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水泥原料易磨性的影响及其改善

作者:罗帆来源:《水泥》1998.第10期 浏览次数: 日期:2006年6月17日 10:59

水泥原料易磨性的影响及其改善

 

合肥水泥研究设计院  罗 帆

 

《水泥》 1997 年第 12 期载文,从易烧性角度论述了水泥生产原料的选择 [1] 。其中许多观点如原料的品质、晶体构造、理化组成以及配料比等等对易磨性的影响也有共同之处。因此,水泥厂的“两磨一烧”均存在一个原料的合理选择问题。从综合效应考虑,若两者兼顾,即通过合理选材既优化配料的易烧性,也使其保持良好的易磨性,则生产节能更显著,选材的作用意义更大。但目前许多厂尤其是立窑水泥厂生产中,往往顾此失彼,最突出的一点就是原料易磨性的差距较大,对其影响因素以及改善措施也未纳人生产和研究议程。笔者以此成文,仅供参考。
  1、我国水泥原料的易磨性特征
  本文所及易磨性,指物料由人磨粒度粉磨至产品粒度所需的单位产品电耗(kWh/t) ,用Wi 表示。GB9964(水泥原料易磨性试验方法) 给定的产品粒径为80µm。据此测定我国各省区石灰石和水泥生熟料的易磨性Wi 分布见表1.

表1    我国石灰石和水泥生熟料易磨性Wi 的分布

省区

Wi分布(kWh/t)

省区

Wi分布(kWh/t)

  石灰石       

  生料         

熟料           

    石灰石       

    生料

 熟料         

黑龙江

8.57~9.37

8.4~15.7

18.3~19.8

广东

10.2~16.3

15.7~17.6

16.2~23.3 

 辽宁

9.61~15.5

11.4~14.0

15.6~18.7

湖北

10.4~~15.1

13.6~17.0

13.1~19.7 

 新疆

10.3~20.2

11.1~16.0

15.7~19.3

湖南

12.9~14.7

11.7~15.0

15.9~19.7 

 北京

6.5~12.1

 

18.2~25.3

四川

9.0~13.7

10.9~14.8

15.6~18.8 

 河北

9.03~11.4

11.9~13.8

14.2~17.8

重庆

11.2~12.9

11.6~19.7

14.6~17.5                 

 山西

8.8~14.0

13.0~l7.2

16.18~18.8

江西

12.0~15.3

13.8~15.2

16.0~20.6

 河南

8.5~12.9

12.0~16.2

14.8~18.2

上海

9.6 ~ 12.3

10.2~11.7

14.7~19.2             

 山东   

11.2~15.1

11.8~27.0

15.7~18.

海南

10.9~13.9

11.7~15.9

10.7~13.6             

 江苏   

9.9~11.9

10.9~16.2

14.8~19.7

贵州

11.9~12.8

8.2~14.2

19.0~20.6

 安徽

8.7~12.4

13.1~18.7

14.3~22.1

云南

11.3~12.1

10.6~14.8

17.5~19.1  

 浙江

8.8~11.6

9.2~13.2

l 0.1~21.9

内蒙

10.6~11.7

11.0~15.5

13.8~18.2

 福建   

8.7~14.1

9.6~13.1

16.7~19.8

陕西

12.0~13.8

12.5~17.2

17.6~19.2 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
   

统计显示,我国石灰石易磨性Wi 普遍为10~12kWh/t ,>15kWh/t 的矿种甚少,所占比例不足10% ,表明我国石灰石较易粉磨;生料由于原料及配比差别,易磨性Wi 大部分在11~15kWh/t 之间变化,>16kWh/t 的生料也占有相当比例,其难磨程度接近于熟料;而熟料易磨性Wi 则以16 ~18kWh/t 居多,一些厂甚至高达22kWh/t 以上。三种物料按粉磨的难易程度绘制比例直方图如图1 。
  由图 l 可见,水泥生、熟料中,Wi 大于全国普遍水平的比例较大,而且石灰石与生料,生料与熟料之间的比例构成也相差15 %和35 %。这些厂仅从改善易磨性人手,即可挖掘增产节能的潜力。用作生料配料和混合材的品种繁多,粉磨特性十分复杂。几类常用原料和工业废渣及副产品的Wi 分布值如表2 。

表2 所列各类原料中,粘土质原料较易粉磨,Wi 大多12kWh/t ,铁质、高铝质原料和冶金废渣相对难磨,它们的Wi 值大部分分布在19kWh/t 以上;硅质原料除具有普遍的高难磨特性外,还随其存在形式不同表现为多变的特性,如砂岩的低Wi 值仅相当于石灰石,高值则接近于熟料。
  某些原料即便品种相同,但易磨性Wi 同样可相差数倍。如高岭土,以粘土质存在时,Wi 仅为10 kWh/t 左右,以结晶硅存在时最大则可达27kWh/t ;同作燃料的煤也呈16~30kWh/t 之间的大范围分布。比较典型的三种煤的Wi 值为:山西潞安煤16.28kWh/t 、安徽淮南煤22.16kWh/t 、河南平顶山煤30.59kWh/t 。而焦炭的Wi 值更高,对江苏镇江焦化厂的几种焦炭实测值均为92kWh/t 以上。可见这些原料无论对其单独粉磨还是混合粉磨,都将使影响产量和电耗的因素变得复杂化,因此,依据试验合理选材与配料显得十分必要。

2、物料易磨性的影响及其改善
  2.1石灰石
  石灰石的易磨性在很大程度上由自然形成,其纯度、硬度、体积密度、理化组成和次生变质程度等是影响粉磨的主要因素,均由矿床地质成因及其生成环境所决定。如地热水溶液或含硅酸地下水的作用,可使矿石硅质增高,变为致密坚硬的硅化灰岩;火成岩浆窜扰会使有害组分增多,品质变差等等。它们对烧成和粉磨的影响具有共性。以石灰石中的隧石含量为例,当超过一定量时,生料易烧性变差,窑产量下降,甚至涉及到窑衬的使用寿命,这在许多文献中已有论述。对于粉磨,磨机产量则明显降低。实测江苏黄龙和栖霞两个矿山的石灰石,前者Wi 为9.99kWh/t ,后者Wi 为11.98kWh/t ,其间近20% 的粉磨电耗增量即是由隧石质SiO2 含量较高所致。以此计算相同条件下的磨机产量,两者相差也近20%。江南、中国、南平等水泥厂对该两种石灰石配料进行的生产对比,也证实存在这种影响。
  此外,石灰石中游离SiO2 、杂质的含量以及理化指标的稳定性也直接影响到易磨性。但总体而言,石灰石相对于其他原料均易粉磨,水泥生产中应充分利用这一特性加大对低品位、构造复杂和成分欠稳定的矿种的应用研究。
  2.2水泥生料
  影响生料易磨性的因素,一是原料本身的粉磨难易程度,二是配入量。石灰石作为主要配料组分,无论其易磨性如何,都不可能仅仅以此来决定取舍。只有通过合理配料来改善易磨性,使生料Wi 值尽量接近所配石灰石的水平才较为现实。实测表明,以石灰石、粘土和铁粉配料的均具备相对良好的易磨性,大多数厂的生料 Wi 值均与所配的石灰石偏差3%~8%,一些厂以8%~16% 砂岩代替粘土的配料也达到同样效果。与之形成反差的是,许多厂的生料Wi 远高于石灰石。表3 列出不同原料及其配比对易磨性的影响。

由表3 可见,钢渣、矿渣一类难磨材料的配入,可使生料Wi 增大16%~25% 。这类原料的适宜配入量应<10% 。铁矿石、砂岩等虽然也具有难磨性质,但配比在表列范围内并未构成影响。某些原料即使配入量低,但影响作用却十分明显。在Wi 为11.26kWh/t 和16.05kWh/t 的石灰石中配入5% 的河砂,其Wi 值即升至12.62kWh/t 和 17.16kWh/t ;掺入8% 的煤矸石配料,Wi 值也由石灰石的11.51kWh/t 升至13.06kWh/t ,增幅均在10% 以上。
  全黑生料中配入煤固然有利于烧成,但对易磨性的影响却一直被忽视。实际上,煤对生料Wi 的影响更大。在所测几十组生产配料中,配煤量≥ 10% 的生料, Wi 值均大幅度高于所配石灰石,许多厂以Wi 为10kWh/t 左右的石灰石配制生料,Wi 均普遍升至13kWh/t 以上,增幅通常可达25%~30%。 相反,配煤量只占生料的5% ,生料Wi 值则相对于石灰石变化甚微。上述现象在大量实测中均反映出一致的规律性。笔者取生产实样进一步试验探讨了不同掺煤量对生料易磨性的影响程度,其结果也符合这一规律。如表4 所示。

表4 中,两组不掺煤的生料易磨性均与石灰石一致,配入3% 较难粉磨的铁矿石后,Wi 值变化也不明显,表明该原料在这一掺量不构成对易磨性的影响。掺煤5% 的生料,易磨性即发生改变,但Wi 值仍与石灰石保持在通常的±5% 的变化范围。当配煤量10% 时,生料Wi 值迅速增大,由图2 可见其增大幅度与煤本身的易磨程度和掺入量成正比。
 

显然,煤的易磨性愈差,配入量愈大,两者的共同作用决定了生料的粉磨电耗愈高。这与通常认为的煤易于粉磨且具助磨作用的观点截然相反。试验认为,生料中配入煤仅对改善粘球、粘磨的现象有利,但不具备节电的作用。这对于采用全黑生料配料,而且配煤量均为10%~16% 的我国众多立窑水泥厂,应当引起充分注意。
2.3 水泥熟料
  一般认为熟料易磨性与窑型有关。中空窑、立波尔窑熟料较难粉磨,Wi 为20kWh/t 以上的熟料多集中于此类窑型;立窑次之,湿法回转窑熟料相对易磨。但这并非决定因素,同为Ф3.5m×145m 回转窑的熟料Wi 值分布即达15~20kWh/t 。相近生产条件下烧成的立窑熟料,各厂Wi 分布更宽,达17~23kWh/t 。显然,生产过程的控制与管理是影响熟料易磨性的主要因素之一。表5 从下述生产环节进行了试验对比。

试验认为,选择粉磨工艺设备有助于改善物料易磨性。表 5 中挤压机的高压料层粉碎,振动磨的超重力场粉碎,对熟料颗粒结构的破坏程度都比球磨机的研磨作用大得多。因此,无论是原料、生料或熟料,通过机械作用力强化粉磨即可降低功耗12%~38% 。可以这样认为,实际应用中的挤压机大幅度节电效果主要得益于其粉磨原理对物料易磨性的改善。熟料在急冷状态下的液相生成比例较高,矿物晶体较小而易于粉磨。贮存期长的易磨性优于短期出窑熟料。这在许多资料中已有定性,本文仅从定量上予以论证。即:急冷熟料比自然冷却的Wi 可降低12%~19% ;贮存40~60d 粉磨较之短期 (7~10d) 出窑熟料可降低Wi 约10%~13% 。混合材及其配比对熟料易磨性的影响同于生料,即难磨材料的配入量愈大,粉磨愈难,细度控制严格时尤为如此。
  3、结 语
  
上述可见,水泥原料易磨性的影响因素涉及到生产全过程,从中寻求易磨性的改善,不失为粉磨节能的有效方法。如果说石灰石一类天然原料的易磨性由其形成过程所决定而难于改变,那么人工合成的生料和熟料则完全可通过合理选材配料和调配工艺设备等手段来实现。重视这一点,并将其作为生产控制指标之一,按试验或与生产的较好水平相比,粉磨电耗至少可降低10%~30% 。
参考文献: 1. 黄燕,关于水泥生产原材料选择问题的探讨,水泥,1997 ,(12)

所属类别: 学术讲座

该资讯的关键词为:水泥原料 邦德功指数 易磨性 粉磨节能 

 

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