生料粒度分布特性与粉磨细度控制指标

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1、生料粒度分布特性与粉磨细度控制指标生料易烧性是对熟料煅烧过程难易程度的综合反映，关系着熟料煅烧的产量、质量和燃料消 耗。其主要影响因素有：原料（主要是砂岩和石灰石）的矿物种类与晶体尺寸、生料化学成分 （率值）、生料化学成分的均匀性和稳定性、烧成时生料颗粒接触的紧密程度、生料筛余和粒 度分布。在实际生产中，选择适宜的生料细度控制指标十分重要。本文讨论生料粒度分布对 易烧性的影响，在此基础上进一步介绍生料粉磨细度目标值的确定依据及控制指标的选择。1生料筛余对易烧性的影响熟料煅烧反应速度与SiO2和CaO的粒径相关。通常认为石英45顷、方解石125顷是显著 影响生料易烧性的临界尺寸，这是选择生料细度

2、目标值和进行生料粉磨细度控制的重要依 据。最终影响生料易烧性的主要是SiO2结晶的完美程度和颗粒的大小。从提高生料易烧性的 角度，期待生料中的硅质组分的粒径更小一些，遗憾的是实际情况正好相反，目前的生料粉 磨工艺，无论是球磨还是立磨，生料的粗颗粒中SiO2的含量更高，并且主要是结晶完美的 SiO2。因为难以煅烧的硅质原料同时也难以粉磨。某水泥厂的生料使用石灰石、砂岩、铁矿石（与钢渣混用）和粉煤灰4组分配料，立磨粉磨， 80顷筛余控制目标值W14%。正常生料与对应的80顷筛余物的化学成分如表1所示。表1正常生料与对应的80um筛余物的化学成分项目化学成分/%率值SiO2A12O3Fe2O3CaO

3、MgOKHSMIM筛余物19.301.494.5939.951.720.6843.170.32生料13.772.991.9743.021.690.9612.781.52表1显示，正常生料与对应的80um筛余物的化学成分有显著差异，筛余物中含有更多的SiO2, 正是这部分SiO2会显著降低生料易烧性，因此控制粗颗粒部分SiO2的含量是生料粉磨细度控 制的重点。但实际上在目前的工艺条件下，除了选择易磨性较好的硅质原料，没有其它单独 降低筛余中SiO2含量的可行方法，能够做到的是降低整个筛余量，以达到降低筛余中SiO2 含量的目的。我国通常以80um筛余和0.2mm筛余控制生料细度，后者对于生料易烧

4、性更加敏感。表2是在 相同的煅烧条件下，生料0.2mm筛余与熟料fCaO含量的关系。表2 0.2mm筛余与fCaO含量的关系 0.2mm筛余10.901.402.423.06fCaO0.760.841.572.24工厂的生产实践也证实了生料0.2mm筛余与易烧性的高度相关。2生料筛余与粒度分布的关系2.1生料细度对烧成影响的例证在一个使用立磨粉磨原料，且其生产能力相对于窑富裕很小的新型干法厂，生料80unB余 目标值为18%。一次生料磨因设备故障停磨检修，尽管采取了降低窑产量的措施，到重新开 磨时生料均化库库存已不足4h的窑产量。为了尽快提高生料均化库料位，避免入窑生料化 学成分的高频波动，将

5、生料80um筛余由正常控制指标的18%放宽到22%。5天后生料均化 库料位接近正常，生料80um筛余恢复到18%。期间将80um筛余放宽到22%时仅对熟料煅 烧产生了轻微的影响，熟料fCaO由0.9%上升到1.3%。生料80um筛余提高4%而没有明显 影响熟料煅烧令人颇感兴趣。开磨2周后再次进行了放宽生料80顷筛余的试验，将80顷 筛余由18%提高到22%，熟料煅烧受到了可察觉的影响，fCaO由0. 7%上升到1.8%。期 间的生料细度和均匀性系数（由80um和0. 2mm筛余计算）见表3。表3停磨前后生料细度和均匀性系数序号样品时间80 pm筛余/%0.2mm 筛余 /%均匀性系数1停磨前1

6、82.20.872开磨后222.60.963开磨后2周试验前182.10.894开磨后2周试验后223.20.90表3数据显示，开磨后生料均匀性系数由停磨前的0.87提高到0.96，生料80um筛余由18% 提高到22%，对应的0.2mm筛余由2. 2%提高到2. 6%，只提高了0. 4%，只是稍微超出可 以接受的范围，因此对熟料煅烧影响轻微。开磨2周试验，后生料均匀性系数已经由刚开磨 时的0.96降低到0.90。再次将生料80um筛余由18%提高到22%，对应的0. 2mm筛余由2.1% 提高到3. 2%，提高了 1.1%，并且已经超出可以接受的控制范围，所以对熟料煅烧有可察 觉的影响。对比

7、2号和4号数据，虽然80um筛余相同，但是由于粒度分布的变化，0. 2mm 筛余却有明显差别，并且对熟料煅烧的影响也明显不同。0. 2mm筛余的变化是由于生料粒 度分布均匀性系数的明显改变造成的。这次试验说明了生料粒度分布和0.2mm筛余对熟料烧 成的重要影响。2. 2生料筛余与粒度分布的关系利用RRSB方程计算得到不同均匀性系数时80um筛余与0. 2mm、0.15mm筛余的关系见表4。表4不同均匀性系数时80um筛余与0.2mm、0.15mm筛余的对应关系80 pm筛余/%0.15mm 筛余 /%0.2mm 筛余 /%均匀性系数。141.520.271.20201.980.461.0989

8、2.500.731.00103.143.87162.042.583.213.974.82182.613.264.004.885.87203.274.034.905.886.99224.004.865.856.958.171.130.89951.670.80000.411.19880.661.09991.021.00091.530.89992.200.80070.581.20010.911.10031.371.00092.000.90012.820.79980.801.19901.221.09921.790.99982.540.90053.510.79991.061.20011.581.0998

9、2.271.00003.160.90024.270.8007根据表4数据得出80rm、0. 2mm筛余与均匀性系数关系的诺谟图见图l,80rm、0.15mm 筛余与均匀性系数关系的诺谟图见图2。图1、图2表明，生料粒度分布的均匀性系数对0. 2mm筛余（或0.15mm筛余）有显著影响。当 80um筛余一定时，随均匀性系数的增加，0. 2mm筛余减少。当0. 2mm筛余一定时，随均 匀性系数的增加，80m筛余增加。这意味着在保证）.2mm筛余小于某个定值的前提下，提 高均匀性系数就可以放宽80um筛余，而不明显影响生料易烧性。例如，在保持0. 2mm筛余为1.5%的前提下，如果均匀性系数由0.8

10、3增加到1.12，则80um筛余可以由14%增加到 22%,生料易烧性不发生特别显著的变化。80um、0.2mm筛余与均匀性系数关系的诺谟图!&EErlca.so om I .oo Lio i 网均匀tt魏戒?-尊瑕料E气 S图2 80 um、0.15mm筛余与均匀性系数关系的诺谟图在保持0.2mm筛余等于1.5%的前提下，80um筛余与均匀性系数的关系见图3。图3 0.2mm筛余等于1.5%时80um筛余与均匀性系数的关系生产经验表明，过多的细粉对熟料煅烧没有明显促进作用，却需要增加粉磨功耗；生料磨的 产量和电耗主要与80um筛余相关，而与均匀性系数相关性较弱；0. 2mm筛余对熟料煅烧有

11、明显不利影响，应该尽量减少。因此，提高均匀性系数可以提高生料易烧性，提高产量，降 低电耗。3生料细度目标值及控制指标3. 1生料细度目标值的确定在生料细度控制中应该区分生料易烧性的需要和生料磨运行控制的需要。从提高易烧性角度 要求保证生料中粗颗粒部分能够顺利煅烧，确定生料细度指标应该以0. 2mm筛余作为依据； 控制生料磨运行应该使用80um筛余作为依据，原因是0.2mm筛余检验的相对误差过大。与国外比较，国内生料细度（80um筛余）偏细。国外新型干法水泥厂使用立磨粉磨生料， 80um筛余目标值一般为18%20%，0.2mm筛余目标值一般为1.0%2. 0%。试验确定0. 2mm筛余目标值的方

12、法是，在原料化学成分和窑热工状况稳定的时候，保持生 料率值、煤粉发热量等条件不变，改变生料细度，使0.2mm筛余在1.0%3.0%之间变化， 按JC/T735-2005水泥生料易烧性试验方法检验生料易烧性。某水泥厂的试验结果见图4。O.SmmMi 染用I图4 1450C时fCaO含量与生料0.2mm筛余关系根据图4的结果可以观察生料0. 2mm筛余与易烧性的关系，但很难确定0.2mm筛余目标值。 还需要同时观察生料细度对窑产量、熟料热耗、升重、烧失量、不溶物和物理性能的影响， 以确定适宜的0. 2mm筛余目标值。综合国内新型干法水泥厂的生产经验，并参照国外情况，0. 2mm筛余的适宜目标值在1

13、.5% 左右。各厂具体情况不同，这一目标值可以在一个不太大的范围波动。确定0. 2mm筛余目 标值时应考虑下列因素。3. 1. 1生料的易烧性1）硅质原料的矿物组成、矿物形态和晶体尺寸硅质原料主要有黏土和砂岩，它们的矿物组成不同，对生料易烧性的影响有很大差别。与黏 土比较砂岩会明显降低生料易烧性。黏土中的SiO2多数为非结晶型，矿物颗粒很细，大部分颗粒在0.11um之间。主要矿物 有高岭土、蒙脱石、绿泥石、伊利石、云母等。它们与石灰石反应的活性顺序如下：高岭土 伊利石绿泥石蒙脱石云母。黏土中的少量粗颗粒石英，如果含量0. 5%且粒径0.5mm 时会影响生料易烧性。用X射线衍射和透射电镜可以确定

14、黏土的矿物组成和矿物形态。 砂岩中含有80%以上的石英晶体。各种形态的SiO与石灰石反应活性顺序如下：非结晶型2SiO2黏土中SiO2云母中SiO2a磷石英a方石英石英。对砂岩的矿物结构分析结果表明， 不同水泥厂砂岩中的石英晶体尺寸差别很大，从几微米至几百微米，最大达到700 umo石英 晶体的大小及数量是砂岩影响生料易烧性最重要的因素。石英晶体尺寸达到125160rm 时，对生料易烧性有显著影响；200 um时对生料易烧性有特别显著的影响；30rm时对生 料易烧性影响较小。2）石灰石的矿物组成、矿物形态和晶体尺寸石灰石影响生料易烧性的主要因素有：石灰石中的石英含量、CaCO3的矿物形态和晶体

15、尺寸。 石灰石中石英含量对生料易烧性的影响与砂岩类似。对几种实际使用的石灰石的岩相分析结 果表明，石灰石中的SiO2大部分为结晶态的石英，晶体尺寸介于201500 rm。也有人发现 一些石灰石中石英晶体尺寸仅12rm。大致来说，石灰石中的石英尺寸比砂岩的石英尺寸 要小。CaCq的结晶程度越高，晶体尺寸越大，则生料易烧性越差。大理石中的CaCO3晶体属方解石 重结晶后形成的钙质变质岩，等粒镶嵌结构，晶体结构致密，晶体尺寸粗大CaCO3的晶体 尺寸可以在1010000 rm之间。石灰石的开始分解温度是其化学反应活性的一个重要标志，开始分解温度越低，化学反应活 性越高，越有利于生料易烧性。3）熟料的

16、率值（矿物组成）熟料的KH显著影响煅烧反应的难易程度，其次是SM。当KH或SM较高时，生料0. 2mm筛余 目标值可以适当降低。4）熟料率值的稳定性熟料率值的稳定性关系到窑系统热工制度的稳定。熟料率值稳定性高，生料0. 2mm筛余目 标值可以适当放宽。3.1. 2与煅烧有关的参数1）煅烧制度煅烧制度主要包括煅烧强度和速度。大型预分解窑较以往的窑型煅烧强度和速度均显著提 高，生料0. 2mm筛余目标值可以适当放宽。2）液相性质液相性质包括：最低共熔温度；液相量；液相黏度；烧结范围。这些也将影响O. 2mm 筛余目标值的大小。3）原煤质量及煤粉细度原煤灰分低、发热量高、煤粉细度细，生料0. 2mm

17、筛余目标值可以适当放宽。3. 1. 3筛余物与生料化学成分的差别80um和0. 2mm筛余物与生料SiO 2含量的差别与生料易烧性密切相关，差别较大，0. 2mm筛余目标值宜适当降低。生料粉磨细度控制的重点在于要将难以煅烧的结晶SiO2粉磨到一定的尺寸之下。80um和0. 2mm筛余物中的SiO基本上全部为结晶态，根据硅质原料难磨必难 2烧的特点，这部分SiO2将明显降低生料易烧性。对80um和0. 2mm筛余物进行岩相分析，有 助于对这部分粗颗粒的易烧性进行评估。3. 1. 4生料粉磨及相关生产过程的经济性生料的细度会显著影响生料磨的产量和电耗。在一台产量300t / h的立磨上进行的生料细

18、度 对电耗、产量影响程度的试验结果见图5。=r-lLWJW =图5生料细度对电耗、产量的影响程度（生料磨主机电耗单独计量）从图5可以看出，降低生料筛余值将增加粉磨电耗，降低磨机产量。从经济性角度来讲，确 定生料0. 2mm筛余目标值应该综合考虑上述因素。可以使用多因素线性（非线性）规划方法， 以最低成本作为目标函数，确定适宜的生料0. 2mm筛余目标值。3. 1. 5熟料的质量熟料质量是从结果上对生料0. 2mm筛余目标值适宜性的验证，也是对其进行修正的依据。1）熟料酸不溶物含量熟料中的酸不溶物几乎全部是煅烧后剩余的结晶SiO2，正常含量在0. 2%0. 3%左右。含 量过高，提示生料中难以煅

19、烧的结晶SiO2较多，或者煅烧强度不足。0. 2mm筛余目标值宜 适当降低。2）熟料fCaO目标值熟料fCaO目标值多数在0.7%1.5%左右，熟料fCaO实测值偏高或目标值低，生料0. 2mm 筛余目标值宜适当降低。3）熟料强度目标值熟料强度目标值高，生料0.2mm筛余目标值宜适当降低。3. 2生料细度控制指标确定生料0. 2mm筛余目标值以后，检验对应的80um筛余，将对应的80um筛余作为生料磨 运行控制的参数。同时由0. 2mm、80um筛余计算RRSB方程的均匀性系数。也可以通过激 光粒度分析仪检验生料粒度分布，确定RRSB方程，计算0.2mm筛余目标值对应的80um筛余。 前述2.

20、 2已经证明，在不改变80um筛余的条件下，均匀性系数的改变可以导致0. 2mm筛余 显著变化。因此，均匀性系数必须作为生料粉磨细度的控制项目之一。为了监视、控制均匀 性系数，应该以适当频率检验0. 2mm筛余，建议1次/日。只要生料均匀性系数不发生明显 变化，例如变化量小于0.05,控制80顷筛余在目标值1.5%范围内，即可保证生料0. 2mm 筛余没有明显变化，对生料易烧性没有可察觉的影响。0. 2mm筛余的数值较小，检验的相对误差较大。为了准确估计生料的粒度分布，可以用0.15mm 筛余代替0. 2mm筛余。保证较高的均匀性系数对生料粉磨控制非常重要。立磨粉磨的生料均匀性系数大于球磨机。

21、 对于球磨机，采用闭路粉磨系统、提高选粉效率、减小研磨体尺寸、适当加大磨内通风都是 提高均匀性系数的有效措施。4结论1) 0. 2mm筛余与生料易烧性密切相关，生料细度目标值应以O. 2mm筛余表达80rm筛余 是生料磨细度控制的适宜指标。生料粉磨应通过控制80um筛余和均匀性系数，使生料细度 达到0. 2mm筛余目标值。2) 生料粒度分布对0. 2mm筛余有显著影响，因而提高均匀性系数可以显著提高生料易烧性。 在保证0. 2mm筛余为1.5%的前提下，生料均匀性系数由0.83增加到1.12,则80um筛余可 以由14%增加到22%，而不显著改变生料易烧性。3) 确定生料0. 2mm筛余目标值，应该重点考虑硅质原料的矿物组成、矿物形态和晶体尺寸。 其次是石灰石的矿物组成、矿物形态和晶体尺寸。4) 80nm、0.2mm(0.15mm)筛余与均匀性系数诺谟图揭示了80顷、0.2mm(0.15mm)筛余与均匀 性系数三者之间的定量关系。5) 保持0. 2mm筛余不变，改变均匀性系数从而改变80um筛余对生料易烧性的影响程度有待 进一步研究。