生料粒度分布特性與粉磨細度控制指標

1、生料粒度分布特性與粉磨細度控制指標2009-5-7作者: 張大康，拉法基瑞安北京技術(shù)服務(wù)有限公司重慶分公司生料易燒性是對熟料煅燒過程難易程度的綜合反映，關(guān)系著熟料煅燒的產(chǎn)量、質(zhì)量和燃料消耗。其主要影響因素有：原料(主要是砂巖和石灰石的礦物種類與晶體尺寸、生料化學(xué)成分(率值、生料化學(xué)成分的均勻性和穩(wěn)定性、燒成時生料顆粒接觸的緊密程度、生料篩余和粒度分布。在實際生產(chǎn)中，選擇適宜的生料細度控制指標十分重要。本文討論生料粒度分布對易燒性的影響，在此基礎(chǔ)上進一步介紹生料粉磨細度目標值的確定依據(jù)及控制指標的選擇。1生料篩余對易燒性的影響熟料煅燒反應(yīng)速度與SiO2和CaO的粒徑相關(guān)。通常認為石英>45

2、m、方解石>125m是顯著影響生料易燒性的臨界尺寸，這是選擇生料細度目標值和進行生料粉磨細度控制的重要依據(jù)。最終影響生料易燒性的主要是SiO2結(jié)晶的完美程度和顆粒的大小。從提高生料易燒性的角度，期待生料中的硅質(zhì)組分的粒徑更小一些，遺憾的是實際情況正好相反，目前的生料粉磨工藝，無論是球磨還是立磨，生料的粗顆粒中SiO2的含量更高，并且主要是結(jié)晶完美的SiO2。因為難以煅燒的硅質(zhì)原料同時也難以粉磨。某水泥廠的生料使用石灰石、砂巖、鐵礦石(與鋼渣混用和粉煤灰4組分配料，立磨粉磨，80m篩余控制目標值l4。正常生料與對應(yīng)的80m篩余物的化學(xué)成分如表1所示。表l 正常生料與對應(yīng)的80m篩余物的化學(xué)

3、成分項目化學(xué)成分率值SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOKHSMIM篩余物生料表1顯示，正常生料與對應(yīng)的80m篩余物的化學(xué)成分有顯著差異，篩余物中含有更多的SiO2，正是這部分SiO2會顯著降低生料易燒性，因此控制粗顆粒部分SiO2的含量是生料粉磨細度控制的重點。但實際上在目前的工藝條件下，除了選擇易磨性較好的硅質(zhì)原料，沒有其它單獨降低篩余中SiO2含量的可行方法，能夠做到的是降低整個篩余量，以達到降低篩余中SiO2含量的目的。我國通常以80m篩余和0.2mm篩余控制生料細度，后者對于生料易燒性更加敏感。表2是在相同的煅燒條件下，生料0.2mm篩余與熟料fCaO含量的關(guān)系。表2 0.2mm

4、篩余與fCaO含量的關(guān)系 篩余l(xiāng)fCaO工廠的生產(chǎn)實踐也證實了生料0.2mm篩余與易燒性的高度相關(guān)。2生料篩余與粒度分布的關(guān)系21 生料細度對燒成影響的例證在一個使用立磨粉磨原料，且其生產(chǎn)能力相對于窯富裕很小的新型干法廠，生料80m篩余目標值為18。一次生料磨因設(shè)備故障停磨檢修，盡管采取了降低窯產(chǎn)量的措施，到重新開磨時生料均化庫庫存已不足4h的窯產(chǎn)量。為了盡快提高生料均化庫料位，避免入窯生料化學(xué)成分的高頻波動，將生料80m篩余由正?？刂浦笜说?8放寬到22。5天后生料均化庫料位接近正常，生料80m篩余恢復(fù)到18。期間將80m篩余放寬到22時僅對熟料煅燒產(chǎn)生了輕微的影響，熟料fCaO由0.9上升

5、到1.3。生料80m篩余提高4而沒有明顯影響熟料煅燒令人頗感興趣。開磨2周后再次進行了放寬生料80m篩余的試驗，將80m篩余由18提高到22，熟料煅燒受到了可察覺的影響，fCaO由07上升到l一、項目概況（一）項目名稱：（二）建設(shè)性質(zhì):新建（三）項目法人：（四）法定代表人：（五）建設(shè)地點：（六）產(chǎn)品原料：（七）建設(shè)規(guī)模及主要內(nèi)容：1、建設(shè)規(guī)模：用地35畝，房屋總建筑面積12106平方米。建設(shè)年產(chǎn)6000萬塊煤矸石燒結(jié)磚制磚分廠1個，年處理煤矸石15萬噸，年產(chǎn)煤矸石燒結(jié)磚6000萬塊。2、主要建設(shè)內(nèi)容：1）征地35畝，場坪整治面積23255平方米。2）建連接廠區(qū)公路（長1000米，寬6米）1條，

6、水泥路面。3）建煤矸石原料堆場1500平方米、成品堆場1500平方米；建100立方米蓄水池2口。4）職工活動場所及綠化：4000平方米5）建房屋總建筑面積12106平方米。其中：制磚生產(chǎn)廠房：9000平方米；辦公及生活用房：1500平方米；職工食堂：300平方米；職工浴室：200平方米；公廁：150平方米；門衛(wèi)室：30平方米；配電房：30平方米。6）建廠區(qū)圍墻：2984立方米。7）購臵先進、新型制磚生產(chǎn)設(shè)備、輔助設(shè)備和設(shè)施，建成年產(chǎn)3000萬塊煤矸石燒結(jié)磚制磚生產(chǎn)線2條。擬在XXX 村 社或其他有條件的村社建一個年處理煤矸石15萬噸，年產(chǎn)以煤矸石燒結(jié)空心磚為主的多型號煤矸石節(jié)能環(huán)保磚6000萬

7、塊的制磚分廠。（八）項目投資：本建設(shè)項目總投資1650萬元。費用包括工程費用、工程建設(shè)費用（含征地費用）；基本預(yù)備費；鋪底流動資金等（九）項目建設(shè)規(guī)劃本項目建設(shè)期為8個月。自2011年8月15日至2012年4月30日。（十）資金籌措：本建設(shè)項目需籌集資金1650億元。其中：1、申請銀行貸款300萬元、申請XX 市中小企業(yè)環(huán)境保護類補助資金200萬元。2、業(yè)主自籌1150萬元。（十一）經(jīng)濟效益：本項目建成后，正常年產(chǎn)煤矸石燒結(jié)磚6000萬塊，產(chǎn)品銷售收入1800，可實現(xiàn)利稅350萬元。（十二）環(huán)境效益及社會效益：本建設(shè)項目完成后，可為XXXX 旅游新區(qū)建設(shè)直接提供建筑所需的大量墻體建筑材，亦可節(jié)

8、約墻材運輸費用近4000萬元；可直接安臵350人就業(yè)，還可帶動近420人從事建筑、運輸?shù)认嚓P(guān)行業(yè)工作?？擅磕隃p少開挖黏土15萬立方米，回收利用煤矸石15萬噸，與生產(chǎn)頁巖磚相比，可年節(jié)約標煤3萬噸。對保護耕地、改善水土流失，節(jié)能減排、保護生態(tài)環(huán)境有著重大意義；該工程的實施，確系利國利民、功惠子孫的興縣之舉。（十三）建設(shè)工期：8個月，從2011年8月至2012年4月。二、項目法人簡介成立于2009年8月，主要經(jīng)營項目為：煤矸石制磚、建材銷售。注冊資本2000萬元，法人代表：。目前，企業(yè)擁有固定資產(chǎn)2300余萬元，流動資產(chǎn)1400萬元。有已建成投產(chǎn)的6000萬塊/年煤矸石燒結(jié)磚廠2個。產(chǎn)品符合國家質(zhì)

9、檢標準，并得到市場的廣泛認可。企業(yè)在新型墻體材料研發(fā)、生產(chǎn)上了一個嶄新的臺階，成為XX 縣制磚行業(yè)淘改落后、技術(shù)創(chuàng)新含量最高、規(guī)模最大的建材龍頭企業(yè)。是XX 縣利用廢棄資源招商引資的重點示范企業(yè)。公司規(guī)劃在三年內(nèi)再建2個年產(chǎn)6000萬塊的煤矸石制磚分廠，使分布在XX 縣南北兩岸的制磚分廠達到5個，總產(chǎn)能達到3億塊。公司現(xiàn)有員工286余人，其中高、中層管理人員22名，高級工程師1人，工程師4人，技術(shù)人員12人，公司員工中，具有大專以上或同等學(xué)歷的員工96人，占員工總數(shù)的34%。本建設(shè)項目完成后，將對石柱這一產(chǎn)煤大縣堆積如山的煤矸石廢棄物進行資源再生利用，為石柱縣的節(jié)能減排，保護耕地、保持水土流失

10、和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有積極作用。三、基本結(jié)論本建設(shè)項目的實施，符合國家三峽庫區(qū)產(chǎn)業(yè)政策和發(fā)展方向，符合國務(wù)院關(guān)于三峽庫區(qū)移民后期扶持政策，對XX 縣進行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，促進XX 縣整體經(jīng)濟發(fā)展，解決三峽庫區(qū)產(chǎn)業(yè)空虛化和移民安穩(wěn)致富意義重大。因此，本建設(shè)項目的建設(shè)是十分必要的。篩余計算四、市場前景廣闊據(jù)考察，煤矸石建材產(chǎn)品的市場是廣闊的。隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐加快和新農(nóng)村建設(shè)的如火如荼，XX 鎮(zhèn)作為XX 縣的旅游新城，在該鎮(zhèn)興辦一個可直接為新城建設(shè)提供質(zhì)優(yōu)價廉的建筑產(chǎn)品的磚廠，對縣、鎮(zhèn)兩級政府和企業(yè)的生存發(fā)展都具有積極的意義。該鎮(zhèn)的地理環(huán)境、統(tǒng)籌發(fā)展、區(qū)位、交通、資源利用等

11、各方面條件都十分適合建廠，其產(chǎn)品還可輻射到周邊的XXXXXXXXX 等市縣，其市場前景廣闊。加之。國家和XX 市將加大對循環(huán)經(jīng)濟促進法的執(zhí)行力度，庫區(qū)將逐步禁止和取締頁巖磚生產(chǎn)，市場空間更大。XX 縣旅游新城建設(shè)一旦全面啟動，按40%的市場份額計算，年產(chǎn)6000萬塊磚的能力在五年內(nèi)還不能滿足市場的供求需要。因此，規(guī)劃在XX 建設(shè)煤矸石磚廠，只要投資環(huán)境能保持常態(tài)，公司把該項目建設(shè)在XX 是充滿信心的。五、幾點建議：（一）請XX 鎮(zhèn)人民政府將該建設(shè)項目列入該鎮(zhèn)招商引資項目。并請在規(guī)劃選址、土地征用、市場開拓、稅收、電力、手續(xù)辦理、利用國家資金申報等方面給予支持、幫助。（二）鎮(zhèn)政府應(yīng)落實對該項目建

12、設(shè)的牽頭協(xié)辦單位及責(zé)任人。全力負責(zé)該項目建設(shè)相關(guān)事項的聯(lián)系協(xié)調(diào)。（三）請XX 鎮(zhèn)人民政府組織鎮(zhèn)屬財政、環(huán)保、建設(shè)、國土、工商、稅務(wù)、規(guī)劃、安檢、煤管等相關(guān)部門召開專題工作會議并形成鎮(zhèn)府紀要，牽頭組織、協(xié)調(diào)有關(guān)的建設(shè)手續(xù)辦理。（四）為加快建設(shè)進度，考慮到建設(shè)手續(xù)辦理時間較繁較長，特請XX 鎮(zhèn)人民政府聯(lián)動、敦促XX 縣政府各有關(guān)部門允許企業(yè)邊建邊批建設(shè)手續(xù)，并協(xié)調(diào)政府部門在企業(yè)辦理相關(guān)手續(xù)過程中給予方便。表3 停磨前后生料細度和均勻性系數(shù)序號樣品時間80m篩余篩余均勻性系數(shù)1停磨前182開磨后223開磨后2周試驗前184開磨后2周試驗后22表3數(shù)據(jù)顯示，開磨后生料均勻性系數(shù)由停磨前的0.87提高到

13、0.96，生料80m篩余由18提高到22，對應(yīng)的0.2mm篩余由22提高到26，只提高了04，只是稍微超出可以接受的范圍，因此對熟料煅燒影響輕微。開磨2周試驗, 后生料均勻性系數(shù)已經(jīng)由剛開磨時的0.96降低到0.90。再次將生料80m篩余由18提高到22，對應(yīng)的02mm篩余由21提高到32，提高了11，并且已經(jīng)超出可以接受的控制范圍，所以對熟料煅燒有可察覺的影響。對比2號和4號數(shù)據(jù)，雖然80m篩余相同，但是由于粒度分布的變化，02mm篩余卻有明顯差別，并且對熟料煅燒的影響也明顯不同。02mm篩余的變化是由于生料粒度分布均勻性系數(shù)的明顯改變造成的。這次試驗說明了生料粒度分布和0.2mm篩余對熟料

14、燒成的重要影響。22 生料篩余與粒度分布的關(guān)系利用RRSB方程計算得到不同均勻性系數(shù)時80m篩余與02mm、0.15mm篩余的關(guān)系見表4。80m篩余篩余篩余均勻性系數(shù)。1416182022根據(jù)表4數(shù)據(jù)得出80m、02mm篩余與均勻性系數(shù)關(guān)系的諾謨圖見圖l，80m、015mm篩余與均勻性系數(shù)關(guān)系的諾謨圖見圖2。圖1、圖2表明，生料粒度分布的均勻性系數(shù)對02mm篩余(或0.15mm篩余有顯著影響。當(dāng)80m篩余一定時，隨均勻性系數(shù)的增加，02mm篩余減少。當(dāng)02mm篩余一定時，隨均勻性系數(shù)的增加，80m篩余增加。這意味著在保證02mm篩余小于某個定值的前提下，提高均勻性系數(shù)就可以放寬80m篩余，而不

15、明顯影響生料易燒性。例如，在保持02mm篩余為15的前提下，如果均勻性系數(shù)由083增加到1.12，則80m篩余可以由14增加到22，生料易燒性不發(fā)生特別顯著的變化。在保持0.2mm篩余等于1.5的前提下，80m篩余與均勻性系數(shù)的關(guān)系見圖3。圖3 0.2mm篩余等于l5時80m篩余與均勻性系數(shù)的關(guān)系生產(chǎn)經(jīng)驗表明，過多的細粉對熟料煅燒沒有明顯促進作用，卻需要增加粉磨功耗；生料磨的產(chǎn)量和電耗主要與80m篩余相關(guān)，而與均勻性系數(shù)相關(guān)性較弱；02mm篩余對熟料煅燒有明顯不利影響，應(yīng)該盡量減少。因此，提高均勻性系數(shù)可以提高生料易燒性，提高產(chǎn)量，降低電耗。3 生料細度目標值及控制指標31生料細度目標值的確定

16、在生料細度控制中應(yīng)該區(qū)分生料易燒性的需要和生料磨運行控制的需要。從提高易燒性角度要求保證生料中粗顆粒部分能夠順利煅燒，確定生料細度指標應(yīng)該以02mm篩余作為依據(jù)；控制生料磨運行應(yīng)該使用80m篩余作為依據(jù)，原因是0.2mm篩余檢驗的相對誤差過大。與國外比較，國內(nèi)生料細度(80m篩余偏細。國外新型干法水泥廠使用立磨粉磨生料，80m篩余目標值一般為l820，0.2mm篩余目標值一般為1.020。試驗確定02mm篩余目標值的方法是，在原料化學(xué)成分和窯熱工狀況穩(wěn)定的時候，保持生料率值、煤粉發(fā)熱量等條件不變，改變生料細度，使0.2mm篩余在1.03.0之間變化，按JCT735-2005水泥生料易燒性試驗方

17、法檢驗生料易燒性。某水泥廠的試驗結(jié)果見圖4。根據(jù)圖4的結(jié)果可以觀察生料02mm篩余與易燒性的關(guān)系，但很難確定0.2mm篩余目標值。還需要同時觀察生料細度對窯產(chǎn)量、熟料熱耗、升重、燒失量、不溶物和物理性能的影響，以確定適宜的02mm篩余目標值。綜合國內(nèi)新型干法水泥廠的生產(chǎn)經(jīng)驗，并參照國外情況，02mm篩余的適宜目標值在15左右。各廠具體情況不同，這一目標值可以在一個不太大的范圍波動。確定02mm篩余目標值時應(yīng)考慮下列因素。311 生料的易燒性1硅質(zhì)原料的礦物組成、礦物形態(tài)和晶體尺寸硅質(zhì)原料主要有黏土和砂巖，它們的礦物組成不同，對生料易燒性的影響有很大差別。與黏土比較砂巖會明顯降低生料易燒性。黏土

18、中的SiO2多數(shù)為非結(jié)晶型，礦物顆粒很細，大部分顆粒在011m之間。主要礦物有高嶺土、蒙脫石、綠泥石、伊利石、云母等。它們與石灰石反應(yīng)的活性順序如下：高嶺土>伊利石>綠泥石>蒙脫石>云母。黏土中的少量粗顆粒石英，如果含量>05且粒徑>05mm時會影響生料易燒性。用X射線衍射和透射電鏡可以確定黏土的礦物組成和礦物形態(tài)。砂巖中含有80以上的石英晶體。各種形態(tài)的SiO2與石灰石反應(yīng)活性順序如下：非結(jié)晶型SiO2>黏土中SiO2>云母中SiO2>磷石英>方石英>石英。對砂巖的礦物結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，不同水泥廠砂巖中的石英晶體尺寸差別很大，

19、從幾微米至幾百微米，最大達到700m。石英晶體的大小及數(shù)量是砂巖影響生料易燒性最重要的因素。石英晶體尺寸達到125160m時，對生料易燒性有顯著影響；>200m時對生料易燒性有特別顯著的影響；<30m時對生料易燒性影響較小。2石灰石的礦物組成、礦物形態(tài)和晶體尺寸石灰石影響生料易燒性的主要因素有：石灰石中的石英含量、CaCO3的礦物形態(tài)和晶體尺寸。石灰石中石英含量對生料易燒性的影響與砂巖類似。對幾種實際使用的石灰石的巖相分析結(jié)果表明，石灰石中的SiO2大部分為結(jié)晶態(tài)的石英，晶體尺寸介于201500m。也有人發(fā)現(xiàn)一些石灰石中石英晶體尺寸僅12m。大致來說，石灰石中的石英尺寸比砂巖的石英

20、尺寸要小。CaCO3的結(jié)晶程度越高，晶體尺寸越大，則生料易燒性越差。大理石中的CaCO3晶體屬方解石重結(jié)晶后形成的鈣質(zhì)變質(zhì)巖，等粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)致密，晶體尺寸粗大。CaCO3的晶體尺寸可以在1010000m之間。石灰石的開始分解溫度是其化學(xué)反應(yīng)活性的一個重要標志，開始分解溫度越低，化學(xué)反應(yīng)活性越高，越有利于生料易燒性。3熟料的率值(礦物組成熟料的KH顯著影響煅燒反應(yīng)的難易程度，其次是SM。當(dāng)KH或SM較高時，生料02mm篩余目標值可以適當(dāng)降低。4熟料率值的穩(wěn)定性熟料率值的穩(wěn)定性關(guān)系到窯系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定。熟料率值穩(wěn)定性高，生料02mm篩余目標值可以適當(dāng)放寬。312與煅燒有關(guān)的參數(shù)1煅燒制度

21、煅燒制度主要包括煅燒強度和速度。大型預(yù)分解窯較以往的窯型煅燒強度和速度均顯著提高，生料02mm篩余目標值可以適當(dāng)放寬。2液相性質(zhì)液相性質(zhì)包括：最低共熔溫度；液相量；液相黏度；燒結(jié)范圍。這些也將影響O2mm篩余目標值的大小。3原煤質(zhì)量及煤粉細度原煤灰分低、發(fā)熱量高、煤粉細度細，生料02mm篩余目標值可以適當(dāng)放寬。313 篩余物與生料化學(xué)成分的差別80m和02mm篩余物與生料SiO2含量的差別與生料易燒性密切相關(guān)，差別較大，02mm篩余目標值宜適當(dāng)降低。生料粉磨細度控制的重點在于要將難以煅燒的結(jié)晶SiO2粉磨到一定的尺寸之下。80m和02mm篩余物中的SiO2基本上全部為結(jié)晶態(tài)，根據(jù)硅質(zhì)原料難磨必

22、難燒的特點，這部分SiO2將明顯降低生料易燒性。對80m和02mm篩余物進行巖相分析，有助于對這部分粗顆粒的易燒性進行評估。314 生料粉磨及相關(guān)生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性生料的細度會顯著影響生料磨的產(chǎn)量和電耗。在一臺產(chǎn)量300th的立磨上進行的生料細度對電耗、產(chǎn)量影響程度的試驗結(jié)果見圖5。圖5 生料細度對電耗、產(chǎn)量的影響程度(生料磨主機電耗單獨計量從圖5可以看出，降低生料篩余值將增加粉磨電耗，降低磨機產(chǎn)量。從經(jīng)濟性角度來講，確定生料02mm篩余目標值應(yīng)該綜合考慮上述因素?？梢允褂枚嘁蛩鼐€性(非線性規(guī)劃方法，以最低成本作為目標函數(shù)，確定適宜的生料02mm篩余目標值。315熟料的質(zhì)量熟料質(zhì)量是從結(jié)果上對生

23、料02mm篩余目標值適宜性的驗證，也是對其進行修正的依據(jù)。1熟料酸不溶物含量熟料中的酸不溶物幾乎全部是煅燒后剩余的結(jié)晶SiO2，正常含量在0203左右。含量過高，提示生料中難以煅燒的結(jié)晶SiO2較多，或者煅燒強度不足。02mm篩余目標值宜適當(dāng)降低。2熟料fCaO目標值熟料fCaO目標值多數(shù)在07l5左右，熟料fCaO實測值偏高或目標值低，生料02mm篩余目標值宜適當(dāng)降低。3熟料強度目標值熟料強度目標值高，生料0.2mm篩余目標值宜適當(dāng)降低。32生料細度控制指標確定生料02mm篩余目標值以后，檢驗對應(yīng)的80m篩余，將對應(yīng)的80m篩余作為生料磨運行控制的參數(shù)。同時由02mm、80m篩余計算RRSB方程的均勻性系數(shù)。也可以通過激光粒度分析儀檢