【水泥人网】水泥生产过程中，产品质量控制的三个重要环节是：入窑生料质量和喂料稳定性，熟料率值和矿物成分设计值的合理性与熟料煅烧状况，以及水泥的粉磨细度、颗粒级配、颗粒形貌等。上述三个环节实质上反映了水泥生产过程中的生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨的工艺装备技术的状况。本文就水泥预分解窑工艺装备技术及发展谈点看法。
1 生料制备
水泥生料制备过程中CaO的标准偏差控制值随装备技术的发展而逐步减小。
1)计算机三维模型系统在矿山设计中大量推广应用，矿山勘探时，取得完整的数据，在设计时，将矿山分成体积较小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分较为均匀的若干有限单元，在生产时搭配使用，在开采时，根据生产所需的成分，对各有限单元内矿石的化学成分通过计算机来进行搭配控制开采，做到所开采的矿石内所需的化学成分的均匀性。
2)连接破碎机和预均化堆场的皮带输送装置输送的石灰石等物料的分析控制方式从离线分析转为在线分析，在测试装置中，使用较为广泛的是XRF分析测试控制装置和近年来出现的不需制备样品，可连续测试并能更快的对物料成分进行调整的中子测试仪。上述测试装置与矿山计算机联网，能在预均化堆场内控制石灰石CaO标准偏差值小于±0．5％，加上误差精度小于±1％的块状或粉状喂料装置，可以精确控制入磨石灰石和各种校正原料，使原料在入生料磨前达到入人窑生料成分的要求。
3)生料系统采用辊式磨。辊式磨具有电耗低，生产能力和烘干能力大，场地节省的优点。随着设计、制造技术、材质的改进，国内一些预分解窑生产线的辊式磨磨制生料中的石英砂岩的含量从3．3％至10％，金属磨耗量从3g／t至18g／t，磨辊的使用寿命达到8000h以上，而且磨制的生料颗粒级配均匀，大颗粒石英量少。近年来，新出现的4辊辊式磨较原有的2辊辊式磨体积减小15％，产量高，运转率接近窑的运转率，完全满足生料细度和烘干的需求。
生料制备过程中，由于矿山开采的石灰石等主要原料的成分的均匀性得以提高，测试装置的分析调整速度快速提高，确保生料入磨前成分均匀，生料库的均化工作量的功能下降，此变化过程对生料质量有利。
2 预分解窑煅烧工艺装备技术
预分解窑煅烧工艺装置是由预热器、分解炉系统、回转窑、篦冷机、三次风管和燃烧器等装备组成，上述装置创造了良好的煅烧条件，确保了熟料在较高的率值和较高的C3S含量时所需的煅烧温度，以及快速的升温速率，充分的燃烧状况和快速冷却条件，保证了熟料煅烧质量。
1)预热器和上升管道的形式进一步优化，系统内的单项部件的结构和材质进一步改进，使预热器系统的效率进一步提高，生料在很短的时间内在各级预热器系统内进行热交换，不仅在预热器内反复循环的过程中得到加热，还进一步得到均化。分解炉的结构及工艺尺寸使燃料有足够的时间燃烧，三风道燃烧器进一步提高了分解炉内煅烧温度，上述措施不仅提高了入窑物料的分解率，还可以扩大燃料品种，如低挥发分煤的应用。目前一些性能优良的预
热器分解炉系统的人窑物料分解率已达94％，因而窑的L／D趋势在缩短，出现了L／D=10～12的短窑。
2)预分解窑转速已提高至3～4r／min，物料在窑内翻滚次数增加，有利于火焰和烟气对物料进行热交换，相应提高了物料在窑内温度的均匀性，减少物料表面和内部的温差，有利于熟料质量的均匀。由于物料在窑内停留时间短，升温速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥强度。
3)空气梁篦冷机技术解决了厚层篦冷机冷风不易均匀透过料层的技术难点，冷风和高温熟料进行激烈的换热，一方面有利于熟料快速冷却；另一方面提高了二次、三次风温度，目前，篦冷机的热效率已提高至74％以上，且运转率大幅度提高。
4)大窑门罩技术的出现，三次风从篦冷机中部转为窑门罩抽取，使入分解炉的三次风温和入窑煅烧的二次风温相等，测试表明上述温度超过920℃三次风温的提高，有利于分解炉内燃料的燃烧，相应提高了入窑物料分解率。
5)多风道燃烧器的应用，煤粉经旋流风扩散形成快速燃烧，燃烧器的冲量可使不同挥发分的燃料在窑内燃烧，而且使烧成带具有高的燃烧温度且火焰峰值平稳，有利于熟料煅烧和窑皮的维护。
预分解窑装置技术的进展，系统热耗已降至3000kJ／kg以内，热耗愈低，燃料使用量就少，供燃烧的二次风量和三次风量相应就少，从篦冷机高温部位抽取的热风温度高，此外多风道燃烧器的一次风量已下降至6％～8％，因而预分解窑内的物料一直处在高温下煅烧。总体说来，物料在预热器分解炉内迅速加热后进入人窑内，又在高温下迅速加热煅烧成熟料，由于窑内冷却带短，熟料很快进入篦冷机内快速冷却。上述工况适宜于较高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷却制度，对熟料强度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨装备技术
3．1 球磨机系统
水泥磨系统中所配用钢球磨的结构进一步优化，调整和改进钢球磨的隔仓板、阶梯衬板形式，使用分级衬板，优化研磨体级配，以及进料口、润滑系统轴承座结构等，使之规格大型化，磨耗及电耗相应降低。
O—Sepa选粉机(或高效笼式选粉机)、高效袋式除尘器和球磨机组成的水泥粉磨系统，其循环负荷由离心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥时，3～30μm颗粒级配的重量超过65％，因而具备选粉效率高、电耗低、产量高及颗粒级配合理等优点。
3．2 辊压机+球磨+选粉机系统
辊压机的出现是粉磨技术的重大进展，水泥粉磨电耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于辊压机具有能耗低、效率高的特点，多次循环，重复挤压物料达到增加成品细度的目的，同时，其产品最终经球磨和选粉机系统，因而和球磨系统—样可以获得细度合适、颗粒级配合理和颗粒形貌合适的产品。
此外，还有辊式磨、球磨机和选粉机组成的系统，其原理接近辊压机系统，均能降低电耗，获得优质的水泥产品。
4 适应ISO国际标准的工艺装备技术措施
我国水泥IS O强度和CB的强度的差距，表面上是我国水泥下降一个标号，实质上反映出我国和国外水泥生产线的工艺装备技术的差距。事实上国外的水泥检验强度标准是随着工艺装备技术的进展而逐年发展形成的，只有发展我国自己的水泥生产装备工艺技术才能适应新标准的推广，否则，只得承认现实，下降标号或者以增加热耗和电耗或增加生产成本来提高水泥标号。由于国内水泥工艺装备形式多，且规模小，很难用一种方式解决，大致途径如下：
1)加强生产管理，提高现有生产设施的工艺装备技术性能，如生料制备过程中加强矿山开采搭配，提高圆形碎石库的均化作用，加强磨头配料及改善均化库效果等；在烧成措施上加强系统的密封，改善燃烧器性能，改进预热器、分解炉、回转窑和篦冷机操作等；水泥粉磨系统改善选粉机的性能等。上述措施主要是利用熟悉技术的人员来加强生产管理，或少量投资对个别装备加以改进，对生产较为正常的工艺线会收到一定效果。
2)利用现有成熟的预分解窑生产工艺线单项或局部的工艺装备技术来改造现有生产工艺线上技术落后的装备，此类装备除上述介绍的外，还包括新品种耐火材料，生料质量控制系统以及回转窑优化系统等各主要环节的自控系统，此类改造对目前仍不正常的生产线尤为有效。对于生产基本正常，但仍存在局部缺陷的生产线，按其需求局部改造，在此范围内必然有效。
3)从根本上讲，彻底解决的措施是加速发展预分解窑生产技术，在原料产地兴建大型低投资的预分解窑熟料生产线，在消费城市兴建技术先进的粉磨站、混凝土搅拌站等。当预分解窑生产的熟料价格、质量均优于现有落后生产线所生产的熟料时，关闭落后的回转窑和立窑生产线，利用现有装置改建粉磨站。国内的一些大型水泥公司，采用此方式均取得较大经济效益。
1 生料制备
水泥生料制备过程中CaO的标准偏差控制值随装备技术的发展而逐步减小。
1)计算机三维模型系统在矿山设计中大量推广应用，矿山勘探时，取得完整的数据，在设计时，将矿山分成体积较小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分较为均匀的若干有限单元，在生产时搭配使用，在开采时，根据生产所需的成分，对各有限单元内矿石的化学成分通过计算机来进行搭配控制开采，做到所开采的矿石内所需的化学成分的均匀性。
2)连接破碎机和预均化堆场的皮带输送装置输送的石灰石等物料的分析控制方式从离线分析转为在线分析，在测试装置中，使用较为广泛的是XRF分析测试控制装置和近年来出现的不需制备样品，可连续测试并能更快的对物料成分进行调整的中子测试仪。上述测试装置与矿山计算机联网，能在预均化堆场内控制石灰石CaO标准偏差值小于±0．5％，加上误差精度小于±1％的块状或粉状喂料装置，可以精确控制入磨石灰石和各种校正原料，使原料在入生料磨前达到入人窑生料成分的要求。
3)生料系统采用辊式磨。辊式磨具有电耗低，生产能力和烘干能力大，场地节省的优点。随着设计、制造技术、材质的改进，国内一些预分解窑生产线的辊式磨磨制生料中的石英砂岩的含量从3．3％至10％，金属磨耗量从3g／t至18g／t，磨辊的使用寿命达到8000h以上，而且磨制的生料颗粒级配均匀，大颗粒石英量少。近年来，新出现的4辊辊式磨较原有的2辊辊式磨体积减小15％，产量高，运转率接近窑的运转率，完全满足生料细度和烘干的需求。
生料制备过程中，由于矿山开采的石灰石等主要原料的成分的均匀性得以提高，测试装置的分析调整速度快速提高，确保生料入磨前成分均匀，生料库的均化工作量的功能下降，此变化过程对生料质量有利。
2 预分解窑煅烧工艺装备技术
预分解窑煅烧工艺装置是由预热器、分解炉系统、回转窑、篦冷机、三次风管和燃烧器等装备组成，上述装置创造了良好的煅烧条件，确保了熟料在较高的率值和较高的C3S含量时所需的煅烧温度，以及快速的升温速率，充分的燃烧状况和快速冷却条件，保证了熟料煅烧质量。
1)预热器和上升管道的形式进一步优化，系统内的单项部件的结构和材质进一步改进，使预热器系统的效率进一步提高，生料在很短的时间内在各级预热器系统内进行热交换，不仅在预热器内反复循环的过程中得到加热，还进一步得到均化。分解炉的结构及工艺尺寸使燃料有足够的时间燃烧，三风道燃烧器进一步提高了分解炉内煅烧温度，上述措施不仅提高了入窑物料的分解率，还可以扩大燃料品种，如低挥发分煤的应用。目前一些性能优良的预
热器分解炉系统的人窑物料分解率已达94％，因而窑的L／D趋势在缩短，出现了L／D=10～12的短窑。
2)预分解窑转速已提高至3～4r／min，物料在窑内翻滚次数增加，有利于火焰和烟气对物料进行热交换，相应提高了物料在窑内温度的均匀性，减少物料表面和内部的温差，有利于熟料质量的均匀。由于物料在窑内停留时间短，升温速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥强度。
3)空气梁篦冷机技术解决了厚层篦冷机冷风不易均匀透过料层的技术难点，冷风和高温熟料进行激烈的换热，一方面有利于熟料快速冷却；另一方面提高了二次、三次风温度，目前，篦冷机的热效率已提高至74％以上，且运转率大幅度提高。
4)大窑门罩技术的出现，三次风从篦冷机中部转为窑门罩抽取，使入分解炉的三次风温和入窑煅烧的二次风温相等，测试表明上述温度超过920℃三次风温的提高，有利于分解炉内燃料的燃烧，相应提高了入窑物料分解率。
5)多风道燃烧器的应用，煤粉经旋流风扩散形成快速燃烧，燃烧器的冲量可使不同挥发分的燃料在窑内燃烧，而且使烧成带具有高的燃烧温度且火焰峰值平稳，有利于熟料煅烧和窑皮的维护。
预分解窑装置技术的进展，系统热耗已降至3000kJ／kg以内，热耗愈低，燃料使用量就少，供燃烧的二次风量和三次风量相应就少，从篦冷机高温部位抽取的热风温度高，此外多风道燃烧器的一次风量已下降至6％～8％，因而预分解窑内的物料一直处在高温下煅烧。总体说来，物料在预热器分解炉内迅速加热后进入人窑内，又在高温下迅速加热煅烧成熟料，由于窑内冷却带短，熟料很快进入篦冷机内快速冷却。上述工况适宜于较高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷却制度，对熟料强度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨装备技术
3．1 球磨机系统
水泥磨系统中所配用钢球磨的结构进一步优化，调整和改进钢球磨的隔仓板、阶梯衬板形式，使用分级衬板，优化研磨体级配，以及进料口、润滑系统轴承座结构等，使之规格大型化，磨耗及电耗相应降低。
O—Sepa选粉机(或高效笼式选粉机)、高效袋式除尘器和球磨机组成的水泥粉磨系统，其循环负荷由离心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥时，3～30μm颗粒级配的重量超过65％，因而具备选粉效率高、电耗低、产量高及颗粒级配合理等优点。
3．2 辊压机+球磨+选粉机系统
辊压机的出现是粉磨技术的重大进展，水泥粉磨电耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于辊压机具有能耗低、效率高的特点，多次循环，重复挤压物料达到增加成品细度的目的，同时，其产品最终经球磨和选粉机系统，因而和球磨系统—样可以获得细度合适、颗粒级配合理和颗粒形貌合适的产品。
此外，还有辊式磨、球磨机和选粉机组成的系统，其原理接近辊压机系统，均能降低电耗，获得优质的水泥产品。
4 适应ISO国际标准的工艺装备技术措施
我国水泥IS O强度和CB的强度的差距，表面上是我国水泥下降一个标号，实质上反映出我国和国外水泥生产线的工艺装备技术的差距。事实上国外的水泥检验强度标准是随着工艺装备技术的进展而逐年发展形成的，只有发展我国自己的水泥生产装备工艺技术才能适应新标准的推广，否则，只得承认现实，下降标号或者以增加热耗和电耗或增加生产成本来提高水泥标号。由于国内水泥工艺装备形式多，且规模小，很难用一种方式解决，大致途径如下：
1)加强生产管理，提高现有生产设施的工艺装备技术性能，如生料制备过程中加强矿山开采搭配，提高圆形碎石库的均化作用，加强磨头配料及改善均化库效果等；在烧成措施上加强系统的密封，改善燃烧器性能，改进预热器、分解炉、回转窑和篦冷机操作等；水泥粉磨系统改善选粉机的性能等。上述措施主要是利用熟悉技术的人员来加强生产管理，或少量投资对个别装备加以改进，对生产较为正常的工艺线会收到一定效果。
2)利用现有成熟的预分解窑生产工艺线单项或局部的工艺装备技术来改造现有生产工艺线上技术落后的装备，此类装备除上述介绍的外，还包括新品种耐火材料，生料质量控制系统以及回转窑优化系统等各主要环节的自控系统，此类改造对目前仍不正常的生产线尤为有效。对于生产基本正常，但仍存在局部缺陷的生产线，按其需求局部改造，在此范围内必然有效。
3)从根本上讲，彻底解决的措施是加速发展预分解窑生产技术，在原料产地兴建大型低投资的预分解窑熟料生产线，在消费城市兴建技术先进的粉磨站、混凝土搅拌站等。当预分解窑生产的熟料价格、质量均优于现有落后生产线所生产的熟料时，关闭落后的回转窑和立窑生产线，利用现有装置改建粉磨站。国内的一些大型水泥公司，采用此方式均取得较大经济效益。
【作者:陈友德】
