粉磨過程與顆粒粒徑分布及水泥性能探討

　　摘要：本文以實(shí)際生產(chǎn)過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)為依據(jù)，探討了不同粉磨工藝制備的水泥顆粒粒徑分布與水泥抗壓強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量之間的關(guān)系；分析了熟料磨細(xì)程度對(duì)水泥性能的影響；總結(jié)了近幾年在工廠走訪調(diào)研以及對(duì)粉磨系統(tǒng)調(diào)試過程中，采用不同的水泥細(xì)度測(cè)試方法對(duì)控制熟料磨細(xì)程度的相關(guān)體會(huì)，特撰寫本文供業(yè)界同仁參考。

　　關(guān)鍵詞：顆粒粒徑分布   性能   研磨體  熟料磨細(xì)程度

　　1、導(dǎo)言

　　通過在國內(nèi)各地走訪與調(diào)研水泥粉磨系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，除非當(dāng)?shù)負(fù)碛写罅靠衫玫墓I(yè)廢渣資源，一般采取分別粉磨工藝的仍然較少。而大多數(shù)企業(yè)都是采用共同粉磨工藝制備水泥。共同粉磨工藝是將水泥熟料與混合材及緩凝劑等按不同比例配料，輸送至粉磨設(shè)備磨細(xì)至成品細(xì)度合格的過程。但普遍存在磨機(jī)一倉球徑偏小，對(duì)物料的粗粉碎能量不足，對(duì)易磨性差的熟料及混合材料的適應(yīng)性與處理能力較差。導(dǎo)致水泥中熟料摻入量偏高、磨細(xì)能力不足、材料成本增加。由于受材料易磨性、水分、溫度的動(dòng)態(tài)變化等相關(guān)因素影響，水泥粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量降低、電耗成本增加以及水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量大、強(qiáng)度發(fā)揮不良等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

　　2、實(shí)際生產(chǎn)案例及調(diào)整過程技術(shù)分析

　　2.1案例1：J公司“一拖二”雙閉路水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)配置

　　J公司水泥粉磨工序采用160-140輥壓機(jī)（物料處理能力780t/h、主電機(jī)功率1120kW×2-10kV-額定電流75.01A）+V4000氣流分級(jí)機(jī)+Φ3.2m×13m雙倉管磨機(jī)（主電機(jī)功率1600kW-10kV-額定電流110A、一倉有效長(zhǎng)度3.25m、采用階梯襯板。二倉有效長(zhǎng)度9.25m、安裝小波紋襯板+五圈高度850mm活化環(huán)、研磨體總裝載量130t）+吉達(dá)Sepax2500高效渦流選粉機(jī)與Φ3m×11m雙倉管磨機(jī)（主電機(jī)功率1250kW-10kV-額定電流89A、一倉有效長(zhǎng)度3.0m、使用溝槽階梯襯板。二倉有效長(zhǎng)度7.50m、安裝分級(jí)襯板+三圈高度800mm活化環(huán)、研磨體總裝載量85t）+吉達(dá)Speax2000高效渦流選粉機(jī)）組成的“一拖二”雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。

　　生產(chǎn)P.O42.5級(jí)水泥（成品比表面積395--430m2/kg、R45μm篩余≤8.5%） ，系統(tǒng)產(chǎn)量180t/h、粉磨電耗31kWh/t。

　　P.O42.5級(jí)水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量為26.9%，3d抗壓強(qiáng)度26MPa、28d抗壓強(qiáng)度44MPa、3d→28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)值僅為18MPa左右，水泥早期強(qiáng)度發(fā)揮正常，但存在3d、28d兩個(gè)齡期之間強(qiáng)度增長(zhǎng)值偏低，28d抗壓強(qiáng)度富裕量偏低的現(xiàn)象。

　　P.O42.5級(jí)水泥物料配比見表1：

　　表1    P.O42.5級(jí)水泥物料配比（%）

　　緩凝劑采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)天然二水石膏（ 塊狀、SO3含量≥36%）。

　　兩臺(tái)磨機(jī)一倉有效長(zhǎng)度分別為3.25m及3.0m，由于銷售市場(chǎng)方面的原因，暫時(shí)不能停機(jī)調(diào)整各倉長(zhǎng)比例，只能維持原有效尺寸不變。磨機(jī)一倉均采用五級(jí)配球，最大球徑為Φ30mm、最小球徑為Φ15mm，平均球徑為21.15mm；磨機(jī)二倉均采用直徑Φ20mm—Φ12mm鋼段，五級(jí)級(jí)配，平均段徑14mm。

　　經(jīng)輥壓機(jī)擠壓、V選分級(jí)后的入磨物料細(xì)度見表2：

　　水泥強(qiáng)度增長(zhǎng)值偏低原因分析：磨機(jī)一倉最大鋼球直徑為Φ30mm（重量0.111kg/個(gè)），研磨體直徑小、單個(gè)沖擊能量偏小，不足以將易磨性較差的熟料進(jìn)行粗粉碎（磨）；同時(shí)，磨內(nèi)每個(gè)倉內(nèi)的研磨體對(duì)物料均會(huì)產(chǎn)生“選擇性磨細(xì)”現(xiàn)象、成品中的較細(xì)粒徑多為易磨性好的混合材及石膏、石灰石，真正產(chǎn)生強(qiáng)度的熟料因易磨性較差而未被充分磨細(xì)（熟料磨細(xì)程度不足、顆粒粒徑較粗），觀察R45μm篩余物呈深黑色（絕大多數(shù)為粒徑＞45μm的熟料顆粒、難磨的混合材含量較少、水泥篩余物中CaO含量在58%左右）。明顯會(huì)造成一部分熟料浪費(fèi)、增加材料成本，這個(gè)問題在企業(yè)普遍存在。

　　采取的針對(duì)性技術(shù)措施：

　　首先，對(duì)磨機(jī)一倉研磨體采取等量取代法進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，拿出混合小球8t、加入直徑Φ60（重量0.889kg/個(gè)）、Φ50（重量0.514kg/個(gè)）、Φ40（重量0.263 kg/個(gè)）鋼球共計(jì)8t，一倉鋼球平均球徑增大至31mm，大大提高一倉的粗處理能力；其次，根據(jù)磨機(jī)主電機(jī)運(yùn)行電流與負(fù)載，又在二倉補(bǔ)入直徑Φ14mm、Φ12mm鋼段各3t，提高了研磨體總表面積，增加對(duì)物料的接觸幾率與磨細(xì)能力。

　　改進(jìn)后達(dá)到的技術(shù)效果：

　　通過對(duì)磨內(nèi)兩個(gè)倉研磨體級(jí)配的調(diào)整與改進(jìn)，開機(jī)運(yùn)行后粉磨的水泥顆粒粒徑分布有下述明顯的變化：

　　P.O42.5級(jí)成品水泥顆粒粒徑分布中， ＜32μm水泥顆粒含量增長(zhǎng)了7.26%、32—65μm之間顆粒比例減少了7.51%、特征粒徑x/降低了3.73μm。

　　改進(jìn)后磨制的P.O42.5級(jí)成品水泥顆粒粒徑分布見表4：

　　由表4可以看出：對(duì)磨內(nèi)兩倉研磨體級(jí)配實(shí)施調(diào)整之后，在物料配比與水泥質(zhì)量控制指標(biāo)不變的前提下，粉磨的P.O42.5級(jí)水泥， 3d抗壓強(qiáng)度由26MPa提高至29.6MPa（比改前增長(zhǎng)3.6Mpa） 、28d抗壓強(qiáng)度由44MPa增至50.8MPa（比改前增長(zhǎng)6.8Mpa） 。3d→28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)值由18MPa提高到21.2MPa（成品水泥R45 μm篩余由8.5%降至4.1%、比表面積達(dá)426m2/kg、水泥篩余物中CaO含量降至37%左右）水泥顆粒特征粒徑x/相比改進(jìn)前縮小了3.73μm、＜32μm水泥顆?？偭看蟠笤黾?，達(dá)到84.11%。水泥成品篩余物明顯減少，進(jìn)一步證明熟料磨細(xì)程度以及利用率大幅度提高、水泥各齡期抗壓強(qiáng)度及28d富裕強(qiáng)度顯著提高。

　　通過對(duì)外技術(shù)交流，我們了解到德國生產(chǎn)的不同強(qiáng)度等級(jí)水泥的顆粒特征，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量與抗壓強(qiáng)度等性能指標(biāo)見表5：

　　由表5可知：相同品種、強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥顆粒粒徑，德國生產(chǎn)的水泥特征粒徑比我國現(xiàn)行水泥企業(yè)粉磨的要小的多。換言之，德國水泥粉磨細(xì)度比我們的更細(xì)，其主要目的是提高熟料的有效利用率，下游產(chǎn)業(yè)采用礦物摻合料調(diào)整混凝土性能。

　　由成品水泥顆粒粒徑分布中的特征粒徑指標(biāo)能夠初步判斷熟料的磨細(xì)狀態(tài)。無論采用共同粉磨工藝或分別粉磨工藝，水泥的特征粒徑越小，意味著水泥粉體的整體粒徑降低，其中熟料的磨細(xì)程度也趨向較細(xì)粒徑轉(zhuǎn)變，水泥水化反應(yīng)速度加快，生成的水化產(chǎn)物更多，水泥石更密實(shí)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)值更高。

　　現(xiàn)階段對(duì)水泥顆粒粒徑分布公認(rèn)的觀點(diǎn)為：成品中＜3μm細(xì)顆粒不超過10%， 3-32μm顆粒含量不低于65%，對(duì)水泥強(qiáng)度發(fā)揮起主導(dǎo)作用，越多越好，＞65μm顆粒最好沒有。[1]這個(gè)粒徑分布指標(biāo)是指水泥中被磨細(xì)的熟料顆粒含量，而不是混合材。國外以生產(chǎn)純硅酸鹽水泥為主，只有熟料+石膏，被磨物料品種少，更便于調(diào)整。國內(nèi)大多數(shù)采用共同粉磨工藝，使用的混合材品種多，由于涉及各種物料易磨性的變化，加之研磨體對(duì)入磨物料具有“選擇性磨細(xì)”功能，即易磨性好的物料先被磨細(xì)，易磨性差的物料磨細(xì)程度也差。一般來講，硅酸鹽水泥熟料中的CaO含量在64-66%之間，假如成品水泥中的熟料磨細(xì)程度較差，勢(shì)必在篩余物中反映出來，其CaO含量必定會(huì)高，這已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到驗(yàn)證，造成熟料浪費(fèi)、增加水泥生產(chǎn)成本不言而喻。

　　2.2案例2：W公司閉路水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)配置

　　W公司水泥制成由外循環(huán)立磨（物料處理能力＞250t/h、主電機(jī)功率800kW-10kV-額定電流58A）+物料篩分分級(jí)（孔徑4.0mm回轉(zhuǎn)篩）+Φ3.8m×13m雙倉管磨機(jī)（主電機(jī)功率2800kW-10KV-額定電流208A，主減速器JS140-A、速比i=44.4167:1、筒體工作轉(zhuǎn)速16.7r/min。一倉有效長(zhǎng)度3.75m、階梯襯板。二倉有效長(zhǎng)度8.75m、小波紋襯板+四圈高度1100mm活化環(huán)、研磨體總裝載量185t）+O-sepa N-3000選粉機(jī)（喂料能力540t/h、選粉能力180t/h、主軸電機(jī)功率132kW、系統(tǒng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量220000m3/h、風(fēng)壓6500Pa、風(fēng)機(jī)電機(jī)功率630kW、磨尾采用單風(fēng)機(jī)，磨機(jī)通風(fēng)接入選粉機(jī)一次風(fēng)管）組成的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)見圖1：

　　圖1  帶有立磨預(yù)粉磨的雙閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)

　　W公司生產(chǎn)P.O42.5級(jí)水泥，系統(tǒng)產(chǎn)量120t/h，抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大。物料配比見表6：

　　抗壓強(qiáng)度波動(dòng)較大原因分析：磨機(jī)一倉研磨體直徑偏小，對(duì)粗顆粒物料處理能力不足，對(duì)易磨性差的熟料適應(yīng)性差。二倉研磨能力弱，出磨物料中成品量少，水泥中＜32μm粒徑總含量偏低，只有66%左右，水泥特征粒徑偏大，主導(dǎo)強(qiáng)度增長(zhǎng)的熟料磨細(xì)程度不足。

　　采取的針對(duì)性技術(shù)措施：

　　針對(duì)一倉研磨體直徑較小、沖擊能量偏小的現(xiàn)狀（最大直徑為Φ70mm、重量1.410kg/個(gè)），調(diào)整時(shí)補(bǔ)足較大規(guī)格Φ80mm（重量2.107kg/個(gè)）、Φ90mm（2.994kg/個(gè)）鋼球各4t，增大一倉破碎能力。針對(duì)二倉研磨能力不足，增加直徑Φ17mm、Φ15mm、Φ12mm鋼球比例，提高二倉細(xì)磨能力及出磨成品量。

　　處理二倉活化環(huán)結(jié)構(gòu)，對(duì)靠近磨機(jī)筒體的外圓部分，封閉500mm高度形成盲板，達(dá)到抑制物料流速，延長(zhǎng)物料的停留時(shí)間，進(jìn)一步提高水泥熟料磨細(xì)程度的目的。

　　調(diào)整磨尾收塵風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低磨內(nèi)通風(fēng)量與凈空風(fēng)速，能夠有效延長(zhǎng)物料粉磨時(shí)間，降低出磨物料顆粒粒徑，提高成品比例。

　　改進(jìn)后達(dá)到的技術(shù)效果：

　　改進(jìn)后，P.O42.5級(jí)成品水泥的顆粒粒徑分布見表8：

　　由表7、表8可以看出：改進(jìn)后，成品水泥＜32μm顆粒粒徑含量由66.52%提高至80.99%，凈增14.47%；特征粒徑x/由26.40μm 降至18.67μm，縮小了7.73μm。充分說明成品水泥顆粒粒徑整體下降幅度較大，水泥中的熟料磨細(xì)程度明顯提高，從表9數(shù)據(jù)能夠得到驗(yàn)證。

　　改進(jìn)前、后生產(chǎn)的P.O42.5級(jí)水泥強(qiáng)度對(duì)比見表9：

　　由表9數(shù)據(jù)可知：由于水泥顆粒粒徑分布中的＜32μm細(xì)顆粒含量大幅度增加，水泥堆積密度隨之增大，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低，3d、28d抗壓強(qiáng)度顯著提高，相對(duì)改進(jìn)前分別增長(zhǎng)3.4MPa及3.6MPa。

　　與分別粉磨工藝相比，采用共同粉磨工藝時(shí)，由于粉磨的物料易磨性不同以及水分、溫度等原因，在生產(chǎn)不同品種、等級(jí)水泥過程中，至少浪費(fèi)了5-10%的熟料。以熟料生產(chǎn)成本150元/t計(jì)，材料成本增加12-15元/t。

　　2.3案例3：Y公司開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)配置

　　Y公司采用170-100輥壓機(jī)（物料處理能力620t/h、主電機(jī)功率900kW×2-10kV-額定電流64A）+Vx8820氣流分級(jí)機(jī)+Φ4.2m×13m雙倉管磨機(jī)（主電機(jī)功率3550kW-10kV-額定電流260A、一倉有效長(zhǎng)度3.50m、階梯襯板。二倉有效長(zhǎng)度9.0m、小波紋襯板+五圈高度1250mm活化環(huán)、研磨體總裝載量235t）+磨尾收塵風(fēng)機(jī)（風(fēng)量60000m3/h、風(fēng)壓4500Pa、風(fēng)機(jī)電機(jī)功率132kW）組成的開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)見圖2：

　　圖2  輥壓機(jī)開路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)

　　粉磨P.O42.5級(jí)水泥，系統(tǒng)產(chǎn)量190t/h（成品R45μm篩余≤12%、比表面積380m2/kg）、粉磨電耗32kWh/t。P.O42.5級(jí)水泥物料配比見表10：

　　熟料磨細(xì)程度較差原因分析：

　　由于磨機(jī)一倉研磨體尺寸較小，最大鋼球直徑Φ40mm，粉碎能力不足，難以適應(yīng)易磨性較差的熟料，不利于細(xì)磨倉磨細(xì)。測(cè)試成品水泥R45μm篩余CaO含量55%左右，說明熟料磨細(xì)程度較差，水泥特征粒徑偏粗，水化速度慢，強(qiáng)度發(fā)揮能力一般，需要提高熟料磨細(xì)程度。

　　采取的針對(duì)性技術(shù)措施：

　　增加一道單層復(fù)合隔倉板，將磨機(jī)改造為三倉，實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)良好分段，使磨內(nèi)各倉粉磨的水泥顆粒粒徑逐漸縮小。并根據(jù)取樣測(cè)定的入磨物料粒徑與篩余曲線，調(diào)整各倉研磨體級(jí)配。一倉最大球徑由Φ40mm增大到Φ50mm，并采用少量Φ60mm鋼球，徹底解決一倉研磨體能量偏小的問題。二倉過渡采用Φ20mm-Φ14mm四級(jí)鋼段，三倉配入Φ16mm-Φ10mm四級(jí)鋼段，提高磨細(xì)能力。同時(shí)，增加三倉活化環(huán)高度，由850mm加高至1250mm。

　　改進(jìn)后達(dá)到的技術(shù)效果：

　　改進(jìn)后的P.O42.5級(jí)水泥物料配比見14：

　　因磨細(xì)能力的提高，熟料摻入量降低了3%，水泥中＜32μm顆粒粒徑含量由67.33%提高至82.45%，凈增15.12%；特征粒徑由22.22μm降至19.80μm，縮小了2.42μm。

　　取成品水泥樣進(jìn)行測(cè)試：R45μm篩余的CaO含量已降至40%左右，進(jìn)一步證實(shí)了熟料磨細(xì)能力提高，水泥特征粒徑縮小，水化速度加快，強(qiáng)度發(fā)揮能力良好，3d、28d抗壓強(qiáng)度相比改進(jìn)前分別增長(zhǎng)4.1MPa及3.1MPa。

　　3、水泥粉磨與顆粒粒徑分布及水泥性能技術(shù)分析

　　3、1關(guān)于磨機(jī)研磨體級(jí)配與磨內(nèi)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

　　水泥粉磨過程是機(jī)械力化學(xué)活化的物理效應(yīng)過程，水泥顆粒粒徑在粉磨中不斷被磨細(xì)、縮小直至合格的延續(xù)過程，是促進(jìn)水泥顆粒水化反應(yīng)（化學(xué)效應(yīng)）的前提。管磨機(jī)是通過襯板將能量傳遞給研磨體，在運(yùn)動(dòng)中對(duì)物料進(jìn)行磨細(xì)與整形，管磨機(jī)也是均化功能最好的粉磨設(shè)備之一。

　　在走訪調(diào)試過程中了解到，關(guān)于水泥磨機(jī)一倉研磨體調(diào)整，部分水泥企業(yè)工程技術(shù)人員仍存在一定認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)：有些人認(rèn)為，通過預(yù)粉磨設(shè)備處理與氣流分級(jí)機(jī)分級(jí)后的入磨物料粒徑小，就必須大幅度降低研磨體平均尺寸，這在理論計(jì)算上是完全正確、可行的。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于被磨物料的理化特性不同，尤其是易磨性、溫度、水分性質(zhì)的變化是處在動(dòng)態(tài)條件下、隨機(jī)性的，并非處于穩(wěn)定掌控的理想狀態(tài)，無太多規(guī)律可循。所以，我們希望提高水泥熟料利用率，就需要最大限度磨細(xì)。“磨內(nèi)磨細(xì)是根本”，若不能實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)磨細(xì)，必定會(huì)提高熟料摻入量、增加生產(chǎn)成本。

　　若磨機(jī)一倉所配研磨體平均尺寸偏小，對(duì)入磨物料粉碎的適應(yīng)范圍即變窄，一旦遇到物料易磨性變差，則完全無力勝任，研磨體對(duì)物料的粗粉碎能力不足隨即顯現(xiàn)?？梢詮南到y(tǒng)產(chǎn)量、成品細(xì)度參數(shù)的變化進(jìn)行判斷。一倉研磨體能量小，粗顆粒進(jìn)入細(xì)磨倉，細(xì)磨倉研磨體尺寸更小，對(duì)粗顆粒物料處理能力更差，最終結(jié)果是成品水泥中仍存在偏粗粒徑的顆粒（粗、細(xì)兩種顆粒處于分布的兩端），這種現(xiàn)象常見于開路粉磨系統(tǒng)。

　　導(dǎo)致上述不良結(jié)果，既有研磨體尺寸方面的原因，也有磨內(nèi)結(jié)構(gòu)形式（隔倉板、活化環(huán)、出磨篦板）及筒體襯板工作表面形狀與研磨體材質(zhì)、光潔度（表面粘附狀態(tài)）等。不可忽視磨內(nèi)風(fēng)速、入磨物料水分（尤其南方多雨地區(qū)物料水分大，管磨機(jī)通風(fēng)能力需要提高，磨內(nèi)結(jié)構(gòu)須做相應(yīng)調(diào)整）、入磨物料溫度與磨內(nèi)環(huán)境溫度、助磨劑分散性能等多種因素疊加，對(duì)粉磨系統(tǒng)造成的不利影響。

　　在管磨機(jī)有效長(zhǎng)度范圍內(nèi)裝載的研磨體與物料接觸過程中完成粉磨任務(wù)。雖研磨體隨機(jī)做功，但因其個(gè)數(shù)多，與物料接觸幾率也高，管磨機(jī)作圓周運(yùn)動(dòng)，將物料進(jìn)一步磨細(xì)，達(dá)到一定的粒徑排出磨外。

　　物料粉磨過程中，磨內(nèi)流速受到幾個(gè)因素制約，若要實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)磨細(xì)則流速不可過快。其中有磨內(nèi)風(fēng)速與研磨體推擠作用兩個(gè)方面的影響。也不排除企業(yè)應(yīng)用了提產(chǎn)型助磨劑，磨內(nèi)物料的流動(dòng)性更好，導(dǎo)致物料流速加快。上述因素都會(huì)造成出磨物料顆粒粒徑粗大，尤其是開路水泥粉磨系統(tǒng)表現(xiàn)極為突出。

　　3、2關(guān)于研磨體形狀的選擇與粉磨效率分析

　　磨機(jī)一倉可以應(yīng)用橢圓形及棒球形、卵形研磨體，從數(shù)學(xué)原理上講，這些形狀的研磨體之間以“弧線接觸”方式為主，“點(diǎn)接觸”方式為輔，尤其是橢圓形研磨體對(duì)物料的有效接觸面積比圓球高出30%，與物料的接觸、研磨的面積比圓球大。相同直徑的橢圓形研磨體比圓球重量要大，對(duì)物料沖擊破碎作用力大。橢圓球之間空隙率低，各點(diǎn)曲率均不相同，對(duì)物料接觸面夾角也不相同，研磨作用更好，粉磨效率明顯高于傳統(tǒng)單一形狀“點(diǎn)接觸”的圓球。[2]細(xì)磨倉應(yīng)用鋼段時(shí)，與物料的接觸方式以“短線接觸”為主，“點(diǎn)接觸”為輔。研磨體與襯板之間、研磨體與研磨體之間的接觸方式以及研磨體與物料之間的接觸面積，決定了研磨體對(duì)物料的粉磨效率。所以，磨機(jī)一倉在相同裝載量的前提下，應(yīng)積極選擇應(yīng)用粉磨效率更高的橢圓、棒球或卵形研磨體，能夠顯著提高系統(tǒng)粉磨效率、降低電耗，更有利于調(diào)控水泥的顆粒粒徑分布。

　　磨機(jī)細(xì)磨倉所用研磨體形狀與總表面積對(duì)于物料磨細(xì)存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。管磨機(jī)的粉磨效率與研磨體總表面積的0.6-0.7次方成正比，在細(xì)磨倉應(yīng)通過提高研磨體的總表面積，增加與物料之間的接觸幾率，實(shí)現(xiàn)顆粒粒徑在細(xì)磨過程中不斷縮小。在磨細(xì)功能方面，由于傳統(tǒng)使用的鋼球與之間物料呈“點(diǎn)接觸”狀態(tài)，其球間空隙較大，即使有物料的填充作用，磨細(xì)效率上仍低于鋼段與物料之間低空隙率和“短線接觸”方式，故鋼球在細(xì)研磨效率上明顯低于鋼段。

　　筆者多次比較過同一企業(yè)兩套配置完全相同的粉磨系統(tǒng)： 170-100輥壓機(jī)（物料處理能力620t/h、主電機(jī)功率900kW×2）+Vx8820氣流分級(jí)機(jī)+Φ4.2m×13m管磨機(jī)（主電機(jī)功率3350kW、兩倉開路設(shè)計(jì)），生產(chǎn)同一個(gè)品種、等級(jí)的水泥（P.O42.5級(jí)），一臺(tái)管磨機(jī)全磨裝載鋼球，另一臺(tái)管磨機(jī)一倉采用鋼球、二倉采用鋼段。在運(yùn)行過程中比較發(fā)現(xiàn)：二倉裝有鋼段的管磨機(jī)粉磨效率明顯高于二倉裝載鋼球的那臺(tái)磨機(jī)（水泥磨細(xì)程度好、R45μm細(xì)度低于全鋼球磨2-2.5%，系統(tǒng)產(chǎn)量高出30t/h，粉磨電耗低3.5kWh/t）。

　　3、3影響水泥顆粒粒徑分布的相關(guān)因素及調(diào)整

　　有的企業(yè)在成品水泥細(xì)度指標(biāo)控制上，采用比表面積或R45μm篩余，有條件的化驗(yàn)室配備了離線激光粒度分析儀，可以隨時(shí)檢測(cè)水泥的顆粒分布，條件更好的實(shí)現(xiàn)了在線粒徑檢測(cè)與調(diào)控。但是，事物總是一分為二的，每一種檢測(cè)手段都有其特點(diǎn)與不足之處。

　　水泥比表面積的概念是：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的水泥粉體所擁有表面積的總和。實(shí)際上，水泥粉體顆粒中≤5μm的粒徑含量決定了比表面積指標(biāo)的高低，即細(xì)顆粒含量越高，料層阻力越大，透氣時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)得的比表面積數(shù)值越大。實(shí)踐證明，水泥比表面積越高，水泥顆粒粒徑越小。比表面積同時(shí)受到吸附性材料的影響較大，如水泥混合材中摻入了石灰石或天然或人工火山灰質(zhì)材料沸石、玄武巖、凝灰?guī)r以及粉煤灰、爐渣、燒矸石之類，透氣時(shí)間延長(zhǎng)，比表面積值虛高現(xiàn)象極為普遍，根據(jù)這些材料的摻入量和粉磨細(xì)度不同，一般比表面積至少會(huì)虛高30-80m2/kg左右。在熟料質(zhì)量與配比相對(duì)穩(wěn)定的前提下，粉磨的水泥比表面積越大，水泥顆粒越小，水化速度快，水泥強(qiáng)度越高；比表面積儀器應(yīng)定期采用標(biāo)準(zhǔn)粉進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　生產(chǎn)過程中，為了提高粉磨效率，常采用助磨劑來分散或消除磨內(nèi)襯板、隔倉板、篦板及研磨體表面產(chǎn)生的粘附。但助磨劑對(duì)水泥比表面積的測(cè)試有一定影響：助磨劑多采用分散性能優(yōu)良的有機(jī)表面活性物質(zhì)（如三乙醇胺、丙三醇等），水泥粉體因助磨劑的分散作用，料層透氣性能顯著改善，測(cè)試比表面積和篩余時(shí)，兩者會(huì)同時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

　　我國通用水泥標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水泥篩余測(cè)定使用R80μm及 R45μm方孔篩，測(cè)試過程中以負(fù)壓篩析法為基準(zhǔn)法。從水泥顆粒形貌分析可知，理論上是小于方孔的圓形顆粒及小于方孔的長(zhǎng)條狀顆粒能夠垂直通過篩孔。其他形狀如：多角、扁狀、片狀物料顆粒則無法通過，大于篩孔尺寸的物料顆粒才能成為篩余，所謂細(xì)度值是特指那一部分作為篩余物游離出來的粗顆粒，即篩上的物料。

　　通過某一篩孔的篩析，可知水泥成品中大于該篩孔的顆粒含量（即篩余）。通過得知篩余物含量，可以方便的控制該篩孔的細(xì)度值，即最大篩余物含量。所使用的標(biāo)準(zhǔn)篩應(yīng)定期采用標(biāo)準(zhǔn)粉進(jìn)行校準(zhǔn)，校正系數(shù)＜0.8或＞1.2應(yīng)淘汰，否則，會(huì)引起系統(tǒng)檢驗(yàn)誤差，對(duì)日常生產(chǎn)控制產(chǎn)生誤導(dǎo)。

　　生產(chǎn)中，時(shí)有出現(xiàn)同一強(qiáng)度等級(jí)水泥、不同樣品采用某一定型規(guī)格篩孔所測(cè)試的篩余值非常接近，但兩者比表面積卻不相同，這是由于水泥顆粒粒徑分布不同所致。在閉路粉磨系統(tǒng)，尤其是采用助磨劑時(shí)，盡管R45μm篩余較小，但所測(cè)水泥的比表面積不高，一是由于助磨劑分散作用，使水泥料層透氣性大大改善。二是因水泥顆粒粒徑均齊（n值大）、粒徑分布范圍較窄、水泥堆積密度?。ǚ垠w空隙率大）等因素造成的。但水泥顆粒粒徑分布越窄，顆粒越小，水化速度越快，水泥強(qiáng)度越高。建議使用助磨劑的企業(yè)應(yīng)采用R45μm篩余控制水泥細(xì)度，比表面積值作為參考。

　　激光粒徑分析是利用激光束衍射原理，將顆?？醋鞯刃驈降臏y(cè)試方法，是當(dāng)代先進(jìn)的粉體顆粒粒徑分布測(cè)試技術(shù)之一。能夠?qū)⑺嘀胁煌念w粒粒徑分布范圍及微分分布與位置參數(shù)（特征粒徑）、均勻性系數(shù)（分布粒徑寬窄程度）一并測(cè)試出來。通過激光粒度分析數(shù)據(jù)可以幫助粉磨工程技術(shù)人員分析判斷系統(tǒng)中存在的問題。水泥顆粒粒徑分布與物理性能密切相關(guān)，比測(cè)試篩余值和比表面積指標(biāo)表述水泥細(xì)度更可靠，穩(wěn)定性更好，測(cè)試速度更快。當(dāng)水泥的比表面積高，在粒徑分布測(cè)試時(shí)，能夠真實(shí)反映出≤3μm與≤5μm及≤8μm等粒徑的比例的確較高，相關(guān)性好。[3]激光粒徑分析儀器無標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)，只能通過其對(duì)同一樣品測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性與標(biāo)準(zhǔn)偏差判定其穩(wěn)定性。目前，已有幾家公司推出了在線水泥顆粒粒徑分析儀器，數(shù)據(jù)反饋快、調(diào)節(jié)方便，跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況來看，儀器穩(wěn)定性及使用效果較好。

　　綜上所述，這幾種水泥細(xì)度測(cè)試方法各有特點(diǎn)，但其共同存在的不足是：均無法知曉成品水泥篩余物中的顆粒是何種化學(xué)成分及對(duì)應(yīng)的材料與所占比例，需要借助化學(xué)分析方法或掃描電鏡定量測(cè)試。所以，在生產(chǎn)過程中，可以將多種測(cè)試方法結(jié)合應(yīng)用，從中找出相關(guān)的規(guī)律。

　　管磨機(jī)粉磨過程中，研磨體級(jí)配寬窄程度與磨內(nèi)通風(fēng)量等因素決定了水泥成品顆粒分布的寬窄范圍，也就是說，研磨體級(jí)配最大程度上決定了水泥成品的顆粒粒徑分布。一般來講，開路與閉路兩種粉磨系統(tǒng)，開路磨生產(chǎn)的水泥，顆粒粒徑分布范圍寬，各種粒徑均占一定比例，由于存在“過粉磨”的因素，尤其＜5μm顆粒含量比閉路粉磨系統(tǒng)要高，水泥堆積密度大（水泥粉體空隙率?。?，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量相對(duì)較小，水泥與混凝土外加劑適應(yīng)性好，這是南方部分地區(qū)選擇以開路粉磨系統(tǒng)為主的原因之一。但是，開路粉磨系統(tǒng)為了控制成品細(xì)度，需要有效抑制磨內(nèi)流速，所制備的水泥溫度偏高。閉路磨系統(tǒng)磨制的水泥由于經(jīng)選粉機(jī)分級(jí)，成品溫度相對(duì)低于開路系統(tǒng)，水泥顆粒粒徑分布相對(duì)較窄，顆粒粒級(jí)均齊性好，n值一般在1.0或1.1以上，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量要大一些，與混凝土外加劑適應(yīng)性比開路系統(tǒng)水泥稍差。但也不排除特殊情況，開路粉磨系統(tǒng)所用研磨體級(jí)配的級(jí)數(shù)少，研磨體級(jí)配較窄或小規(guī)格研磨體所占比例大，研磨體總表面積大，對(duì)磨細(xì)有利，得到的成品水泥顆粒粒徑分布較窄，水泥堆積密度小，也會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增加。當(dāng)然，閉路粉磨系統(tǒng)若采用較寬、級(jí)數(shù)多的研磨體級(jí)配，在提高磨內(nèi)磨細(xì)程度的同時(shí)，可調(diào)整磨內(nèi)通風(fēng)參數(shù)及選粉機(jī)主軸轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，降低選粉機(jī)循環(huán)負(fù)荷，同樣能夠得到顆粒粒徑分布相對(duì)較寬的成品，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量也在正常范圍。

　　閉路粉磨系統(tǒng)由于物料循環(huán)與選粉機(jī)的作用，生產(chǎn)的水泥溫度明顯低于開路系統(tǒng)（至少低15℃以上）。上述只是在保證水泥強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定的前提下進(jìn)行的調(diào)整。鑒于上述技術(shù)分析，筆者建議開路或閉路粉磨系統(tǒng)管磨機(jī)所用研磨體級(jí)配選擇上，應(yīng)采用相對(duì)較寬的級(jí)配數(shù)。

　　采用共同粉磨工藝時(shí)，磨內(nèi)始終存在“選擇性磨細(xì)”現(xiàn)象?？蓪で蠹尤氡仁炝弦啄バ圆畹幕旌喜?，利用易磨性差值不同，得到所需要的熟料顆粒粒徑。

　　每個(gè)粉磨系統(tǒng)都有其特點(diǎn)，需要我們粉磨工程技術(shù)人員根據(jù)不同的工藝狀況進(jìn)行甄別判定，制訂合理的調(diào)整方案，最終達(dá)到穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高系統(tǒng)產(chǎn)量、降低粉磨電耗與材料成本之目的。

　　4、結(jié)束語

　　4、1水泥細(xì)度篩析法、比表面積、激光粒徑分析等測(cè)試方法各有特點(diǎn)，三種方法都是為了控制水泥顆粒粒徑與性能。但其共同存在的不足是：無法知曉成品水泥篩余物中的顆粒是何種化學(xué)成分及對(duì)應(yīng)的材料與所占比例，需要借助化學(xué)分析方法或掃描電鏡定量測(cè)試。生產(chǎn)過程中，可以將多種測(cè)試方法結(jié)合應(yīng)用，從中找出相關(guān)的規(guī)律。

　　4、2研磨體級(jí)配對(duì)物料處理能力很關(guān)鍵，如果磨機(jī)一倉平均球徑偏小，單個(gè)研磨體能量小，級(jí)配范圍偏窄，對(duì)易磨性差的熟料進(jìn)一步粉碎適應(yīng)能力也差，會(huì)造成二倉（或三倉）粉磨負(fù)擔(dān)過重，磨機(jī)兩倉（或三倉）難以實(shí)現(xiàn)粉磨平衡。

　　4、3必須強(qiáng)化磨機(jī)兩倉（或三倉）磨細(xì)功能，在縮小研磨體尺寸，增大研磨體總表面積的同時(shí)，應(yīng)對(duì)活化環(huán)進(jìn)行處理，減少粉磨“滯留帶”，激活研磨體粉磨能量，有效抑制物料流速，實(shí)現(xiàn)磨內(nèi)磨細(xì)。

　　4、4根據(jù)出磨細(xì)度與成品細(xì)度調(diào)整磨機(jī)通風(fēng)量，避免因磨內(nèi)風(fēng)速過高導(dǎo)致物料跑粗，從而降低了出磨成品比例。

　　4、5提高熟料利用率非常重要，最有效的途徑是物料分別粉磨、配制技術(shù)，有條件的企業(yè)應(yīng)積極采用。由于粉磨的物料相對(duì)單一，調(diào)控方便、快捷，在確保水泥實(shí)物質(zhì)量的條件下，能夠顯著降低材料成本，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果良好。

　　4、6熟料的磨細(xì)程度越差，水泥顆粒粒徑偏粗，水化反應(yīng)速度慢，強(qiáng)度增長(zhǎng)值較低。通過對(duì)多個(gè)企業(yè)走訪調(diào)研與調(diào)試，個(gè)人認(rèn)為：從降本增效與有效發(fā)揮水泥性能的角度出發(fā)，熟料磨細(xì)程度一定要提高，真正做到物盡其用。

　　4、7現(xiàn)階段，我國水泥產(chǎn)能已嚴(yán)重過剩，在實(shí)施總量控制的前提下，工程技術(shù)人員必須認(rèn)真研究水泥粉磨工藝與顆粒粒徑分布及水泥性能的關(guān)系，進(jìn)一步提高產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量，降低水泥生產(chǎn)成本。

　　參考文獻(xiàn)

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