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

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(yè)設(shè)計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，很多新工藝、新設(shè)備，都是天津院研發(fā)設(shè)計并首次投入生產(chǎn)運行，以下就生料制備系統(tǒng)進行分析。

1 白水泥原料配料特點

白水泥生產(chǎn)線總的設(shè)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(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 安慶阿爾博項目原料配比

原設(shè)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(diào)節(jié)硫堿比的，螢石作為礦化劑用于降低熔融溫度。設(shè)計配比見表2。

后來實際生產(chǎn)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(xué)成分,%

表2 安慶阿爾博項目原料設(shè)計配比,%

表3 設(shè)計熟料礦物組成（%）及率值

表4 葉臘石輥壓機主機工藝參數(shù)

設(shè)計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

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。針對白水泥燒成特性，生料制備采用干濕結(jié)合的工藝。對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(jīng)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(zhì)粗顆粒會對燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)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(jīng)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(lián)的濕法磨單獨粉磨，這是為了減少硅質(zhì)粉塵對環(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(wěn)定性及輥磨內(nèi)物料烘干是設(shè)計中最大的難點。

表5 埃及Sinai白水泥項目所用砂磨設(shè)計參數(shù)和實際生產(chǎn)情況

2.1 葉臘石輥壓機細碎系統(tǒng)

葉臘石是一種質(zhì)地堅硬、磨蝕性高的硅質(zhì)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(guān)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(chǎn)低耗粉磨設(shè)備，是根據(jù)層壓粉碎原理設(shè)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(zhì)物料的中碎和細磨，在礦石的粉磨作業(yè)中已取得了一些成功的經(jīng)驗。該項目我們首創(chuàng)了使用輥壓機制備葉臘石細粉的工藝，為后續(xù)濕法粉磨提供葉臘石粉料。主機工藝參數(shù)見表4。

葉臘石輥壓機細碎系統(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(shè)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(chǎn)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(wěn)振動較大，嚴重影響了輥壓機的穩(wěn)定運行?？己送瓿珊髲S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(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，所以要求出輥壓機入濕法砂磨的粒度控制較細,一般＜3mm。

砂磨規(guī)格Φ2.9m×16m是阿爾博公司要求的，磨機的工藝和裝備研發(fā)設(shè)計、設(shè)備供貨由天津院完成，天津院為此做了針對性的調(diào)研工作。在阿爾博埃及Sinai白水泥項目上使用過2臺這個規(guī)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(shè)計參數(shù)和實際生產(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，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%，否則會對料漿輸送有影響。出磨需要設(shè)置振動篩，否則粗顆粒會造成輸送泵的堵塞。

表6 天津院設(shè)計的砂磨和保證值

表7 砂磨的參考級配

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)過分析計算，天津院設(shè)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(diào)速來實現(xiàn)喂料量的調(diào)整。生料輥磨系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)也是整個生產(chǎn)線的至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。輥磨系統(tǒng)主機配置見表8。

此生料制備系統(tǒng)目前運行良好，系統(tǒng)產(chǎn)量122t/h，磨機主電機單位電耗9.35kWh/t，完全達到了設(shè)計要求。

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)情況已達到或超過合同指標，目前白水泥性能穩(wěn)定、質(zhì)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(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。相信我們在進行下一個白水泥熟料生成線建設(shè)時將會有更好的設(shè)計、更好的裝備、更先進的經(jīng)濟技術(shù)指標。

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趙 蓮