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粒状高炉矿渣的粉磨 Granulated Blast Furnace Slag Grinding 摘要： Krupp Polysius AG公司的罗斯（Rose）博士介绍了粒状高炉矿渣的主要特征并与普通波特兰水泥熟料特性进行了比较。开发了这一应用的主要领域。 1前言 多年来生产粉状高炉矿渣或粒状高炉矿渣一直呈发展趋势（见图1）。例如，1994年德国水泥总产量为3610万吨，到1997年下降到3400万吨，降幅5.9%。而此时，含有粒状高炉矿渣的水泥比例却明显增长。波特兰矿渣水泥（水泥熟料含量65%）增加275%，高炉矿渣水泥增加约5%。因此投资粒状高炉矿渣水泥工厂设计不仅只适于德国，而且也适于欧洲和世界范围这一趋势是可以理解的。 图1 水泥品种的发展 如何最佳粉磨含有粒状高炉矿渣水泥的问题只有在了解了每种粒状高炉矿渣的具体物理特性和水泥产品特性之后才能回答。 本文专门讨论了粒状高炉矿渣的主要特征，并将这些特征与普通波特兰水泥特性进行了比较。 2特有的物理特性 研究的重要特性之一是粒状高炉矿渣的易磨性。图2是Zeisel（蔡塞尔）易磨性指数为750的熟料频率分布。如果与粒状高炉矿渣的频率分布相比，可以看出熟料易磨性的平均值比粒状高炉矿渣低大约30%。 图2 熟料/矿渣易磨性频率分布 事实上在实际生产中可以看到，在管磨内共同粉磨熟料和粒状高炉矿渣时，配料中的组份越容易研磨，换句话说，终产品的超细比率越集中。图3为熟料、粒状高炉矿渣的粒度分布，以及该两种粒度分布的要点。 图3 熟料和矿渣粒度分布 然而终产品的质量却不尽如人意（见图4）。该结果来自施韦特（Schwiete）和多尔波（Dolbor）的研究，这两位先生早在1963年就主张将粒状高炉矿渣粉磨成高细产品对水泥强度的发展具有积极影响。 图4 抗压强度的发展 左图表示对熟料细度的影响，右图表示高细粒状高炉矿渣清晰的积极影响。因此，一个无可置疑的事实是有必要将粒状高炉矿渣粉磨得更细以使其产生良好的强度特性。为此，熟料和高炉矿渣共同粉磨方式必然会对熟料的更细粉磨产生不利。选择不同的粉磨方法，如Menzel和Lohnherr（门泽尔和洛赫）在管磨和立磨中进行的粉磨比较可以消除这个问题。 这两位研究人员证明熟料超细物料的百分率集中在管磨，而熟料和矿渣的粒度分布只有在用立磨粉磨时才几乎一致（见图5）。尽管如此还应注意到，在立磨中采用共同粉磨时，熟料必须磨得更细（比之熟料与矿渣单独粉磨）才能获得比较高的强度值。为此原因以及其他一系列原因，掺入大约30%粒状高炉矿渣，共同粉磨生产CEM-S型水泥时大多数情况下还是合适的。而掺入50%以上粒状高炉矿渣生产CEM-型矿渣水泥时必须单独粉磨熟料和粒状高炉矿渣，然后再混合粉磨。 图5 熟料和矿渣粒度分布 除了易磨性与熟料不同外，在设计粉磨设备时还应考虑粒状高炉矿渣的其他特性。 例如，喂入粉磨设备的粒状高炉矿渣水份一般在612%，这就需要设置独立的烘干装置，为此需要安装一台热风炉。 此外，粒状高炉矿渣的易磨值明显高于波特兰水泥熟料（见图6）。统计比较表明，实际生产中的平均易磨值是普通原料的两倍。因此必须对粒状高炉矿渣的粉磨设备采取专门的耐磨保护。 图6 不同物料的易磨性 为此一方面要考虑粒状高炉矿渣的特殊性能，另一方面还要考虑操作条件，研究和开发人员进行了可提前预测磨损率的各种易磨试验。试验中的结果与工业设备结果进行了比较，为此，为设备和工厂设计提供了可靠的依据。 3粒状高炉矿渣的粉磨程度 在管磨中粉磨粒状高炉矿渣几乎广泛采用带高效选粉机的闭路粉磨流程（见图7）。在磨机的上方装上一个烘干室，用于预烘干粒状高炉矿渣或矿渣水泥。这种粉磨方式已在数十家矿渣水泥生产厂使用，产品质量未出现什么问题，达到了要求质量，但能耗却比较高。 图7 在管磨中粉磨粒状高炉矿渣 Polysius公司在最近几十年的世界范围内制造了共同粉磨熟料和粒状高炉矿渣的设备，最近还安装了独立粉磨粒状高炉矿渣的管磨。图8为位于工厂一角的粉磨粒状高炉矿渣的管磨，该台磨机与Polysius其他设备一道粉磨粒状高炉矿渣已达25年之久。最近由Polysius安装的一台粉磨粒状高炉矿渣的管磨于去年安装在美国，其规格为4.8m14m，驱动功率4800kW。 图8 德国的一台粉磨设备 世界范围的工业应用证明，由于管磨机坚固耐用且操作简便，一直广泛地用做粉磨设备使用。 伴随管磨，立磨也在最近几年的粒状高炉矿渣粉磨中确立了自己的位置。与管磨相比，立磨的优点显而易见：此种磨机综合了全部主要工艺流程，在一台设备内即可完成烘干、粉磨和选粉，此外由于其能耗低，可为工厂带来显著的效益。 已建成的立磨粉磨流程见图9。磨损在粒状高炉矿渣粉磨中发挥了重要作用。这一点主要取决于氧化铁的浓度。由于铁的可塑性，为此很难在立磨中研磨，所以全都集中在粉磨流程中造成进一步地磨损。为了避免这些影响或至少对其加以控制，彻底清除铁质杂物极为重要。该流程给出了三个清除点。第一个点是在铁质杂物进入磨机之前被输送机上方的磁铁分离器排出。铁杂质的进一步流向发生在磨机出口与循环斗式提升机之间的溜槽磁铁分离器处。第三个清除点设在进入选粉机的循环物料进口之前。 图9 在立磨中粉磨粒状高炉矿渣 另一点需要记住的是在立磨中粉磨粒状高炉矿渣时出粉磨设备的废气水蒸气含量较高。因此必须防止其温度降至露点以下，设备组件，例如循环斗式提升机、溜槽和Fluidors（伯力鸠斯公司生产的富路多空气输送斜槽）必须进行认真的隔热，甚至是加热以防止堵料。 由于设计合理，立磨设备具有操作极为简便的优点，虽然稍有所复杂，但仍不失为唯一必须使用的设备。与以往观点相反的是，由Polysius制造的粉磨粒状高炉矿渣的立磨（第一台已于8年前投入运行）与管磨相比单位能耗下降大约50%，而且产品细度达到了6000勃氏，而且仍有望提高。目前已投入运行或正在建造中的设备证明，立磨可被认为是已在市场确立了自己位置的产品。 4Polycom （伯力卡姆辊压机）伯力鸠斯产品 粉磨粒状高炉矿渣的Polysius产品系列的第三台设备是Polycom（见图10），这种设备粉磨粒状高炉矿渣已达10年之久。目前在设备概念和粉磨流程的设计上做了广泛的工作。 图10 用Polycom 粉磨粒状高炉矿渣 例如，图11是以终粉磨方式操作的后面不设置管磨的Polycom 流程图。辊压机前面的烘干机用于烘干粒状高炉矿渣，通过混合烘干和未烘干过的粒状高炉矿渣将Polycom 的喂料水份保持在11.5%是本流程的特征。产品中残留水份在选粉机中烘干。另一个特征是对未分选的磨机物料进行再循环以便获得理想的产品质量，尤其是粒度分布范围。此种设备布置已被证明极为成功，产品细度超过5000勃氏。在立磨设备上，必须采取有效措施从粉磨流程中清除具有很高磨蚀性的铁质杂物。 图11 用Polycom 粉磨粒状高炉矿渣（流程） 在Polycom 中粉磨粒状高炉矿渣的主要优点是单位能耗低。尽管降低能耗的潜力取决于物料的具体特性，辊压机与立磨相比一般还是适用的（见图12）。从纵座标上看，代表管磨与Polycom 能耗比例的数字已显示了“红利系数”。绘制出的菱形断面指示正在运行的工业粉磨设备，其他标志则来自Polysius研究中心不同粒状高炉矿渣直接进行粉磨比较的结果。尽管Polycom 粉磨设备的节能潜力被其较大的物料循环量（与管磨比较）所减轻，但还是显著的。 图12 不同粉磨工艺的能耗 当然，为了提高生产能力和产品质量或同时最终粉磨熟料和粒状高炉矿渣，有必要将Polycom和后面的管磨进行混合粉磨。这种变通方式多年前已成功采用并已被改进。图13是去年底在美国一家工厂实施的有趣布置方式。管磨按常规与选粉机操作并从Polycom中接收预粉磨物料。预粉磨流程没有选粉机，尽管如此，喂入管磨的预粉磨物料细度仍达到3000或高于3000勃氏。此种布置方式说明，即使在目前，粒状高炉矿渣粉磨领域仍有可能出现有趣的和革新的方案。仅经过很短时间该厂的产品细度就达到5350勃氏，产量70t/h，能耗61.3kWh/t。这些参数均好于保证值。归功于这些良好结果，混合粉磨系统有能力优化管磨操作。通过减少管磨装球量和优化钢球分选，完全有可能将管磨能耗进一步降低到当初预计的指标以下。 图13 混合粉磨系统中的矿渣粉磨 图14是Krupp Polysius公司在世界范围提供的粒状高炉矿渣粉磨设备。目前总计共有13台Polycom 设备正在运行。应用数量以及长期操作过程积累的经验意味着，该项技术可被描述为尝试和已被实践证实。 图14 粒状高炉矿渣粉磨设备在世界的应用 5产品质量 由于对工业结果直接进行比较多少会有些偏见，最好考虑在Polysius研究中心与一家水泥厂合作，在该厂协助下进行粉磨比较。不同物料取样的主要质量特征见表1。 表1 不同粉磨流程的产品质量 粉磨系统高炉矿渣水泥比表面积cm2/g倾斜系数n-H2O要求M-%B2N/mm2B7N/mm2B28N/mm2a: 管磨41301.33733.33.716.435.8b: Polycom R43001.03332.13.415.835.7c: 立磨43101.12132.04.015.636.6a+b混合系统41301.06230.04.618.137.1a+c混合系统39701.04129.94.316.535.1 这样产品分别是在管磨、立磨和Polycom中将粒状高炉矿渣粉磨至4000勃氏细度，然后与32.5R波特兰水泥混合。这些高炉矿渣水泥中的粒状高炉矿渣比重高达75%，呈现的单位细度约为3800勃氏。粉磨后的高炉矿渣勃氏细度稍有不同，引人注意的是粒度分布范围，RRSB函数的倾斜系数是“n”。