淺談粉磨工藝的兩“度”對水泥質量的影響

發表時間：2016-4-8 19:27:51  瀏覽次數：5906

??? 我國水泥主要以球磨機粉磨為主，水泥粉磨工藝控制參數在開路粉磨工藝中約 有60多個，在帶輥壓機的聯合粉磨系統中約有110多個工藝參數需要控制。水泥產量、能耗、品質都與這些控制參數有關，然而水泥行業對粉磨技術的認識還遠遠不夠。同規格及同工藝的兩個粉磨系統，能耗高的企業幾乎比能耗低的企業高一倍。而入磨物料的水分、粒度、易磨性、細度等影響磨機產質量的眾多因素又是一個“相互牽制、相互影響”的辯證關系，并無主次之分。大量的實例證明先進的粉磨系統是一個經過科學優化的系統。粉磨系統中的任何一個因素不合理，都會影響系統產量和質量；而一個能耗高、產量低的球磨機粉磨系統，必然在工藝上存在很多問題使系統無法達到理想狀態。在此，首先談談易被忽視的水泥“粉磨細度”。

一、“粉磨細度”是水泥生產中最常用的一個工藝控制參數。

是一個直接關系到水泥出廠強度等級和電耗的控制參數。在開路粉磨工藝中只有出磨水泥通過80μm篩篩余量的百分數這樣一個“粉磨細度”參數，而在閉路粉磨工藝中是指磨機喂料、選粉機回料和出選粉機成品的通過80μm篩篩余量百分比三個“粉磨細度”參數，而這三個“粉磨細度”參數相互影響，又產生出選粉機的“選粉效率”和“循環負荷率”兩個參數?？梢?/span>“粉磨細度”是一個很重要的控制參數。理想的水泥是一個在1～80μm范圍內呈連續分布的顆粒組合粉體，符合Faller曲線最佳堆積密度曲線，其粒徑分布如下表：

根據水泥水化實驗，≤3μm水泥顆粒主要是C3S和C3A晶體，水化快，基本上在1天內完成，主要提供1d和3d強度。我國水泥絕大多數采用的是熟料和混合材配比后共同入磨，目前混合材主要為粉煤灰，礦渣基本已單獨粉磨了。根據中國建筑科學研究院的實驗結果，作為混合材的粉煤灰必須磨至680m2/kg以上才能打散其內部的球形中空團聚結構，使粉煤灰球形表面產生缺損，激發其活性。水泥中其他混合材也必須比熟料磨得更細，一般是水泥熟料粒徑的0.414倍。只有這樣，水泥在水化過程中混合材才能有效填充滿水泥熟料之間的空隙，減少需水量提高水泥密實度和強度。而在粉煤灰與熟料的共同粉磨過程中，雖然水泥熟料磨至≤3μm，但此時粉煤灰比表面積約在420m2/kg左右，遠未達到680m2/kg的要求。同理對于其他混合材的粒徑也都未達到熟料粒徑的0.414倍。因此，在這樣混磨工藝中很難使熟料和混合材各盡所能，一味的通過降低水泥細度來提高早期強度，實在有“拔苗助長”之嫌。

目前，水泥企業為了迎合市場需要，紛紛降低出廠水泥細度，使用各種助磨劑，使水泥細度80μm篩篩余量控制在0～1%，以此來增加混合材的摻量以降低成本。助磨劑企業為了配合水泥細度的降低，在助磨劑中摻有堿性激發劑和減水劑，使水泥的1d和3d強度大大提高，甚至遠超過國家規定的要求，這樣的水泥深受市場歡迎，施工企業混凝土拆?？?，混凝土攪拌站還可以減少水泥用量，節約成本。但這樣的混凝土后期強度增長有限，甚至出現下降的趨勢，縮短了建筑物的設計壽命，影響全社會效益。其實品質好的水泥是靠先進的燒成工藝和粉磨工藝“磨”出來的，而不是用其他“絕招”手段得來的，無怪有人呼吁“泛濫的助磨劑就是水泥中的三聚氰氨”！

其實，水泥僅僅是配制混凝土的一種原料，是決定混凝土品質的重要因素，長期以來水泥與混凝土被分屬于兩個學科，在水泥生產中存在著嚴重的行業分隔現象，水泥企業不了解混凝土，只知道提高強度、降成本，不了解混凝土除了要求水泥強度以外還有什么樣的質量要求，至于水泥磨得更細后對混凝土的影響那是混凝土的事；同樣，混凝土對水泥企業也不了解，只知道要高強度價格低的水泥，不知道水泥在生產過程中采用什么樣的工藝技術路線來提高強度和降成本，也不了解過細的水泥對配制的混凝土建造成各種建筑物后的影響。

混凝土行業應樹立“強度第一”觀念，水泥行業受產能過剩的影響，產品市場競爭激烈，只好采用“成本第一”觀念以應對，混凝土行業普遍采用減水劑，希望水泥需水量要小，由于水泥因粉磨的太細，需水量增加，因此只有在助磨劑中摻入減水劑，摻入減水劑后的水泥所反映的需水量并非一定工藝下水泥的本質特征，造成水泥需水量增大的那些細顆粒和級配不合理的混合材并未因減水劑的摻入而改變，相反混凝土在使用中反而因這種誤導的信息而造成試配的難度。對于有些助磨劑中的減水劑與混凝土使用的減水劑相容性差，致使混凝土的抗拉強度與抗壓強度比值下降，混凝土的早期強度很高，28天后就不再增長了，混凝土水化初期內形成的各種內部缺陷因水泥在早期水化后已消耗殆盡，且混合材粒徑過粗后期沒有水化物去修復，這樣的混凝土面對復雜多變的外界環境，開裂敏感性差，從而加速了混凝土的碳化和劣化，嚴重影響建筑物的質量和壽命。

二、解決水泥細度偏細的措施

通過上述分析知，水泥細度偏細既有客觀因素也有人為干擾因素。要解決水泥細度偏細最根本方法還是要改變目前這種不合理的粉磨工藝，因為我國水泥品種多，混合材種類和其特質也相差很大，只有對水泥熟料和混合材采用分別粉磨，將水泥熟料和混合材磨制各自需要的細度再進行勾兌、混合均化，盡量使水泥顆粒組成接近Faller最佳堆積密度曲線，這樣的水泥才是配制混凝土的好水泥。

三、水泥溫度

所有的粉碎機械，特別是球磨機，在粉碎物料時，研磨體的運動，在砸碎和研磨物料過程中，由于產生熱、聲、光等物理現象，會轉變大部分的輸入能量轉換為為熱量。我國目前水泥磨制基本上采用球磨機，通過熱平衡計算，約87%的輸入能量轉換為熱量。這樣增加的熱量會使粉磨物料上升到100℃以上，作為水泥緩凝劑的二水石膏，在105℃就開始脫水分解，這對水泥的質量影響甚大，因此，控制水泥溫度也是一個重要的參數。水泥溫度對水泥粉磨的影響，還遠不止于預防二水石膏脫水分解而產生假凝現象，在能耗、品質、物流等方面也同樣產生不利的影響。

降低水泥溫度，不但可以提高產質量，還可以節能降耗。溫度對水泥粉磨的影響總結得出以下有害因素：

1、水泥溫度升高增加風機的軸功率

假設入磨氣體的溫度為25℃，出磨氣體的溫度升為80℃，則出磨氣體得體積增加（273+80）／（273+15）=1.23，即體積增加了23%，由風機的軸功率正比于風量，因此理論上講，風機因排風量加大而增加了23%的電耗；

2、降低粉磨效率，影響水泥產量

從工藝方面講，物料的易磨性隨溫度的升高而降低。在磨內細度較高的區域，水泥的微小顆粒會相互磨擦產生靜電吸附現象，除互相凝聚外，還吸附在水泥球磨機研磨體上，形成所謂緩沖層，明顯地降低了水泥球磨機粉磨效率；而且溫度愈高，這種凝聚的粉磨副作用也就愈嚴重。

3、影響磨機的機械壽命

從機械設備來講，由于水泥球磨機在運轉中，因水泥球磨機熱量傳給主軸承，使軸承溫度升高，潤滑作用降低，還會使筒體產生一定的熱應力，引起襯板螺絲折斷，護理困難。熱變形使停磨后啟動時，產生一定貫性力，形成運轉時的電流脈動及其本身振動；對磨機機械本身也不利，這一切都影響磨機的機械壽命。

4、嚴重影響水泥的質量

盡管國家標準中未對出廠水泥溫度作出要求，但出廠溫度偏高，會帶來很多問題，象游離氧化鈣等有害成分不能及時分解，如果使用這樣的水泥，可能造成如安定性不良導致嚴重開裂等會危及結構安全的事故，尤其夏季施工，可能會出現急凝、假凝等現象。

5、給生產管理帶來一系列影響

由于水泥溫度偏高，嚴重影響水泥的儲存、包裝和運輸等工序，使包裝紙袋發脆，增大破損率，既影響水泥袋重合格率又使工人勞動環境惡化。

四、解決水泥溫度偏高的措施

通過分析知道，降低水泥溫度可從兩方面入手，一方面從磨內解決，另一方面，直接冷卻水泥。

1、改善粉磨條件，降低水泥磨內溫度。

由于水泥溫度偏高主要是球磨機內鋼球拋落運動所至，因此，通過降低鋼球球徑，就可以有效降低水泥磨內溫度。目前，常用的方法就是采用預粉磨工藝，降低水泥入磨粒徑，如采用輥壓機、立磨、球破機等，只要使入磨粒徑≤1mm，那球磨機內只需采用鋼鍛而不用鋼球，鋼鍛在磨機內屬于滑動和滾動，產生的熱量有限，出磨水泥溫度就可以≤45℃（用鋼鍛磨制粉煤灰出磨溫度≤45℃可以證明），關鍵是一定要保證入磨粒徑百分之百≤1mm。此外，采用加強磨內通風、磨機筒體淋水和磨內噴水也是常有的方法。

2、使用水泥冷卻器。

通過采用熱交換形式，使用水泥冷卻器，用水或空氣作為媒體，置換出水泥的熱量，降低水泥溫度，余熱進行回收利用，還可以達到節能降耗目的。

五、結束語

因筆者水平有限，上述觀點可能有些偏頗。在市場經濟中，存在的就是合理的，水泥企業、助磨劑企業及混凝土企業為了生存，也只能隨波逐流。中國的水泥產能還在增加，據有關專家的測算，中國水泥年消費20億噸已是歷史最高點，未來水泥的消費量呈下降趨勢。今后水泥企業只能采用新技術新工藝，在節能降耗、延伸產業鏈、提高產品附加值上做文章，努力使水泥行業由“粗獷”變為“精細”。也希望國家相關職能部門進一步加強宏觀調控（加快淘汰落后產能），強化企業微觀管理（建立產品質量綜合評價體系），形成一個有序的市場環境。