新型干法白水泥熟料生產線生料制備系統設計優化

曾榮

新型干法白水泥熟料生產線生料制備系統設計優化

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

曾榮

阿爾博波特蘭集團公司是世界上最大的白水泥制造商和經銷商。阿爾博安慶白水泥有限公司白水泥生產線年產熟料達45萬噸，白水泥60萬噸，水泥白度達到90度以上。該項目由天津水泥工業設計研究院有限公司總承包建設，是目前亞洲裝備最好、技術最新、工藝最優、能耗最低、產能最大的白水泥生產線。

白色硅酸鹽水泥熟料生產工藝與普通灰水泥熟料生產工藝有很大的差別，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備選型都獨具特色。天津院經過多方調研與技術研發，克服了許多技術難點，很多新工藝、新設備，都是天津院研發設計并首次投入生產運行，以下就生料制備系統進行分析。

1 白水泥原料配料特點

白水泥生產線總的設計原則是：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度的水泥熟料。國家標準要求白水泥熟料成分中要嚴格控制MgO、SO3和Fe203含量，因此對生產原料要求較高,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，多數采用搭配葉臘石配料。

1.1 安慶阿爾博項目原料的化學成分

由表1可以看出，原料的石灰石CaO含量高，Fe22O3和MgO含量較低；石英砂巖SiO2含量高，Fe2O3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，Fe2O3含量較低；螢石的CaO和F-含量較高。各種原料質量均滿足本項目生產優質白色硅酸鹽水泥熟料的技術要求。

1.2 安慶阿爾博項目原料配比

原設計采用石灰石、石英砂巖、葉臘石、鉀長石和螢石五種原料配料。由于燒成采用的石油焦硫含量高，鉀長石是用來調節硫堿比的，螢石作為礦化劑用于降低熔融溫度。設計配比見表2。

后來實際生產的時候是采用石灰石、石英砂巖、葉臘石和螢石四組分配料。

表1 安慶阿爾博項目原料的化學成分,%

表2 安慶阿爾博項目原料設計配比,%

表3 設計熟料礦物組成（%）及率值

表4 葉臘石輥壓機主機工藝參數

設計熟料率值及礦物組成見表3。

2 白水泥生料制備系統特點

生料制備系統的關鍵就是要使制成的生料成品滿足燒成系統的煅燒要求。針對白水泥燒成特性，生料制備采用干濕結合的工藝。對于易磨性較差的硅質原料即石英砂巖和葉臘石采用單獨粉磨的工藝，而且粉磨細度要比一般生料細很多，一般到45μm篩篩余5%，這已經達到甚至超過了普通水泥的成品細度。這是因為生料中的硅質粗顆粒會對燒成系統的生產造成不良的影響。生料的細度控制一般R90μm篩篩余5%～6%，也比一般生料要細，這是因為原料配料硅率通常為4～6。

具體地說就是葉臘石先經過顎式破碎機破碎到粒度＜25mm，然后喂入輥壓機進行細碎。細碎后的葉臘石粒度可以達到90%＜3mm，然后入兩臺并聯的濕法磨單獨粉磨，這是為了減少硅質粉塵對環境的污染。濕法磨內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與其他原料混合、烘干，出輥磨生料要保證成分、細度和水分合格。輥磨生料成品細度控制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15%以上，所以生料成分穩定性及輥磨內物料烘干是設計中最大的難點。

表5 埃及Sinai白水泥項目所用砂磨設計參數和實際生產情況

2.1 葉臘石輥壓機細碎系統

葉臘石是一種質地堅硬、磨蝕性高的硅質原料。如果采用錘式破碎機則會使錘頭磨損嚴重，更換頻率高，維修工作量大，最關健的是帶入過多的鐵原料，影響水泥熟料的白度。輥壓機是以動輥擠壓、研磨為主的高產低耗粉磨設備，是根據層壓粉碎原理設計的，其利用物料之間相互擠壓傳遞壓力進行料床粉磨，耐磨層消耗量低，適合用于硬質物料的中碎和細磨，在礦石的粉磨作業中已取得了一些成功的經驗。該項目我們首創了使用輥壓機制備葉臘石細粉的工藝，為后續濕法粉磨提供葉臘石粉料。主機工藝參數見表4。

葉臘石輥壓機細碎系統和濕法開流粉磨系統工藝流程如圖1。

為防止金屬物進入輥壓機破壞輥面，來料進入輥壓機喂料倉之前以及在外排集料倉底皮帶上各設有一臺金屬探測儀，對物料進行除鐵處理。

輥壓機對喂料粒度的要求較嚴，在實際生產中，葉臘石來料粒度大，而且一破顎式破碎機選型偏小，致使破碎機出料粒度大。入輥壓機物料70～80mm的占大部分，造成輥壓機喂料不穩振動較大，嚴重影響了輥壓機的穩定運行。考核完成后廠里更換了新的顎式破碎機，使得輥壓機的進料粒度能夠控制在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濕法粉磨工藝流程十分復雜，但是可以有效保證硅質原料得到充分研磨。如果生料中含有大顆粒的硅質原料則會影響燒成熟料質量且大大降低熟料白度。濕法磨采用鵝卵石作為研磨介質，比重是一般鋼球研磨體的三分之一，其破碎能力小，所以要求出輥壓機入濕法砂磨的粒度控制較細,一般＜3mm。

砂磨規格Φ2.9m×16m是阿爾博公司要求的，磨機的工藝和裝備研發設計、設備供貨由天津院完成，天津院為此做了針對性的調研工作。在阿爾博埃及Sinai白水泥項目上使用過2臺這個規格的砂磨，由FLS公司供貨。用來粉磨細砂也就是石英砂巖，兩臺砂磨的設計參數和實際生產情況如表5。

根據廠方人員反應，鵝卵石和沙子一同從磨頭喂入磨機，鵝卵石的粒度 一 般 30～50mm，大 多 在 30～32mm。由于現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%，否則會對料漿輸送有影響。出磨需要設置振動篩，否則粗顆粒會造成輸送泵的堵塞。

表6 天津院設計的砂磨和保證值

表7 砂磨的參考級配

表8 不同規模白水泥熟料生產線的生料制備系統配置方案

經過分析計算，天津院設計的砂磨和保證值見表6，砂磨的參考級配見表7。

2.3 生料輥磨（圖2）

石灰石、鉀長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及超聲波密度測定儀來計量，通過泵的變頻調速來實現喂料量的調整。生料輥磨系統設計能力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，必要的時候可以進行窯尾四五級喂料切換。如何控制生料成品水分和成分是粉磨系統也是整個生產線的至關重要的一個環節。輥磨系統主機配置見表8。

此生料制備系統目前運行良好，系統產量122t/h，磨機主電機單位電耗9.35kWh/t，完全達到了設計要求。

3 不同規模白水泥熟料生產線的生料制備系統配置方案

對于不同規模的白水泥熟料生產線配置不同的生料輥磨粉磨系統，其配置見表8。

4 結語

現階段安慶白水泥生產情況已達到或超過合同指標，目前白水泥性能穩定、質量上乘，各項指標均超過國標特級白水泥指標，市場銷售良好，白水泥熟料已出口到澳大利亞。

對于白水泥原料的特性及最佳的粉磨工藝和設備是我們還需繼續探討研究的課題，也是我們下一步突破和提高的著力點。相信我們在進行下一個白水泥熟料生成線建設時將會有更好的設計、更好的裝備、更先進的經濟技術指標。

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趙 蓮