超细矿渣粉磨工艺

提要：通过对不同粉磨工艺的分析对比，介绍了几种超细矿渣的选择方案及其技术经济比较。

关键词：超细矿渣 粉磨 开路磨 闭路磨 立磨 预粉磨 半终粉磨 终粉磨

前言

随着我国水泥产品新标准和ISO强度检验标准的实施，采用传统生产工艺生产矿渣水泥的难度越来越大。其主要原因是水泥ISO检验标准对非活活性混合材在水泥中的掺入量非常敏感，而矿渣的易磨性一般比熟料差（粒化高炉渣为0.7左右），采用传统的混合粉磨工艺粉磨的水泥中的矿渣粉细度比熟料差得多，含有很多粗颗粒，使矿渣的活性没有充分发挥出来，从而引起水泥强度大大下降，极大得限制了矿渣得掺入量。为保证矿渣水泥的实物质量，充分发挥矿渣的活性，必须针对矿渣和熟料的易磨性差异，将难磨的矿渣与熟料分别粉磨，并将矿渣的粉磨细度提高到400m²/kg以上（一般要求再430-500m²/kg），这样可以在保证水泥强度不变的情况下提高矿渣掺入量30-60%。而另外的研究表明当矿渣被超细粉磨到500-600m²/kg左右时，由于其玻璃体结构被破坏，潜在的活性被激发出来，将这种矿渣用于混凝土的掺和料可使混凝土的泌水性、可塑性更好，改善混凝土中孔结构，降低孔隙率，提高混凝土的密实度和强度，使混凝土具有良好的抗硫酸盐、氯盐性能和良好得耐久性，是生产高性能混凝土不可或缺的添加剂，可替代30-50%的水泥用量。

随着各项研究的逐步深入，超细矿渣粉的应用越来越广泛，市场前景越来越大。本文将针对矿渣的特点，提出几种超细粉磨工艺，就其各自的技术特点进行分析，供大家参考选择。

1.开路粉磨工艺

这是目前国内采用得比较多得一种简单工艺。其特点是工艺系统简单，投资低，只需要针对矿渣易碎难磨的特点对原有水泥磨机进行钢球级配调整（减少大球，增加小球或采用小钢段）、隔仓板和出口篦板调整改造即可生产超细矿渣粉。但由于开路磨的通风能力有限烘干能力不足，必须对矿渣进行预烘干，将矿渣进磨水分降到2%以下。这种工艺的生产能力低（相同规格的磨机只能达到普通水泥产量的20%左右），无法进行大规模生产。同时该工艺生产的矿渣粉细度难以控制和调整，无法根据不同的产品要求，调整产品细度；单位电耗高（生产500m²/kg的矿渣粉的电耗达到150-180kWh/t），从而导致生产成本高，达不到达幅度降低混凝土生产成本的目的。

2.闭路粉磨工艺

该粉磨工艺流程与水泥生产的生料粉磨工艺流程基本相似，目前国内有几条小规格的生产线应用（年产3-5万吨）。但在磨机本身的粉磨仓和破碎仓的长度以及研磨体的级配方面与普通的生料磨机有所不同。为适应矿渣易碎难磨，且要求超细等特点，矿渣磨的破碎仓短，粉磨仓长，且磨机总体的长径比较生料磨高，与水泥磨相近；大钢球少，小钢球或小钢段多，而且磨内风速较生料磨低。该流程采用新型高效选粉机，产品细度容易控制和调整。这种粉磨工艺产量较高（相同规格的磨机能达到普通水泥

产量的40-50%），电耗较低（生产500m²/kg的矿渣粉的电耗为80-100kWh/t），可以应用于大规模的工业生产（单机生产能力可达到年产60万吨）。其工艺流程见图1。

图1 闭路粉磨工艺流程

3.立磨

国内目前还没有采用立磨来粉磨超细矿渣粉的工艺系统，也没有用于水泥粉磨的立磨系统，但作为生料粉磨系统已经应用很多了。立磨用于生料粉磨具有系统简单，运行稳定，烘干能力强，原料不需要预烘干，生产能力大，电耗低等特点。没有应用于水泥粉磨的主要原因是其产品的颗粒级配不合理，对水泥产品质量有影响（目前国外几家大的立磨制造公司已经基本解决这一问题），而对于矿渣粉磨来说，目前的研究表明，矿渣粉的颗粒级配对其性能没有什么影响，因此，其在生料粉磨中所具有的优点也同样实用于矿渣粉磨。但是，因为在粉磨过程中立磨选粉机的粗粉回料量比作为生料磨时大得多，而且回粉的细度也细得多，这对于立磨要求在磨盘上形成均匀的料床厚度非常不利，因此，立磨作为超细矿渣的粉磨系统需要注意的是磨机震动会比较厉害，这将会严重影响系统的稳定运行，为此必须加强对磨机震动的检测控制，同时向磨盘上大量淋水、降低磨盘转速以保证料床湿度和厚度。

立磨系统产量高，单机年产量可达到60万吨规模，易于形成规模经营。粉磨电耗低（生产500m²/kg的矿渣粉的电耗为40-60kWh/t），对于降低生产成本非常有利。但是立磨对钢渣的的适应性比较差，因为在入磨前的喂料皮带机上必须设置电磁除铁器和金属探测器以防止金属硬物进入磨机，造成对立磨损害，而钢渣的金属含量较高且不易被除铁器除掉，容易因金属探测器信号引起分料三通阀频繁动作使磨盘上的物料太少，致使磨机震动甚至引起停机。立磨工艺流程见图2。

图2 立磨工艺流程

随着设计手段和观念的转变，以及工艺技术的日益成熟，立磨系统的投资大大降低，和闭路球磨系统基本持平或略高。但由于其使用性能和产品电耗方面的极大优势，该系统的应用必将越来越广泛。

4.预粉磨工艺

无论是采用辊压机作为预破碎的混合粉磨系统，还是采用辊式磨作为预破碎的预粉磨工艺系统，目前在国内水泥生产中都有使用，而且使用效果都不错。不管是用辊压机，还是用辊式磨，其工艺系统没有大的区别，生产能力都比较高（单机生产能力可以达到年产60万吨规模），系统电耗较低（生产500m²/kg的矿渣粉的电耗为60-80kWh/t）。

两种工艺系统都存在的问题是投资较高；都对含铁量高的钢渣适应性差，一般都需要设置电磁除铁器和金属探测器，以防止大快金属物件对设备造成损伤；而且辊压机系统需要对        图3 辊压机预粉磨系统工艺流程图

矿渣进行预烘干，使进入辊压机的水分保持在2-3%的范围内比较好，水分太高会引起料饼粘结，水分太低会因物料太细引起设备震动，同时磨内温度会太高。辊压机系统流程见图3。而辊式磨系统流程与之类似，只需将图中的辊压机换成辊式磨即可，但其系统更复杂一些，当然，辊式磨系统可以考虑矿渣烘干在辊式磨内进行，而不必进行预烘干。从图中可以看出，辊压机预粉磨系统与一般用于水泥粉磨的预粉磨系统不同的是没有辊压机回料系统，主要是因为一般矿渣粒度比较小，经过挤压过后的物料已经很细，不需要再回辊压机，而且过细的物料进入辊压机可能会引起辊压机震动，因此我们建议取消回料系统，以简化系统流程。当然，如果矿渣粒度较大（如大于40-50mm的颗粒含量较多时，也应当考虑返回一定量的料饼进入辊压机。

5.半终粉磨系统

半终粉磨系统目前在国内已有几条生产线应用于水泥粉磨，由于种种原因使用情况大都不太理想。但从最近的生产情况来分析，由于这种系统具有能耗低，产品细度调节灵活，生产规模大等（单机生产能力可达到年产60-120万吨）优点，通过适当的改造以后，这一系统用于超细矿渣粉磨将是非常好的一种粉磨工艺。根据水泥生产的情况分析，预计作为超细矿渣粉磨系统时电耗可以达到45-65kWh/t（产品细度为500m²/kg）。作为水泥粉磨系统时的主要问题是选粉机于打散机的匹配不太合理，造成辊压机回料过多过细，容易使辊压机产生震动跳停；而进入磨机物料量太少、细度过细会引起磨内温度过高。而作为矿渣粉磨系统时，我们不仅可以在选粉机和打散机的匹配问题上进行优化，降低辊压机回料量，提高入磨物料量；还可以适当增加进入系统矿渣水分等来解决辊压机的震动问题。

该系统关键设备在打散机。目前国内使用的主要有丹麦F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型和德国KHD公司的V型分离器两种。从使用情况看，KHD公司的V型分离器效果较好。而选粉机则是丹麦F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型更好一些。因此，我们推荐使用丹麦F.L.SMIDTH公司的Sepax^®型选粉机与KHD公司的V型分离器组合来构成半终粉磨的粗、细粉的打散和分级系统。工艺流程见图4。

该系统的主要问题是流程较为复杂，操作和控制要求高，而且由于国内在辊压机和打散机技术方面还不太成熟，需要进口，从而引起投资也较高，一般不适合于小规模的生产线（至少应在图4 辊压机半终粉磨系统流程图      年产10万吨以上，否则由于投

资过高会引起经济指标不好）。

目前还产生了一中所谓的CKP水泥磨，其工艺流程和工作原理与辊压机半终粉磨系统基本相同，所以也应该属于半终粉磨系统之一，本文不在此作过多的分析介绍。从生产运行情况来看，使用效果比较理想，也可以作为一种非常好的选择方案。该系统可以考虑将矿渣烘干放在辊式磨内进行，不必预烘干。工艺流程见图5，图中的粗粉分离方式与目前国内采用的有所不同。国内已经投产的系统采用的是旋风式选粉机作为粗粉分离器，流程很复杂，我们为简化工艺流程，采用了V型粗粉分离器。

6.终粉磨系统

终粉磨系统在国内外都没有应用于水泥粉磨的，主要是因为水泥颗粒级配不合理，对水泥质量有很大影响。而这种粉磨工艺应用于超细矿渣粉磨在欧洲和我国台湾地区已经有几条比较大规模的生产线投入生产，从使用情况来看，效果都还不错，

图5.CKP磨系统流程图         产品电耗为45-50kWh/t

（产品细度为500m²/kg）。该系统流程非常简单，由一台辊压机、一台打散机、一台选粉机及其它提升运输设备构成，因此其投资也相对较低，操作控制也比较简单。工艺流程见图6。

由于终粉磨系统中选粉机和打散机的粗粉都全部循环到辊压机，可能会因为辊压机内物料过细而产生震动。因此需要将进入辊压机的物料水分进行适当控制，使之保持在2-3%的范围内，这样就需要在选粉机或打散机内对产品进行进一步的烘干，从流程图中可以看到，设置了一台热风炉即是此目的。

图6 终粉磨系统工艺流程图

当然，该系统也存在与立磨、混合粉磨和半终粉磨同样的问题，就是对含铁量较高的钢渣适应型比较差的问题。同时目前国内的主机设备还不成熟，需要进口。

7.综述

7.1关于超细矿渣的储存与混合

无论超细矿渣粉是用于生产矿渣水泥，还是用作混凝土的添加剂，都应单独为超细矿渣粉设置储存库。用于生产散装矿渣水泥时，根据配比要求与熟料和石膏粉一起均匀地通过散装机装车即可；当生产袋装矿渣水泥时，则最好通过一个搅拌仓混合均匀后再进行包装。近年来国际上为满足矿渣水泥的生产需要，开发了一种多仓式水泥库，用于分别储存熟料石膏粉和矿渣粉，在库底斜料时按不同比例要求混合装车或包装，简化了工艺系统，没有设置复杂的均化设施。如果是用于混凝土添加剂，则只需按比例要求与熟料和石膏粉一起喂入混凝土搅拌机即可，在搅拌机内的搅拌过程就可以达到混合均化的目的。

7.2几种粉磨工艺的综合比较选择

以上介绍的几种粉磨工艺中，开路粉磨系统尽管其投资低，操作控制简单，但因其技术落后，产品细度难以控制，单位电耗很高，一般不宜采用，其它几种工艺都是可以选择的。除开路粉磨工艺的几种粉磨工艺的技术经济指标比较情况列于表1。具体实施过程中，各企业应根据矿渣或钢渣的粒度、易磨性及含铁量等因素，以及建设规模和产品的用途及品种进行选择。

7.3随着我国商品混凝土高层建筑业以及大规模的基础设施建设的发展，高性能混凝土取代普通混凝土是必然的趋势，超细矿渣粉的需求量将会越来越大，国内不少的商品混凝土制造商也已经注意或开始尝试这项技术的应用。而且我国水泥新标准（特别是ISO检验标准）即将于2001年正式实施，矿渣水泥的生产不能按照传统的与熟料共同粉磨的方式生产了，也需要大量的超细矿渣粉。因此超细矿渣粉在我国必将具有非常广阔的市场前景，超细矿渣的粉磨技术也将随着生产时间和研究工作的深入越来越成熟可靠，从而促进我国水泥和混凝土生产的技术进步和结构调整。

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