高長明：國內(nèi)外水泥立磨的應用歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展

  一、水泥立磨的發(fā)展歷史與應用現(xiàn)狀

  上世紀90年代，歐美國家水泥工業(yè)在生料立磨工業(yè)生產(chǎn)應用十分成功的基礎(chǔ)上開始試驗釆用立磨來磨制水泥，初期的生產(chǎn)實踐表明，除了預先已估計到的磨機結(jié)構(gòu)強度、振動和磨耗等問題外，還發(fā)現(xiàn)了立磨水泥的施工性能與當時廣泛采用的圈流球磨的相比有所改變，主要表現(xiàn)是其標準稠度需水量稍高，水泥漿體流動度稍差，早期強度稍低等。生產(chǎn)實踐中，人們很快就發(fā)現(xiàn)立磨水泥施工性能變化的原因主要源于其水泥平均粒徑與顆粒組成分布的變化所引起的。因為這種情況在30多年前的1960年前后曾經(jīng)發(fā)生過，當時水泥粉磨系統(tǒng)正當由開流管磨進化提升為圈流球磨之際，曾經(jīng)因圈流球磨水泥施工性能“稍差”，而在歐美水泥界引發(fā)了長達近10年的所謂水泥粉磨應采用開流抑或圈流之爭論與猶豫（筆者當時曾投稿國外發(fā)表拙見）。幾經(jīng)水泥行業(yè)自身在工藝設(shè)備等方面的改進，以及與混凝土施工方面的協(xié)調(diào)合作，這個問題終于獲得妥善解決。水泥圈流粉磨系統(tǒng)由此取代了開流管磨而迅速發(fā)展推廣?；谶@個經(jīng)驗，1990年歐美再次遭遇所謂立磨水泥性能問題時，水泥行業(yè)和混凝土行業(yè)在心理上和技術(shù)上都比較“輕車熟路”，從容應對，很快解決了問題，為水泥立磨的順利推廣創(chuàng)造了有利條件。2015年歐美水泥立磨的選用率已達60%左右。

  隨著時間的推移，水泥立磨系統(tǒng)在機械結(jié)構(gòu)強度、傳動減速機、磨機振動、襯板磨損、可靠性和運轉(zhuǎn)率，以及對其水泥性能靈活方便的調(diào)控等諸多方面均有不斷的改進和逐漸完善。在歐美到2000年，水泥立磨已克服了各種難題，表現(xiàn)出其高效、經(jīng)濟、節(jié)能、噪音小、占地少的優(yōu)點，受到廣大用戶的歡迎。世界（除中國大陸外）新建水泥項目水泥粉磨系統(tǒng)中立磨的選用率，由2000年的15%提升到了2005年的45%，如圖1所示。之后在美國表仍保持這個勢頭，2015年其水泥立磨的選用率繼續(xù)上升到70%。但是全球（除中國大陸外）則微升到53%。根據(jù)德國溫斯頓（OneStone）咨詢公司的報告，2015年全球（除中國大陸外），投產(chǎn)的約有2610臺套水泥粉磨系統(tǒng)，其中共有水泥立磨538臺，約占當年水泥總產(chǎn)量的23%（4.14億噸）。

  我國水泥工業(yè)采用水泥立磨最先始于2005年，由云南昆明東駿水泥廠引進史密斯公司的兩臺OK 33-4立磨，用以生產(chǎn)水泥和細磨礦渣，開創(chuàng)了我國水泥立磨的先河，實現(xiàn)了零的突破。因為水泥立磿在東駿廠的成功應用及其良好的運行實踐，使水泥立磨在國內(nèi)新建水泥項目中開始取得一席之地。到2010年水泥立磨系統(tǒng)在國內(nèi)的選用率上升為8%。通過實踐，水泥立磨系統(tǒng)的優(yōu)點逐漸獲得較多用戶的認可，略顯推廣之勢，2015年其選用率已達30%（圖1）。2000~2015年，各供應廠商在我國銷售立磨累計臺數(shù)統(tǒng)計，如表1所列。2015年我國水泥廠投產(chǎn)的水泥（礦渣）立磨已有210臺之多，約占當年水泥總產(chǎn)量的9% （2.16億噸）。

  二、水泥立磨在我國進一步推廣選用的主要障礙

  雖然國內(nèi)外600多臺水泥立磨長期生產(chǎn)的實踐業(yè)已表明，與輥壓機+球磨的粉磨系統(tǒng)相比，水泥立磨具有節(jié)電、省投資、生產(chǎn)成本低、噪音低、改變產(chǎn)品品種（水泥、礦渣粉）迅速方便、占地少、露天設(shè)置等諸多優(yōu)點。但在不少中國水泥企業(yè)的心里，多少仍有一些所謂立磨水泥性能或許不及半終系統(tǒng)的“擔憂”，唯恐殃及其水泥的市場銷路?；仡櫠嗄陙砼c國外專家的交往，筆者發(fā)現(xiàn)國際上，無論是發(fā)達國家、興新國家或者較后進國家的同行們，他們似乎基本上沒有這種“擔憂”，對這事並不太在意。因為發(fā)達國家的同行們是“過來人”，有親身經(jīng)歷，毋須“擔憂”。新興國家和較后進國家的同行們則在得知已有600多臺水泥立磨成功運行的事實后，往往很快就會打消這種道聽途說的“擔憂”。唯獨我們中國的專家同行們何以仍有如此這般強烈的“擔憂”呢？

  筆者分析認為，這顯然與過去50多年來我國各省、地、市、県、村已經(jīng)完全十分習慣于使用圈流球磨水泥和輥壓機半終水泥有關(guān)；因其在我國作為唯一形態(tài)的水泥，應用規(guī)模數(shù)量極大，達380億噸：地域空間極廣，遍布全國：延續(xù)時間極長，超過半個世紀：累計建材建筑員工數(shù)量極大，近兩億人。所以我國水泥混凝土建筑行業(yè)對其已養(yǎng)成了固定的習慣，心理上和生產(chǎn)操作上的習慣定式極其頑強，短期內(nèi)要它們接受新來乍到的立磨水泥，首先在心理上就是一道障礙，要在全國范圍消除這種心理障礙是須要一定時間的。這正是我國水泥工業(yè)的發(fā)展歷史所造成的特殊情況，也是水泥立磨在我國進一步推廣，提高立磨水泥在水泥總產(chǎn)量的占比（例如由2015年的9%上升到2020年的15%左右）所面臨的第一個障礙，亦是主要障礙。

  第二個障礙是傳說的所謂水泥立磨系統(tǒng)復雜，難以操作掌控。這個障礙比較簡單，容易解釋清楚。因為它僅涉及水泥立磨系統(tǒng)生產(chǎn)操作管理方面的技術(shù)問題。事實上，現(xiàn)今的水泥立磨系統(tǒng)已經(jīng)具備完善的全面調(diào)控其水泥產(chǎn)品施工性能的手段和方法，可以確保立磨水泥的粒徑組成與分布、特征粒徑、均勻性系數(shù) （RRB曲線斜率）、需水量、流動度、水泥早期強度等各項指標，即使不是優(yōu)于，但至少不會遜于圈流球磨水泥的。完全可以實現(xiàn)水泥有關(guān)性能調(diào)控的全覆蓋（圖2），而且調(diào)控方便，及時精確，響應迅速。其調(diào)控手段主要有四項，即擋料圈高度、磨內(nèi)風量（風速）、粉磨壓力和選粉機轉(zhuǎn)速；各項手段的調(diào)控范圍與精度，及其對水泥性能的影響，如表2和表3所列。相應地，在不同擋料圈高度的情況下，粉磨壓力與水泥粒徑組成的均勻性系數(shù)的相互變化關(guān)系；以及在不同磨內(nèi)風量（風速）情況下，選粉機轉(zhuǎn)速與水泥均勻性系數(shù)的相關(guān)性，分別如圖3和圖4所示。按照表3的操作指南可以釆取單項或多項綜合調(diào)控的手段，在生產(chǎn)實踐中逐步掌控調(diào)節(jié)水泥成品的各項性能，完全可以達到滿足市場需求的目的。

  在水泥立磨試生產(chǎn)的初期，采取上述各項調(diào)控手段和方法，同時通過與混凝土客戶方的溝通協(xié)調(diào)合作，一般在1~2個月之內(nèi)就可以完成相互適應的過程，逐步趨于正?；１救?005年下半年，在東駿廠OK 33-4水泥立磨的調(diào)試中就體驗了這個過程，這項工作水泥廠的一般生產(chǎn)技術(shù)人員均可以勝任。到2006年初，東駿廠的水泥頗受昆明市場青睞，售價稍高，客戶歡迎。OK 33-4水泥立磨從試生產(chǎn)到宣告立磨水泥在我國市場首獲成功，總共不到半年時間。至今這兩臺水泥（礦渣）立磨已經(jīng)順利運轉(zhuǎn)了12年，東駿廠甚表滿意。

  至于立磨水泥與球磨水泥各項性能指標的比較，國內(nèi)外發(fā)布的實踐數(shù)據(jù)已多達百余套，我國的合肥院、天津院和一些水泥廠都有不少這方面的成果報導，所有的結(jié)論對立磨水泥都是肯定的，茲不一一列舉。這里特別推舉江西亞東的數(shù)據(jù)就足以說明問題。2007年開始，江西亞東繼云南東駿之后，成為我國第二位引進選用水泥立磨系統(tǒng)的廠家。如果說2003年東駿決定首先選用水泥立磨，的確具有“吃螃蟹”的遠見和勇氣，令人欽佩。那么亞東2006年做出選用水泥立磨的決策則是十分清晰的、精明的。因為這是亞東通過全面評估后所采取的胸有成竹的舉措，體現(xiàn)了其管理層科學前瞻的素養(yǎng)。另外，因江西亞東在同一個工廠既有輥壓機+球磨的半終水泥，又有立磨水泥，兩者都是采用相同的熟料、混合材、石膏共同粉磨成同樣品種和標號的水泥，對比條件十分完美（國外也有這樣的實例）；加之江西亞東的生產(chǎn)操作管理水平上佳，取樣化驗檢測嚴謹，數(shù)據(jù)準確可靠。故亞東的對比數(shù)據(jù)和結(jié)果必將具有更強的說服力，足以令人心悅誠服。

  表4是亞東2008年前后多次試驗，在正常生產(chǎn)運轉(zhuǎn)情況下，每次在1個月內(nèi)節(jié)奏均勻地連續(xù)并行提取17個對比試樣檢測數(shù)據(jù)的平均值，具有高度的代表性和客觀性。

  通過上述對比試驗，亞東的結(jié)論是：“人們對立磨水泥所擔憂的需水量、水泥漿體流動度和水泥早期強度等指標均完全達標，并略優(yōu)于一般傳統(tǒng)的球磨水泥。立磨水泥的單位電耗比輥壓機+球磨的節(jié)省4~6kWh/t，較圈流球磨的節(jié)電12 kWh/t以上”（《中國水泥》 2009年 第10期 49~52頁）。其實這個結(jié)論與當時國內(nèi)外已有的對比試驗結(jié)果并無二致，我們現(xiàn)在慎審地重溫這個結(jié)論后，不知至今尚存這類擔憂的諸位同行們，此刻是否會開始重新思考打消顧慮，或?qū)鷳n轉(zhuǎn)變?yōu)榛沮呌诳梢苑判牧四?？?

  截止2015年底，史密斯公司在全球水泥廠運轉(zhuǎn)的水泥管磨和球磨機約有400多臺，水泥半終粉磨的輥壓機約80臺，水泥（礦渣）立磨約135臺。根據(jù)這些磨機實際生產(chǎn)運行的大數(shù)據(jù)分析，篩選出三種水泥粉磨系統(tǒng)的生產(chǎn)和維修費用等具有代表性的統(tǒng)計平均值，如表5所示。

  表5的數(shù)據(jù)完全源于史密斯公司現(xiàn)有的水泥粉磨機的大數(shù)據(jù)分析，系世界各國的代表性平均數(shù)，或可供粗略地相對定量參考。由此可知，水泥立磨的生產(chǎn)運行與維修費用、研磨介質(zhì)的金屬磨損、相對噸投資均較水泥圈流球磨和輥壓機+球磨的半終粉磨系統(tǒng)的低。

  三、水泥立磨的發(fā)展

  水泥立磨的發(fā)展主要表現(xiàn)為大型化或超大型化。例如史密斯公司最大型的OK磨已發(fā)展為OK 62-6，水泥產(chǎn)能達750t/h，礦渣為550 t/h，磨盤直徑8.2m，6個磨輥，傳動功率12000~16000kW，如圖5和圖6所示。OK 62-6立磨適用于10000~12000 t/d 熟料（水泥）生產(chǎn)線和年產(chǎn)400萬噸的水泥（礦渣）粉磨站。

  水泥立磨發(fā)展的另一個表現(xiàn)就是智能化，立磨系統(tǒng)可以按照客戶對水泥性能，特別是施工性能的要求，將規(guī)定的指標預先設(shè)置于智能操作系統(tǒng)的內(nèi)存中，在立磨的生產(chǎn)轉(zhuǎn)運中智能軟件會斷續(xù)地實時監(jiān)檢各項指標，并及時進行自動調(diào)控與跟蹤檢測，使水泥性能始終處于監(jiān)管生產(chǎn)之中。

  目前，立磨智能化系統(tǒng)，包括其運行經(jīng)濟指標和產(chǎn)品性能質(zhì)量監(jiān)控與調(diào)節(jié)等功能，已進入工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)試驗和研發(fā)調(diào)試改進階段，不久或?qū)⑼斗攀袌?。?jù)有關(guān)研發(fā)專家反映，立磨智能系統(tǒng)相比于輥壓機+球磨的半終粉磨的享有較大的優(yōu)勢。因為其設(shè)備少系統(tǒng)簡單，調(diào)控手段針對性強，目標準確，調(diào)控方便快捷，反饋響應迅速，研發(fā)技術(shù)難度較小，這對于立磨智能化系統(tǒng)早日投入實際應用是重要的有利條件。

  四、結(jié)語

  現(xiàn)今在世界水泥工業(yè)的水泥粉磨系統(tǒng)領(lǐng)域中，廣泛應用的主要有圈流球磨、輥壓機+球磨半終和立磨三種系統(tǒng)，開流管磨己很少再選用了，筒輥磨仍在努力試圖開拓中，輥壓機終粉磨可能是準備新嘗試的一個選項。

  關(guān)于水泥施工性能的問題，100年前，世界上就只有一種水泥開流管磨，因別無選擇，當時人們對所謂水泥施工性能又知之甚少。所以就自然而然地接受了開流管磨。誰知這一接受就是半個多世紀，使水泥和混凝土行業(yè)對開流管磨水泥養(yǎng)成了根深蒂固的習慣。待到1960年前后，當開流管磨向圈流球磨進化轉(zhuǎn)型之際，歐美等發(fā)達國家卻對由此而引起的水泥施工性能的變化產(chǎn)生了強烈的“糾結(jié)”，甚至爭論猶豫了近10年， 最終還是圈流球磨取代了開流管磨，因為技術(shù)進步是永恒的主題。

  然而當時對于歐美的那種“糾結(jié)”，我們中國卻似乎沒有什么感覺，因為我們那時還遠沒有發(fā)展到能有所感覺的階段。目前正當水泥立磨在我國逐漸推廣之際，卻因水泥性能變化，在我國水泥混凝土行業(yè)重演了一場1960年前后那種歐美式的“糾結(jié)”，產(chǎn)生了對推廣水泥立磨的心理障礙。歷史告訴我們，這種現(xiàn)象是有其根源的，是可以理解的。

  但是可以肯定的是，我國現(xiàn)今的“糾結(jié)猶豫”時間決不可能那么長，最終的預期結(jié)果一定是樂觀的。事實上水泥立磨在我國已經(jīng)形成潮流之勢，進入了逐漸推廣的軌道。因為各種水泥粉磨工藝裝備技術(shù)系統(tǒng)都在不斷地創(chuàng)新進化演變之中，每一家用戶都會按照現(xiàn)實的具體情況及其最重要的關(guān)注點來選擇最適合自己的水泥粉磨裝備，人們應該尊重每一位業(yè)主的自主選擇。

  誠然，各種水泥粉磨系統(tǒng)或多或少都各有所長和不足之處，何況各種創(chuàng)新和技術(shù)進步也是不斷發(fā)展的。作為業(yè)界專家傳播介紹新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備時的主要聀責和操守是，結(jié)合當前實際，客觀、公正、公平、如實地將有關(guān)資料、數(shù)據(jù)和信息（含個人觀點建議）提供給公眾，供行業(yè)同好諸君參考評議，相互探討，共同提高。

  編者按：由本網(wǎng)主辦的“2017第九屆國際粉磨峰會”將于7月27-29日在江蘇徐州舉行，本屆峰會以“挑戰(zhàn)20度粉磨能耗”為主題，邀請行業(yè)專家深度探討生料制備分別粉磨、水泥聯(lián)合（半終）粉磨、立磨終粉磨系統(tǒng)、陶瓷球應用等課題，并舉行互動論壇，現(xiàn)場解答疑問、交流經(jīng)驗。

  附件：2017第九屆國際粉磨峰會紅頭文件及報名表