2007年世界水泥市場及技術(shù)進展

　　2007年全球水泥的消費量約為25億噸，以3%的速度持續(xù)增長。自1997和1998年的經(jīng)濟挫折后，世界水泥的消費已經(jīng)恢復(fù)到了一個比較好的狀態(tài)，最近幾年更是穩(wěn)步增長，并達到有史以來的最高值。其中，中國水泥消費量的迅速增長在一定程度上極大地影響了世界水泥的整體消費量。

　　印度是世界第二大水泥消費國，近年來水泥需求正在以9%的速度增長（與GDP的增長相符），而且沒有減緩的趨勢。美國多年來一直是僅次于中國和印度的水泥消費大國，同時也是世界最大的水泥進口國，盡管2007年美國次級房貸危機影響了美國國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，同時部分國家對美國出口水泥的數(shù)量有所減少，但是這并未影響美國國內(nèi)水泥的銷售，水泥供不應(yīng)求矛盾依然明顯，價格也維持在較高水平。盡管如此，美國畢竟不是以水泥混凝土為單一建筑結(jié)構(gòu)的國家，木結(jié)構(gòu)房屋占有相當(dāng)大的比重，每年的水泥消費量一直徘徊在1億噸左右。日本雖然是第四大水泥消耗國，但是其水泥和建筑部門仍然不是很樂觀，對水泥的需求依舊呈現(xiàn)出緩慢下降的局面。韓國，在1997~1998年亞洲金融風(fēng)暴受到嚴(yán)重?fù)p害，需求量曾出現(xiàn)過大的起伏，但是隨后幾年很快恢復(fù)，近幾年也處于持續(xù)增長的階段，水泥消費量依然位居世界第五。

　　近兩年來，隨著水泥企業(yè)集團的不斷兼并重組，幾年前的世界10大水泥集團目前實力相當(dāng)?shù)姆謩e是法國Lafarge集團公司、瑞士Holcim公司、墨西哥Cemex公司、德國Heidelberg集團公司、意大利Italcementi集團公司、意大利BuzziUnicem公司、葡萄牙Cimpor水泥公司、日本Taiheiyo公司、印度Grasim工業(yè)有限公司、愛爾蘭CRH公司。目前，這10大水泥集團的生產(chǎn)能力超過世界水泥總生產(chǎn)能力的1/4。

　　當(dāng)前，中東/北非、亞洲、拉美及東歐地區(qū)，還有非洲的部分地區(qū)等新興市場普遍引起水泥行業(yè)內(nèi)大企業(yè)集團的關(guān)注。

　　世界水泥技術(shù)進展

　　根據(jù)《國際水泥石灰石膏》和《國際水泥》雜志2007年的報道，對世界水泥技術(shù)領(lǐng)域的進展分若干方面簡要綜述如下。

　　粉磨技術(shù)在水泥廠的所有工藝環(huán)節(jié)中，粉磨占有最高的資金成本和營業(yè)費用。隨著水泥生產(chǎn)者對降耗預(yù)期的不斷增長和設(shè)備供應(yīng)商的不斷努力，當(dāng)前的系統(tǒng)越來越高效。對原料粉磨，磨機能力已經(jīng)從上個世紀(jì)80年代的400t/h提高到今天的1000t/h；對熟料粉磨，預(yù)計能力現(xiàn)在已超過了300t/h；礦渣粉磨的能力已超過170t/h。

　　如今關(guān)注的焦點主要在粉磨設(shè)備的“性能”上，主要包括：粉磨到理想的細(xì)度時，電耗較低，設(shè)備運轉(zhuǎn)率超過98%，設(shè)備配置最簡單，可控制性好，維護和磨損費用低，低噪音和粉磨不同原料的靈活性，達到特定的產(chǎn)品質(zhì)量，并可處理含有水分的喂料。下表列出了所述各種熟料粉磨工藝比較的判據(jù)。

　　聯(lián)合粉磨工藝是采用將輥壓機和球磨機結(jié)合起來粉磨的形式，用于初粉磨和半終粉磨。聯(lián)合粉磨工藝是增加現(xiàn)有球磨的能力和減少電耗最重要和最常用的方法。在輥壓機中完成終粉磨的比例越大，該工藝節(jié)省的能量就越高。通常情況下，輥壓機都布置在一個靜態(tài)或靜動態(tài)選粉機的前面。而目前一項新的發(fā)展是聯(lián)合粉磨帶一個下游的單倉球磨，這種配置可以使輥壓機的能量利用最大化，球磨機喂入來自輥壓機的細(xì)物料。

　　在立磨中，烘干、粉磨、選粉和物料輸送都發(fā)生在磨機內(nèi)。所要求的產(chǎn)品越細(xì)和喂料越干燥，粉磨工藝越困難，因為這些因素增加了所磨物料的流動性，因而削弱了粉磨料床的形成。國外的立磨制造商通過利用不同的粉磨原理和工藝技術(shù)方案，嘗試補償不同的邊界條件，在磨盤上開槽或形成研磨槽來穩(wěn)定地形成料床。立磨的另一發(fā)展趨勢是提高磨機的能力。對熟料粉磨，300t/h的立磨已經(jīng)投入運行，而在原料粉磨方面，最大的立磨產(chǎn)量已經(jīng)超過了800t/h。

　　臥式輥磨具有類似于立磨的優(yōu)點，但工藝要更加復(fù)雜。同輥壓機一樣，臥式輥磨有一個利用斗式提升機的外部物料循環(huán)和一個下游的選粉機。料床在磨內(nèi)離心力的幫助下形成。喂料投入要優(yōu)于基于壓縮應(yīng)力原理工作的其他磨機。臥式輥磨的可靠性和運轉(zhuǎn)率與其他的粉磨工藝相當(dāng)，但是相比之下其性能范圍要差一些。

　　在今后一段時間里，粉磨技術(shù)仍將是繼續(xù)向較大的磨機發(fā)展的趨勢，而磨機系統(tǒng)發(fā)展和粉磨原理的提升空間已經(jīng)很有限。對于利用輥壓機進行聯(lián)合粉磨和終粉磨的工廠而言，動靜態(tài)選粉機性能范圍和應(yīng)用可能性將會有所擴展。主要目標(biāo)是針對原料和礦渣中較高的水分含量，同時簡化整個工藝流程。改進方式已經(jīng)可以見到，即在輥壓機的后面增加使用單倉球磨。然而，臥輥磨在能力方面還沒有顯示出有何較大的增長。預(yù)計立磨進一步的細(xì)化旨在提高可靠性和改進料床的形成，其他必要的優(yōu)化措施主要涉及到減速機的可靠性，各種系統(tǒng)部件設(shè)計的可靠性，包括選粉機、風(fēng)機和收塵器，以及預(yù)防喂料設(shè)備因結(jié)皮而堵塞。

　　在可預(yù)見的未來，立磨粉磨水泥會在更大的范圍內(nèi)展開，成為水泥廠節(jié)電的另一大技術(shù)追求目標(biāo)。

　　預(yù)熱器/分解爐技術(shù)目前帶有5級旋風(fēng)筒的預(yù)熱器被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)配置。生產(chǎn)能力為6000t/d以下的生產(chǎn)線安裝單系列預(yù)熱器，旋風(fēng)筒直徑為10m。產(chǎn)能更高的生產(chǎn)線采用雙系列，有時是4系列的預(yù)熱器。各種規(guī)模的設(shè)備一般都采用分解爐，而管道式分解爐的應(yīng)用已成為一種趨勢，在任何情況下都可以將來自冷卻機的三次風(fēng)通入分解爐或分解爐的管道中。為了滿足低NOx排放量和燒低反應(yīng)性及大顆粒替代燃料的要求，可以采用不同的模數(shù)。

　　窯技術(shù)的發(fā)展完全可以按照原材料和通過主燃燒器入窯的低反應(yīng)性燃料的要求選擇回轉(zhuǎn)窯，通常要求用較長的窯。根據(jù)窯的規(guī)模，可以采用直接設(shè)置在入料一側(cè)的托輪站上或兩個托輪站上的機電方式或電力液壓方式進行驅(qū)動，這種窯最早于1993年投入運行。由于在預(yù)熱器和分解爐中生料幾乎完全分解，窯中無需分解帶，這就意味著回轉(zhuǎn)窯可以小一些，因此也將更便宜。所產(chǎn)生的結(jié)果是，目前L/D比小于13的兩支點(兩檔窯)回轉(zhuǎn)窯在市場上已占主導(dǎo)地位，尤其是產(chǎn)能低于6000t/d的小型和中型窯。

　　耐火材料技術(shù)預(yù)熱器/分解爐系統(tǒng)所用的耐火材料主要采用磚，少量為澆注料。這主要是由于磚的使用壽命長，優(yōu)勢明顯，隔熱性均勻，錨固件數(shù)量較少因此不易腐蝕。另外，耐火混凝土隔熱性能的提高正促使傳統(tǒng)三層磚襯被更有效的兩層襯所代替。

　　對于現(xiàn)代化窯爐來說，單位平均耐火磚消耗量接近150～350g/t熟料，這主要取決于窯的運行方式、磚的質(zhì)量、所用的替代燃料和二次風(fēng)溫度等因素。新廠的標(biāo)準(zhǔn)襯由接近65%的成型磚和35%的不定形耐火材料組成，磚在回轉(zhuǎn)窯中所占的比例為99%?，F(xiàn)在，由于采用的是短窯和長燒成帶，L/D比為10，有時候窯中只使用堿性耐火材料和使用較高比例的耐堿磚。

　　冷卻機技術(shù)在現(xiàn)代的窯設(shè)備中，熟料冷卻機通常為篦式冷卻機。冷卻機必須同時對來自于回轉(zhuǎn)窯、結(jié)圈坍落和煅燒過程中出現(xiàn)的其他干擾做出補償。傳統(tǒng)類型的往復(fù)式篦冷機，篦子在輥軸上運行，并帶有交替處于靜止和運動狀態(tài)的篦板，它不僅能冷卻熟料，而且還能傳輸熟料，但現(xiàn)在已經(jīng)不使用了。現(xiàn)代化的篦冷機在設(shè)計上更多地采用組合方式，使之能在不同產(chǎn)能的窯中使用。最新一代的篦式冷卻機的運轉(zhuǎn)率可以大于99%，運行時篦板無漏料，篦板磨損非常低，所需冷卻空氣量少，由熟料帶入的熱量的回收也處于最佳狀態(tài)，熱效率可以達到70%以上。

　　水泥微觀領(lǐng)域的研究熱點化學(xué)激發(fā)材料或非傳統(tǒng)水泥的研究仍然方興未艾，各個主要國家的重要研究機構(gòu)近年來均投放了可觀的團隊進行研究。針對非傳統(tǒng)水泥的諸多不確定性因素的特點，德國的科學(xué)家提出在制品廠預(yù)制構(gòu)件的思路頗具新意和創(chuàng)建性，或許可以為爭論不休的新一代膠凝材料產(chǎn)品投放市場指明一條光明大路。

　　和EMC水泥在美國的工業(yè)化應(yīng)用發(fā)展同步，意大利和東歐的研究成果分別表明，火山灰類材料的超細(xì)粉磨顯示出了優(yōu)異的性能，更加明確了粉煤灰等工業(yè)廢棄物資源化增值利用的發(fā)展方向。

　　值得注意的一個最新研究動向是納米水泥與建材的研究。25年前，美國已經(jīng)成功獲得納米水泥的研究成果。20多年的應(yīng)用表明，納米水泥制作的混凝土構(gòu)筑物比傳統(tǒng)水泥混凝土質(zhì)量好、壽命長，符合可持續(xù)發(fā)展的方向。受美國納米水泥應(yīng)用結(jié)果的鼓舞，歐洲主流研究機構(gòu)近些年開始投入力量進行納米水泥和建材的研究。根據(jù)最新的研究報道，納米水泥和建材不但可以使傳統(tǒng)建筑大大減輕重量，降低資源消耗，還可以實現(xiàn)人們長期以來夢寐以求的長壽命建筑的美好愿望。