高長明

水泥工業(yè)粉磨技術(shù)發(fā)展及其裝備選型趨向

nd Equipment Selection Trends in the Cement Industry

高長明

水泥工業(yè)是名副其實(shí)的粉磨大家，在從粒徑約為50mm一直減小到約為10μm的范圍之內(nèi)，所有大規(guī)模工業(yè)粉磨裝備的研發(fā)應(yīng)用，歷來都是最先出現(xiàn)在水泥工業(yè)，而后才逐漸推廣移植到其他重化工業(yè)的。因?yàn)槊可a(chǎn)1t水泥，隨著其熟料系數(shù)或混合材摻入量的不同，需要粉磨各種物料（生料、水泥和煤粉）達(dá)2.3～2.7t之多。水泥的消費(fèi)量在全部重化產(chǎn)品中是最多的，僅2010年全世界水泥消耗就達(dá)36億噸。如何將數(shù)量為水泥產(chǎn)量2.5倍左右的各種物料，采用效率最高、耗能最少的技術(shù)裝備來進(jìn)行粉磨作業(yè)，始終是水泥工業(yè)孜孜以求的目標(biāo)。

水泥工業(yè)近200年來成長與發(fā)展的歷史表明了兩個(gè)事實(shí)：一是至今用于粉磨作業(yè)的電耗仍占整個(gè)水泥生產(chǎn)電耗的70%；二是粉磨作業(yè)的效率十分低下，大量的能量都耗費(fèi)在無用功上面，即使是在現(xiàn)今最先進(jìn)的料層擠壓粉磨理論指導(dǎo)下研發(fā)應(yīng)用的輥式立磨和輥壓機(jī)等技術(shù)裝備，其真正用于粉磨——克服物料結(jié)構(gòu)分子結(jié)合力、粘聚力、吸引力，使其粒徑不斷減小的機(jī)械物理過程的有用功，大概也只有其實(shí)際能耗的20%左右，即有80%的粉磨能耗基本上浪費(fèi)掉了。

關(guān)于物料粉碎機(jī)理的粉碎理論的研究，無論在廣度和深度方面都遠(yuǎn)不及熟料形成機(jī)理及其理論熱耗的研究。至今人們?nèi)匀徊恢?，更沒有較確切的數(shù)據(jù)表明，在物料粉磨作業(yè)中其理論上的粉磨能耗是多少（在一定的粒徑范圍內(nèi)），因而對許多粉磨裝備的所謂粉磨效率也只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的估計(jì)值而已。眾所周知，熟料形成的理論熱耗是1880kJ/kg左右，而且還可以按生料成分、熟料率值的不同進(jìn)行準(zhǔn)確的理論計(jì)算。兩者相比，由此可知人們對粉磨機(jī)理及其理論的研究是多么膚淺，從而說明了在粉磨理論和新裝備的研究與開發(fā)領(lǐng)域中我們還任重道遠(yuǎn)。

這就給我們提出了一個(gè)需要更廣闊更活躍思考的課題，那就是采用現(xiàn)今這種直觀的機(jī)械力做功的方法進(jìn)行粉磨——使物料粒徑不斷減小的作業(yè)方式可能不是一種行之有效之策。是否可以在分子鍵、流體膨脹、電磁波、分子振盈、結(jié)構(gòu)共振、微波沖擊、化學(xué)劈裂、速度差轉(zhuǎn)移或其他種種領(lǐng)域中激發(fā)人們的靈感，把粉磨作業(yè)的效率提升到一個(gè)嶄新的高度。同時(shí)必須在粉磨機(jī)理與理論方面進(jìn)行艱苦的探索研究，基礎(chǔ)理論的突破是至關(guān)重要的。

所有這些或許使人感到很遙遠(yuǎn)，太飄渺了。事實(shí)上，卻有人始終在嘗試探索之中。這里只是給大家提供這一信息，并希望能適當(dāng)關(guān)注之。

下面讓我們對水泥工業(yè)的粉磨技術(shù)及其裝備選型趨向問題分別進(jìn)行探討。

1 生料粉磨

根據(jù)2008～2010年國外水泥工業(yè)粉磨裝備主要供應(yīng)商（FLSmisth，Polysius，F(xiàn)CB，Loesche，Pfeiffer，UBE，KHD等）銷售業(yè)績的大致統(tǒng)計(jì)，其平均值是輥式立磨（簡稱立磨，下同）占81%，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)和聯(lián)合粉磨系統(tǒng)占12%，球磨系統(tǒng)占7%。我國因?yàn)樽罱鼉赡陜?nèi)國產(chǎn)立磨制造技術(shù)日益成熟，所以生料立磨的選用率大有提升，開始扭轉(zhuǎn)過去那種只能選用輥壓機(jī)系統(tǒng)的情況。事實(shí)上我國今后新建水泥廠或老廠技改的生料粉磨系統(tǒng)選型中，立磨將列為首選之勢已經(jīng)顯露，業(yè)界已基本形成共識(shí)，沒有太多爭議。

當(dāng)然基于各廠客戶情況以及他們自己的判斷與抉擇，我們也應(yīng)該尊重業(yè)主的意愿，這與我們推薦的選型趨向是兩回事。

2 煤粉制備

在國外，水泥廠煤粉制備主要選用立磨或風(fēng)掃式球磨。從2000年至今，兩者的選用率大致是由60：40發(fā)展為80：20。發(fā)達(dá)國家用立磨更多一些，約達(dá)90%；而新興國家，亞洲國家則仍然沿用風(fēng)掃球磨的較多，這顯然與國家的經(jīng)濟(jì)與裝備配套等水平有關(guān)。

我國水泥廠2008年以前習(xí)慣選用風(fēng)掃球磨，與生料粉磨的情況相仿。近年立磨在煤粉制備方面的優(yōu)勢已獲較廣泛的認(rèn)同，前景應(yīng)該會(huì)類似發(fā)達(dá)國家那樣比較看好。

3 水泥粉磨

現(xiàn)今水泥粉磨裝備主要是兩種選型，一是立磨，二是輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。國際上最近5年新建水泥生產(chǎn)線水泥粉磨系統(tǒng)對立磨的選用率約達(dá)70%，而我們在2008年以前，輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的選用率幾乎為100%，只有個(gè)別企業(yè)引進(jìn)了歐洲生產(chǎn)的水泥立磨。隨著國產(chǎn)水泥立磨制造與應(yīng)用的成功，2009～2010年水泥立磨的選用率已有顯著提升，估計(jì)可能占有10%～15%。相信隨著時(shí)間的推移這種趨勢還會(huì)逐步擴(kuò)大。

對于立磨有這樣一些看法：立磨水泥需水量較球磨的高，水泥粒徑范圍、組成及顆粒形狀不太理想，強(qiáng)度稍差；所制成的混凝土的施工性能也令人不太習(xí)慣；對外加劑的相容性也感覺不爽或者是外加劑的用量要增加，從而提升成本等等?？傊?，與史密斯公司30年前的老牌康比丹（Combidan）球磨機(jī)相比，立磨水泥所節(jié)省的那些電耗還不夠補(bǔ)償它所引發(fā)的各種成本增加的損失。有些用戶好像也有這樣的感覺，或者更確切地說是有顧慮，以致不敢或不愿吃立磨這只“螃蟹”。

表1 2001-2010年水泥工業(yè)粉磨裝備選型率變化（臺(tái)套數(shù)計(jì)），%

幾年前甚至?xí)r至今日，仍發(fā)生在我國水泥界的上述情況和說法，筆者十分理解，而且對于這方面研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也確信無疑。但是有關(guān)“得不償失”的結(jié)論，筆者卻不能茍同。簡言之，這里包含著一個(gè)各相關(guān)方的適應(yīng)與博弈問題。尤其是在我國混凝土攪拌站和外加劑生產(chǎn)者遍地開花、良莠不齊、無序競爭的情況下，更加劇了市場上供需雙方對立磨水泥相互適應(yīng)過程的復(fù)雜性。其實(shí)，所謂的立磨水泥性能問題在20多年前歐美也曾發(fā)生過，而且也有許多深入的研究報(bào)告和成果。實(shí)踐表明，他們的適應(yīng)期或過渡期并不太長，額外的干涉因素也遠(yuǎn)沒有我國那么復(fù)雜詭異，因而10多年前立磨水泥的問題已經(jīng)解決，否則史密斯公司也不會(huì)研發(fā)推出OK型水泥（礦渣）立磨來代替康比丹水泥球磨了。歐美的這段歷史經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，同時(shí)也增加了我們采用立磨系統(tǒng)生產(chǎn)水泥（礦渣）的信心。雖然所需要的過渡期將會(huì)長一些，但其發(fā)展的大方向是毋庸置疑的。當(dāng)然這只是筆者的觀點(diǎn)，至于每個(gè)水泥企業(yè)，每一位客戶根據(jù)具體情況和自己的判斷做出的任何抉擇以及某些學(xué)者專家的不同觀點(diǎn)，本人真誠地表示尊重且愿意從中學(xué)習(xí)到有益的東西。

4 混合材深加工

我國水泥中混合材的平均摻入量2010年達(dá)到34%，即熟料系數(shù)為0.62，1t熟料生產(chǎn)1.6t水泥。主要問題并非混合材摻入很多，而是在于超過國家相應(yīng)水泥標(biāo)準(zhǔn)故意多摻混合材；更有甚者，不論什么東西，只要他認(rèn)為可以摻的，都當(dāng)作混合材摻入水泥中，完全無視水泥標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。各種假冒偽劣的水泥就是這樣超標(biāo)濫摻造出來的。所以關(guān)于混合材問題，首要任務(wù)是必須下大力氣加強(qiáng)監(jiān)管，剎住超標(biāo)濫摻歪風(fēng)并爭取杜絕之。

其次，既然我們的混合材摻入量這么多，如何提高混合材的性能品質(zhì)就很重要。不單純把它看作填充料，而是設(shè)法改性成激發(fā)或改善水泥某些性能的“激發(fā)劑”，或者是能替代部分熟料膠凝性的新材料，這就是混合材深加工的意義所在。例如礦渣和粉煤灰的超細(xì)磨，可以達(dá)到納米級(jí)的深度加工。采用怎樣的方法和技術(shù)途徑才能達(dá)到高效大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的目的，這正是混合材深加工課題需要研究探求的。目前在國內(nèi)外有一些初步的報(bào)導(dǎo)，研究前景很廣闊，某些未知的領(lǐng)域尚待發(fā)掘探索。

如表1所示，2001～2010年間，國際上粉磨裝備選型率變化最大的是水泥（礦渣）立磨，由20%上升到70%；相反地，水泥（礦渣）球磨則由70%下降為13%。水泥立磨取代水泥球磨的趨勢十分明顯。在我國則是水泥輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的選用率由14%上升為66%，立磨則由9%上升為19%；同時(shí)球磨卻由77%下降為15%，球磨水泥的頹勢已無可挽回。由此可見，在我國采用立磨來生產(chǎn)水泥，其中所產(chǎn)生的種種“問題”已經(jīng)在消解之中。

2010年下半年，兩家專門生產(chǎn)立磨的德國公司相繼推出了為日產(chǎn)萬噸熟料生產(chǎn)線配套的各自特大型的6個(gè)磨輥模塊式設(shè)計(jì)的立磨，傳動(dòng)功率6800kW，生料、水泥與礦渣的產(chǎn)能分別可達(dá)700t/h、350t/h和250t/h，可以說基本上達(dá)到了立磨技術(shù)裝備的頂峰。這個(gè)最新進(jìn)展表明粉磨裝備制造商對今后立磨廣泛采用的利好預(yù)期。這是輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)所不能及的，因?yàn)檩亯簷C(jī)的大型化似乎早就到了頂點(diǎn)?？磥砹⒛ジ偁幜Φ暮髣胚€是相當(dāng)強(qiáng)勁的，何況我國水泥工業(yè)推廣應(yīng)用立磨的時(shí)機(jī)現(xiàn)在才剛開始光臨，廣闊前景值得期許！

[1]ICR:The Global Cement Report，Ninth Edi?tion(2011).

[2]Nanocem:2009-2010 General Review.

[3]高長明：當(dāng)代水泥工業(yè)粉磨裝備選型趨勢分析[J].水泥技術(shù),2006，No.6.

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沈 穎