【水泥人網(wǎng)】水泥生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品質(zhì)量控制的三個重要環(huán)節(jié)是：入窯生料質(zhì)量和喂料穩(wěn)定性，熟料率值和礦物成分設(shè)計值的合理性與熟料煅燒狀況，以及水泥的粉磨細(xì)度、顆粒級配、顆粒形貌等。上述三個環(huán)節(jié)實質(zhì)上反映了水泥生產(chǎn)過程中的生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨的工藝裝備技術(shù)的狀況。本文就水泥預(yù)分解窯工藝裝備技術(shù)及發(fā)展談點看法。
1 生料制備
水泥生料制備過程中CaO的標(biāo)準(zhǔn)偏差控制值隨裝備技術(shù)的發(fā)展而逐步減小。
1)計算機三維模型系統(tǒng)在礦山設(shè)計中大量推廣應(yīng)用，礦山勘探時，取得完整的數(shù)據(jù)，在設(shè)計時，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產(chǎn)時搭配使用，在開采時，根據(jù)生產(chǎn)所需的成分，對各有限單元內(nèi)礦石的化學(xué)成分通過計算機來進(jìn)行搭配控制開采，做到所開采的礦石內(nèi)所需的化學(xué)成分的均勻性。
2)連接破碎機和預(yù)均化堆場的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉(zhuǎn)為在線分析，在測試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測試控制裝置和近年來出現(xiàn)的不需制備樣品，可連續(xù)測試并能更快的對物料成分進(jìn)行調(diào)整的中子測試儀。上述測試裝置與礦山計算機聯(lián)網(wǎng)，能在預(yù)均化堆場內(nèi)控制石灰石CaO標(biāo)準(zhǔn)偏差值小于±0．5％，加上誤差精度小于±1％的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達(dá)到入人窯生料成分的要求。
3)生料系統(tǒng)采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產(chǎn)能力和烘干能力大，場地節(jié)省的優(yōu)點。隨著設(shè)計、制造技術(shù)、材質(zhì)的改進(jìn)，國內(nèi)一些預(yù)分解窯生產(chǎn)線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3．3％至10％，金屬磨耗量從3g／t至18g／t，磨輥的使用壽命達(dá)到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現(xiàn)的4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15％，產(chǎn)量高，運轉(zhuǎn)率接近窯的運轉(zhuǎn)率，完全滿足生料細(xì)度和烘干的需求。
生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測試裝置的分析調(diào)整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫的均化工作量的功能下降，此變化過程對生料質(zhì)量有利。
2 預(yù)分解窯煅燒工藝裝備技術(shù)
預(yù)分解窯煅燒工藝裝置是由預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、三次風(fēng)管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創(chuàng)造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質(zhì)量。
1)預(yù)熱器和上升管道的形式進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)內(nèi)的單項部件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)，使預(yù)熱器系統(tǒng)的效率進(jìn)一步提高，生料在很短的時間內(nèi)在各級預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行熱交換，不僅在預(yù)熱器內(nèi)反復(fù)循環(huán)的過程中得到加熱，還進(jìn)一步得到均化。分解爐的結(jié)構(gòu)及工藝尺寸使燃料有足夠的時間燃燒，三風(fēng)道燃燒器進(jìn)一步提高了分解爐內(nèi)煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴大燃料品種，如低揮發(fā)分煤的應(yīng)用。目前一些性能優(yōu)良的預(yù)
熱器分解爐系統(tǒng)的人窯物料分解率已達(dá)94％，因而窯的L／D趨勢在縮短，出現(xiàn)了L／D=10～12的短窯。
2)預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速已提高至3～4r／min，物料在窯內(nèi)翻滾次數(shù)增加，有利于火焰和煙氣對物料進(jìn)行熱交換，相應(yīng)提高了物料在窯內(nèi)溫度的均勻性，減少物料表面和內(nèi)部的溫差，有利于熟料質(zhì)量的均勻。由于物料在窯內(nèi)停留時間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強度。
3)空氣梁篦冷機技術(shù)解決了厚層篦冷機冷風(fēng)不易均勻透過料層的技術(shù)難點，冷風(fēng)和高溫熟料進(jìn)行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方面提高了二次、三次風(fēng)溫度，目前，篦冷機的熱效率已提高至74％以上，且運轉(zhuǎn)率大幅度提高。
4)大窯門罩技術(shù)的出現(xiàn)，三次風(fēng)從篦冷機中部轉(zhuǎn)為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風(fēng)溫和入窯煅燒的二次風(fēng)溫相等，測試表明上述溫度超過920℃三次風(fēng)溫的提高，有利于分解爐內(nèi)燃料的燃燒，相應(yīng)提高了入窯物料分解率。
5)多風(fēng)道燃燒器的應(yīng)用，煤粉經(jīng)旋流風(fēng)擴散形成快速燃燒，燃燒器的沖量可使不同揮發(fā)分的燃料在窯內(nèi)燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩(wěn)，有利于熟料煅燒和窯皮的維護(hù)。
預(yù)分解窯裝置技術(shù)的進(jìn)展，系統(tǒng)熱耗已降至3000kJ／kg以內(nèi)，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風(fēng)量和三次風(fēng)量相應(yīng)就少，從篦冷機高溫部位抽取的熱風(fēng)溫度高，此外多風(fēng)道燃燒器的一次風(fēng)量已下降至6％～8％，因而預(yù)分解窯內(nèi)的物料一直處在高溫下煅燒。總體說來，物料在預(yù)熱器分解爐內(nèi)迅速加熱后進(jìn)入人窯內(nèi)，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內(nèi)冷卻帶短，熟料很快進(jìn)入篦冷機內(nèi)快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對熟料強度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨裝備技術(shù)
3．1 球磨機系統(tǒng)
水泥磨系統(tǒng)中所配用鋼球磨的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，調(diào)整和改進(jìn)鋼球磨的隔倉板、階梯襯板形式，使用分級襯板，優(yōu)化研磨體級配，以及進(jìn)料口、潤滑系統(tǒng)軸承座結(jié)構(gòu)等，使之規(guī)格大型化，磨耗及電耗相應(yīng)降低。
O—Sepa選粉機(或高效籠式選粉機)、高效袋式除塵器和球磨機組成的水泥粉磨系統(tǒng)，其循環(huán)負(fù)荷由離心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥時，3～30μm顆粒級配的重量超過65％，因而具備選粉效率高、電耗低、產(chǎn)量高及顆粒級配合理等優(yōu)點。
3．2 輥壓機+球磨+選粉機系統(tǒng)
輥壓機的出現(xiàn)是粉磨技術(shù)的重大進(jìn)展，水泥粉磨電耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于輥壓機具有能耗低、效率高的特點，多次循環(huán)，重復(fù)擠壓物料達(dá)到增加成品細(xì)度的目的，同時，其產(chǎn)品最終經(jīng)球磨和選粉機系統(tǒng)，因而和球磨系統(tǒng)—樣可以獲得細(xì)度合適、顆粒級配合理和顆粒形貌合適的產(chǎn)品。
此外，還有輥式磨、球磨機和選粉機組成的系統(tǒng)，其原理接近輥壓機系統(tǒng)，均能降低電耗，獲得優(yōu)質(zhì)的水泥產(chǎn)品。
4 適應(yīng)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)的工藝裝備技術(shù)措施
我國水泥IS O強度和CB的強度的差距，表面上是我國水泥下降一個標(biāo)號，實質(zhì)上反映出我國和國外水泥生產(chǎn)線的工藝裝備技術(shù)的差距。事實上國外的水泥檢驗強度標(biāo)準(zhǔn)是隨著工藝裝備技術(shù)的進(jìn)展而逐年發(fā)展形成的，只有發(fā)展我國自己的水泥生產(chǎn)裝備工藝技術(shù)才能適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的推廣，否則，只得承認(rèn)現(xiàn)實，下降標(biāo)號或者以增加熱耗和電耗或增加生產(chǎn)成本來提高水泥標(biāo)號。由于國內(nèi)水泥工藝裝備形式多，且規(guī)模小，很難用一種方式解決，大致途徑如下：
1)加強生產(chǎn)管理，提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施的工藝裝備技術(shù)性能，如生料制備過程中加強礦山開采搭配，提高圓形碎石庫的均化作用，加強磨頭配料及改善均化庫效果等；在燒成措施上加強系統(tǒng)的密封，改善燃燒器性能，改進(jìn)預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯和篦冷機操作等；水泥粉磨系統(tǒng)改善選粉機的性能等。上述措施主要是利用熟悉技術(shù)的人員來加強生產(chǎn)管理，或少量投資對個別裝備加以改進(jìn)，對生產(chǎn)較為正常的工藝線會收到一定效果。
2)利用現(xiàn)有成熟的預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝線單項或局部的工藝裝備技術(shù)來改造現(xiàn)有生產(chǎn)工藝線上技術(shù)落后的裝備，此類裝備除上述介紹的外，還包括新品種耐火材料，生料質(zhì)量控制系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化系統(tǒng)等各主要環(huán)節(jié)的自控系統(tǒng)，此類改造對目前仍不正常的生產(chǎn)線尤為有效。對于生產(chǎn)基本正常，但仍存在局部缺陷的生產(chǎn)線，按其需求局部改造，在此范圍內(nèi)必然有效。
3)從根本上講，徹底解決的措施是加速發(fā)展預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)，在原料產(chǎn)地興建大型低投資的預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，在消費城市興建技術(shù)先進(jìn)的粉磨站、混凝土攪拌站等。當(dāng)預(yù)分解窯生產(chǎn)的熟料價格、質(zhì)量均優(yōu)于現(xiàn)有落后生產(chǎn)線所生產(chǎn)的熟料時，關(guān)閉落后的回轉(zhuǎn)窯和立窯生產(chǎn)線，利用現(xiàn)有裝置改建粉磨站。國內(nèi)的一些大型水泥公司，采用此方式均取得較大經(jīng)濟效益。
1 生料制備
水泥生料制備過程中CaO的標(biāo)準(zhǔn)偏差控制值隨裝備技術(shù)的發(fā)展而逐步減小。
1)計算機三維模型系統(tǒng)在礦山設(shè)計中大量推廣應(yīng)用，礦山勘探時，取得完整的數(shù)據(jù)，在設(shè)計時，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產(chǎn)時搭配使用，在開采時，根據(jù)生產(chǎn)所需的成分，對各有限單元內(nèi)礦石的化學(xué)成分通過計算機來進(jìn)行搭配控制開采，做到所開采的礦石內(nèi)所需的化學(xué)成分的均勻性。
2)連接破碎機和預(yù)均化堆場的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉(zhuǎn)為在線分析，在測試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測試控制裝置和近年來出現(xiàn)的不需制備樣品，可連續(xù)測試并能更快的對物料成分進(jìn)行調(diào)整的中子測試儀。上述測試裝置與礦山計算機聯(lián)網(wǎng)，能在預(yù)均化堆場內(nèi)控制石灰石CaO標(biāo)準(zhǔn)偏差值小于±0．5％，加上誤差精度小于±1％的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達(dá)到入人窯生料成分的要求。
3)生料系統(tǒng)采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產(chǎn)能力和烘干能力大，場地節(jié)省的優(yōu)點。隨著設(shè)計、制造技術(shù)、材質(zhì)的改進(jìn)，國內(nèi)一些預(yù)分解窯生產(chǎn)線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3．3％至10％，金屬磨耗量從3g／t至18g／t，磨輥的使用壽命達(dá)到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現(xiàn)的4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15％，產(chǎn)量高，運轉(zhuǎn)率接近窯的運轉(zhuǎn)率，完全滿足生料細(xì)度和烘干的需求。
生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測試裝置的分析調(diào)整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫的均化工作量的功能下降，此變化過程對生料質(zhì)量有利。
2 預(yù)分解窯煅燒工藝裝備技術(shù)
預(yù)分解窯煅燒工藝裝置是由預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、三次風(fēng)管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創(chuàng)造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質(zhì)量。
1)預(yù)熱器和上升管道的形式進(jìn)一步優(yōu)化，系統(tǒng)內(nèi)的單項部件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)，使預(yù)熱器系統(tǒng)的效率進(jìn)一步提高，生料在很短的時間內(nèi)在各級預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行熱交換，不僅在預(yù)熱器內(nèi)反復(fù)循環(huán)的過程中得到加熱，還進(jìn)一步得到均化。分解爐的結(jié)構(gòu)及工藝尺寸使燃料有足夠的時間燃燒，三風(fēng)道燃燒器進(jìn)一步提高了分解爐內(nèi)煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴大燃料品種，如低揮發(fā)分煤的應(yīng)用。目前一些性能優(yōu)良的預(yù)
熱器分解爐系統(tǒng)的人窯物料分解率已達(dá)94％，因而窯的L／D趨勢在縮短，出現(xiàn)了L／D=10～12的短窯。
2)預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速已提高至3～4r／min，物料在窯內(nèi)翻滾次數(shù)增加，有利于火焰和煙氣對物料進(jìn)行熱交換，相應(yīng)提高了物料在窯內(nèi)溫度的均勻性，減少物料表面和內(nèi)部的溫差，有利于熟料質(zhì)量的均勻。由于物料在窯內(nèi)停留時間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強度。
3)空氣梁篦冷機技術(shù)解決了厚層篦冷機冷風(fēng)不易均勻透過料層的技術(shù)難點，冷風(fēng)和高溫熟料進(jìn)行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方面提高了二次、三次風(fēng)溫度，目前，篦冷機的熱效率已提高至74％以上，且運轉(zhuǎn)率大幅度提高。
4)大窯門罩技術(shù)的出現(xiàn)，三次風(fēng)從篦冷機中部轉(zhuǎn)為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風(fēng)溫和入窯煅燒的二次風(fēng)溫相等，測試表明上述溫度超過920℃三次風(fēng)溫的提高，有利于分解爐內(nèi)燃料的燃燒，相應(yīng)提高了入窯物料分解率。
5)多風(fēng)道燃燒器的應(yīng)用，煤粉經(jīng)旋流風(fēng)擴散形成快速燃燒，燃燒器的沖量可使不同揮發(fā)分的燃料在窯內(nèi)燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩(wěn)，有利于熟料煅燒和窯皮的維護(hù)。
預(yù)分解窯裝置技術(shù)的進(jìn)展，系統(tǒng)熱耗已降至3000kJ／kg以內(nèi)，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風(fēng)量和三次風(fēng)量相應(yīng)就少，從篦冷機高溫部位抽取的熱風(fēng)溫度高，此外多風(fēng)道燃燒器的一次風(fēng)量已下降至6％～8％，因而預(yù)分解窯內(nèi)的物料一直處在高溫下煅燒。總體說來，物料在預(yù)熱器分解爐內(nèi)迅速加熱后進(jìn)入人窯內(nèi)，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內(nèi)冷卻帶短，熟料很快進(jìn)入篦冷機內(nèi)快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對熟料強度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨裝備技術(shù)
3．1 球磨機系統(tǒng)
水泥磨系統(tǒng)中所配用鋼球磨的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，調(diào)整和改進(jìn)鋼球磨的隔倉板、階梯襯板形式，使用分級襯板，優(yōu)化研磨體級配，以及進(jìn)料口、潤滑系統(tǒng)軸承座結(jié)構(gòu)等，使之規(guī)格大型化，磨耗及電耗相應(yīng)降低。
O—Sepa選粉機(或高效籠式選粉機)、高效袋式除塵器和球磨機組成的水泥粉磨系統(tǒng)，其循環(huán)負(fù)荷由離心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥時，3～30μm顆粒級配的重量超過65％，因而具備選粉效率高、電耗低、產(chǎn)量高及顆粒級配合理等優(yōu)點。
3．2 輥壓機+球磨+選粉機系統(tǒng)
輥壓機的出現(xiàn)是粉磨技術(shù)的重大進(jìn)展，水泥粉磨電耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于輥壓機具有能耗低、效率高的特點，多次循環(huán)，重復(fù)擠壓物料達(dá)到增加成品細(xì)度的目的，同時，其產(chǎn)品最終經(jīng)球磨和選粉機系統(tǒng)，因而和球磨系統(tǒng)—樣可以獲得細(xì)度合適、顆粒級配合理和顆粒形貌合適的產(chǎn)品。
此外，還有輥式磨、球磨機和選粉機組成的系統(tǒng)，其原理接近輥壓機系統(tǒng)，均能降低電耗，獲得優(yōu)質(zhì)的水泥產(chǎn)品。
4 適應(yīng)ISO國際標(biāo)準(zhǔn)的工藝裝備技術(shù)措施
我國水泥IS O強度和CB的強度的差距，表面上是我國水泥下降一個標(biāo)號，實質(zhì)上反映出我國和國外水泥生產(chǎn)線的工藝裝備技術(shù)的差距。事實上國外的水泥檢驗強度標(biāo)準(zhǔn)是隨著工藝裝備技術(shù)的進(jìn)展而逐年發(fā)展形成的，只有發(fā)展我國自己的水泥生產(chǎn)裝備工藝技術(shù)才能適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的推廣，否則，只得承認(rèn)現(xiàn)實，下降標(biāo)號或者以增加熱耗和電耗或增加生產(chǎn)成本來提高水泥標(biāo)號。由于國內(nèi)水泥工藝裝備形式多，且規(guī)模小，很難用一種方式解決，大致途徑如下：
1)加強生產(chǎn)管理，提高現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施的工藝裝備技術(shù)性能，如生料制備過程中加強礦山開采搭配，提高圓形碎石庫的均化作用，加強磨頭配料及改善均化庫效果等；在燒成措施上加強系統(tǒng)的密封，改善燃燒器性能，改進(jìn)預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯和篦冷機操作等；水泥粉磨系統(tǒng)改善選粉機的性能等。上述措施主要是利用熟悉技術(shù)的人員來加強生產(chǎn)管理，或少量投資對個別裝備加以改進(jìn)，對生產(chǎn)較為正常的工藝線會收到一定效果。
2)利用現(xiàn)有成熟的預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝線單項或局部的工藝裝備技術(shù)來改造現(xiàn)有生產(chǎn)工藝線上技術(shù)落后的裝備，此類裝備除上述介紹的外，還包括新品種耐火材料，生料質(zhì)量控制系統(tǒng)以及回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化系統(tǒng)等各主要環(huán)節(jié)的自控系統(tǒng)，此類改造對目前仍不正常的生產(chǎn)線尤為有效。對于生產(chǎn)基本正常，但仍存在局部缺陷的生產(chǎn)線，按其需求局部改造，在此范圍內(nèi)必然有效。
3)從根本上講，徹底解決的措施是加速發(fā)展預(yù)分解窯生產(chǎn)技術(shù)，在原料產(chǎn)地興建大型低投資的預(yù)分解窯熟料生產(chǎn)線，在消費城市興建技術(shù)先進(jìn)的粉磨站、混凝土攪拌站等。當(dāng)預(yù)分解窯生產(chǎn)的熟料價格、質(zhì)量均優(yōu)于現(xiàn)有落后生產(chǎn)線所生產(chǎn)的熟料時，關(guān)閉落后的回轉(zhuǎn)窯和立窯生產(chǎn)線，利用現(xiàn)有裝置改建粉磨站。國內(nèi)的一些大型水泥公司，采用此方式均取得較大經(jīng)濟效益。
【作者:陳友德】
