內(nèi)物料過細(xì)而產(chǎn)生震動(dòng)。因此需要將進(jìn)入輥壓機(jī)的物料水分進(jìn)行適當(dāng)控制，使之保持在2-3%的范圍內(nèi)，這樣就需要在選粉機(jī)或打散機(jī)內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的烘干，從流程圖中可以看到，設(shè)置了一臺(tái)熱風(fēng)爐即是此目的。

圖6 終粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

當(dāng)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(duì)含鐵量較高的鋼渣適應(yīng)型比較差的問題。同時(shí)目前國(guó)內(nèi)的主機(jī)設(shè)備還不成熟，需要進(jìn)口。

7.綜述

7.1關(guān)于超細(xì)礦渣的儲(chǔ)存與混合

無論超細(xì)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(yīng)單獨(dú)為超細(xì)礦渣粉設(shè)置儲(chǔ)存庫。用于生產(chǎn)散裝礦渣水泥時(shí)，根據(jù)配比要求與熟料和石膏粉一起均勻地通過散裝機(jī)裝車即可；當(dāng)生產(chǎn)袋裝礦渣水泥時(shí)，則最好通過一個(gè)攪拌倉(cāng)混合均勻后再進(jìn)行包裝。近年來國(guó)際上為滿足礦渣水泥的生產(chǎn)需要，開發(fā)了一種多倉(cāng)式水泥庫，用于分別儲(chǔ)存熟料石膏粉和礦渣粉，在庫底斜料時(shí)按不同比例要求混合裝車或包裝，簡(jiǎn)化了工藝系統(tǒng)，沒有設(shè)置復(fù)雜的均化設(shè)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(jī)即可，在攪拌機(jī)內(nèi)的攪拌過程就可以達(dá)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(jiǎn)單，但因其技術(shù)落后，產(chǎn)品細(xì)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(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較情況列于表1。具體實(shí)施過程中，各企業(yè)應(yīng)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(shè)規(guī)模和產(chǎn)品的用途及品種進(jìn)行選擇。

7.3隨著我國(guó)商品混凝土高層建筑業(yè)以及大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，高性能混凝土取代普通混凝土是必然的趨勢(shì)，超細(xì)礦渣粉的需求量將會(huì)越來越大，國(guó)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。而且我國(guó)水泥新標(biāo)準(zhǔn)（特別是ISO檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)）即將于2001年正式實(shí)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(xì)礦渣粉。因此超細(xì)礦渣粉在我國(guó)必將具有非常廣闊的市場(chǎng)前景，超細(xì)礦渣的粉磨技術(shù)也將隨著生產(chǎn)時(shí)間和研究工作的深入越來越成熟可靠，從而促進(jìn)我國(guó)水泥和混凝土生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步和結(jié)構(gòu)調(diào)整。

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