水泥工業(yè)粉磨技術發(fā)展及其裝備選型趨向

高長明

水泥工業(yè)粉磨技術發(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，所有大規(guī)模工業(yè)粉磨裝備的研發(fā)應用，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。因為每生產(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2.3～2.7t之多。水泥的消費量在全部重化產(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、耗能最少的技術裝備來進行粉磨作業(yè)，始終是水泥工業(yè)孜孜以求的目標。

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

關于物料粉碎機理的粉碎理論的研究，無論在廣度和深度方面都遠不及熟料形成機理及其理論熱耗的研究。至今人們仍然不知道，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），因而對許多粉磨裝備的所謂粉磨效率也只是一個經(jīng)驗性的估計值而已。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、熟料率值的不同進行準確的理論計算。兩者相比，由此可知人們對粉磨機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)領域中我們還任重道遠。

這就給我們提出了一個需要更廣闊更活躍思考的課題，那就是采用現(xiàn)今這種直觀的機械力做功的方法進行粉磨——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、結構共振、微波沖擊、化學劈裂、速度差轉移或其他種種領域中激發(fā)人們的靈感，把粉磨作業(yè)的效率提升到一個嶄新的高度。同時必須在粉磨機理與理論方面進行艱苦的探索研究，基礎理論的突破是至關重要的。

所有這些或許使人感到很遙遠，太飄渺了。事實上，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，并希望能適當關注之。

下面讓我們對水泥工業(yè)的粉磨技術及其裝備選型趨向問題分別進行探討。

1 生料粉磨

根據(jù)2008～2010年國外水泥工業(yè)粉磨裝備主要供應商（FLSmisth，Polysius，F(xiàn)CB，Loesche，Pfeiffer，UBE，KHD等）銷售業(yè)績的大致統(tǒng)計，其平均值是輥式立磨（簡稱立磨，下同）占81%，輥壓機終粉磨系統(tǒng)和聯(lián)合粉磨系統(tǒng)占12%，球磨系統(tǒng)占7%。我國因為最近兩年內國產(chǎn)立磨制造技術日益成熟，所以生料立磨的選用率大有提升，開始扭轉過去那種只能選用輥壓機系統(tǒng)的情況。事實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，沒有太多爭議。

當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)達國家用立磨更多一些，約達90%；而新興國家，亞洲國家則仍然沿用風掃球磨的較多，這顯然與國家的經(jīng)濟與裝備配套等水平有關。

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

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70%，而我們在2008年以前，輥壓機聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的選用率幾乎為100%，只有個別企業(yè)引進了歐洲生產(chǎn)的水泥立磨。隨著國產(chǎn)水泥立磨制造與應用的成功，2009～2010年水泥立磨的選用率已有顯著提升，估計可能占有10%～15%。相信隨著時間的推移這種趨勢還會逐步擴大。

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，強度稍差；所制成的混凝土的施工性能也令人不太習慣；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c史密斯公司30年前的老牌康比丹（Combidan）球磨機相比，立磨水泥所節(jié)省的那些電耗還不夠補償它所引發(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（臺套數(shù)計），%

幾年前甚至時至今日，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數(shù)據(jù)也確信無疑。但是有關“得不償失”的結論，筆者卻不能茍同。簡言之，這里包含著一個各相關方的適應與博弈問題。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過程的復雜性。其實，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告和成果。實踐表明，他們的適應期或過渡期并不太長，額外的干涉因素也遠沒有我國那么復雜詭異，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)驗值得借鑒，同時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長一些，但其發(fā)展的大方向是毋庸置疑的。當然這只是筆者的觀點，至于每個水泥企業(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者專家的不同觀點，本人真誠地表示尊重且愿意從中學習到有益的東西。

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水泥標準故意多摻混合材；更有甚者，不論什么東西，只要他認為可以摻的，都當作混合材摻入水泥中，完全無視水泥標準的規(guī)定。各種假冒偽劣的水泥就是這樣超標濫摻造出來的。所以關于混合材問題，首要任務是必須下大力氣加強監(jiān)管，剎住超標濫摻歪風并爭取杜絕之。

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就很重要。不單純把它看作填充料，而是設法改性成激發(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磨，可以達到納米級的深度加工。采用怎樣的方法和技術途徑才能達到高效大規(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。目前在國內外有一些初步的報導，研究前景很廣闊，某些未知的領域尚待發(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個磨輥模塊式設計的立磨，傳動功率6800kW，生料、水泥與礦渣的產(chǎn)能分別可達700t/h、350t/h和250t/h，可以說基本上達到了立磨技術裝備的頂峰。這個最新進展表明粉磨裝備制造商對今后立磨廣泛采用的利好預期。這是輥壓機粉磨系統(tǒng)所不能及的，因為輥壓機的大型化似乎早就到了頂點。看來立磨競爭力的后勁還是相當強勁的，何況我國水泥工業(yè)推廣應用立磨的時機現(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：當代水泥工業(yè)粉磨裝備選型趨勢分析[J].水泥技術,2006，No.6.

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沈 穎