钱有贵
【摘 要】随着辊压机+球磨机粉磨系统的广泛运用,水泥颗粒分布变窄,与减水剂相容性变差等问题越来越引起人们的关注.采用降低选粉机用风量和转子转速的操作方法,可以拓宽水泥颗粒分布;合理调整研磨体级配保持较小的循环负荷,是保证该操作方法能够实施的前提;利用球磨机选择性粉磨特点合理选择物料搭配,不但使产品颗粒分布变宽,而且使材料组合更加合理.通过上述技术措施,预粉磨系统生产的水泥使用性能完全可以与开流粉磨的相媲美,而且强度高于开流磨水泥. 【期刊名称】《水泥工程》 【年(卷),期】2016(000)001 【总页数】5页(P34-38)
【关键词】辊压机;球磨机;预粉磨;研磨体;级配;选择性粉磨;颗粒分布 【作 者】钱有贵
【作者单位】邯郸金隅太行水泥有限责任公司,河北邯郸056200 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ172.63
Key wrods:roller press;ball mill;pre grinding;grinding body;gradation;selective grinding;particles distribution
随着水泥粉磨工艺技术的进步，辊压机与球磨机组成的预粉磨及联合粉磨系统粉磨效率高电耗低，已经被水泥生产企业广泛采用。但水泥颗粒分布变窄，标准稠度用
水量增大，水泥与减水剂的相容性变差等问题，越来越引起人们的关注。 某水泥厂于2003年建成一套辊压机+球磨机+高效选粉机的水泥预粉磨系统，由于投产初期错误的操作方式，水泥中微粉和粗颗粒都很少，颗粒分布主要集中在3～32μm，均匀系数高达1.38，因而堆积孔隙率大，水泥标准稠度用水量偏高，严重影响配制混凝土的使用性能，被混凝土生产单位拒之门外。为此，该厂采取多项技术措施，改善水泥性能，适应用户要求。本文就各项改进过程作一些介绍。 该水泥预粉磨系统主要设备配置见表1。投产初期认为，水泥磨得越细质量越好，并且为了减少过粉磨现象，采取选粉机大风量、高转速的操作方式，致使水泥颗粒分布过窄，尽管80μm和45μm筛余很低，但小于3μm的颗粒含量很少。调整前水泥颗粒分布见表2。 1.1 选粉机操作调整效果
根据资料[1]的介绍，通过降低选粉机用风量和选粉机转速，增加选粉机旁路值，可以使水泥产品的颗粒分布变宽；资料[2]的试验表明，水泥中粗颗粒群的提高有利于水泥使用性能的改善，而微细颗粒群含量的增加有利于力学性能的发挥。在这些资料的启示下，从改变选粉机操作入手，逐步降低选粉机通风量，同时降低选粉机转子转速，收到了明显效果。选粉机操作调整后参数、水泥颗粒分布及性能对比见表2。
选粉机操作方式调整后，拓宽了水泥颗粒分布范围，粗、细颗粒含量都明显增加，均匀系数减小了0.17，水泥标准稠度用水量降低1.5%，大大改善了水泥使用性能。 1.2 选粉机性能评价和操作方法分析 1.2.1 选粉机性能评价
评价选粉机性能的方法很多，其中特劳姆（Tromp）曲线法（亦称部分分选法）可提供较多的重要参数，对选粉机操作也有指导意义。特劳姆曲线法表示选粉机喂料中不同粒径的颗粒进入粗粉（回粉）的比例。对选粉机喂料和分选后粗粉进行颗
粒分析，计算出各粒径颗粒进入粗粉的百分比，以颗粒粒径为横坐标，进入粗粉中的百分比为纵坐标，将计算所得各数据点填入坐标图并连线则得到特劳姆曲线（如图1所示）。在特劳姆曲线中可用清晰度K和旁路值β分析选粉机性能。清晰度K是指25%进入粗粉的粒径（以X25表示）与75%进入粗粉的粒径（以X75表示）之比值，它表征特劳姆曲线的斜率。分级达到理想状态时，特劳姆曲线为一条垂直线，K=1；完全不能分级时，特劳姆曲线为一条水平线。K值越大，曲线越陡，表示分选灵敏度越高，选粉机的性能越好[3]。曲线的最低点称为旁路值β（又称短路值），是由于部分颗粒相互粘附、凝聚、干扰等，使部分细粉未起到分级作用就落入粗粉，β值越小表示分离性能越好。切割粒径X50是指进入粗粉和细粉比例相等时的颗粒粒径，是选粉机运行的重要参数。 1.2.2 选粉机操作方法分析
对选粉机性能的评价希望K值越高、β值越小越好；但对性能好的选粉机如何操作，即怎样使用是值得讨论的。如果实际生产中选粉清晰度K=1，则是以切割粒径为分界线，大于该粒径的颗粒全部进入粗粉，小于该粒径的颗粒全部进入成品，这样颗粒分布高度集中的水泥，混凝土行业是不能接受的。降低选粉机用风量和选粉机转速的操作方式，将使旁路值增高，清晰度下降，实际是降低特劳姆曲线的斜率，以拓宽水泥颗粒分布，满足使用性能需要。以下对此操作方式进行简要分析。 选粉机切割粒径X50（也称分离粒径）计算公式如下[4]：
式中：X50—选粉机切割粒径，μm；Vu—颗粒的切向速度，相当于转子回转速度，m/s；Vr—气流径向分速度，m/s；R—气流回转半径，相当于选粉机转子半径，m；rs—颗粒密度，kg/m3；re—气体密度，kg/m3；ν—气体的运动粘度，m2/s。由计算式可知：
（1）一定规格的选粉机，切割粒径X50与Vr的0.5次方成正比，亦即与风量的0.5次方成正比[4]。减少选粉机用风量，选粉浓度增高（料气比增大），料粉分散
效果变差，颗粒相互粘附、凝聚、碰撞干扰等机会增加，使细粉未起到分级作用落入粗粉的量增多，旁路值增大。另外由于风量减少、风速降低，携带料粉能力下降，也会增加沉落到粗粉中的颗粒数量。上述作用的结果使较细颗粒回磨再粉磨的量增加，因而产生的微细粉增多，产品颗粒分布范围向小粒径方向延伸；选粉切割粒径X50以及X25、X75均向小粒径方向偏移。
（2）切割粒径X50与Vu成反比，即与选粉机转速成反比。降低选粉机转速，笼型转子对物料颗粒撞击的几率减少，一些较粗颗粒就可能穿过笼型转子而被气流带入成品中，使产品中粗颗粒含量增多。以一小型球磨机更换为笼式高效选粉机时测定的一组数据为例可见（Ф4.2m磨没有获取到单独调整数据），固定用风量降低选粉机转速将使选粉机切割粒径X50以及X25、X75均向大粒径方向偏移（见表3），相应的水泥成品变粗，颗粒分布范围也向大粒径方向延伸（见表4）；由图1还看出，降低选粉机转速使旁路值增大，选粉清晰度变差，这是由于笼型转子对细粉凝聚料团的打散几率减少，分散效果变差，使部分细粉落入粗粉中。 （3）同时降风降转速的结果。Ф4.2m粉磨系统采取同时降风降转速操作前后，选粉机操作参数变化见表5，水泥产品颗粒分布变化见表5和表2；特劳姆曲线变化见图2。由表5可看出，降低选粉机转速使X75值向大粒径方向偏移；降低选粉机风量使旁路值增大，X25值向小粒径方向偏移。共同作用的结果扩大了X75和X25两个粒径之间的区间，选粉清晰度降低。相应的水泥产品D75和D25两个粒径之间的区间值也由18.84μm扩大到25.14μm，均匀系数减小了0.17，颗粒分布变宽。
由上述分析可知，改变选粉机用风量和转子转速，可以控制选粉参数X75和X25的位置，从而达到调整水泥颗粒分布宽度的目的。
选粉机喂料浓度（指单位通风量中喂入选粉机的物料量）是影响选粉机操作的重要参数。喂料浓度较大变化，将引起选粉机切割粒径、选粉清晰度等一系列操作参数
的波动，进而影响成品颗粒组成的稳定性。磨机产量一定时，选粉机喂料量的大小主要受系统循环负荷的影响，循环负荷越大喂料浓度越大。
水泥预粉磨系统最大的缺点是辊压机没有V型选粉机，料饼未经分选直接入磨。经多次测定取平均值，入磨物料大于5mm颗粒占37.5%，其中大于12 mm的7.4%。为此，球磨机一仓必须加入直径90mm的大球，又由于一仓较短（2m）进入二仓物料颗粒较粗，二仓需加入直径60mm钢球，致使磨内平均球径较大；该磨又偏短（比Ф4.2m×13m磨短2m），降低系统循环负荷较为困难。投产初期循环负荷高达300%以上。循环负荷过高，物料在磨内流速快不能被充分磨细，选粉机又及时将刚刚磨细的细颗粒选入成品，使成品中缺少微细粉；又因为出磨物料本身就粗，为了保证成品细度合格，必须加快选粉机转速，使成品中缺少必要的粗颗粒，结果造成水泥颗粒分布集中。统计表明，循环负荷越高产品的均匀系数越大，即颗粒分布越窄。另外，过高的循环负荷使得小风量低转速调整产品颗粒分布的操作方式无法实施，降风会使循环负荷更大，降低选粉机转速会造成产品跑粗。 降低选粉机循环负荷率，合理的研磨体级配是关键。经过逐步摸索，一仓采取Ф90mm到Ф50mm多级配球方式，加入部分小球，以缩小研磨体堆积孔隙率，防止大颗粒物料流入第二仓；二仓由Ф60mm至Ф20 mm共6种配球，其中小于Ф30 mm（含Ф30 mm）钢球比例不小于80%，以充分发挥二仓的研磨作用。调整后使粉磨系统循环负荷降低到180%左右，实现了选粉机小风量低转速的操作方式，改善了水泥颗粒分布。理想的研磨体级配方案见表6。
各种物料在球磨机内共同粉磨时，易磨性好的物料会向细粉区富集，而易磨性不好的物料向粗粉区富集，水泥粉磨时正好可以利用这个特点（选择性粉磨特点）加入易磨性好的物料与熟料共同粉磨，使之起到填充材料的作用[5]。
笔者用Ф500mm×500mm试验小磨，将石灰石、熟料、粉煤灰和矿渣分别粉磨30min，其中将石灰石和熟料破碎至小于7mm的颗粒，粉煤灰和矿渣采用原状样
品。粉磨前后粒度变化及磨细样品比表面积、颗粒分布见表7。
由表7可以看出，石灰石易磨性最好，而矿渣易磨性最差；粉煤灰虽然磨前颗粒粒径最小，但磨后特征粒径反而比石灰石的大许多，特别是小于3μm的微粉与熟料不差上下，所以磨细石灰石粉是作为微粉填充作用的首选材料。石灰石、熟料和矿渣共同粉磨，成品中微细颗粒主要是石灰石粉，粗颗粒则多为矿渣颗粒，熟料颗粒居中。这样的搭配不仅拓宽了水泥颗粒分布，减小堆积孔隙率，降低标准稠度用水量；而且物料组份的配合也是比较合理的，石灰石粉属于惰性混合材，由其充当微粉填充材料，则减少了磨得过细的熟料颗粒，降低了水泥早期水化速率和放热量，有利于改善混凝土流动性能和耐久性；熟料被磨至中等粒径，对强度贡献最大的3～32μm颗粒主要由熟料承担，使其化学活性得到充分发挥，这样可以减少因拓宽颗粒分布增加粗颗粒而造成的28d强度下降幅度。
对不同粉磨流程的P·O42.5水泥样品进行较全面地检验，水泥颗粒组成见表8，水泥流动性能及胶砂强度见表9。
由检验结果可看出，双闭路粉磨系统生产的水泥颗粒分布最窄，细度最细，缺少必要的粗颗粒，标准稠度用水量最大，水泥净浆流动度经时损失严重，但28d抗压强度最高。辊压机与开流球磨机系统生产的水泥颗粒分布最宽，粗颗粒含量增多，标准稠度用水量最小，水泥净浆流动性能良好，但28d抗压强度最低。辊压机预粉磨系统生产的水泥颗粒分布宽度及强度位居上述二者之间，标准稠度用水量略高于开流磨水泥，但净浆流动性能与开流磨水泥相当。
上述比较表明，调节水泥颗粒分布降低标准稠度用水量，微细粉的填充作用是必要的，适当的粗颗粒含量也很重要；但增加粗颗粒含量会使28d强度下降。以此看来，改善水泥使用性能与水泥强度存在着矛盾的关系。但一味地追求3～32μm颗粒高含量以提高水泥28d强度，造成标准稠度用水量增加，配制混凝土时则需多加水或多加减水剂，使强度下降或成本上升；而且由于水泥浆体堆积密实度不佳对
混凝土耐久性不利。本例开流磨水泥细度控制有些过粗，为了避免强度下降过多需要增加熟料配入比例，带来早期水化速率加快的负面影响；因而尽管其标准稠度用水量最低，但净浆流动性并不比预粉磨水泥有更大的优势。通过长期质量统计以及混凝土搅拌站对产品的评价，笔者认为本例预粉磨水泥颗粒分布是比较合理的。小于3μm颗粒含量在8%～10%左右，既起到填充作用，又不会造成对混凝土外加剂的严重吸附；而且其组成主要由惰性材料充当，降低了早期水化速率。大于65μm的粗颗粒4%～5%左右，粗颗粒含量没必要太高（生产中控制45μm筛余6%～8%，80μm筛余0.8%～1.2%比较合适），以保证3～32μm颗粒含量大于60%以上。这样既改善了水泥使用性能又兼顾了强度不下降太多。
在闭路粉磨系统中，选粉机的作用是将合乎要求的细粒物料及时从出磨物料中选出来，使其免于再回磨被过粉磨。过去的观点，所谓合乎细度要求是以某一粒径为基准，小于该粒径的颗粒就是合格产品，应及时选入产品，如果这部分细料再回磨进行粉磨就是过粉磨；只有大于要求粒径的颗粒才应进入回粉，只对这部分粗颗粒进行粉磨才是有效的，所以选粉机分离清晰度越高越好。为了减少过粉磨现象，就要提高循环负荷，加快物料在磨内的流速，实质是增加物料在磨内通过的次数，只要出现一些细颗粒就要及时喂入选粉机被选入成品，以此来提高粉磨效率。可想而知，用这样的操作理念进行生产，水泥颗粒分布将是非常集中，使用性能不会好。尤其是辊压机的运用，磨机能快速粉磨出大量细颗粒，高效选粉机分离清晰度又高，更加剧了颗粒集中分布；只要分离粒径合适，很容易生产出3～32μm颗粒含量很高的水泥，有利于提高28d强度。所以这种操作方式容易受到水泥生产者的青睐。 随着混凝土施工方法的进步以及对混凝土建筑工程耐久性的认识，人们对水泥质量提出了更全面的要求。其中水泥颗粒分布要求不仅仅为了改善使用性能，更重要的是提高混凝土耐久性。所以对以前的一些观点应该进行思考和讨论。
（1）选粉效率不是越高越好，因为它是以某一粒径为界线划定合格与否，选粉效
率越高颗粒分布越集中。评价选粉机工作好坏，应该看产品颗粒分布是否达到了预期的要求。操作中应合理控制切割粒径X50以及X25至X75粒径的区间值，以满足颗粒分布要求。
（2）部分细颗粒进入粗粉回磨再粉磨不能说是过粉磨，适量更细的微粉是提高水泥密实性所必需的，必须有一部分细颗粒回磨被磨成微粉；放过部分粗颗粒进入成品也是必要的，所以选粉清晰度不是越高越好。
（3）系统循环负荷不宜过高，不要用高循环负荷去追求所谓的提高粉磨效率。 （4）处理好拓宽颗粒分布与强度的关系。拓宽颗粒分布适当增加粗颗粒含量会使28d强度下降，但采取一些技术措施可以减少下降幅度。本文列举的预粉磨系统采取上述三项措施，使水泥浆体密实度提高，对强度贡献大的粒级以熟料为主，这都有利于强度的提高。水泥使用性能完全可以与开流粉磨的相媲美，且强度高于开流磨水泥。当然与3～32 μm颗粒含量很高的水泥相比28 d强度要低一些。 一味地追求3～32μm颗粒高含量，将水泥磨得很细，实际是为了多掺廉价混合材降低成本；不顾水泥施工使用性，只管28 d强度合格，不顾远龄期强度的增进，对混凝土工程耐久性非常不利。水泥生产者不能仅以水泥标准中技术要求作为质量控制目标，应以产品的适用性为标准，全面满足各项性能要求；不仅要考虑企业短期利益，还要考虑社会长远利益，做一个负责任的水泥工作者。
【相关文献】
[1]姚丕强.水泥粉磨中对颗粒级配的控制[J].水泥,2008（1）：10-15.
[2]肖忠明，李文武，郭俊萍，等.不同颗粒群对水泥性能的作用及贡献[J].水泥工程，2009（5）：17-20.
[3]赵孝昆.选粉机评价方法现存问题的探讨[J].新世纪水泥导报，2003（6）：26-28. [4]王仲春，曾荣，李素荣.高效笼式选粉机的选型计算[J].水泥技术，2006（3）：25-29. [5]乔龄山.水泥颗粒分布和石膏匹配与用水量及凝结特性的关系（二）[J].水泥，2004（7）：1-8.
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