2008-10-22 09:23:37 来源:水泥人网

合理有效的粉磨控制是水泥工业节能的重要手段

      对水泥(熟料)的粒度控制在节约能源、降低原料消耗以及增加混合材掺量等方面的重要作用,目前只有少数企业开始有较深的正确认识。其实,通过改善水泥的粒度与级配,节能降耗的潜力是非常大的。

1.控制水泥粉磨的主要参数

水泥粉磨的控制,主要有细度、比表面积和SO3含量测定等。检测水泥细度(包括比表面积)的作用是通过细度的变化调整水泥粉磨工艺参数,进而控制水泥产品的质量,是一个工艺性控制参数或指标。由于我国水泥工业起步晚、工艺落后,粉磨细度粗,同时为了防止非粉磨原因造成的大颗粒进入成品,影响水泥的使用,我国在通用水泥产品标准中规定了80μm筛余的技术指标,并沿用至今。

1.1细度

水泥的细度就是水泥的粒度。它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。在一定的粉磨工艺条件下,水泥强度与其有着一定关系:水泥的筛余量越小表示水泥越细,强度越高。

使用80μm筛余控制水泥质量的不足之处:

①当水泥磨得很细时,如80μm筛筛余小于1%,控制意义就不大了;②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,很难根据细度来控制水泥强度;③用>80μm颗粒含量对水泥质量控制还不能全面反映水泥的真实活性。

1.2比表面积

水泥比表面积与水泥性能与细度相比,已存在着较好的关系。但用比表面积控制水泥质量时,主要也有下述两方面的不足:

①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。

②掺有混合材料的水泥比表面积不能真实反映水泥的总比表面积,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。

1.3粒度分布与颗粒特征

水泥的粒度分布如接近于理想分布,则水泥强度可明显提高,80μm筛余或比表面积均难以准确反映水泥的粒度分布,按GB/T17671-1999检验的水泥强度与水泥的比表面积在许多时候没有明确的相关关系,30μm筛余或45μm筛余是水泥粉磨过程适宜的控制指标,在使32μm筛余或45μm筛余处于控制范围的同时,还应该对RRB分布曲线的特征粒径和均匀性系数(n)进行控制,定期检查和控制水泥的粒度分布是非常必要的。

我国实物水泥80μm筛余基本小于4%,甚至接近1%,已处于水泥颗粒分布的末端,偏离RRB直线,失去反映水泥颗粒组成的作用,对磨机工况的反应不再敏感,因此80μm筛余无论从保证产品质量的角度,还是从调整粉磨工艺参数、控制水泥性能的角度都失去了它应有的作用。

2.几个逐渐被认可的理论观点

⑴水泥颗粒只有与水发生反应,才有胶凝作用,没有被水化的部分只起骨架作用。研究表明小于1μm的颗粒在与水的拌和过程中就完全水化,对混凝土浇筑体的强度没有贡献。水泥颗粒28天的水化深度为5.48μm,即大于11μm粗的颗粒均不能被完全水化,未被水化的内核对混凝土的28天强度也没有贡献;⑵在相同条件下,粉磨能耗与颗粒的表面积成正比。因此,颗粒越小,单位重量所消耗的粉磨能量越多;⑶水泥的合理颗粒组成是指能最大限度地发挥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。

最理想的状况是:水泥中熟料的颗粒级配应满足最佳性能的级配要求,而<3μm特别是<1μm的颗粒则为混合材(或矿物掺合料),如石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉等。这些<3μm的细粉状混合材填充于水泥熟料颗粒之间的空隙,使水泥颗粒的堆积趋向紧密,向Fuller曲线靠拢。

3.措施

3.1比表面积与45μm筛余相结合,可有效控制水泥的合理颗粒组成。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,因此可以认为多数水泥企业的水泥颗粒组成处于不合理的状态。

如前所述,水泥的合理颗粒组成是指能最大限度地发挥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。

3.2颗粒特征与粒度分布的合理控制

与水泥的物理性能(特别是强度)密切相关的当属水泥中熟料及混合材的粒度分布。熟料的粒度分布会影响熟料的水化速度、一定时间内的水化程度、标准稠度需水量、混凝土的水灰比。熟料与混合材的粒度分布共同决定了水泥颗粒的最紧密堆积密度。如前所述,我国多数水泥厂的现实情况是,使用80μm筛余或比表面积作为粉磨过程例行控制的依据,对水泥的粒度分布较少关注,80μm筛余或比表面积与颗粒分布均没有很好的相关关系。

经验表明,在粉磨设备及其运转参数没有明显改变时,32μm筛余或45μm筛余能够很好地反映颗粒分布。使用32μm筛余或45μm筛余为粉磨过程例行控制的依据,在粉磨设备及其运转参数稍有改变时,可以通过简单的调节,比如选粉机的转数(风量),使32μm筛余或45μm筛余还保持在控制目标之内,因此,使用32μm筛余或45μm筛余可作为粉磨过程例行控制的依据,但若粉磨设备及其运转参数发生明显改变时则不能很好反映粒度分布。

有一种比较简便的方法可以大致判断粒度分布是否正常,如果使用32μm筛余或45μm筛余作为粉磨过程例行控制的依据,并且32μm筛余或45μm筛余处于正常控制范围,可以增加测定另一个63μm的筛余,将测得的筛余与以往粒度分布正常的数据进行比较,如果增加测定的筛余数据与以往粒度分布正常的数据具有明显区别,则提示粒度分布可能具有明显变化。

3.3优化水泥颗粒级配的技术途径

水泥颗粒的级配应从两方面改善。一是<3μm颗粒既要满足最佳性能级配的要求,又要尽量满足Fuller曲线紧密堆积的要求;二是要减少>60μm的颗粒。

⑴熟料与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。由于这些混合材易磨性好,因此在水泥颗粒中,混合材的粒径比熟料的小。可以期望,共同粉磨工艺中的石灰石或粉煤灰应该能提供更多的<3μm颗粒,从而优化水泥的颗粒级配。

⑵难磨的混合材与熟料分别粉磨。混合比熟料难磨的混合材宜采用分别粉磨然后混合的方法。例如矿渣的粉磨功指数为23kWh/t,比熟料的16.4kWh/t高。若用共同粉磨的方法,矿渣的粒径比熟料的粗。共同粉磨时,水泥的比表面积为350m2/kg时,矿渣的比表面积只有230~280m2/kg。因此要分别粉磨。也可先对难磨的矿渣进行预粉磨,再与熟料共同粉磨,但效果不如分别粉磨好。

⑶在预拌混凝土时加入磨细矿物掺合料,改善胶凝材料(或水泥)的颗粒级配。在预拌混凝土生产中已广泛采用掺入矿物掺合料的技术,主要是为了节约水泥、降低成本和提高混凝土的耐久性。但对掺入矿物掺合料改善水泥颗粒级配、减少混凝土拌合物单方用水量和提高和易性的认识还不足。要改善水泥的级配,矿物掺合料的粒径必须比水泥的粒径小,最好为水泥粒径的0.414倍或更小。就目前所常用的矿物掺合料来看,矿渣粉的比表面积最好在450m2/kg或45μm筛余<12%,否则不易达到改善水泥颗粒级配的目的。

3.4合理使用助磨剂

很多助磨剂是集助磨、增强、改善性能、降低成本为一体的高科技产品,是生产绿色高性能水泥的重要技术措施。其作用原理是:通过助磨功能提高磨机产量,提高比表面积,从而提高水泥强度。水泥增强剂的增强功能主要是添加剂中的化学物质与水泥及混合材中的钙、硅、铝等进行化学反应形成有助水泥增强的水化产物,同时造成水泥中氧化物的晶格缺陷,提高其反应活性。应用高效复合水泥功能添加剂技术在不增加固定资产投资、不改变生产工艺的情况下,达到提高水泥产质量、降低成本、生产绿色高性能环保水泥的目的。北京PG水泥厂就是在采用分别粉磨和合理使用山东宏艺科技有限公司生产的高效助磨剂后,用一吨熟料生产出了3吨水泥。

3.5粉磨系统磨机的圈流改造已逐渐成为水泥行业技术升级的技术趋势。

圈流系统比开流系统具有6点优势:

⑴圈流磨内过粉磨现象少。磨机的产量比同规格开流粉磨系统高;⑵单位电耗低。产品细度要求越细,圈流粉磨系统的单位电耗越低。⑶成品的细度稳定和调节容易。当其他条件不变时,0.08mm筛筛余一般波动范围在±1%以内。当水泥的品种变更或细度指标作大的改动时,只需调节分级设备,相当方便;⑷能进行选择性粉磨。在选粉机的作用下,易磨及活性低的组分(如易磨混合材和烧结不足的熟料)由于比重小,一旦粒度合格,即被作为细粉选出;而难磨且活性高的熟料组分,由于比重大,不易被作为成品选出而磨得较细,从而有利于水泥强度的发挥。由于具有选择性粉磨作用,圈流粉磨系统对粉磨易磨性差别大的混合物料更为适用;⑸成品的粒度较均齐,过粗和过细的颗粒均较少,颗粒组成比较理想。磨制水泥时,成品中3~30μm颗粒的比例较大;⑹散热面积大,磨内温度低。圈流粉磨系统的料球比小,研磨体彼此冲击产生的热量少;磨内物料通过量大,风速高,在选粉和输送过程中已散发了大量的热。由于上述原因,磨内温度比开流粉磨系统低20℃~30℃。

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