水泥磨节能降耗

水泥粉磨系统节能降耗的技术分析

2012-1-3作者:

水泥颗粒是一种人工粒体，水泥的群体颗粒具有高比表面积（单位质量物质的二相界面面积）与多分散性（某一样品中每一颗粒都不尽相同）的两大特征。

水泥的粉体状态的一般表达：磨细程度（细度和比表面积）、颗粒分布和颗粒形貌。

1、水泥细度

水泥的粒度就是水泥的细度。水泥细度直接影响着水泥的凝结、水化、硬化和强度等一系列物理性能。

我国水泥标准规定水泥产品的细度80μm方孔筛筛余不得超过10%。控制细度的方法简单易行，在一定的粉磨工艺条件下，水泥强度与其细度有着一定关系。水泥的筛余量越小表示水泥越细，强度越高。但用这一方法进行水泥质量控制还存在较多问题：

⑴当水泥磨得很细时，如80μm方孔筛筛余小于1%，控制意义就不大了。国外水泥普遍磨得很细，所以在国外水泥标准中几乎全部取消了这一指标。

⑵当粉磨工艺发生变化时，细度值也随之变化。如开流磨筛余值偏大，圈流磨筛余值偏小，有时很难根据细度来控制水泥强度。

⑶细度值是指0.08mm筛的筛余量，即水泥中≥80μm颗粒含量（%）。众所周知，≥64μm的水泥颗粒的水化活性已很低了，所以用≥80μm颗粒含量多少进行水泥质量控制还不能全面反映水泥的真实活性。

2、水泥的平均粒度

在水泥粉磨过程中，不是均匀的单颗粒，而是包含不同粒径的颗粒体—粒群，所以在评述水泥细度时若只用筛余这一简单的表示方法，差不多有90%多的水泥颗粒都通过筛孔成了筛下物，然而这些筛下物的颗粒大小并不清楚，故筛余量相同时比表面积也会出现很悬殊的现象。平均粒度有几种表示法，如算术平均直径、几何平均直径、调和平均直径等。

水泥颗粒的平均粒度是表征水泥颗粒体系的重要几何参数，但所能提供的粒度特性信息则非常有限，因为两个平均粒度相同的粒群，完全可能有不一样的粒度组成（颗粒级配）。

3、水泥比表面积

国外水泥标准大多规定比表面积指标，一般都采用勃氏比表面积仪测定水泥比表面积，我国的硅酸盐水泥和熟料的国家标准规定已与国外标准一致。水泥比表面积与水泥性能已存在着较好的关系。但用比表面积控制水泥质量时，主要还有下述两方面的不足：

⑴比表面积对水泥中细颗粒含量的多少反映很敏感，有时比表面积并不很高，但由于水泥颗粒级配合理，水泥强度却很高。

⑵掺有混合材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的总外表面积，如掺有火山灰质混

合材料，水泥比表面积往往会产生偏高现象。

4、水泥的颗粒级配（粒度分布）

众所周知，即使筛分细度相同或比表面积相近，水泥的性能有时也会表现出较大的差异，其原因是粒度分布可能不同（颗粒形状的因素也很重要），因此研究水泥粒度的表征、探索与水泥强度更精确的定量关系，有着非常重要的意义。

国内外长期试验研究证明，水泥颗粒级配是水泥性能的决定因素，目前比较公认的水泥最佳颗粒级配为：3-32μm颗粒对强度的增长起主要作用，其粒度分布是连续的，总量应不低于65%；16-24μm的颗粒对水泥性能尤为重要，含量愈多愈好；小于3μm的细颗粒，易结团，不要超过10%；大于64μm的颗粒活性很小，最好没有。

此外，水泥粒度分布（颗粒级配）不当还会影响水泥水化时的需水量（和易性），若为了达到水泥砂浆的标准稠度而提高了用水量，则最终会降低硬化后的水泥或混凝土的强度。因此掌握水泥颗粒级配的指标是很重要的。表示水泥粒度分布即颗粒级配的方法有列表法、作图法、矩阵法和函数法。

20世纪90年代，人们开始研究水泥颗粒形貌对水泥性能的影响。水泥颗粒如果放在电子显微镜下观察，它的形貌并不是圆的，犹如破碎堆积的石灰石，有棱角小的，有棱角大的，有片状的，有针状的。水泥颗粒的形貌与粉磨工艺有关。水泥颗粒形貌通常用圆度系数(f)表示，圆形颗粒的圆度系数等于1，其它形状则都小于1。国外水泥的圆度系数，大多在0.67左右。中国建材科学研究院测定的我国部分大、中型水泥企业水泥的圆度系数平均值为0.63，波动在0.51-0.73之间。同时在对水泥颗粒形貌的研究中还发现：水泥磨机的研磨能力愈强，f值愈大；高细磨水泥f最大；带辊压机预粉碎的磨机磨制的水泥f 值也较大。

试验研究表明，将水泥颗粒的圆度系数由0.67提高到0.85时，水泥砂浆28d抗压强度可提高20-30%。实施ISO强度方法后，水泥细度的提高是在大多数企业粉磨工艺比较落后和采用80μm方孔筛筛余控制细度的条件下取得的，其颗粒组成多数处于不合理的状态。

水泥的合理颗粒组成是指该组成能最大限度地发挥水泥熟料的胶凝性和具有最紧密的体积堆积密度。熟料胶凝性与颗粒的水化速度和水化程度有关，而堆积密度则由颗粒大小含量比例所决定。采用45μm筛余可以使企业了解水泥中有效颗粒的含量，而使用比表面积可以及时掌握与水泥需水性等密切相关的微细颗粒的含量。二者相结合进行粉磨工艺参数控制，将使水泥性能达到最优化。1 ＞45μm的熟料颗粒全水化时间很长，对水泥强度贡献很小熟料与水作用生成的水化产物是水泥产生胶凝性的根本原因。水泥颗粒的水化程度决定水泥胶凝性的发挥。熟料的水化程度与矿物种类和颗粒大小有关。根据研究，硅酸盐水泥的水化深度与时间的关系可用下式表达：

X=2t0.25

式中：X-水化深度，μm；

t-水化时间，d 。

20μm的颗粒全部水化需要1年多的时间，而2μm的颗粒全水化只需1.5h，45μm颗粒28d大约水化了50%，＞45μm的颗粒对水泥性能的贡献也就更小了。

目前比较公认的水泥最佳性能的颗粒级配为：3-32μm颗粒总量不能低于65%，<3μm 细颗粒不要超过10%，＞65μm颗粒最好为0，<1μm的颗粒最好没有。因为3-32μm颗粒对强度增长起主要作用，特别是16-24μm颗粒对水泥性能尤为重要，含量越多越好；<3μm的细颗粒容易结团，<1μm的小颗粒在加水搅拌中很快就水化，对混凝土强度作用很小，且影响水泥与外加剂的适应性，易影响水泥性能而导致混凝土开裂，严重影响混凝土的耐久性；＞65μm的颗粒水化很慢，对28d强度贡献很小。

2、比表面积数值主要反映5μm以下的颗粒含量

把1个直径为80μm假定为球形的水泥颗粒的表面积当作1，然后将其变成直径分别为45、30、20μm、……的颗粒，其总体积不变，但相应的表面积却发生了很大的变化。1个80μm的颗粒全部变成5μm时，已变成4096颗，表面积也增加至80μm时的16倍。因此水泥比表面积的变化主要与5μm以下的颗粒含量有关。3 用45μm筛余和比表面积控制细度操作简便、控制有效、无需大量试验投资

以球形颗粒推算出来的，与水泥颗粒的实际情况有差别，但可以看出，在固定的工艺条件下，使水泥的45μm筛余量和比表面积控制在一个合理的水平上时，可限制3μm以下和45μm以上的颗粒，以此获得良好的水泥性能和较低的生产成本。这种细度控制方法与其它方法相比，具有操作简便、控制有效的优点。只要取样进行筛析试验和比表面积测定，就可以为磨机的操作提供依据。

水泥粉磨系统提高产量、降低电耗历来是人们关注的焦点，尤其是ISO标准实施后，对于多数水泥企业来说，都感到既要使产品适应新标准的质量要求，又不影响磨机产量、增加生产成本，对水泥粉磨系统进行优化改造无疑是首选措施。

1、粉磨工艺改造的原则

以往进行粉磨工艺的研究主要注重提高磨机产量和降低粉磨电耗。事实上，粉磨工艺对产品的质量有着很大影响，因此今后在研究和进行粉磨工艺改造时，应全面考虑产量、质量和能耗的关系。

⑴节能原则

由于传统的球磨机粉磨工艺能源利用率太低，水泥生产中70%的电耗都用于生料和水泥的粉磨，因此节能是改造粉磨工艺的基本任务。

⑵高产原则

提高粉磨设备的产量是改造和完善粉磨工艺的基本目标。

⑶优质原则

产品不仅达到一定细度和比表面积，并有合理的颗粒级配和尽可能高比例的球形颗粒，是改造和完善粉磨工艺的重要任务。