水泥助磨劑應(yīng)用與粉磨工藝參數(shù)調(diào)整控制的研究

  在水泥生產(chǎn)中粉磨階段能耗大、效率低，提高磨機(jī)效率、降低能耗，除了從設(shè)備、工藝方面進(jìn)行改進(jìn)外，使用水泥助磨劑也是一種有效的途徑。水泥助磨劑在我國(guó)水泥工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但如何科學(xué)選擇和使用水泥助磨劑，助磨劑的使用效果究竟如何評(píng)定，已成為眾多水泥企業(yè)關(guān)心的問(wèn)題。本公司從助磨劑的使用及粉磨工藝參數(shù)調(diào)整方面進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)不同粉磨系統(tǒng)和工藝，研究使用助磨劑前后的工藝調(diào)整措施，并對(duì)助磨劑使用效果及對(duì)水泥混凝土的性能影響進(jìn)行綜合分析，以期為水泥企業(yè)使用助磨劑提供相關(guān)依據(jù)。

  水泥工藝與設(shè)備

  水泥粉磨系統(tǒng)是由早先的單純的球磨機(jī)系統(tǒng)，逐步發(fā)展到球磨機(jī)加輥壓機(jī)系統(tǒng)和輥式磨系統(tǒng)。水泥粉磨系統(tǒng)按工藝流程分為開(kāi)流和圈流兩大系統(tǒng)，其中以球磨機(jī)和輥壓機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、球磨機(jī)和立磨組成的粉磨系統(tǒng)以及立磨終粉磨系統(tǒng)的使用較為廣泛，先簡(jiǎn)單介紹一下。

  1.輥壓機(jī)和球磨機(jī)組成的開(kāi)流系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

  2.聯(lián)合粉磨系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）。

  物料經(jīng)配料站混合后由進(jìn)料皮帶送入喂料斗式提升機(jī)，提升后經(jīng)下料溜子進(jìn)入輥壓機(jī)的穩(wěn)料倉(cāng)，與輥壓機(jī)循環(huán)物料（經(jīng)過(guò)選粉后的粗粉）混合后進(jìn)入輥壓機(jī)；經(jīng)輥壓機(jī)擠壓后的物料由循環(huán)斗式提升機(jī)提升進(jìn)入V型選粉機(jī)進(jìn)行分選，細(xì)粉被風(fēng)帶入旋風(fēng)除塵器經(jīng)收集后入磨，粗粉返回輥壓機(jī)的穩(wěn)料倉(cāng)；入磨物料經(jīng)球磨機(jī)粉磨后，經(jīng)檢驗(yàn)合格直接變?yōu)槌善愤M(jìn)入磨尾提升機(jī)后入庫(kù)。

  3.立磨終粉磨系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

  助磨劑使用過(guò)程中的工藝調(diào)整

  水泥粉磨系統(tǒng)從配料、預(yù)破碎到粉磨、選粉，組成了一個(gè)有機(jī)的體系。對(duì)配料的要求，主要是物料均勻穩(wěn)定、計(jì)量準(zhǔn)確、混合材的水分小、熟料溫度不高；對(duì)預(yù)粉碎的要求，主要是盡可能減小入磨物料的粒度（即做到多破少磨），減輕磨機(jī)負(fù)荷，為磨機(jī)高產(chǎn)創(chuàng)造條件。

  1.磨機(jī)參數(shù)調(diào)整

  采用助磨劑后，必須使粉磨設(shè)備的工藝條件與之相適應(yīng)。由于物料在磨內(nèi)的停留時(shí)間減少，因此必須改變研磨體與物料之比，即料球比。在磨機(jī)電流和軸瓦溫升允許的前提下，盡可能地增加研磨體裝載量，研磨體的裝載量應(yīng)適當(dāng)高于磨機(jī)設(shè)計(jì)裝載量，約增加10%，但不要超過(guò)15%。

  采用輥壓機(jī)對(duì)入磨物料進(jìn)行預(yù)粉碎后，入磨物料粒度通常＜5mm。由于粒度的減小，球磨機(jī)磨內(nèi)研磨體的平均球徑必然要隨之減小。一般來(lái)說(shuō)，最大球的球徑不要超過(guò)60mm。而且，應(yīng)根據(jù)磨機(jī)的倉(cāng)位，減大球、換小球。如是兩倉(cāng)磨，還應(yīng)將隔倉(cāng)板前移，增大細(xì)磨倉(cāng)長(zhǎng)度。

  助磨劑在開(kāi)流磨中使用，能消除過(guò)粉磨現(xiàn)象。在一般情況下，添加助磨劑能使物料的流速加快，使物料細(xì)度相對(duì)流速的變化更加敏感。此時(shí)，可在不改變磨內(nèi)結(jié)構(gòu)的情況下，增大后倉(cāng)填充率，使后倉(cāng)高于前倉(cāng)，以降低磨內(nèi)物料流速。通過(guò)合理配球，再應(yīng)用水泥助磨劑，就能夠充分發(fā)揮磨機(jī)的生產(chǎn)潛能，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的。

  2.選粉機(jī)參數(shù)調(diào)整

  在圈流粉磨系統(tǒng)，只要使選粉機(jī)與之匹配，保持成品細(xì)度不變，則可提高產(chǎn)量。在某一特定閉路磨機(jī)成品細(xì)度不變的情況下，循環(huán)負(fù)荷的大小決定于出磨物料的細(xì)度，反映了物料在磨機(jī)中停留時(shí)間的長(zhǎng)短。循環(huán)負(fù)荷大，表明物料在磨機(jī)內(nèi)停留時(shí)間短，出磨物料粗；循環(huán)負(fù)荷小，表明物料在磨機(jī)內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，出磨物料細(xì)。使用助磨劑后，物料流速的加快會(huì)使物料在磨內(nèi)通過(guò)的時(shí)間縮短。如果原系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷較大，物料停留時(shí)間較短，添加助磨劑后不對(duì)磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，就容易造成磨內(nèi)物料流速失控，使助磨劑的助磨作用降低或消失。同時(shí)，由于流速過(guò)快，物料得不到充分研磨，致使出磨物料細(xì)度跑粗，循環(huán)負(fù)荷逐漸增加，時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)造成出磨物料量的成倍增加，磨尾提升機(jī)容易過(guò)載，從而使生產(chǎn)受到影響。

  原系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷適中或者較小的磨機(jī)，使用助磨劑不用調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)，就可以達(dá)到滿(mǎn)意的助磨效果。添加助磨劑后，在控制成品細(xì)度及磨機(jī)產(chǎn)量不變的情況下，如果循環(huán)負(fù)荷逐漸減小，表明原系統(tǒng)運(yùn)行在合理的循環(huán)負(fù)荷下；如果循環(huán)負(fù)荷不降反而逐漸升高，表明原系統(tǒng)在高于合理循環(huán)負(fù)荷下運(yùn)行。此時(shí)，如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)調(diào)整，使用助磨劑后不但不會(huì)增產(chǎn)反而會(huì)影響正常生產(chǎn)。

  為了盡量全面地掌握助磨劑對(duì)粉磨過(guò)程的影響，工業(yè)試驗(yàn)之前和過(guò)程中應(yīng)該測(cè)量記錄以下各項(xiàng)數(shù)據(jù)：入磨物料水分、喂料量或成品產(chǎn)量、磨機(jī)主電動(dòng)機(jī)電流、出磨物料斗式提升機(jī)電流、出磨物料溫度、篩余、粒度分布、選粉機(jī)轉(zhuǎn)速和主電動(dòng)機(jī)電流、磨機(jī)及選粉機(jī)通風(fēng)量、計(jì)算選粉機(jī)的選粉效率和循環(huán)負(fù)荷率、繪制選粉機(jī)的部分分級(jí)效率曲線(xiàn)，這些參數(shù)將為評(píng)價(jià)磨機(jī)、選粉機(jī)的工況提供足夠的信息，也為磨機(jī)、選粉機(jī)的調(diào)整提供依據(jù)。

  3.水泥過(guò)程控制

  （1）水泥企業(yè)的熟料質(zhì)量波動(dòng)情況。熟料質(zhì)量的波動(dòng)對(duì)水泥強(qiáng)度的影響往往大于助磨劑對(duì)水泥強(qiáng)度的影響，特別是對(duì)水泥早期強(qiáng)度方面的影響非常大。因此，助磨劑大磨試驗(yàn)應(yīng)盡可能選擇在熟料質(zhì)量相對(duì)比較平穩(wěn)、庫(kù)存量充足的時(shí)候做。

  有些企業(yè)由于對(duì)回轉(zhuǎn)窯燒成能力進(jìn)行了改造提升，使窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高許多，有的甚至超過(guò)設(shè)計(jì)能力的20%，但回轉(zhuǎn)窯的冷卻系統(tǒng)卻沒(méi)有得到相應(yīng)的提升，致使窯的冷卻能力相對(duì)不足，出窯熟料溫度較高（有的企業(yè)達(dá)到160℃以上），入磨熟料溫度也較高（有的企業(yè)達(dá)到140℃）。此種情況下使用液體助磨劑，易造成助磨劑的揮發(fā)和分解，影響粉磨效率，使助磨劑的助磨、增強(qiáng)效果減弱。這時(shí)可采取的措施，一是將出窯熟料在入庫(kù)前的輸送機(jī)處淋水降溫；二是在熟料篦冷機(jī)處增大冷風(fēng)量，提高冷卻效率，從而降低熟料溫度；三是在熟料庫(kù)放料時(shí)，采取輪流更換下料點(diǎn)的方法來(lái)降低熟料溫度?？傊挥写_保磨內(nèi)工況合理，才能提高助磨劑的使用效果。

  （2）混合材干濕情況。使用了助磨劑使許多企業(yè)都減少了熟料的用量，增加了混合材的摻量。而當(dāng)混合材的水分較大時(shí)，如果沒(méi)有采取烘干措施，增加的混合材會(huì)帶入水分，從而使入磨物料的綜合水分增加，影響磨機(jī)的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。此外，如果混合材帶入的水分過(guò)大，還會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)出現(xiàn)糊球、飽磨現(xiàn)象，以致影響磨機(jī)的正常生產(chǎn)。此時(shí)增加混合材應(yīng)考慮其對(duì)入磨物料綜合水分的影響，綜合水分最好不要超過(guò)1.5%。

  （3）水泥磨生產(chǎn)情況。若遇到水泥磨設(shè)備故障，或熟料不足、水泥庫(kù)滿(mǎn)需要停機(jī)等非正常生產(chǎn)狀態(tài)，便會(huì)影響到大磨試驗(yàn)效果。因此，做助磨劑大磨試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能選擇水泥磨能連續(xù)開(kāi)機(jī)、處于正常生產(chǎn)狀態(tài)的時(shí)間段，且有充足的熟料庫(kù)存量。

  水泥性能及助磨劑使用效果分析

  1.水泥助磨劑使用過(guò)程中對(duì)水泥各項(xiàng)性能的影響

  （1）對(duì)粉磨效率的影響。助磨劑對(duì)粉磨效率的影響，多以水泥的細(xì)度、顆粒組成、平均粒徑、磨機(jī)產(chǎn)量和電耗等指標(biāo)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。這種評(píng)價(jià)方法具有簡(jiǎn)易直觀的特點(diǎn)。

  （2）對(duì)強(qiáng)度的影響

  參照GB/T17671-1999水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法，當(dāng)檢驗(yàn)水泥膠砂強(qiáng)度的水灰比與混凝土接近時(shí)可以得到與混凝土相關(guān)性更好的膠砂強(qiáng)度。為此，可以在進(jìn)行膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)時(shí)加入適量減水劑，同時(shí)降低水灰比。助磨劑對(duì)強(qiáng)度的影響既可以通過(guò)提高水化速率直接影響強(qiáng)度，也可以通過(guò)改變粒度分布和水泥顆粒圓形系數(shù)間接影響強(qiáng)度。

  （3）對(duì)安定性、凝結(jié)時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響。參照GB/T1346-2001水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)。

  （4）對(duì)水泥與減水劑相容性的影響

  水泥粉磨過(guò)程中使用助磨劑會(huì)對(duì)水泥與減水劑相容性產(chǎn)生有益或有害的影響，影響因素進(jìn)一步歸納如下：

  ①助磨劑的分散作用使磨內(nèi)過(guò)粉磨減少、選粉機(jī)選粉效率提高，還將提高粒度分布的均勻性系數(shù)。摻加助磨劑后，一般情況下粒徑將降低，更細(xì)的顆粒有助于提高圓形系數(shù)，均勻性系數(shù)提高導(dǎo)致顆粒堆積空隙率增大、水化速率加快，從而影響水泥漿體的流變性能。而圓形系數(shù)的提高降低了顆粒堆積空隙率并減小了水泥顆粒間的摩擦力，從而提高了水泥凈漿或砂漿的流動(dòng)性。

  ②許多助磨劑屬于表面活性劑，與減水劑具有類(lèi)似的減水作用。而部分助磨劑具有引氣作用，可以改善水泥凈漿或砂漿的流動(dòng)性。

  ③助磨劑阻礙石膏微粉吸附在C3A的表面，破壞了C3A與石膏的良好匹配。

  ④助磨劑吸附在水泥顆粒表面后，改變了減水劑在水泥顆粒表面的吸附數(shù)量和吸附狀態(tài)。助磨劑可能使水泥的早期水化速率增加或減少，從而影響流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)損失。

  使用工業(yè)試驗(yàn)的樣品檢驗(yàn)各項(xiàng)水泥性能指標(biāo)，可以真實(shí)地了解助磨劑對(duì)水泥性能指標(biāo)的影響。但由于按照目前檢驗(yàn)方法得到的水泥性能指標(biāo)與混凝土性能并沒(méi)有準(zhǔn)確的相關(guān)關(guān)系，并不能很準(zhǔn)確地根據(jù)助磨劑對(duì)水泥性能指標(biāo)的影響推測(cè)對(duì)混凝土性能的影響。因此，使用工業(yè)試驗(yàn)的樣品進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，有助于從顧客的角度了解助磨劑的各種影響?；炷猎囼?yàn)主要的項(xiàng)目應(yīng)該包括坍落度、擴(kuò)展度、保水性和強(qiáng)度等。此外，必要時(shí)還可以進(jìn)行混凝土耐久性試驗(yàn)。除減水劑之外，混凝土中還可能摻加緩凝劑、早強(qiáng)劑和引氣劑等外加劑進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，還可以考察助磨劑與這些混凝土外加劑的相容性。

  2.使用助磨劑提高經(jīng)濟(jì)效益分析

  （1）降低磨機(jī)臺(tái)時(shí)電耗；

  （2）提高混合材摻量；

  （3）改善水泥性能，提高產(chǎn)品等級(jí)；

  （4）降低粉體輸送等過(guò)程中的綜合能耗等。

  簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算：假定助磨劑每噸售價(jià)3000元，以生產(chǎn)100噸水泥為基數(shù)、助磨劑摻加量為0.1%（即千分之一）、增產(chǎn)15%計(jì)算：

  ①使用助磨劑的成本，（l00×0.1/100）×3000=300元。

  ②節(jié)約能耗，增產(chǎn)15%即15噸，每噸水泥電耗40度，每度電0.5元，100噸省電15×40×0.5=300元。

  ③使用助磨劑能有效提高水泥各齡期強(qiáng)度，建議在水泥配比中，降低熟料摻加量5%，提高混合材摻加量5%以上。

  熟料按150元/噸，5噸即5×150=750元

  混合材50元/噸，5噸即5×50=250元

  成本降低：750-250=500元

  ④100噸水泥綜合降低成本（即節(jié)電和多加混合材節(jié)約的成本）：300+500=800元。

  ⑤每100噸水泥實(shí)際降低成本：800-300=500元，相當(dāng)于每噸水泥降低成本5.0元。