水泥企業(yè)粉磨參數(shù)的有效控制與節(jié)能降耗

　　在水泥生產(chǎn)企業(yè)，提起節(jié)能降耗，都非常重視新型干法窯的推廣應(yīng)用、節(jié)能磨機(jī)及其系統(tǒng)的選用與優(yōu)化和低溫余熱發(fā)電的建設(shè)。而對(duì)水泥（熟料）的粒度控制在節(jié)約能源、降低原料消耗及增加混合材摻量等方面的重要作用，只有少數(shù)企業(yè)才開始有較深的認(rèn)識(shí)。其實(shí)，無(wú)論是新型干法的大型水泥企業(yè)還是中小水泥企業(yè)，通過(guò)改善水泥的粒度，充分發(fā)揮熟料的強(qiáng)度性能，對(duì)挖掘整個(gè)水泥行業(yè)節(jié)能降耗的潛力是非常巨大的。

　　幾個(gè)逐漸被認(rèn)可的理論觀點(diǎn)
　?、偎囝w粒只有與水發(fā)生反應(yīng)，才有膠凝作用，沒(méi)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(guò)程中就完全水化，對(duì)混凝土澆筑體的強(qiáng)度沒(méi)有貢獻(xiàn)。28天水化深度為5.48μm ，即大于11μm 粗的顆粒均不能被完全水化，未被水化的內(nèi)核對(duì)混凝土的28天強(qiáng)度也沒(méi)有貢獻(xiàn)。

　?、谠谙嗤瑮l件下，粉磨能耗與顆粒的表面積幾乎成正比。因此，顆粒越小，單位重量所消耗的粉磨能量越多。

　　③水泥的合理顆粒組成是指能最大限度地發(fā)揮熟料的膠凝性和具有最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(guān)，而堆積密度則由顆粒大小含量比例所決定。

　　最理想的狀況是：水泥中熟料的顆粒級(jí)配應(yīng)滿足最佳性能的級(jí)配要求，而小于3μm 特別是小于1μm 的顆粒應(yīng)該是混合材（或礦物摻合料），如石灰石粉、粉煤灰、礦渣粉等。這些小于3μm 的細(xì)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F u l l e r 曲線靠攏。另外，這些細(xì)粉狀混合材的活性比熟料的活性低，因此在早期水化慢或幾乎不水化時(shí)，不會(huì)對(duì)水泥的工作性能或混凝土拌合物的施工性能造成不利影響。而在后期，這些細(xì)粉狀的混合材又可與熟料顆粒水化所產(chǎn)生的C a (O H )₂起二次反應(yīng)，生成具有膠凝性的C —S— H 凝膠，從而使水泥石結(jié)構(gòu)更致密，有利于耐久性的提高。

　?、芨鶕?jù)水泥樣品的實(shí)際粒度分布，可以計(jì)算28天的水化率（見(jiàn)下文定義），以及消耗在1μm 以下的（熟料）粉磨能耗占總能耗的比例（過(guò)磨率）。沒(méi)有被水化的部分，就是熟料的浪費(fèi)部分；而顆粒被磨到1μm 以下的部分，則熟料和粉磨能都被浪費(fèi)了。

　　對(duì)目前水泥粉磨控制參數(shù)的剖析
　　為了定量地說(shuō)明粒度檢測(cè)與控制技術(shù)對(duì)水泥節(jié)能的貢獻(xiàn)，歐美克公司的張福根等曾對(duì)10多個(gè)省的多家水泥企業(yè)的水泥產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，并選用其中一個(gè)省的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)比較各種樣品，從中發(fā)現(xiàn)節(jié)能降耗的潛力巨大。

　　為便于敘述，張福根先定義了以下幾個(gè)名詞。水化率——水泥（熟料）顆粒被水化的體積與總體積之比，稱為水化率。未化率——未化率等于1減水化率。過(guò)細(xì)?！∮?μm 的顆粒。過(guò)磨率——過(guò)細(xì)粒消耗的粉磨能量占（熟料）粉磨總能量的比例。

　　從該省水泥的平均參數(shù)和最好水泥的參數(shù)對(duì)比可以看出，如果全省水泥的粉磨技術(shù)都能達(dá)到優(yōu)質(zhì)企業(yè)的水平，那么熟料的未化率就可降低近8％、粉磨能耗降低10%。熟料的未化率降低，相當(dāng)于節(jié)約了熟料，意味著節(jié)約了原燃材料。如果全國(guó)水泥的平均未化率都以此比例下降，僅此一項(xiàng)，節(jié)能降耗潛力就非常大。

　　需要說(shuō)明的是，上述分析是假設(shè)被分析省份水泥生產(chǎn)的平均粉磨技術(shù)達(dá)到該省最好樣品粉磨水平的前提下作出的。實(shí)際上這里最好樣品的粒度分布還沒(méi)有達(dá)到最理想的水平，還有較大的優(yōu)化余地。此外，作為歐美克公司分析對(duì)象的省份，其水泥的平均粉磨在全國(guó)屬于中上水平，一半以上的省份改進(jìn)的余地更大。

　　水泥顆粒特征與粒度分布的合理控制措施
　　1.比表面積與45μm 篩余相結(jié)合，可有效控制水泥的合理顆粒組成
　　水泥細(xì)度的提高是在大多數(shù)粉磨工藝比較落后和采用80μm 方孔篩篩余控制細(xì)度的條件下取得的，水泥顆粒組成也多數(shù)處于不合理的狀態(tài)。水泥的合理顆粒組成是指能最大限度地發(fā)揮熟料的膠凝性和具有最緊密的體積堆積密度。目前，比較公認(rèn)的水泥最佳性能的顆粒級(jí)配為：3μm ～32μm 顆?？偭坎荒艿陀?5%，小于3μm 細(xì)顆粒不要超過(guò)10%，大于65μm 顆粒最好為0，小于1μm 的顆粒最好沒(méi)有。因?yàn)?μm ～32μm 顆粒對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)起主要作用，特別是16μm ～24μm 顆粒對(duì)水泥性能尤為重要，含量越多越好；小于3μm 的細(xì)顆粒容易結(jié)團(tuán)，小于1μm 的小顆粒在加水?dāng)嚢柚泻芸炀退瑢?duì)混凝土強(qiáng)度作用影響很小，且影響水泥與外加劑的適應(yīng)性，易影響水泥性能而導(dǎo)致混凝土開裂，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性；大于65μm 的顆粒水化很慢，對(duì)28天強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小。用45μm 篩余和比表面積控制細(xì)度操作簡(jiǎn)便、控制有效。在固定的工藝條件下，使水泥的45μm 篩余量和比表面積控制在一個(gè)合理的水平上時(shí)，可限制3μm 以下和45μm 以上的顆粒，以此獲得良好的水泥性能和較低的生產(chǎn)成本。

　　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(qiáng)度）密切相關(guān)的當(dāng)屬水泥中熟料及混合材的粒度分布。熟料的粒度分布會(huì)影響熟料的水化速度、一定時(shí)間內(nèi)的水化程度、標(biāo)準(zhǔn)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最緊密堆積密度。如前所述，我國(guó)多數(shù)水泥企業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況是，使用80μm 篩余或比表面積作為粉磨過(guò)程例行控制的依據(jù)，對(duì)水泥的粒度分布較少關(guān)注，80μm 篩余或比表面積與顆粒分布均沒(méi)有很好的相關(guān)關(guān)系。

　　經(jīng)驗(yàn)表明，在粉磨設(shè)備及其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)沒(méi)有明顯改變時(shí)，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(guò)程例行控制的依據(jù)，在粉磨設(shè)備及其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)稍有改變時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)，比如選粉機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)（風(fēng)量），使32μm 篩余或45μm 篩余還保持在控制目標(biāo)之內(nèi)，因此，使用32μm 篩余或45μm 篩余可作為粉磨過(guò)程例行控制的依據(jù)，但若粉磨設(shè)備及其運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)發(fā)生明顯改變時(shí)則不能很好反映粒度分布。

　　有一種比較簡(jiǎn)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(guò)程例行控制的依據(jù)，并且32μm 篩余或45μm 篩余處于正?？刂品秶?，可以增加測(cè)定另一個(gè)63μm 的篩余，將測(cè)得的篩余與以往粒度分布正常的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果增加測(cè)定的篩余數(shù)據(jù)與以往粒度分布正常的數(shù)據(jù)具有明顯區(qū)別，則提示粒度分布可能具有明顯變化。

　　優(yōu)化水泥顆粒級(jí)配的技術(shù)途徑
　　水泥顆粒級(jí)配從兩方面改善，一是小于3μm 顆粒既要滿足最佳性能級(jí)配的要求，又要盡量滿足F u l l e r 曲線緊密堆積的要求；二是要減少大于60μm 的顆粒。

　?、偈炝吓c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?？梢云谕?，共同粉磨工藝中的石灰石或粉煤灰應(yīng)該能提供更多的小于3μm 顆粒，從而優(yōu)化水泥的顆粒級(jí)配。

　　②難磨的混合材與熟料分別粉磨再混合。對(duì)于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(shù)為23k W h /t ，比熟料的16.4k W h /t 高。共同粉磨時(shí)，水泥的比表面積為350m²/kg 時(shí)，礦渣的比表面積只有230m²/kg ～280m²/kg ，因此要分別粉磨。也可先對(duì)難磨的礦渣進(jìn)行預(yù)粉磨，再與熟料共同粉磨，但效果不如分別粉磨好。

　?、墼陬A(yù)拌混凝土?xí)r加入磨細(xì)礦物摻合料，改善膠凝材料（或水泥）的顆粒級(jí)配。在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)中，已廣泛采用摻礦物摻合料的技術(shù)，主要是為了節(jié)約水泥、降低成本和提高混凝土的耐久性。但對(duì)摻礦物摻合料改善水泥顆粒級(jí)配、減少混凝土拌合物單方用水量和提高和易性的認(rèn)識(shí)還不足。要改善水泥的級(jí)配，礦物摻合料的粒徑必須比水泥的粒徑小，最好為水泥粒徑的0.414倍或更小。就目前所常用的礦物摻合料來(lái)看，礦渣粉的比表面積最好在450m²/kg 或45μm 篩余小于12%。否則不易達(dá)到改善水泥顆粒級(jí)配的目的。