【水泥人網】水泥生產過程中，產品質量控制的三個重要環節是：入窯生料質量和喂料穩定性，熟料率值和礦物成分設計值的合理性與熟料煅燒狀況，以及水泥的粉磨細度、顆粒級配、顆粒形貌等。上述三個環節實質上反映了水泥生產過程中的生料制備、熟料煅燒和水泥粉磨的工藝裝備技術的狀況。本文就水泥預分解窯工藝裝備技術及發展談點看法。
1 生料制備
水泥生料制備過程中CaO的標準偏差控制值隨裝備技術的發展而逐步減小。
1)計算機三維模型系統在礦山設計中大量推廣應用，礦山勘探時，取得完整的數據，在設計時，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產時搭配使用，在開采時，根據生產所需的成分，對各有限單元內礦石的化學成分通過計算機來進行搭配控制開采，做到所開采的礦石內所需的化學成分的均勻性。
2)連接破碎機和預均化堆場的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉為在線分析，在測試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測試控制裝置和近年來出現的不需制備樣品，可連續測試并能更快的對物料成分進行調整的中子測試儀。上述測試裝置與礦山計算機聯網，能在預均化堆場內控制石灰石CaO標準偏差值小于±0．5％，加上誤差精度小于±1％的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達到入人窯生料成分的要求。
3)生料系統采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產能力和烘干能力大，場地節省的優點。隨著設計、制造技術、材質的改進，國內一些預分解窯生產線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3．3％至10％，金屬磨耗量從3g／t至18g／t，磨輥的使用壽命達到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現的4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15％，產量高，運轉率接近窯的運轉率，完全滿足生料細度和烘干的需求。
生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測試裝置的分析調整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫的均化工作量的功能下降，此變化過程對生料質量有利。
2 預分解窯煅燒工藝裝備技術
預分解窯煅燒工藝裝置是由預熱器、分解爐系統、回轉窯、篦冷機、三次風管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質量。
1)預熱器和上升管道的形式進一步優化，系統內的單項部件的結構和材質進一步改進，使預熱器系統的效率進一步提高，生料在很短的時間內在各級預熱器系統內進行熱交換，不僅在預熱器內反復循環的過程中得到加熱，還進一步得到均化。分解爐的結構及工藝尺寸使燃料有足夠的時間燃燒，三風道燃燒器進一步提高了分解爐內煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴大燃料品種，如低揮發分煤的應用。目前一些性能優良的預
熱器分解爐系統的人窯物料分解率已達94％，因而窯的L／D趨勢在縮短，出現了L／D=10～12的短窯。
2)預分解窯轉速已提高至3～4r／min，物料在窯內翻滾次數增加，有利于火焰和煙氣對物料進行熱交換，相應提高了物料在窯內溫度的均勻性，減少物料表面和內部的溫差，有利于熟料質量的均勻。由于物料在窯內停留時間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強度。
3)空氣梁篦冷機技術解決了厚層篦冷機冷風不易均勻透過料層的技術難點，冷風和高溫熟料進行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方面提高了二次、三次風溫度，目前，篦冷機的熱效率已提高至74％以上，且運轉率大幅度提高。
4)大窯門罩技術的出現，三次風從篦冷機中部轉為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風溫和入窯煅燒的二次風溫相等，測試表明上述溫度超過920℃三次風溫的提高，有利于分解爐內燃料的燃燒，相應提高了入窯物料分解率。
5)多風道燃燒器的應用，煤粉經旋流風擴散形成快速燃燒，燃燒器的沖量可使不同揮發分的燃料在窯內燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩，有利于熟料煅燒和窯皮的維護。
預分解窯裝置技術的進展，系統熱耗已降至3000kJ／kg以內，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風量和三次風量相應就少，從篦冷機高溫部位抽取的熱風溫度高，此外多風道燃燒器的一次風量已下降至6％～8％，因而預分解窯內的物料一直處在高溫下煅燒。總體說來，物料在預熱器分解爐內迅速加熱后進入人窯內，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內冷卻帶短，熟料很快進入篦冷機內快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對熟料強度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨裝備技術
3．1 球磨機系統
水泥磨系統中所配用鋼球磨的結構進一步優化，調整和改進鋼球磨的隔倉板、階梯襯板形式，使用分級襯板，優化研磨體級配，以及進料口、潤滑系統軸承座結構等，使之規格大型化，磨耗及電耗相應降低。
O—Sepa選粉機(或高效籠式選粉機)、高效袋式除塵器和球磨機組成的水泥粉磨系統，其循環負荷由離心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥時，3～30μm顆粒級配的重量超過65％，因而具備選粉效率高、電耗低、產量高及顆粒級配合理等優點。
3．2 輥壓機+球磨+選粉機系統
輥壓機的出現是粉磨技術的重大進展，水泥粉磨電耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于輥壓機具有能耗低、效率高的特點，多次循環，重復擠壓物料達到增加成品細度的目的，同時，其產品最終經球磨和選粉機系統，因而和球磨系統—樣可以獲得細度合適、顆粒級配合理和顆粒形貌合適的產品。
此外，還有輥式磨、球磨機和選粉機組成的系統，其原理接近輥壓機系統，均能降低電耗，獲得優質的水泥產品。
4 適應ISO國際標準的工藝裝備技術措施
我國水泥IS O強度和CB的強度的差距，表面上是我國水泥下降一個標號，實質上反映出我國和國外水泥生產線的工藝裝備技術的差距。事實上國外的水泥檢驗強度標準是隨著工藝裝備技術的進展而逐年發展形成的，只有發展我國自己的水泥生產裝備工藝技術才能適應新標準的推廣，否則，只得承認現實，下降標號或者以增加熱耗和電耗或增加生產成本來提高水泥標號。由于國內水泥工藝裝備形式多，且規模小，很難用一種方式解決，大致途徑如下：
1)加強生產管理，提高現有生產設施的工藝裝備技術性能，如生料制備過程中加強礦山開采搭配，提高圓形碎石庫的均化作用，加強磨頭配料及改善均化庫效果等；在燒成措施上加強系統的密封，改善燃燒器性能，改進預熱器、分解爐、回轉窯和篦冷機操作等；水泥粉磨系統改善選粉機的性能等。上述措施主要是利用熟悉技術的人員來加強生產管理，或少量投資對個別裝備加以改進，對生產較為正常的工藝線會收到一定效果。
2)利用現有成熟的預分解窯生產工藝線單項或局部的工藝裝備技術來改造現有生產工藝線上技術落后的裝備，此類裝備除上述介紹的外，還包括新品種耐火材料，生料質量控制系統以及回轉窯優化系統等各主要環節的自控系統，此類改造對目前仍不正常的生產線尤為有效。對于生產基本正常，但仍存在局部缺陷的生產線，按其需求局部改造，在此范圍內必然有效。
3)從根本上講，徹底解決的措施是加速發展預分解窯生產技術，在原料產地興建大型低投資的預分解窯熟料生產線，在消費城市興建技術先進的粉磨站、混凝土攪拌站等。當預分解窯生產的熟料價格、質量均優于現有落后生產線所生產的熟料時，關閉落后的回轉窯和立窯生產線，利用現有裝置改建粉磨站。國內的一些大型水泥公司，采用此方式均取得較大經濟效益。
1 生料制備
水泥生料制備過程中CaO的標準偏差控制值隨裝備技術的發展而逐步減小。
1)計算機三維模型系統在礦山設計中大量推廣應用，礦山勘探時，取得完整的數據，在設計時，將礦山分成體積較小的CaO、SiO2、MgO、R2O等成分較為均勻的若干有限單元，在生產時搭配使用，在開采時，根據生產所需的成分，對各有限單元內礦石的化學成分通過計算機來進行搭配控制開采，做到所開采的礦石內所需的化學成分的均勻性。
2)連接破碎機和預均化堆場的皮帶輸送裝置輸送的石灰石等物料的分析控制方式從離線分析轉為在線分析，在測試裝置中，使用較為廣泛的是XRF分析測試控制裝置和近年來出現的不需制備樣品，可連續測試并能更快的對物料成分進行調整的中子測試儀。上述測試裝置與礦山計算機聯網，能在預均化堆場內控制石灰石CaO標準偏差值小于±0．5％，加上誤差精度小于±1％的塊狀或粉狀喂料裝置，可以精確控制入磨石灰石和各種校正原料，使原料在入生料磨前達到入人窯生料成分的要求。
3)生料系統采用輥式磨。輥式磨具有電耗低，生產能力和烘干能力大，場地節省的優點。隨著設計、制造技術、材質的改進，國內一些預分解窯生產線的輥式磨磨制生料中的石英砂巖的含量從3．3％至10％，金屬磨耗量從3g／t至18g／t，磨輥的使用壽命達到8000h以上，而且磨制的生料顆粒級配均勻，大顆粒石英量少。近年來，新出現的4輥輥式磨較原有的2輥輥式磨體積減小15％，產量高，運轉率接近窯的運轉率，完全滿足生料細度和烘干的需求。
生料制備過程中，由于礦山開采的石灰石等主要原料的成分的均勻性得以提高，測試裝置的分析調整速度快速提高，確保生料入磨前成分均勻，生料庫的均化工作量的功能下降，此變化過程對生料質量有利。
2 預分解窯煅燒工藝裝備技術
預分解窯煅燒工藝裝置是由預熱器、分解爐系統、回轉窯、篦冷機、三次風管和燃燒器等裝備組成，上述裝置創造了良好的煅燒條件，確保了熟料在較高的率值和較高的C3S含量時所需的煅燒溫度，以及快速的升溫速率，充分的燃燒狀況和快速冷卻條件，保證了熟料煅燒質量。
1)預熱器和上升管道的形式進一步優化，系統內的單項部件的結構和材質進一步改進，使預熱器系統的效率進一步提高，生料在很短的時間內在各級預熱器系統內進行熱交換，不僅在預熱器內反復循環的過程中得到加熱，還進一步得到均化。分解爐的結構及工藝尺寸使燃料有足夠的時間燃燒，三風道燃燒器進一步提高了分解爐內煅燒溫度，上述措施不僅提高了入窯物料的分解率，還可以擴大燃料品種，如低揮發分煤的應用。目前一些性能優良的預
熱器分解爐系統的人窯物料分解率已達94％，因而窯的L／D趨勢在縮短，出現了L／D=10～12的短窯。
2)預分解窯轉速已提高至3～4r／min，物料在窯內翻滾次數增加，有利于火焰和煙氣對物料進行熱交換，相應提高了物料在窯內溫度的均勻性，減少物料表面和內部的溫差，有利于熟料質量的均勻。由于物料在窯內停留時間短，升溫速度快，易生成晶格小于30μm的C3S熟料，有利于粉磨和提高水泥強度。
3)空氣梁篦冷機技術解決了厚層篦冷機冷風不易均勻透過料層的技術難點，冷風和高溫熟料進行激烈的換熱，一方面有利于熟料快速冷卻；另一方面提高了二次、三次風溫度，目前，篦冷機的熱效率已提高至74％以上，且運轉率大幅度提高。
4)大窯門罩技術的出現，三次風從篦冷機中部轉為窯門罩抽取，使入分解爐的三次風溫和入窯煅燒的二次風溫相等，測試表明上述溫度超過920℃三次風溫的提高，有利于分解爐內燃料的燃燒，相應提高了入窯物料分解率。
5)多風道燃燒器的應用，煤粉經旋流風擴散形成快速燃燒，燃燒器的沖量可使不同揮發分的燃料在窯內燃燒，而且使燒成帶具有高的燃燒溫度且火焰峰值平穩，有利于熟料煅燒和窯皮的維護。
預分解窯裝置技術的進展，系統熱耗已降至3000kJ／kg以內，熱耗愈低，燃料使用量就少，供燃燒的二次風量和三次風量相應就少，從篦冷機高溫部位抽取的熱風溫度高，此外多風道燃燒器的一次風量已下降至6％～8％，因而預分解窯內的物料一直處在高溫下煅燒。總體說來，物料在預熱器分解爐內迅速加熱后進入人窯內，又在高溫下迅速加熱煅燒成熟料，由于窯內冷卻帶短，熟料很快進入篦冷機內快速冷卻。上述工況適宜于較高的熟料率值和C3S、C3A含量高的熟料，而且有利于生成C3S晶格小的熟料，再加上合理的冷卻制度，對熟料強度和粉磨十分有利。
3 水泥粉磨裝備技術
3．1 球磨機系統
水泥磨系統中所配用鋼球磨的結構進一步優化，調整和改進鋼球磨的隔倉板、階梯襯板形式，使用分級襯板，優化研磨體級配，以及進料口、潤滑系統軸承座結構等，使之規格大型化，磨耗及電耗相應降低。
O—Sepa選粉機(或高效籠式選粉機)、高效袋式除塵器和球磨機組成的水泥粉磨系統，其循環負荷由離心式的200％～300％下降到100％～200％，磨制水泥時，3～30μm顆粒級配的重量超過65％，因而具備選粉效率高、電耗低、產量高及顆粒級配合理等優點。
3．2 輥壓機+球磨+選粉機系統
輥壓機的出現是粉磨技術的重大進展，水泥粉磨電耗可降至32kWh／t以下(4000cm2／g)，由于輥壓機具有能耗低、效率高的特點，多次循環，重復擠壓物料達到增加成品細度的目的，同時，其產品最終經球磨和選粉機系統，因而和球磨系統—樣可以獲得細度合適、顆粒級配合理和顆粒形貌合適的產品。
此外，還有輥式磨、球磨機和選粉機組成的系統，其原理接近輥壓機系統，均能降低電耗，獲得優質的水泥產品。
4 適應ISO國際標準的工藝裝備技術措施
我國水泥IS O強度和CB的強度的差距，表面上是我國水泥下降一個標號，實質上反映出我國和國外水泥生產線的工藝裝備技術的差距。事實上國外的水泥檢驗強度標準是隨著工藝裝備技術的進展而逐年發展形成的，只有發展我國自己的水泥生產裝備工藝技術才能適應新標準的推廣，否則，只得承認現實，下降標號或者以增加熱耗和電耗或增加生產成本來提高水泥標號。由于國內水泥工藝裝備形式多，且規模小，很難用一種方式解決，大致途徑如下：
1)加強生產管理，提高現有生產設施的工藝裝備技術性能，如生料制備過程中加強礦山開采搭配，提高圓形碎石庫的均化作用，加強磨頭配料及改善均化庫效果等；在燒成措施上加強系統的密封，改善燃燒器性能，改進預熱器、分解爐、回轉窯和篦冷機操作等；水泥粉磨系統改善選粉機的性能等。上述措施主要是利用熟悉技術的人員來加強生產管理，或少量投資對個別裝備加以改進，對生產較為正常的工藝線會收到一定效果。
2)利用現有成熟的預分解窯生產工藝線單項或局部的工藝裝備技術來改造現有生產工藝線上技術落后的裝備，此類裝備除上述介紹的外，還包括新品種耐火材料，生料質量控制系統以及回轉窯優化系統等各主要環節的自控系統，此類改造對目前仍不正常的生產線尤為有效。對于生產基本正常，但仍存在局部缺陷的生產線，按其需求局部改造，在此范圍內必然有效。
3)從根本上講，徹底解決的措施是加速發展預分解窯生產技術，在原料產地興建大型低投資的預分解窯熟料生產線，在消費城市興建技術先進的粉磨站、混凝土攪拌站等。當預分解窯生產的熟料價格、質量均優于現有落后生產線所生產的熟料時，關閉落后的回轉窯和立窯生產線，利用現有裝置改建粉磨站。國內的一些大型水泥公司，采用此方式均取得較大經濟效益。
【作者:陳友德】