水泥工业粉磨技术发展及其装备选型趋向

高长明

水泥工业粉磨技术发展及其装备选型趋向

nd Equipment Selection Trends in the Cement Industry

高长明

水泥工业是名副其实的粉磨大家，在从粒径约为50mm一直减小到约为10μm的范围之内，所有大规模工业粉磨装备的研发应用，历来都是最先出现在水泥工业，而后才逐渐推广移植到其他重化工业的。因为每生产1t水泥，随着其熟料系数或混合材掺入量的不同，需要粉磨各种物料（生料、水泥和煤粉）达2.3～2.7t之多。水泥的消费量在全部重化产品中是最多的，仅2010年全世界水泥消耗就达36亿吨。如何将数量为水泥产量2.5倍左右的各种物料，采用效率最高、耗能最少的技术装备来进行粉磨作业，始终是水泥工业孜孜以求的目标。

水泥工业近200年来成长与发展的历史表明了两个事实：一是至今用于粉磨作业的电耗仍占整个水泥生产电耗的70%；二是粉磨作业的效率十分低下，大量的能量都耗费在无用功上面，即使是在现今最先进的料层挤压粉磨理论指导下研发应用的辊式立磨和辊压机等技术装备，其真正用于粉磨——克服物料结构分子结合力、粘聚力、吸引力，使其粒径不断减小的机械物理过程的有用功，大概也只有其实际能耗的20%左右，即有80%的粉磨能耗基本上浪费掉了。

关于物料粉碎机理的粉碎理论的研究，无论在广度和深度方面都远不及熟料形成机理及其理论热耗的研究。至今人们仍然不知道，更没有较确切的数据表明，在物料粉磨作业中其理论上的粉磨能耗是多少（在一定的粒径范围内），因而对许多粉磨装备的所谓粉磨效率也只是一个经验性的估计值而已。众所周知，熟料形成的理论热耗是1880kJ/kg左右，而且还可以按生料成分、熟料率值的不同进行准确的理论计算。两者相比，由此可知人们对粉磨机理及其理论的研究是多么肤浅，从而说明了在粉磨理论和新装备的研究与开发领域中我们还任重道远。

这就给我们提出了一个需要更广阔更活跃思考的课题，那就是采用现今这种直观的机械力做功的方法进行粉磨——使物料粒径不断减小的作业方式可能不是一种行之有效之策。是否可以在分子键、流体膨胀、电磁波、分子振盈、结构共振、微波冲击、化学劈裂、速度差转移或其他种种领域中激发人们的灵感，把粉磨作业的效率提升到一个崭新的高度。同时必须在粉磨机理与理论方面进行艰苦的探索研究，基础理论的突破是至关重要的。

所有这些或许使人感到很遥远，太飘渺了。事实上，却有人始终在尝试探索之中。这里只是给大家提供这一信息，并希望能适当关注之。

下面让我们对水泥工业的粉磨技术及其装备选型趋向问题分别进行探讨。

1 生料粉磨

根据2008～2010年国外水泥工业粉磨装备主要供应商（FLSmisth，Polysius，FCB，Loesche，Pfeiffer，UBE，KHD等）销售业绩的大致统计，其平均值是辊式立磨（简称立磨，下同）占81%，辊压机终粉磨系统和联合粉磨系统占12%，球磨系统占7%。我国因为最近两年内国产立磨制造技术日益成熟，所以生料立磨的选用率大有提升，开始扭转过去那种只能选用辊压机系统的情况。事实上我国今后新建水泥厂或老厂技改的生料粉磨系统选型中，立磨将列为首选之势已经显露，业界已基本形成共识，没有太多争议。

当然基于各厂客户情况以及他们自己的判断与抉择，我们也应该尊重业主的意愿，这与我们推荐的选型趋向是两回事。

2 煤粉制备

在国外，水泥厂煤粉制备主要选用立磨或风扫式球磨。从2000年至今，两者的选用率大致是由60：40发展为80：20。发达国家用立磨更多一些，约达90%；而新兴国家，亚洲国家则仍然沿用风扫球磨的较多，这显然与国家的经济与装备配套等水平有关。

我国水泥厂2008年以前习惯选用风扫球磨，与生料粉磨的情况相仿。近年立磨在煤粉制备方面的优势已获较广泛的认同，前景应该会类似发达国家那样比较看好。

3 水泥粉磨

现今水泥粉磨装备主要是两种选型，一是立磨，二是辊压机联合粉磨系统。国际上最近5年新建水泥生产线水泥粉磨系统对立磨的选用率约达70%，而我们在2008年以前，辊压机联合粉磨系统的选用率几乎为100%，只有个别企业引进了欧洲生产的水泥立磨。随着国产水泥立磨制造与应用的成功，2009～2010年水泥立磨的选用率已有显著提升，估计可能占有10%～15%。相信随着时间的推移这种趋势还会逐步扩大。

对于立磨有这样一些看法：立磨水泥需水量较球磨的高，水泥粒径范围、组成及颗粒形状不太理想，强度稍差；所制成的混凝土的施工性能也令人不太习惯；对外加剂的相容性也感觉不爽或者是外加剂的用量要增加，从而提升成本等等。总之，与史密斯公司30年前的老牌康比丹（Combidan）球磨机相比，立磨水泥所节省的那些电耗还不够补偿它所引发的各种成本增加的损失。有些用户好像也有这样的感觉，或者更确切地说是有顾虑，以致不敢或不愿吃立磨这只“螃蟹”。

表1 2001-2010年水泥工业粉磨装备选型率变化（台套数计），%

几年前甚至时至今日，仍发生在我国水泥界的上述情况和说法，笔者十分理解，而且对于这方面研究的试验数据也确信无疑。但是有关“得不偿失”的结论，笔者却不能苟同。简言之，这里包含着一个各相关方的适应与博弈问题。尤其是在我国混凝土搅拌站和外加剂生产者遍地开花、良莠不齐、无序竞争的情况下，更加剧了市场上供需双方对立磨水泥相互适应过程的复杂性。其实，所谓的立磨水泥性能问题在20多年前欧美也曾发生过，而且也有许多深入的研究报告和成果。实践表明，他们的适应期或过渡期并不太长，额外的干涉因素也远没有我国那么复杂诡异，因而10多年前立磨水泥的问题已经解决，否则史密斯公司也不会研发推出OK型水泥（矿渣）立磨来代替康比丹水泥球磨了。欧美的这段历史经验值得借鉴，同时也增加了我们采用立磨系统生产水泥（矿渣）的信心。虽然所需要的过渡期将会长一些，但其发展的大方向是毋庸置疑的。当然这只是笔者的观点，至于每个水泥企业，每一位客户根据具体情况和自己的判断做出的任何抉择以及某些学者专家的不同观点，本人真诚地表示尊重且愿意从中学习到有益的东西。

4 混合材深加工

我国水泥中混合材的平均掺入量2010年达到34%，即熟料系数为0.62，1t熟料生产1.6t水泥。主要问题并非混合材掺入很多，而是在于超过国家相应水泥标准故意多掺混合材；更有甚者，不论什么东西，只要他认为可以掺的，都当作混合材掺入水泥中，完全无视水泥标准的规定。各种假冒伪劣的水泥就是这样超标滥掺造出来的。所以关于混合材问题，首要任务是必须下大力气加强监管，刹住超标滥掺歪风并争取杜绝之。

其次，既然我们的混合材掺入量这么多，如何提高混合材的性能品质就很重要。不单纯把它看作填充料，而是设法改性成激发或改善水泥某些性能的“激发剂”，或者是能替代部分熟料胶凝性的新材料，这就是混合材深加工的意义所在。例如矿渣和粉煤灰的超细磨，可以达到纳米级的深度加工。采用怎样的方法和技术途径才能达到高效大规模工业生产的目的，这正是混合材深加工课题需要研究探求的。目前在国内外有一些初步的报导，研究前景很广阔，某些未知的领域尚待发掘探索。

如表1所示，2001～2010年间，国际上粉磨装备选型率变化最大的是水泥（矿渣）立磨，由20%上升到70%；相反地，水泥（矿渣）球磨则由70%下降为13%。水泥立磨取代水泥球磨的趋势十分明显。在我国则是水泥辊压机联合粉磨系统的选用率由14%上升为66%，立磨则由9%上升为19%；同时球磨却由77%下降为15%，球磨水泥的颓势已无可挽回。由此可见，在我国采用立磨来生产水泥，其中所产生的种种“问题”已经在消解之中。

2010年下半年，两家专门生产立磨的德国公司相继推出了为日产万吨熟料生产线配套的各自特大型的6个磨辊模块式设计的立磨，传动功率6800kW，生料、水泥与矿渣的产能分别可达700t/h、350t/h和250t/h，可以说基本上达到了立磨技术装备的顶峰。这个最新进展表明粉磨装备制造商对今后立磨广泛采用的利好预期。这是辊压机粉磨系统所不能及的，因为辊压机的大型化似乎早就到了顶点。看来立磨竞争力的后劲还是相当强劲的，何况我国水泥工业推广应用立磨的时机现在才刚开始光临，广阔前景值得期许！

[1]ICR:The Global Cement Report，Ninth Edi⁃tion(2011).

[2]Nanocem:2009-2010 General Review.

[3]高长明：当代水泥工业粉磨装备选型趋势分析[J].水泥技术,2006，No.6.

TQ172.63

A

1001-6171（2011）04-0021-03

通讯地址：艾法史密斯贸易（北京）有限公司，北京 100004；

2011-05-16；

沈 颖