曾榮

新型干法白水泥熟料生產(chǎn)線生料制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

Optimizing the Design of Raw Mateial Preparation System in NSP White Cement Production Line

曾榮

阿爾博波特蘭集團(tuán)公司是世界上最大的白水泥制造商和經(jīng)銷商。阿爾博安慶白水泥有限公司白水泥生產(chǎn)線年產(chǎn)熟料達(dá)45萬噸，白水泥60萬噸，水泥白度達(dá)到90度以上。該項(xiàng)目由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司總承包建設(shè)，是目前亞洲裝備最好、技術(shù)最新、工藝最優(yōu)、能耗最低、產(chǎn)能最大的白水泥生產(chǎn)線。

白色硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)工藝與普通灰水泥熟料生產(chǎn)工藝有很大的差別，如石灰石選礦、生料制備、熟料漂白與冷卻、熟料粉磨、水泥包裝等與普通硅酸鹽水泥相比，無論在工藝流程和設(shè)備選型都獨(dú)具特色。天津院經(jīng)過多方調(diào)研與技術(shù)研發(fā)，克服了許多技術(shù)難點(diǎn)，很多新工藝、新設(shè)備，都是天津院研發(fā)設(shè)計(jì)并首次投入生產(chǎn)運(yùn)行，以下就生料制備系統(tǒng)進(jìn)行分析。

1 白水泥原料配料特點(diǎn)

白水泥生產(chǎn)線總的設(shè)計(jì)原則是：最大限度地減少有色金屬元素的污染，保證出窯熟料的急冷效果，得到具有高白度和強(qiáng)度的水泥熟料。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求白水泥熟料成分中要嚴(yán)格控制MgO、SO3和Fe203含量，因此對(duì)生產(chǎn)原料要求較高,故十分講究原燃料的選擇，要盡可能要求著色金屬元素如鐵、錳、鉻等含量低。硅質(zhì)原料多采用白粘土、瓷土、硅石、葉臘石和高嶺土等。原先多以白土和高嶺土為主，后因白土資源稀缺，多數(shù)采用搭配葉臘石配料。

1.1 安慶阿爾博項(xiàng)目原料的化學(xué)成分

由表1可以看出，原料的石灰石CaO含量高，F(xiàn)e22O3和MgO含量較低；石英砂巖SiO2含量高，F(xiàn)e2O3含量較低,；葉臘石 SiO2、Fe2O3含量較低，Al2O3含量較高，瓷石SiO2、Al2O3含量均較高，F(xiàn)e2O3含量較低；螢石的CaO和F-含量較高。各種原料質(zhì)量均滿足本項(xiàng)目生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)白色硅酸鹽水泥熟料的技術(shù)要求。

1.2 安慶阿爾博項(xiàng)目原料配比

原設(shè)計(jì)采用石灰石、石英砂巖、葉臘石、鉀長(zhǎng)石和螢石五種原料配料。由于燒成采用的石油焦硫含量高，鉀長(zhǎng)石是用來調(diào)節(jié)硫堿比的，螢石作為礦化劑用于降低熔融溫度。設(shè)計(jì)配比見表2。

后來實(shí)際生產(chǎn)的時(shí)候是采用石灰石、石英砂巖、葉臘石和螢石四組分配料。

表1 安慶阿爾博項(xiàng)目原料的化學(xué)成分,%

表2 安慶阿爾博項(xiàng)目原料設(shè)計(jì)配比,%

表3 設(shè)計(jì)熟料礦物組成（%）及率值

表4 葉臘石輥壓機(jī)主機(jī)工藝參數(shù)

設(shè)計(jì)熟料率值及礦物組成見表3。

2 白水泥生料制備系統(tǒng)特點(diǎn)

生料制備系統(tǒng)的關(guān)鍵就是要使制成的生料成品滿足燒成系統(tǒng)的煅燒要求。針對(duì)白水泥燒成特性，生料制備采用干濕結(jié)合的工藝。對(duì)于易磨性較差的硅質(zhì)原料即石英砂巖和葉臘石采用單獨(dú)粉磨的工藝，而且粉磨細(xì)度要比一般生料細(xì)很多，一般到45μm篩篩余5%，這已經(jīng)達(dá)到甚至超過了普通水泥的成品細(xì)度。這是因?yàn)樯现械墓栀|(zhì)粗顆粒會(huì)對(duì)燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)造成不良的影響。生料的細(xì)度控制一般R90μm篩篩余5%～6%，也比一般生料要細(xì)，這是因?yàn)樵吓淞瞎杪释ǔ?～6。

具體地說就是葉臘石先經(jīng)過顎式破碎機(jī)破碎到粒度＜25mm，然后喂入輥壓機(jī)進(jìn)行細(xì)碎。細(xì)碎后的葉臘石粒度可以達(dá)到90%＜3mm，然后入兩臺(tái)并聯(lián)的濕法磨單獨(dú)粉磨，這是為了減少硅質(zhì)粉塵對(duì)環(huán)境的污染。濕法磨內(nèi)采用橡膠襯板和卵石研磨體。出磨料漿的含水量一般在45%～50%，細(xì)度控制45μm篩篩余5%。

石灰石等其他原料采用輥磨粉磨，磨輥和磨盤采用合金可以最大限度地降低研磨過程中鐵的污染，利用窯尾廢氣余熱烘干原料。

葉臘石料漿在輥磨內(nèi)與其他原料混合、烘干，出輥磨生料要保證成分、細(xì)度和水分合格。輥磨生料成品細(xì)度控制90μm篩篩余5%，水分＜0.5%。由于生料制備過程中采用干濕兩條線分別粉磨，且葉臘石料漿含水量超過45%，使綜合入磨水分高達(dá)15%以上，所以生料成分穩(wěn)定性及輥磨內(nèi)物料烘干是設(shè)計(jì)中最大的難點(diǎn)。

表5 埃及Sinai白水泥項(xiàng)目所用砂磨設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際生產(chǎn)情況

2.1 葉臘石輥壓機(jī)細(xì)碎系統(tǒng)

葉臘石是一種質(zhì)地堅(jiān)硬、磨蝕性高的硅質(zhì)原料。如果采用錘式破碎機(jī)則會(huì)使錘頭磨損嚴(yán)重，更換頻率高，維修工作量大，最關(guān)健的是帶入過多的鐵原料，影響水泥熟料的白度。輥壓機(jī)是以動(dòng)輥擠壓、研磨為主的高產(chǎn)低耗粉磨設(shè)備，是根據(jù)層壓粉碎原理設(shè)計(jì)的，其利用物料之間相互擠壓傳遞壓力進(jìn)行料床粉磨，耐磨層消耗量低，適合用于硬質(zhì)物料的中碎和細(xì)磨，在礦石的粉磨作業(yè)中已取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。該項(xiàng)目我們首創(chuàng)了使用輥壓機(jī)制備葉臘石細(xì)粉的工藝，為后續(xù)濕法粉磨提供葉臘石粉料。主機(jī)工藝參數(shù)見表4。

葉臘石輥壓機(jī)細(xì)碎系統(tǒng)和濕法開流粉磨系統(tǒng)工藝流程如圖1。

為防止金屬物進(jìn)入輥壓機(jī)破壞輥面，來料進(jìn)入輥壓機(jī)喂料倉(cāng)之前以及在外排集料倉(cāng)底皮帶上各設(shè)有一臺(tái)金屬探測(cè)儀，對(duì)物料進(jìn)行除鐵處理。

輥壓機(jī)對(duì)喂料粒度的要求較嚴(yán)，在實(shí)際生產(chǎn)中，葉臘石來料粒度大，而且一破顎式破碎機(jī)選型偏小，致使破碎機(jī)出料粒度大。入輥壓機(jī)物料70～80mm的占大部分，造成輥壓機(jī)喂料不穩(wěn)振動(dòng)較大，嚴(yán)重影響了輥壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行?？己送瓿珊髲S里更換了新的顎式破碎機(jī)，使得輥壓機(jī)的進(jìn)料粒度能夠控制在55mm以下，基本滿足使用要求。

2.2 濕法砂磨

采用葉臘石和石英砂巖單獨(dú)濕法粉磨工藝流程十分復(fù)雜，但是可以有效保證硅質(zhì)原料得到充分研磨。如果生料中含有大顆粒的硅質(zhì)原料則會(huì)影響燒成熟料質(zhì)量且大大降低熟料白度。濕法磨采用鵝卵石作為研磨介質(zhì)，比重是一般鋼球研磨體的三分之一，其破碎能力小，所以要求出輥壓機(jī)入濕法砂磨的粒度控制較細(xì),一般＜3mm。

砂磨規(guī)格Φ2.9m×16m是阿爾博公司要求的，磨機(jī)的工藝和裝備研發(fā)設(shè)計(jì)、設(shè)備供貨由天津院完成，天津院為此做了針對(duì)性的調(diào)研工作。在阿爾博埃及Sinai白水泥項(xiàng)目上使用過2臺(tái)這個(gè)規(guī)格的砂磨，由FLS公司供貨。用來粉磨細(xì)砂也就是石英砂巖，兩臺(tái)砂磨的設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際生產(chǎn)情況如表5。

根據(jù)廠方人員反應(yīng)，鵝卵石和沙子一同從磨頭喂入磨機(jī)，鵝卵石的粒度 一 般 30～50mm，大 多 在 30～32mm。由于現(xiàn)在使用的鵝卵石硬度較低所以磨耗偏大，一般為30kg/t-砂。料漿的水分不能低于45%，否則會(huì)對(duì)料漿輸送有影響。出磨需要設(shè)置振動(dòng)篩，否則粗顆粒會(huì)造成輸送泵的堵塞。

表6 天津院設(shè)計(jì)的砂磨和保證值

表7 砂磨的參考級(jí)配

表8 不同規(guī)模白水泥熟料生產(chǎn)線的生料制備系統(tǒng)配置方案

經(jīng)過分析計(jì)算，天津院設(shè)計(jì)的砂磨和保證值見表6，砂磨的參考級(jí)配見表7。

2.3 生料輥磨（圖2）

石灰石、鉀長(zhǎng)石和螢石直接入輥磨粉磨，葉臘石料漿入輥磨的控制通過體積流量計(jì)及超聲波密度測(cè)定儀來計(jì)量，通過泵的變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)喂料量的調(diào)整。生料輥磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力120t/h，由于葉臘石料漿的喂入，綜合濕基水分超過10%，需利用全部窯尾高溫廢氣才能滿足烘干要求，必要的時(shí)候可以進(jìn)行窯尾四五級(jí)喂料切換。如何控制生料成品水分和成分是粉磨系統(tǒng)也是整個(gè)生產(chǎn)線的至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。輥磨系統(tǒng)主機(jī)配置見表8。

此生料制備系統(tǒng)目前運(yùn)行良好，系統(tǒng)產(chǎn)量122t/h，磨機(jī)主電機(jī)單位電耗9.35kWh/t，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3 不同規(guī)模白水泥熟料生產(chǎn)線的生料制備系統(tǒng)配置方案

對(duì)于不同規(guī)模的白水泥熟料生產(chǎn)線配置不同的生料輥磨粉磨系統(tǒng)，其配置見表8。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段安慶白水泥生產(chǎn)情況已達(dá)到或超過合同指標(biāo)，目前白水泥性能穩(wěn)定、質(zhì)量上乘，各項(xiàng)指標(biāo)均超過國(guó)標(biāo)特級(jí)白水泥指標(biāo)，市場(chǎng)銷售良好，白水泥熟料已出口到澳大利亞。

對(duì)于白水泥原料的特性及最佳的粉磨工藝和設(shè)備是我們還需繼續(xù)探討研究的課題，也是我們下一步突破和提高的著力點(diǎn)。相信我們?cè)谶M(jìn)行下一個(gè)白水泥熟料生成線建設(shè)時(shí)將會(huì)有更好的設(shè)計(jì)、更好的裝備、更先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

TQ172.614.1

A

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2012-04-10；

趙 蓮