超細(xì)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(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，市場前景越來越大。本文將針對礦渣的特點(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

這是目前國內(nèi)采用得比較多得一種簡單工藝。其特點(diǎn)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(diǎn)對原有水泥磨機(jī)進(jìn)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(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(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)，礦渣磨的破碎倉短，粉磨倉長，且磨機(jī)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(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(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)震動會比較厲害，這將會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為此必須加強(qiáng)對磨機(jī)震動的檢測控制，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。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(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器以防止金屬硬物進(jìn)入磨機(jī)，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(jī)震動甚至引起停機(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，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器，以防止大快金屬物件對設(shè)備造成損傷；而且輥壓機(jī)系統(tǒng)需要對        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，水分太高會引起料餅粘結(jié)，水分太低會因物料太細(xì)引起設(shè)備震動，同時(shí)磨內(nèi)溫度會太高。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)可能會引起輥壓機(jī)震動，因此我們建議取消回料系統(tǒng)，以簡化系統(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)生震動跳停；而進(jìn)入磨機(jī)物料量太少、細(xì)度過細(xì)會引起磨內(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)的震動問題。

該系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備在打散機(jī)。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(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(fēng)式選粉機(jī)作為粗粉分離器，流程很復(fù)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(yīng)用于水泥粉磨的，主要是因?yàn)樗�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(yīng)用于超細(xì)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(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)流程非常簡單，由一臺輥壓機(jī)、一臺打散機(jī)、一臺選粉機(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(jī)和打散機(jī)的粗粉都全部循環(huán)到輥壓機(jī)，可能會因?yàn)檩亯簷C(jī)內(nèi)物料過細(xì)而產(chǎn)生震動。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，就是對含鐵量較高的鋼渣適應(yīng)型比較差的問題。同時(shí)目前國內(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)攪拌倉混合均勻后再進(jìn)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(shí)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(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，超細(xì)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(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。而且我國水泥新標(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)礦渣粉在我國必將具有非常廣闊的市場前景，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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