賈華平：不該被忽視的水泥分別粉磨

  5月26日，由中國(guó)水泥網(wǎng)主辦的 “2015第八屆國(guó)際粉磨峰會(huì)”在南京召開(kāi)，天瑞集團(tuán)水泥有限公司總工程師賈華平出席會(huì)議并以《不該被忽視的水泥分別粉磨》為題，同與會(huì)代表詳細(xì)交流了分別粉磨工藝在節(jié)能降耗和提升水泥品質(zhì)等方面的突出作用，以下為中國(guó)水泥網(wǎng)記者整理的報(bào)告全文：

  2015 第八屆國(guó)際粉磨峰會(huì)”的主題是“探討水泥粉磨系統(tǒng)的節(jié)能創(chuàng)新、持續(xù)保持水泥粉磨系統(tǒng)的科技創(chuàng)新活力”。

  但是，在我們不遺余力地絞盡腦汁進(jìn)行創(chuàng)新的同時(shí)，為什么要將“已有成熟的、而且有效的節(jié)能措施棄之不用呢？有一句戲詞唱得好：“打了俺舊缸賠新缸，新缸沒(méi)有俺舊缸光”。今天，我就跟大家唱個(gè)反調(diào)，不談創(chuàng)新談?wù)動(dòng)门f，談?wù)勎覀兩鲜兰o(jì)就有的水泥分別粉磨。

  分別粉磨這個(gè)概念，在水泥粉磨系統(tǒng)早有應(yīng)用，是普通開(kāi)流磨年代的主要增效措施之一。后來(lái)，由于選粉機(jī)的出現(xiàn)，特別是由于輥壓機(jī)的出現(xiàn)，直至發(fā)展到目前的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，分別粉磨的光環(huán)逐漸被掩蓋。

  而實(shí)際上，選粉機(jī)和輥壓機(jī)與分別粉磨技術(shù)并不沖突，它們可以互相疊加使用，在節(jié)電（降低電耗）、節(jié)料（減少熟料消耗）、降碳（減少碳排放）的情況下，優(yōu)化水泥的性能。另外，在各組分的易磨性相差很大的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥中熟料等各組分的最佳顆粒分布，應(yīng)該說(shuō)分別粉磨是目前的最佳選擇。分別粉磨可以分別設(shè)定和實(shí)現(xiàn)水泥各組分的最佳粒度分布,以達(dá)到熟料活性的最大利用，實(shí)現(xiàn)混合材活性潛能的充分挖掘。

  目前，先進(jìn)國(guó)家的水泥廠(chǎng)已經(jīng)很少再用混合粉磨工藝了，日本的礦渣水泥幾乎全部采用了分別粉磨。

  分別粉磨不僅能根據(jù)各組分的易磨性?xún)?yōu)化工藝，提高粉磨效率降低電耗；根據(jù)各組分的成本和對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)優(yōu)化配比，把關(guān)鍵的熟料用在刀刃上，降低熟料消耗；分別粉磨還能根據(jù)各組分在不同粒級(jí)下的不同特性，設(shè)計(jì)和控制水泥顆粒級(jí)配中各粒級(jí)段的組份權(quán)重，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)水泥性能的不同要求，這是其他粉磨系統(tǒng)做不到的。

  以需水量為例，我們知道，水泥的需水量除與其組份的特性有關(guān)外，還與其顆粒級(jí)配以及顆粒形狀有關(guān)，分別粉磨的優(yōu)勢(shì)之一，就是能方便的調(diào)節(jié)顆粒級(jí)配；水泥中的微粉既由于其能增加水泥的流動(dòng)性降低需水量，又由于其能加快水化速度增大需水量，分別粉磨為我們平衡這一對(duì)矛盾創(chuàng)造了條件。

  進(jìn)一步分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，影響水泥水化速度的主要是熟料組份，只要我們減少熟料的微粉、增加其他惰性混合材（比如石灰石）的微粉，就能滿(mǎn)足矛盾雙方對(duì)降低水泥需水量的要求。

  一、分別粉磨對(duì)能效、質(zhì)效的意義

  德國(guó)的研究表明，在混合粉磨的礦渣水泥中，熟料的特征粒徑小于水泥，礦渣的特征粒徑大于水泥，石膏的特征粒徑遠(yuǎn)小于水泥；而在分別粉磨的水泥中，在物料組成和比表面積相同的情況下，熟料的特征粒徑平均降低了2.0μm，礦渣的特征粒徑平均降低了7.5μm。

  而所謂“特征粒徑”，實(shí)際上是“體積平均粒徑”的一種近似體現(xiàn)方式，這就是說(shuō)在同樣比表面積的情況下，分別粉磨能將熟料和礦渣磨的更細(xì)，這正是我們所期望的。

  對(duì)于水泥在混凝土中的使用性能來(lái)講，應(yīng)該說(shuō)0~80μm的顆粒都是必要的，但對(duì)于水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，則主要是3μm~32μm的熟料顆粒。

  熟料顆粒＞32μm就會(huì)影響到其水化速度，影響到其活性的發(fā)揮，影響到其對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，應(yīng)該盡量控制；＜3μm的顆粒雖能顯著提高水泥的早期強(qiáng)度，但會(huì)導(dǎo)致水泥的后期強(qiáng)度降低，引起水泥強(qiáng)度的前后不平衡，也是水泥需水量高的原因之一，是應(yīng)該努力減少的。

  另外，由于熟料是水泥配料中成本最高的組分，所以水泥中的其他粒級(jí)應(yīng)該盡量減少對(duì)熟料的占用，而由其他成本較低的組分來(lái)補(bǔ)足。

  用于粉磨水泥的不同組分的易磨性是相差很大的。目前的配料后共同粉磨工藝，對(duì)水泥強(qiáng)度起主要貢獻(xiàn)的熟料，很難被磨到最佳的細(xì)度，造成一定的潛能浪費(fèi)。而比較易磨的其他組分，又很難做到不產(chǎn)生過(guò)粉磨現(xiàn)象，增加了除塵難度，影響磨內(nèi)通風(fēng)，產(chǎn)生包球及糊蓖縫，最終是降低了臺(tái)時(shí)和增加了電耗。

  對(duì)于比熟料更難磨的礦渣，也要求以分別粉磨為好。就普遍采用的共同粉磨工藝，當(dāng)水泥的比表面積已達(dá)到350m²/kg時(shí)，礦渣的比表面積一般只能達(dá)到230～280m²/kg左右。而礦渣的活性潛力應(yīng)該磨至450m²/kg以上，才能使礦渣的活性得到充分發(fā)揮。

  如果對(duì)礦渣進(jìn)行單獨(dú)粉磨，將其磨至最佳的活性細(xì)度，它就發(fā)揮出下面的作用：

  （1）將礦渣粉磨至最佳活性細(xì)度，按配比摻入水泥中拌勻，既可把礦渣的活性發(fā)揮到最大，又可優(yōu)化水泥的最終顆粒級(jí)配，提高水泥的性能，或降低熟料的消耗。

  （2）磨細(xì)的礦渣在混凝土水化時(shí)，能夠承擔(dān)起混凝土的填充作用，減小孔隙率，提高密實(shí)度。不但能起到礦物減水劑的作用，有利于減小需水量，提高混凝土的流動(dòng)性和保塑性，而且能提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性，提高抗腐蝕性、減小收縮率。

  （3）將礦渣磨細(xì)到最佳細(xì)度，就能夠提高礦渣的摻加量，減小熟料的消耗量。不但能降低水泥的堿度，提高混凝土的抗腐蝕性，而且能降低水泥的早期水化熱，減少因水化熱對(duì)外加劑的消耗，減小混凝土的溫度裂縫和溫度收縮。

  實(shí)際上，還有一個(gè)沒(méi)有引起大家重視的問(wèn)題，選粉機(jī)雖然與易磨性關(guān)系不大，但其選粉性能與各組分的體積密度和容重相關(guān)聯(lián)。

  選粉機(jī)的分選原理是按物料的粒徑切割分離的，一般講某臺(tái)選粉機(jī)在某種特定情況下都存在一個(gè)切割粒徑，小于切割粒徑的物料進(jìn)入成品，大于切割粒徑的物料則進(jìn)入回粉當(dāng)中，被視為不合格品返回粉磨系統(tǒng)繼續(xù)研磨。

  選粉機(jī)對(duì)粒徑的切割，依賴(lài)于氣流施予物料的速度、以及選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠葉片（或?qū)эL(fēng)板）作用于物料的失速回彈，而這兩個(gè)因素對(duì)不同容重的物料其效率是不同的。

  對(duì)于容重大的熟料，由于其表面積小，獲得的速度較小，受到的回彈力較大，通過(guò)選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的難度就較大；對(duì)于容重小的粉煤灰則不同，由于其表面積大，獲得的速度較大，受到的回彈力較小，通過(guò)選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的機(jī)會(huì)就大。所以同樣的選粉機(jī)選出的水泥，熟料的粗細(xì)和粉煤灰的粗細(xì)是不一樣的。

  所以，如果你采用粉煤灰做混合材，由于粉煤灰與熟料的容重相差較大，選粉機(jī)對(duì)粉煤灰和熟料的選粉性能就不會(huì)“一碗水端平”的。

  即使用同一臺(tái)選粉機(jī)，在相同的工況下對(duì)兩者的切割粒徑也是不一樣的，其選出的產(chǎn)品中熟料較細(xì)，而粉煤灰較粗，就不能夠按照我們理想的設(shè)計(jì)進(jìn)行不同組分的顆粒級(jí)配，這一點(diǎn)也是以分別粉磨為好。

  因此，我們要對(duì)水泥進(jìn)行整個(gè)顆粒級(jí)配的設(shè)計(jì)，并以此作為生產(chǎn)依據(jù)。

  二、水泥的顆粒調(diào)配試驗(yàn)

  現(xiàn)代水泥粉磨系統(tǒng)的高效改進(jìn)，大都帶來(lái)了水泥顆粒分布過(guò)于集中的問(wèn)題，導(dǎo)致了水泥使用性能變差，用戶(hù)對(duì)水泥也提出了更高的要求，水泥廠(chǎng)就被迫采取了一些措施：如降低磨內(nèi)風(fēng)速，降低閉路循環(huán)負(fù)荷，向水泥中摻加出磨物料，多臺(tái)磨分別控制不同的細(xì)度再混合入庫(kù)，甚至將閉路磨改為開(kāi)路磨等。

  上述措施都在一定程度上改善了水泥的使用性能，但卻降低了系統(tǒng)的粉磨效率，而分別粉磨卻為我們提供了另外一條路徑。

  分別粉磨不怕顆粒分布集中、不怕選粉效率高，而且選粉效率越高越好，既能改善水泥的使用性能，又能提高系統(tǒng)的粉磨效率。分別粉磨還為調(diào)整水泥的最終顆粒分布提供了條件，可以將不同的物料，別粉磨成不同顆粒分布的水泥組分，然后根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行不同的調(diào)配組合，生產(chǎn)出完全符合設(shè)計(jì)需要的顆粒分布的水泥，從而滿(mǎn)足不同用戶(hù)的不同需要——這就是所謂的“水泥顆粒調(diào)配法生產(chǎn)工藝”。

  天津水泥設(shè)計(jì)研究院的李鵬儒等曾進(jìn)行過(guò)“顆粒調(diào)配法”生產(chǎn)水泥的專(zhuān)題研究，對(duì)顆粒分布窄、水泥需水量高、外加劑適應(yīng)性差的聯(lián)合粉磨P.O42.5水泥，進(jìn)行了外摻調(diào)配試驗(yàn)。

  試驗(yàn)表明，“顆粒調(diào)配法”生產(chǎn)水泥，能夠在保持甚至提高水泥強(qiáng)度的條件下，有效改善水泥的需水量、改善與外加劑的適應(yīng)性。

[Page]   試驗(yàn)用熟料的特性和水泥配比見(jiàn)表10-9， 試驗(yàn)用超細(xì)石灰石粉的顆粒分布見(jiàn)表10-10，試驗(yàn)用粗石灰石粉、粗礦渣粉的細(xì)度見(jiàn)表10-11。

  表10-9   試驗(yàn)用熟料的特性和水泥配比表（%）

  表10-10   試驗(yàn)用超細(xì)石灰石粉的顆粒分布表（μm）（%）

  2.1石灰石細(xì)粉和礦渣粗粉的調(diào)配試驗(yàn)

  試驗(yàn)首先用相同配料比例的物料，生產(chǎn)出1號(hào)開(kāi)路磨水泥、2號(hào)聯(lián)合粉磨水泥，再用2號(hào)水泥外摻6%的超細(xì)石灰石粉和4%的粗礦渣粉調(diào)配出3號(hào)水泥，再按3號(hào)水泥的實(shí)際配比用開(kāi)路磨生產(chǎn)出4號(hào)水泥。所得四種水泥的物理性能如表10-12，對(duì)外加劑的適應(yīng)性如圖10-14。

  表10-12  四種水泥的物理性能對(duì)比表（m²/kg）（%）（MPa）

  圖10-14   四種水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性對(duì)比

  2.2石灰石細(xì)粉和粗粉的調(diào)配試驗(yàn)

  試驗(yàn)用2號(hào)水泥外摻5%的超細(xì)石灰石粉和5%的粗石灰石粉調(diào)配出5號(hào)水泥，再按5號(hào)水泥的實(shí)際配比用開(kāi)路磨生產(chǎn)出6號(hào)水泥。所得兩種水泥的物理性能如表10-13，對(duì)外加劑的適應(yīng)性如圖10-15。

  表10-13  四種水泥的物理性能對(duì)比表（m²/kg）（%）（MPa）

  圖10-15   四種水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性對(duì)比

  2.3調(diào)配水泥配制混凝土試驗(yàn)

  試驗(yàn)分別采用1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)水泥配制了C30和C60混凝土，混凝土的物料配比見(jiàn)表10-14，塌落度及經(jīng)時(shí)損失對(duì)比見(jiàn)圖10-16。

  表10-14    試驗(yàn)用C30、C60混凝土的物料配合比

  圖10-16   三種水泥配制的混凝土塌落度對(duì)比

  對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，此次試驗(yàn)表明：

  （1）外摻6%的超細(xì)石灰石粉和4%的粗礦渣粉調(diào)配的水泥，能夠在保持水泥較高強(qiáng)度的條件下，有效改善水泥與外加劑的適應(yīng)性；

  （2）外摻5%的超細(xì)石灰石粉和5%的粗石灰石粉調(diào)配的水泥，其28天抗壓強(qiáng)度比同配比的開(kāi)路磨水泥提高了8.1MPa，同時(shí)還獲得了較好的外加劑適應(yīng)性；

  （3）在相同的外加劑摻加量條件下，用調(diào)配后的水泥配制的C30、C60混凝土，具有塌落度高、塌落度經(jīng)時(shí)損失小的優(yōu)勢(shì)，混凝土的工作性能良好。