全套水泥设备，不同粉磨系统对水泥性能的影响
随着市场竞争日趋激烈，不少企业致力于水泥产品质量的提高，并且越来越重视和关心水泥粉磨条件的研究，注意改进粉磨技术。人们逐渐认识到，水泥和混凝土性能不单纯是以立窑煅烧和回转窑煅烧为标识，性能的优劣不仅取决于水泥的化学成分、矿物组成和煅烧条件，而且还与粉磨过程密切相关。具体而言，与水泥粉磨系统、混合材的选用以及由此而引起的颗粒组成、颗粒形状、矿物组成的活性、水化性能等的不同有关。
目前广东省内普遍使用的粉磨系统有圈流、开流以及康必丹磨、辊压磨等。为研究各种磨机的粉磨特性，本文采用对比试验手法，通过测定不同粉磨系统的出磨水泥，并同时取磨头熟料、混合材，按原厂相应入磨配比在实验室统一试验小磨(Φ0.5m×0.5m)磨成水泥，与原厂相应出磨水泥比较，研究在不同粉磨系统下生产的水泥的细度、颗粒组成与强度的关系及其对水泥性能的影响。
1 试验结果与讨论
1.1 不同粉磨系统的比较
表1所示为不同系统的粉磨条件，所取出磨水泥及分别在磨头取的熟料、混合材按相应配比在统一试验磨磨成的水泥，其化学成分及矿物组成可视为相同。各试样的物理性能对比及粒度分布见表2、3。
表1 不同粉磨系统的粉磨条件
编号
水泥品种磨机规格备注
1A厂525普通硅酸盐Φ3.0m×11m+Φ3m旋风选粉机83％熟料+4％石膏+13％混合材
2A厂525普通硅酸盐Φ2.2m×6.5m+Φ3.5m离心选粉机
3 B厂425普通硅酸盐Φ2.4m×12m开流
4
B厂525普通硅酸盐Φ2.0m×11m开流
5 C厂525普通硅酸盐
Φ4.4m×14m 开流
91％熟料+5％石膏+4％石灰石
6
A厂熟料自磨Φ0.5 m×0.5 m 间歇磨物料配比与1号相同,磨12min
7A厂熟料自磨Φ0.5 m×0.5 m 间歇磨物料配比与1号相同,磨20min
8 C厂熟料自磨Φ0.5 m×0.5 m 间歇磨物料配比与5号相同,磨30min
9C厂熟料自磨Φ0.5 m×0.5 m 间歇磨物料配比与5号相同,磨40min
表2 各试样的物理性能
编号筛余/％比表面积/(m2/kg)标准稠度/％抗折强度/Mpa抗压强度/Mpa
3d7d28d3d7d28d
11.338326.06.306.708.2538.240.156.5
21.535426.05.416.477.3228.740.252.0
34.937424.14.885.427.1023.932.245.6
41.040324.15.576.827.6032.346.954.4
52.234824.56.257.138.9537.951.264.3
81.940324.86.526.628.4038.847.463.8
表3 各试样的粒度分布
编号
＜5μm5～10μm10～20μm20～30μm30～40μm40～50μm50～60μm＞60μm
1
9.322.011.514.412.74.87.617.7
2
9.623.623.19.311.34.68.99.8
3
11.121.910.111.811.85.75.920.7
4 17.219.616.910.6 6.3 7.3 6.5 15.6
5
8.09.740.713.36.35.06.910.1
8
17.920.825.113.710.12.66.03.8
由表2、3看出，开流粉磨系统的比表面积一般较大，而筛余值不一定小，如3号样。在筛余值较为接近时，例如1号、2号、4号样，开流粉磨的比表面积高于圈流粉磨。5号样为C厂康必丹磨磨制，尽管筛余值较高、比表面积较低，但颗粒组成较为合理，因而水化强度发挥较好。
由表3可以看出，不同的粉磨系统磨制的水泥其粒度分布是不同的。例如，1号、4号、5号样同是磨制525普通硅酸盐水泥，开流管磨磨制的4号样小于5μm颗粒含量较多，这是由于开流磨中出磨水泥必须符合一定的筛余量才能出磨，使大部分合格的细粉仍在磨内反复研磨，容易产生过粉磨现象，因而使水泥粒度分布较宽，其颗粒形状也呈外表较光滑的球形。圈流管磨磨制的1号样粒度分布相对较窄，均匀性系数n值为1.06，特征粒径De为33μm(见图1)，大于60μm的颗粒达17.7%，可见产品中夹有较多粗颗粒。而2号样同属圈流粉磨，操作参数控制较理想，选粉效率较高，磨机长径比L/D较小，使5～30μm的颗粒占55.0%，大于60μm的颗粒仅占9.8%。5号样由康必丹磨磨制，在RRSB图上n值1.16，粒度分布曲线较陡(见图1)。可见粒度分布较窄，其中小于5μm的颗粒占8.0%，而5～30μm颗粒最多，达63.7%，大于60μm的颗粒仅占10.1%。该磨采用Φ8mm×8mm等微介质，其个数达到318
820个/t，是Φ30mm×35mm钢段个数的61.5倍，从而保证细磨仓的研磨效率。因此，虽然它是开流粉磨系统，但已基本上避免了过粉磨现象，水泥的早、后期强度很高。
图1 粒度分布曲线图
8号样是取5号样时的入磨熟料、石膏及混合材(石灰石)按工厂的配比用实验室统一小磨磨制而成。表2、3结果表明，随着8号样小于5μm颗粒含量的增加，早期强度提高很快，3d后强度增加的幅度减慢下来，使7d、28d强度相应降低。尽管8号样的筛余值低于5号样而比表面积值高于5号样，但7d、28d强度却低于生产磨(5号样)磨制的水泥，这充分说明了颗粒组成对水泥强度的重要影响。
目前不少厂家努力提高水泥比表面积，但往往忽略过粉磨问题。当小于3μm的颗粒太多，虽然水化速度很快，但水泥浆体要达到同样的流动度，需水量会增多，因而引起孔隙率增加而降低了后期强度。而且，水泥颗粒过细，会使磨机产量迅速下降，单位电耗成倍增加。因此，如何提高粉磨效率使水泥细度提高而粒度分布合理，对改善水泥性能以及企业增产节能有着重要的意义。
2.2 不同熟料实验室试验比较
6～9号样为实验室分别磨制的两种水泥。其中6号和7号样熟料取自A厂，8号和9号样熟料取自C厂，磨内球配没作变化。其粒度分布见图2。
图2 粒度分布曲线图
由图2可看到，尽管粉磨时间不同，颗粒组成也不尽相同，但对于同种熟料，均匀性系数n6与n7较为接近，同样n8与n9也较接近。特征粒径De也有类似情况。A厂熟料为立窑熟料，C厂熟料为回转窑熟料，两者易磨性相差较大，且粉磨时间不同，但几条RRSB粒度分布曲线走向大致相同。可见RRSB粒度分布曲线与磨机类型、磨内结构及研磨体级配关系较大，其次是物料易磨性及所要求的研磨粒度。
2.3 水泥强度与熟料强度的比较
出磨水泥与熟料小磨试样的物理性能对比见表4。由表4可以看到，由同一试验磨磨制的A1、A2、A3样的粒度分布大体相同，这与前面论述的情况是一致的，而且凝结时间、比表面积也相近。但由不同生产磨磨制的出磨水泥B1、B2、B3样情况就不同了，其中B2样(Φ2.2m×6.5m)的磨内流速较快，使小于5μm的颗粒较少，而大于60μm的颗粒量稍多。B1样(Φ1.83m×7m)与B2样所掺混合材品种和掺量均相同，由于粉磨粒度较小，使其3d、7d强度都较B2样高，但两者强度低于熟料强度，尤其是B2样强度远低于A2样。B3样粉磨粒度比B1、B2样小，强度发挥较好，且混合材掺量较B1、B2少，已接近熟料强度。而C厂康必丹磨的出磨水泥其强度通常都高于熟料强度。
另外，水泥凝结时间与10～20μm颗粒量有关。如B2样与B1样相比，随着＜20μm量的减少，凝结时间延长了。水泥样中＜20μm的颗粒多于熟料小磨样，但其中较大部分是火山灰等混合材，熟料成分所占的比例小于熟料小磨样，因此凝结时间反而慢。
表4 出磨水泥与熟料小磨试样物理性能
编号颗粒组成／％
比表面积
／（m２／kg）凝结时间／h：mim
抗压强度／Mpa
＜5μm
＜10μm＜20μm＜40μm＞60μm初凝
终凝3d7d
A1
14.529.848.369.019.23033∶194∶3435.246.0
A2
18.834.850.067.218.83133∶204∶3535.446.4
A3
14.630.847.568.918.53153∶354∶4032.646.1
B1
24.836.855.373.314.73834∶005∶1529.640.9
B2
19.733.348.769.819.73244∶205∶5025.236.1
B323.243.557.675.114.33463∶435∶1032.544.2
注：A1、A2、A3为某厂1号、2号、3号窑的熟料小磨试样，B1、B2、B3分别为Φ1.83m×7m+Φ1.5m旋风选粉机、Φ2.2m×6.5m+Φ3.5m离心选粉机、Φ3m×11
m+Φ3m旋风选粉机3台磨机的出磨水泥。
3 结语
不同的粉磨系统磨制的水泥其粒度分布是不同的。同样的熟料，当粉磨条件变化时其粒度分布也变化，从而直接影响水泥的性能。探讨水泥的合理颗粒组成，能使熟料活性得以充分发挥和利用。这对于增产水泥，进一步提高水泥质量，改善水泥性能具有十分重要的意义。
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