新型干法白水泥熟料生产线生料制备系统设计优化

曾荣

新型干法白水泥熟料生产线生料制备系统设计优化

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

曾荣

阿尔博波特兰集团公司是世界上最大的白水泥制造商和经销商。阿尔博安庆白水泥有限公司白水泥生产线年产熟料达45万吨，白水泥60万吨，水泥白度达到90度以上。该项目由天津水泥工业设计研究院有限公司总承包建设，是目前亚洲装备最好、技术最新、工艺最优、能耗最低、产能最大的白水泥生产线。

白色硅酸盐水泥熟料生产工艺与普通灰水泥熟料生产工艺有很大的差别，如石灰石选矿、生料制备、熟料漂白与冷却、熟料粉磨、水泥包装等与普通硅酸盐水泥相比，无论在工艺流程和设备选型都独具特色。天津院经过多方调研与技术研发，克服了许多技术难点，很多新工艺、新设备，都是天津院研发设计并首次投入生产运行，以下就生料制备系统进行分析。

1 白水泥原料配料特点

白水泥生产线总的设计原则是：最大限度地减少有色金属元素的污染，保证出窑熟料的急冷效果，得到具有高白度和强度的水泥熟料。国家标准要求白水泥熟料成分中要严格控制MgO、SO3和Fe203含量，因此对生产原料要求较高,故十分讲究原燃料的选择，要尽可能要求着色金属元素如铁、锰、铬等含量低。硅质原料多采用白粘土、瓷土、硅石、叶腊石和高岭土等。原先多以白土和高岭土为主，后因白土资源稀缺，多数采用搭配叶腊石配料。

1.1 安庆阿尔博项目原料的化学成分

由表1可以看出，原料的石灰石CaO含量高，Fe22O3和MgO含量较低；石英砂岩SiO2含量高，Fe2O3含量较低,；叶腊石 SiO2、Fe2O3含量较低，Al2O3含量较高，瓷石SiO2、Al2O3含量均较高，Fe2O3含量较低；萤石的CaO和F-含量较高。各种原料质量均满足本项目生产优质白色硅酸盐水泥熟料的技术要求。

1.2 安庆阿尔博项目原料配比

原设计采用石灰石、石英砂岩、叶腊石、钾长石和萤石五种原料配料。由于烧成采用的石油焦硫含量高，钾长石是用来调节硫碱比的，萤石作为矿化剂用于降低熔融温度。设计配比见表2。

后来实际生产的时候是采用石灰石、石英砂岩、叶腊石和萤石四组分配料。

表1 安庆阿尔博项目原料的化学成分,%

表2 安庆阿尔博项目原料设计配比,%

表3 设计熟料矿物组成（%）及率值

表4 叶腊石辊压机主机工艺参数

设计熟料率值及矿物组成见表3。

2 白水泥生料制备系统特点

生料制备系统的关键就是要使制成的生料成品满足烧成系统的煅烧要求。针对白水泥烧成特性，生料制备采用干湿结合的工艺。对于易磨性较差的硅质原料即石英砂岩和叶腊石采用单独粉磨的工艺，而且粉磨细度要比一般生料细很多，一般到45μm筛筛余5%，这已经达到甚至超过了普通水泥的成品细度。这是因为生料中的硅质粗颗粒会对烧成系统的生产造成不良的影响。生料的细度控制一般R90μm筛筛余5%～6%，也比一般生料要细，这是因为原料配料硅率通常为4～6。

具体地说就是叶腊石先经过颚式破碎机破碎到粒度＜25mm，然后喂入辊压机进行细碎。细碎后的叶腊石粒度可以达到90%＜3mm，然后入两台并联的湿法磨单独粉磨，这是为了减少硅质粉尘对环境的污染。湿法磨内采用橡胶衬板和卵石研磨体。出磨料浆的含水量一般在45%～50%，细度控制45μm筛筛余5%。

石灰石等其他原料采用辊磨粉磨，磨辊和磨盘采用合金可以最大限度地降低研磨过程中铁的污染，利用窑尾废气余热烘干原料。

叶腊石料浆在辊磨内与其他原料混合、烘干，出辊磨生料要保证成分、细度和水分合格。辊磨生料成品细度控制90μm筛筛余5%，水分＜0.5%。由于生料制备过程中采用干湿两条线分别粉磨，且叶腊石料浆含水量超过45%，使综合入磨水分高达15%以上，所以生料成分稳定性及辊磨内物料烘干是设计中最大的难点。

表5 埃及Sinai白水泥项目所用砂磨设计参数和实际生产情况

2.1 叶腊石辊压机细碎系统

叶腊石是一种质地坚硬、磨蚀性高的硅质原料。如果采用锤式破碎机则会使锤头磨损严重，更换频率高，维修工作量大，最关健的是带入过多的铁原料，影响水泥熟料的白度。辊压机是以动辊挤压、研磨为主的高产低耗粉磨设备，是根据层压粉碎原理设计的，其利用物料之间相互挤压传递压力进行料床粉磨，耐磨层消耗量低，适合用于硬质物料的中碎和细磨，在矿石的粉磨作业中已取得了一些成功的经验。该项目我们首创了使用辊压机制备叶腊石细粉的工艺，为后续湿法粉磨提供叶腊石粉料。主机工艺参数见表4。

叶腊石辊压机细碎系统和湿法开流粉磨系统工艺流程如图1。

为防止金属物进入辊压机破坏辊面，来料进入辊压机喂料仓之前以及在外排集料仓底皮带上各设有一台金属探测仪，对物料进行除铁处理。

辊压机对喂料粒度的要求较严，在实际生产中，叶腊石来料粒度大，而且一破颚式破碎机选型偏小，致使破碎机出料粒度大。入辊压机物料70～80mm的占大部分，造成辊压机喂料不稳振动较大，严重影响了辊压机的稳定运行。考核完成后厂里更换了新的颚式破碎机，使得辊压机的进料粒度能够控制在55mm以下，基本满足使用要求。

2.2 湿法砂磨

采用叶腊石和石英砂岩单独湿法粉磨工艺流程十分复杂，但是可以有效保证硅质原料得到充分研磨。如果生料中含有大颗粒的硅质原料则会影响烧成熟料质量且大大降低熟料白度。湿法磨采用鹅卵石作为研磨介质，比重是一般钢球研磨体的三分之一，其破碎能力小，所以要求出辊压机入湿法砂磨的粒度控制较细,一般＜3mm。

砂磨规格Φ2.9m×16m是阿尔博公司要求的，磨机的工艺和装备研发设计、设备供货由天津院完成，天津院为此做了针对性的调研工作。在阿尔博埃及Sinai白水泥项目上使用过2台这个规格的砂磨，由FLS公司供货。用来粉磨细砂也就是石英砂岩，两台砂磨的设计参数和实际生产情况如表5。

根据厂方人员反应，鹅卵石和沙子一同从磨头喂入磨机，鹅卵石的粒度 一 般 30～50mm，大 多 在 30～32mm。由于现在使用的鹅卵石硬度较低所以磨耗偏大，一般为30kg/t-砂。料浆的水分不能低于45%，否则会对料浆输送有影响。出磨需要设置振动筛，否则粗颗粒会造成输送泵的堵塞。

表6 天津院设计的砂磨和保证值

表7 砂磨的参考级配

表8 不同规模白水泥熟料生产线的生料制备系统配置方案

经过分析计算，天津院设计的砂磨和保证值见表6，砂磨的参考级配见表7。

2.3 生料辊磨（图2）

石灰石、钾长石和萤石直接入辊磨粉磨，叶腊石料浆入辊磨的控制通过体积流量计及超声波密度测定仪来计量，通过泵的变频调速来实现喂料量的调整。生料辊磨系统设计能力120t/h，由于叶腊石料浆的喂入，综合湿基水分超过10%，需利用全部窑尾高温废气才能满足烘干要求，必要的时候可以进行窑尾四五级喂料切换。如何控制生料成品水分和成分是粉磨系统也是整个生产线的至关重要的一个环节。辊磨系统主机配置见表8。

此生料制备系统目前运行良好，系统产量122t/h，磨机主电机单位电耗9.35kWh/t，完全达到了设计要求。

3 不同规模白水泥熟料生产线的生料制备系统配置方案

对于不同规模的白水泥熟料生产线配置不同的生料辊磨粉磨系统，其配置见表8。

4 结语

现阶段安庆白水泥生产情况已达到或超过合同指标，目前白水泥性能稳定、质量上乘，各项指标均超过国标特级白水泥指标，市场销售良好，白水泥熟料已出口到澳大利亚。

对于白水泥原料的特性及最佳的粉磨工艺和设备是我们还需继续探讨研究的课题，也是我们下一步突破和提高的着力点。相信我们在进行下一个白水泥熟料生成线建设时将会有更好的设计、更好的装备、更先进的经济技术指标。

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赵 莲