胡先岐合理有效的粉磨控制是水泥工業節能的重要手段

胡先岐：合理有效的粉磨控制是水泥工業節能的重要手段

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主編：胡先岐

對水泥（熟料）的粒度控制在節約能源、降低原料消耗以及增加混合材摻量等方面的重要作用，目前只有少數企業開始有較深的正確認識。其實，通過改善水泥的粒度與級配，節能降耗的潛力是非常大的。
　　
　　1.控制水泥粉磨的主要參數
　　
　　水泥粉磨的控制，主要有細度、比表面積和SO3含量測定等。檢測水泥細度（包括比表面積）的作用是通過細度的變化調整水泥粉磨工藝參數，進而控制水泥產品的質量，是一個工藝性控制參數或指標。由于我國水泥工業起步晚、工藝落后，粉磨細度粗，同時為了防止非粉磨原因造成的大顆粒進入成品，影響水泥的使用，我國在通用水泥產品標準中規定了80μm篩余的技術指標，并沿用至今。
　　
　　1.1細度
　　
　　水泥的細度就是水泥的粒度。它直接影響著水泥的凝結、水化、硬化和強度等一系列物理性能。在一定的粉磨工藝條件下，水泥強度與其有著一定關系：水泥的篩余量越小表示水泥越細，強度越高。
　　
　　使用80μm篩余控制水泥質量的不足之處：
　　
　　①當水泥磨得很細時，如80μm篩篩余小于1％，控制意義就不大了；②當粉磨工藝發生變化時，細度值也隨之變化。如開流磨篩余值偏大，圈流磨篩余值偏小，很難根據細度來控制水泥強度；③用＞80μm顆粒含量對水泥質量控制還不能全面反映水泥的真實活性。
　　
　　1.2比表面積
　　
　　水泥比表面積與水泥性能與細度相比，已存在著較好的關系。但用比表面積控制水泥質量時，主要也有下述兩方面的不足：
　　
　　①比表面積對水泥中細顆粒含量的多少反映很敏感，有時比表面積并不很高，但由于水泥顆粒級配合理，水泥強度卻很高。
　　
　　②摻有混合材料的水泥比表面積不能真實反映水泥的總比表面積，如摻有火山灰質混合材料，水泥比表面積往往會產生偏高現象。
　　
　　1.3粒度分布與顆粒特征
　　
　　水泥的粒度分布如接近于理想分布，則水泥強度可明顯提高，80μm篩余或比表面積均難以準確反映水泥的粒度分布，按GB/T17671-1999檢驗的水泥強度與水泥的比表面積在許多時候沒有明確的相關關系，30μm篩余或45μm篩余是水泥粉磨過程適宜的控制指標，在使32μm篩余或45μm篩余處于控制范圍的同時，還應該對RRB分布曲線的特征粒徑和均勻性系數（n）進行控制，定期檢查和控制水泥的粒度分布是非常必要的。
　　
　　我國實物水泥80μm篩余基本小于4%，甚至接近1%，已處于水泥顆粒分布的末端，偏離RRB直線，失去反映水泥顆粒組成的作用，對磨機工況的反應不再敏感，因此80μm篩余無論從保證產品質量的角度，還是從調整粉磨工藝參數、控制水泥性能的角度都失去了它應有的作用。
　　
　　2.幾個逐漸被認可的理論觀點
　　
　　⑴水泥顆粒只有與水發生反應，才有膠凝作用，沒有被水化的部分只起骨架作用。研究表明小于1μm的顆粒在與水的拌和過程中就*水化，對混凝土澆筑體的強度沒有貢獻。水泥顆粒28天的水化深度為5.48μm，即大于11μm粗的顆粒均不能被*水化，未被水化的內核對混凝土的28天強度也沒有貢獻；⑵在相同條件下，粉磨能耗與顆粒的表面積成正比。因此，顆粒越小，單位重量所消耗的粉磨能量越多；⑶水泥的合理顆粒組成是指能zui大限度地發揮熟料的膠凝性和具有zui緊密的體積堆積密度。熟料膠凝性與顆粒的水化速度和水化程度有關，而堆積密度則由顆粒大小含量比例所決定。
　　
　　的狀況是：水泥中熟料的顆粒級配應滿足*性能的級配要求，而<3μm特別是<1μm的顆粒則為混合材（或礦物摻合料），如石灰石粉、粉煤灰、礦渣粉等。這些<3μm的細粉狀混合材填充于水泥熟料顆粒之間的空隙，使水泥顆粒的堆積趨向緊密，向Fuller曲線靠攏。
　　
　　3.措施
　　
　　3.1比表面積與45μm篩余相結合,可有效控制水泥的合理顆粒組成。水泥細度的提高是在大多數企業粉磨工藝比較落后和采用80μm方孔篩篩余控制細度的條件下取得的，因此可以認為多數水泥企業的水泥顆粒組成處于不合理的狀態。
　　
　　如前所述，水泥的合理顆粒組成是指能zui大限度地發揮熟料的膠凝性和具有zui緊密的體積堆積密度。熟料膠凝性與顆粒的水化速度和水化程度有關，而堆積密度則由顆粒大小含量比例所決定。采用45μm篩余可以使企業了解水泥中有效顆粒的含量，而使用比表面積可及時掌握與水泥需水性等密切相關的微細顆粒的含量。二者相結合進行粉磨工藝參數控制，將使水泥性能達到*化。
　　
　　3.2顆粒特征與粒度分布的合理控制
　　
　　與水泥的物理性能（特別是強度）密切相關的當屬水泥中熟料及混合材的粒度分布。熟料的粒度分布會影響熟料的水化速度、一定時間內的水化程度、標準稠度需水量、混凝土的水灰比。熟料與混合材的粒度分布共同決定了水泥顆粒的zui緊密堆積密度。如前所述，我國多數水泥廠的現實情況是，使用80μm篩余或比表面積作為粉磨過程例行控制的依據，對水泥的粒度分布較少關注，80μm篩余或比表面積與顆粒分布均沒有很好的相關關系。
　　
　　經驗表明，在粉磨設備及其運轉參數沒有明顯改變時，32μm篩余或45μm篩余能夠很好地反映顆粒分布。使用32μm篩余或45μm篩余為粉磨過程例行控制的依據，在粉磨設備及其運轉參數稍有改變時，可以通過簡單的調節，比如選粉機的轉數（風量），使32μm篩余或45μm篩余還保持在控制目標之內，因此，使用32μm篩余或45μm篩余可作為粉磨過程例行控制的依據，但若粉磨設備及其運轉參數發生明顯改變時則不能很好反映粒度分布。
　　
　　有一種比較簡便的方法可以大致判斷粒度分布是否正常，如果使用32μm篩余或45μm篩余作為粉磨過程例行控制的依據，并且32μm篩余或45μm篩余處于正常控制范圍，可以增加測定另一個63μm的篩余，將測得的篩余與以往粒度分布正常的數據進行比較，如果增加測定的篩余數據與以往粒度分布正常的數據具有明顯區別，則提示粒度分布可能具有明顯變化。
　　
　　3.3優化水泥顆粒級配的技術途徑
　　
　　水泥顆粒的級配應從兩方面改善。一是<3μm顆粒既要滿足*性能級配的要求，又要盡量滿足Fuller曲線緊密堆積的要求；二是要減少＞60μm的顆粒。
　　
　　⑴熟料與易磨性好的混合材共同粉磨。在熟料中加入一些易磨性好的混合材如石灰石、粉煤灰等共同粉磨。由于這些混合材易磨性好，因此在水泥顆粒中，混合材的粒徑比熟料的小。可以期望，共同粉磨工藝中的石灰石或粉煤灰應該能提供更多的<3μm顆粒，從而優化水泥的顆粒級配。
　　
　　⑵難磨的混合材與熟料分別粉磨。混合比熟料難磨的混合材宜采用分別粉磨然后混合的方法。例如礦渣的粉磨功指數為23kWh/t，比熟料的16.4kWh/t高。若用共同粉磨的方法，礦渣的粒徑比熟料的粗。共同粉磨時，水泥的比表面積為350m2/kg時，礦渣的比表面積只有230~280m2/kg。因此要分別粉磨。也可先對難磨的礦渣進行預粉磨，再與熟料共同粉磨，但效果不如分別粉磨好。
　　
　　⑶在預拌混凝土時加入磨細礦物摻合料，改善膠凝材料（或水泥）的顆粒級配。在預拌混凝土生產中已廣泛采用摻入礦物摻合料的技術，主要是為了節約水泥、降低成本和提高混凝土的耐久性。但對摻入礦物摻合料改善水泥顆粒級配、減少混凝土拌合物單方用水量和提高和易性的認識還不足。要改善水泥的級配，礦物摻合料的粒徑必須比水泥的粒徑小，為水泥粒徑的0.414倍或更小。就目前所常用的礦物摻合料來看，礦渣粉的比表面積在450m2/kg或45μm篩余<12%，否則不易達到改善水泥顆粒級配的目的。
　　
　　3.4合理使用助磨劑
　　
　　很多助磨劑是集助磨、增強、改善性能、降低成本為一體的高科技產品，是生產綠色高性能水泥的重要技術措施。其作用原理是：通過助磨功能提高磨機產量，提高比表面積，從而提高水泥強度。水泥增強劑的增強功能主要是添加劑中的化學物質與水泥及混合材中的鈣、硅、鋁等進行化學反應形成有助水泥增強的水化產物，同時造成水泥中氧化物的晶格缺陷，提高其反應活性。應用復合水泥功能添加劑技術在不增加固定資產投資、不改變生產工藝的情況下，達到提高水泥產質量、降低成本、生產綠色高性能環保水泥的目的。北京PG水泥廠就是在采用分別粉磨和合理使用山東宏藝科技有限公司生產的助磨劑后，用一噸熟料生產出了3噸水泥。
　　
　　3.5粉磨系統磨機的圈流改造已逐漸成為水泥行業技術升級的技術趨勢。
　　
　　圈流系統比開流系統具有6點優勢：
　　
　　⑴圈流磨內過粉磨現象少。磨機的產量比同規格開流粉磨系統高；⑵單位電耗低。產品細度要求越細，圈流粉磨系統的單位電耗越低。⑶成品的細度穩定和調節容易。當其他條件不變時，0.08mm篩篩余一般波動范圍在±1%以內。當水泥的品種變更或細度指標作大的改動時，只需調節分級設備，相當方便；⑷能進行選擇性粉磨。在選粉機的作用下，易磨及活性低的組分（如易磨混合材和燒結不足的熟料）由于比重小，一旦粒度合格，即被作為細粉選出；而難磨且活性高的熟料組分，由于比重大，不易被作為成品選出而磨得較細，從而有利于水泥強度的發揮。由于具有選擇性粉磨作用，圈流粉磨系統對粉磨易磨性差別大的混合物料更為適用；⑸成品的粒度較均齊，過粗和過細的顆粒均較少，顆粒組成比較理想。磨制水泥時，成品中3～30μm顆粒的比例較大；⑹散熱面積大，磨內溫度低。圈流粉磨系統的料球比小，研磨體彼此沖擊產生的熱量少；磨內物料通過量大，風速高，在選粉和輸送過程中已散發了大量的熱。由于上述原因，磨內溫度比開流粉磨系統低20℃～30℃。 安徽省鳳形耐磨材料股份有限公司專業生產高鉻球、低鉻球、球磨機鋼球、粉磨機鋼球等各種專業耐磨材料！
胡先岐鳳形：  

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