淺談粉磨工藝的兩“度”對水泥質(zhì)量的影響

發(fā)表時間：2016/4/8 19:27:51  瀏覽次數(shù)：10430

??? 我國水泥主要以球磨機(jī)粉磨為主，水泥粉磨工藝控制參數(shù)在開路粉磨工藝中約 有60多個，在帶輥壓機(jī)的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中約有110多個工藝參數(shù)需要控制。水泥產(chǎn)量、能耗、品質(zhì)都與這些控制參數(shù)有關(guān)，然而水泥行業(yè)對粉磨技術(shù)的認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。同規(guī)格及同工藝的兩個粉磨系統(tǒng)，能耗高的企業(yè)幾乎比能耗低的企業(yè)高一倍。而入磨物料的水分、粒度、易磨性、細(xì)度等影響磨機(jī)產(chǎn)質(zhì)量的眾多因素又是一個“相互牽制、相互影響”的辯證關(guān)系，并無主次之分。大量的實例證明先進(jìn)的粉磨系統(tǒng)是一個經(jīng)過科學(xué)優(yōu)化的系統(tǒng)。粉磨系統(tǒng)中的任何一個因素不合理，都會影響系統(tǒng)產(chǎn)量和質(zhì)量；而一個能耗高、產(chǎn)量低的球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)，必然在工藝上存在很多問題使系統(tǒng)無法達(dá)到理想狀態(tài)。在此，首先談?wù)勔妆缓鲆暤乃?/span>“粉磨細(xì)度”。

一、“粉磨細(xì)度”是水泥生產(chǎn)中最常用的一個工藝控制參數(shù)。

是一個直接關(guān)系到水泥出廠強(qiáng)度等級和電耗的控制參數(shù)。在開路粉磨工藝中只有出磨水泥通過80μm篩篩余量的百分?jǐn)?shù)這樣一個“粉磨細(xì)度”參數(shù)，而在閉路粉磨工藝中是指磨機(jī)喂料、選粉機(jī)回料和出選粉機(jī)成品的通過80μm篩篩余量百分比三個“粉磨細(xì)度”參數(shù)，而這三個“粉磨細(xì)度”參數(shù)相互影響，又產(chǎn)生出選粉機(jī)的“選粉效率”和“循環(huán)負(fù)荷率”兩個參數(shù)。可見“粉磨細(xì)度”是一個很重要的控制參數(shù)。理想的水泥是一個在1～80μm范圍內(nèi)呈連續(xù)分布的顆粒組合粉體，符合Faller曲線最佳堆積密度曲線，其粒徑分布如下表：

根據(jù)水泥水化實驗，≤3μm水泥顆粒主要是C3S和C3A晶體，水化快，基本上在1天內(nèi)完成，主要提供1d和3d強(qiáng)度。我國水泥絕大多數(shù)采用的是熟料和混合材配比后共同入磨，目前混合材主要為粉煤灰，礦渣基本已單獨粉磨了。根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院的實驗結(jié)果，作為混合材的粉煤灰必須磨至680m2/kg以上才能打散其內(nèi)部的球形中空團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，使粉煤灰球形表面產(chǎn)生缺損，激發(fā)其活性。水泥中其他混合材也必須比熟料磨得更細(xì)，一般是水泥熟料粒徑的0.414倍。只有這樣，水泥在水化過程中混合材才能有效填充滿水泥熟料之間的空隙，減少需水量提高水泥密實度和強(qiáng)度。而在粉煤灰與熟料的共同粉磨過程中，雖然水泥熟料磨至≤3μm，但此時粉煤灰比表面積約在420m2/kg左右，遠(yuǎn)未達(dá)到680m2/kg的要求。同理對于其他混合材的粒徑也都未達(dá)到熟料粒徑的0.414倍。因此，在這樣混磨工藝中很難使熟料和混合材各盡所能，一味的通過降低水泥細(xì)度來提高早期強(qiáng)度，實在有“拔苗助長”之嫌。

目前，水泥企業(yè)為了迎合市場需要，紛紛降低出廠水泥細(xì)度，使用各種助磨劑，使水泥細(xì)度80μm篩篩余量控制在0～1%，以此來增加混合材的摻量以降低成本。助磨劑企業(yè)為了配合水泥細(xì)度的降低，在助磨劑中摻有堿性激發(fā)劑和減水劑，使水泥的1d和3d強(qiáng)度大大提高，甚至遠(yuǎn)超過國家規(guī)定的要求，這樣的水泥深受市場歡迎，施工企業(yè)混凝土拆?？?，混凝土攪拌站還可以減少水泥用量，節(jié)約成本。但這樣的混凝土后期強(qiáng)度增長有限，甚至出現(xiàn)下降的趨勢，縮短了建筑物的設(shè)計壽命，影響全社會效益。其實品質(zhì)好的水泥是靠先進(jìn)的燒成工藝和粉磨工藝“磨”出來的，而不是用其他“絕招”手段得來的，無怪有人呼吁“泛濫的助磨劑就是水泥中的三聚氰氨”！

其實，水泥僅僅是配制混凝土的一種原料，是決定混凝土品質(zhì)的重要因素，長期以來水泥與混凝土被分屬于兩個學(xué)科，在水泥生產(chǎn)中存在著嚴(yán)重的行業(yè)分隔現(xiàn)象，水泥企業(yè)不了解混凝土，只知道提高強(qiáng)度、降成本，不了解混凝土除了要求水泥強(qiáng)度以外還有什么樣的質(zhì)量要求，至于水泥磨得更細(xì)后對混凝土的影響那是混凝土的事；同樣，混凝土對水泥企業(yè)也不了解，只知道要高強(qiáng)度價格低的水泥，不知道水泥在生產(chǎn)過程中采用什么樣的工藝技術(shù)路線來提高強(qiáng)度和降成本，也不了解過細(xì)的水泥對配制的混凝土建造成各種建筑物后的影響。

混凝土行業(yè)應(yīng)樹立“強(qiáng)度第一”觀念，水泥行業(yè)受產(chǎn)能過剩的影響，產(chǎn)品市場競爭激烈，只好采用“成本第一”觀念以應(yīng)對，混凝土行業(yè)普遍采用減水劑，希望水泥需水量要小，由于水泥因粉磨的太細(xì)，需水量增加，因此只有在助磨劑中摻入減水劑，摻入減水劑后的水泥所反映的需水量并非一定工藝下水泥的本質(zhì)特征，造成水泥需水量增大的那些細(xì)顆粒和級配不合理的混合材并未因減水劑的摻入而改變，相反混凝土在使用中反而因這種誤導(dǎo)的信息而造成試配的難度。對于有些助磨劑中的減水劑與混凝土使用的減水劑相容性差，致使混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度比值下降，混凝土的早期強(qiáng)度很高，28天后就不再增長了，混凝土水化初期內(nèi)形成的各種內(nèi)部缺陷因水泥在早期水化后已消耗殆盡，且混合材粒徑過粗后期沒有水化物去修復(fù)，這樣的混凝土面對復(fù)雜多變的外界環(huán)境，開裂敏感性差，從而加速了混凝土的碳化和劣化，嚴(yán)重影響建筑物的質(zhì)量和壽命。

二、解決水泥細(xì)度偏細(xì)的措施

通過上述分析知，水泥細(xì)度偏細(xì)既有客觀因素也有人為干擾因素。要解決水泥細(xì)度偏細(xì)最根本方法還是要改變目前這種不合理的粉磨工藝，因為我國水泥品種多，混合材種類和其特質(zhì)也相差很大，只有對水泥熟料和混合材采用分別粉磨，將水泥熟料和混合材磨制各自需要的細(xì)度再進(jìn)行勾兌、混合均化，盡量使水泥顆粒組成接近Faller最佳堆積密度曲線，這樣的水泥才是配制混凝土的好水泥。

三、水泥溫度

所有的粉碎機(jī)械，特別是球磨機(jī)，在粉碎物料時，研磨體的運(yùn)動，在砸碎和研磨物料過程中，由于產(chǎn)生熱、聲、光等物理現(xiàn)象，會轉(zhuǎn)變大部分的輸入能量轉(zhuǎn)換為為熱量。我國目前水泥磨制基本上采用球磨機(jī)，通過熱平衡計算，約87%的輸入能量轉(zhuǎn)換為熱量。這樣增加的熱量會使粉磨物料上升到100℃以上，作為水泥緩凝劑的二水石膏，在105℃就開始脫水分解，這對水泥的質(zhì)量影響甚大，因此，控制水泥溫度也是一個重要的參數(shù)。水泥溫度對水泥粉磨的影響，還遠(yuǎn)不止于預(yù)防二水石膏脫水分解而產(chǎn)生假凝現(xiàn)象，在能耗、品質(zhì)、物流等方面也同樣產(chǎn)生不利的影響。

降低水泥溫度，不但可以提高產(chǎn)質(zhì)量，還可以節(jié)能降耗。溫度對水泥粉磨的影響總結(jié)得出以下有害因素：

1、水泥溫度升高增加風(fēng)機(jī)的軸功率

假設(shè)入磨氣體的溫度為25℃，出磨氣體的溫度升為80℃，則出磨氣體得體積增加（273+80）／（273+15）=1.23，即體積增加了23%，由風(fēng)機(jī)的軸功率正比于風(fēng)量，因此理論上講，風(fēng)機(jī)因排風(fēng)量加大而增加了23%的電耗；

2、降低粉磨效率，影響水泥產(chǎn)量

從工藝方面講，物料的易磨性隨溫度的升高而降低。在磨內(nèi)細(xì)度較高的區(qū)域，水泥的微小顆粒會相互磨擦產(chǎn)生靜電吸附現(xiàn)象，除互相凝聚外，還吸附在水泥球磨機(jī)研磨體上，形成所謂緩沖層，明顯地降低了水泥球磨機(jī)粉磨效率；而且溫度愈高，這種凝聚的粉磨副作用也就愈嚴(yán)重。

3、影響磨機(jī)的機(jī)械壽命

從機(jī)械設(shè)備來講，由于水泥球磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，因水泥球磨機(jī)熱量傳給主軸承，使軸承溫度升高，潤滑作用降低，還會使筒體產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，引起襯板螺絲折斷，護(hù)理困難。熱變形使停磨后啟動時，產(chǎn)生一定貫性力，形成運(yùn)轉(zhuǎn)時的電流脈動及其本身振動；對磨機(jī)機(jī)械本身也不利，這一切都影響磨機(jī)的機(jī)械壽命。

4、嚴(yán)重影響水泥的質(zhì)量

盡管國家標(biāo)準(zhǔn)中未對出廠水泥溫度作出要求，但出廠溫度偏高，會帶來很多問題，象游離氧化鈣等有害成分不能及時分解，如果使用這樣的水泥，可能造成如安定性不良導(dǎo)致嚴(yán)重開裂等會危及結(jié)構(gòu)安全的事故，尤其夏季施工，可能會出現(xiàn)急凝、假凝等現(xiàn)象。

5、給生產(chǎn)管理帶來一系列影響

由于水泥溫度偏高，嚴(yán)重影響水泥的儲存、包裝和運(yùn)輸?shù)裙ば?，使包裝紙袋發(fā)脆，增大破損率，既影響水泥袋重合格率又使工人勞動環(huán)境惡化。

四、解決水泥溫度偏高的措施

通過分析知道，降低水泥溫度可從兩方面入手，一方面從磨內(nèi)解決，另一方面，直接冷卻水泥。

1、改善粉磨條件，降低水泥磨內(nèi)溫度。

由于水泥溫度偏高主要是球磨機(jī)內(nèi)鋼球拋落運(yùn)動所至，因此，通過降低鋼球球徑，就可以有效降低水泥磨內(nèi)溫度。目前，常用的方法就是采用預(yù)粉磨工藝，降低水泥入磨粒徑，如采用輥壓機(jī)、立磨、球破機(jī)等，只要使入磨粒徑≤1mm，那球磨機(jī)內(nèi)只需采用鋼鍛而不用鋼球，鋼鍛在磨機(jī)內(nèi)屬于滑動和滾動，產(chǎn)生的熱量有限，出磨水泥溫度就可以≤45℃（用鋼鍛磨制粉煤灰出磨溫度≤45℃可以證明），關(guān)鍵是一定要保證入磨粒徑百分之百≤1mm。此外，采用加強(qiáng)磨內(nèi)通風(fēng)、磨機(jī)筒體淋水和磨內(nèi)噴水也是常有的方法。

2、使用水泥冷卻器。

通過采用熱交換形式，使用水泥冷卻器，用水或空氣作為媒體，置換出水泥的熱量，降低水泥溫度，余熱進(jìn)行回收利用，還可以達(dá)到節(jié)能降耗目的。

五、結(jié)束語

因筆者水平有限，上述觀點可能有些偏頗。在市場經(jīng)濟(jì)中，存在的就是合理的，水泥企業(yè)、助磨劑企業(yè)及混凝土企業(yè)為了生存，也只能隨波逐流。中國的水泥產(chǎn)能還在增加，據(jù)有關(guān)專家的測算，中國水泥年消費(fèi)20億噸已是歷史最高點，未來水泥的消費(fèi)量呈下降趨勢。今后水泥企業(yè)只能采用新技術(shù)新工藝，在節(jié)能降耗、延伸產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值上做文章，努力使水泥行業(yè)由“粗獷”變?yōu)?/span>“精細(xì)”。也希望國家相關(guān)職能部門進(jìn)一步加強(qiáng)宏觀調(diào)控（加快淘汰落后產(chǎn)能），強(qiáng)化企業(yè)微觀管理（建立產(chǎn)品質(zhì)量綜合評價體系），形成一個有序的市場環(huán)境。