如何平衡水泥粉磨效率、成本和需水量？.

1、如何平衡水泥粉磨效率、成本和需水量？2016-10-26水泥需水量已經(jīng)引起水泥用戶的高度重視， 尤其是在商品混凝土發(fā)達(dá) 的地區(qū)，越來越多的用戶對水泥需水量提出了越來越高的要求?；炷辽a(chǎn)商都希望選擇需水量小的水泥，以致影響到水泥企業(yè)產(chǎn)品的競 爭力和售價，影響到水泥生產(chǎn)者的成本和效益。影響水泥需水量的因素很多，粉磨工藝的制約就是其中之一。換句話 說，就是不同的粉磨工藝生產(chǎn)出來的水泥，其需水量是不一樣的，這 個道理大家都明白。然而，正是因為大家都明白這個道理，如果要提 升粉磨系統(tǒng)的效率，無論我們采用何種更為先進(jìn)的粉磨工藝， 都必須 要考慮該種工藝水泥的需水量是否合適。 否則，我們就必須在粉磨效 率

2、、粉磨成本和需水量三者之間尋求平衡。水泥需水量水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量（以下簡稱水泥需水量），準(zhǔn)確的特征參數(shù)應(yīng)該 是混凝土的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，是指能使水泥漿體達(dá)到一定的可塑性和 流動性所需要的拌和水量，它是水泥使用性能的重要指標(biāo)。水泥需水量直接影響到混凝土的水灰比，繼而影響到混凝土的強(qiáng)度、 抗蝕性、抗凍性、耐久性，影響到混凝土生產(chǎn)的水泥用量以及外加劑 用量，影響到用戶的成本和效益。水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大，水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量、 水泥 砂漿達(dá)到規(guī)定流動度的用水量，以及水泥混凝土達(dá)到一定坍落度的用 水量也都越大，使其凈漿、砂漿、混凝土的水灰比越大，其顆粒間空 隙越多、密實度越小，從而使水泥及其混

3、凝土的施工性能、力學(xué)性能 和耐久性能變差。直觀地看，混凝土的配方設(shè)計有三個基本參數(shù)：水灰比、用水量、砂 率。三個參數(shù)中，有兩個涉及到水，足見水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量問題在混凝 土中的重要性?；炷翉?qiáng)度同用水量成反比，為了提高混凝土強(qiáng)度必 須減少其用水量。理論上，要保持混凝土的強(qiáng)度不變，當(dāng)混凝土的用水量發(fā)生變化時， 應(yīng)該保持水灰比不變，相應(yīng)調(diào)整水泥用量，但這在實際生產(chǎn)操作中很 難做到。由于實驗條件和工藝設(shè)備的限制，預(yù)拌混凝土廠很難做到根據(jù)每批水 泥的需水性變化而調(diào)整水泥用量。 大多數(shù)情況下的做法，反而是保持 水泥用量及砂石等材料用量不變，而根據(jù)坍落度值來調(diào)整用水量。這 樣，混凝土實際水灰比將隨水泥需水

4、性的變化而變化，相應(yīng)地影響混凝土的強(qiáng)度。因此，為了穩(wěn)定混凝土的強(qiáng)度，必須穩(wěn)定水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠 度用水量。降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量，對降低混凝土單立方用水量，進(jìn)而提高 其強(qiáng)度、降低水泥用量、以節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本，對混凝土行業(yè)具有 十分重要的意義。影響水泥需水量的主要因素一是水泥比表面積、顆粒級配、顆粒形狀的影響。二是水泥混合材種類和摻加量的影響。三是石膏對水泥需水量的影響。四是熟料對水泥需水量的影響。五是粉磨工藝對需水量的影響。1. 水泥比表面積、顆粒級配、顆粒形狀的影響有關(guān)研究表明，水泥比表面積為 300400m2/kg時，如果水泥的粒徑 分布斜率n和熟料反應(yīng)活性不變，則水泥的比表面積每增加100

5、m2/kg，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量將增加1.6%。德國水泥研究所曾對一些 不同強(qiáng)度等級的水泥，進(jìn)行過比表面積、顆粒級配、顆粒形狀對水泥 需水量影響的試驗，水泥需水量與比表面積的相關(guān)性很強(qiáng)， 隨比表面 積的增大需水量上升明顯。試驗表明，水泥顆粒級配對水泥的需水量有較大影響。良好的水泥顆粒級配其顆粒間空隙減小，可以降低填充水，以此進(jìn)而減小水泥的需 水量。因此，在我們這幾年對粉磨系統(tǒng)的改進(jìn)中感到，不論是選粉機(jī) 還是整個粉磨系統(tǒng)，只要提高了選粉效率，需水量都是增加的。水泥顆粒分布越窄 堆積空隙率越大需水量越大對于水泥強(qiáng)度，以3 m32 m的顆粒起主導(dǎo)作用，尤其是16 m24 卩m顆粒對水泥性能非常重要，其含量

6、越多越好；v 3卩m的細(xì)顆粒容 易結(jié)團(tuán)，特別是v 1卩m的（主要指熟料）顆粒在加水后很快水化， 對水泥的需水量影響較大，但對混凝土強(qiáng)度作用很小，還容易引起混 凝土開裂，影響混凝土的耐久性，也影響水泥與外加劑的適應(yīng)性；65卩m的顆粒水化很慢，對28d強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小。試驗表明，水泥顆粒形狀對水泥的需水量也有較大影響。 水泥顆粒的 球形度越高，貝心(1) 顆粒表面積就會越小，所需潤滑的表面積越小-水泥需水量就 越??；(2) 顆粒間的內(nèi)摩擦越小，流動所需表面水膜厚度越小水泥需水 量就越小；(3) 顆粒堆積的空隙越小，所需填充水越小水泥需水量就越小。在比表面積基本一致的情況下，當(dāng)水泥顆粒球形度從47%|高

7、到73%時，水泥需水量從30.4%下降到27.3%。2. 粉磨工藝對需水量的影響盡管影響水泥需水量的因素不止一個，但粉磨工藝這個因素在建設(shè)期 間是可以選擇的，而且一旦選定是不易改變的。因其對后續(xù)的生產(chǎn)以 及因需水量影響到對其他因素平衡的制約，是要付出代價的。所以， 在最初選擇粉磨工藝時，應(yīng)該考慮需水量這個因素。在相同原材料的情況下，不同粉磨工藝生產(chǎn)的水泥，由于其顆粒級配 和顆粒形狀的差別，其需水量是不同的。就現(xiàn)有常用的粉磨工藝來講， 其生產(chǎn)的水泥需水量的排列順序大致為：輥壓機(jī)半終粉磨雙閉路聯(lián) 合粉磨單閉路聯(lián)合粉磨閉路磨開路磨。與普通圈流磨水泥相比，開流磨水泥顆粒分布較寬，圓度系數(shù)大，水 泥需水

8、量較??；而采用輥壓機(jī)、立磨生產(chǎn)的水泥，包括終粉磨、半終 粉磨、聯(lián)合粉磨，由于水泥顆粒分布范圍較窄，以及顆粒形狀球形度 較低，水泥需水量相對較大。目前大多數(shù)水泥企業(yè)的水泥粉磨，采用了“輥壓機(jī)+球磨機(jī)”的雙閉 路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)。粉磨效率確實高了，電耗確實降低了，但由于水泥 顆粒分布過于集中，需水量卻居高不下。這勢必要增加混凝土減水劑 的使用量，增加混凝土攪拌站的成本。在水泥市場供過于求的情況下， 攪拌站不太買賬，最終就會影響到企業(yè)的銷量和售價。除輥壓機(jī)對水泥顆粒形狀的影響以外，一般來講，閉路粉磨系統(tǒng)，特 別是采用高效選粉機(jī)的閉路系統(tǒng)，其水泥粒度分布比較窄，粒度均勻 性系數(shù)在1.01.2，需水量高達(dá)2

9、6.0%28.0%而開路粉磨系統(tǒng)的水 泥，粒度分布范圍比較寬，均勻性系數(shù)在 0.91.0，水泥的需水量在 24注右。半終粉磨與水泥需水量所謂半終粉磨，準(zhǔn)確地說就是在粉磨系統(tǒng)的預(yù)粉磨階段， 提前選出一 部分細(xì)度已經(jīng)合格的半成品，將其直接加入到成品中，讓細(xì)度上已經(jīng) 合格的產(chǎn)品，提前離開粉磨系統(tǒng)，不再接受后續(xù)粉磨，從而提高整個 粉磨系統(tǒng)的選粉效率（不僅是選粉機(jī)），減少過粉磨現(xiàn)象、減少粉磨 能的浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的粉磨效率。半終粉磨工藝，實際上是利用選粉 設(shè)備的閉路工藝，對原有粉磨工藝的一種優(yōu)化。根據(jù)所選預(yù)粉磨設(shè)備 的不同，有多種具體形式，但由于系統(tǒng)選粉效率的提高，其提高粉磨 效率是一定的。目前，半終粉磨

10、工藝采用的預(yù)粉磨設(shè)備，主要是輥壓 機(jī)，其他的還有立磨、風(fēng)選磨、球破磨等。關(guān)于半終粉磨工藝的水泥需水量問題，幾種半終粉磨工藝不盡相同， 具體要看其在預(yù)粉磨階段采用什么設(shè)備，提前選出的這部分細(xì)度已經(jīng) 合格的半成品與原有的成品有何不同，導(dǎo)致最終成品中的微粉含量、 顆粒級配和顆粒形狀有何變化。微粉含量的增加、顆粒級配的窄化、顆粒形狀的非球形化，都會導(dǎo)致 水泥需水量的增加。比如，早期的兩臺球磨機(jī)串聯(lián)粉磨工藝（第一臺 是閉路的）就是最早的半終粉磨，不但能提高粉磨效率，而且能減少 過粉磨現(xiàn)象，減少水泥的微粉含量，而且能降低水泥的需水量；再比 如，近年有將生料中卸烘干磨改造的水泥磨， 應(yīng)屬于緊湊型的半終粉 磨

11、，雖然其粉磨效率并沒有降低，但由于其水泥的顆粒級配較窄，水 泥的需水量有所增加，所以沒有得到推廣。現(xiàn)在多數(shù)說到半終粉磨， 實際上指的是輥壓機(jī)半終粉磨，就是將輥壓機(jī)閉路系統(tǒng)收集的部分未 加整形的細(xì)粉加入到水泥成品中。關(guān)于輥壓機(jī)半終粉磨水泥的需水量， 既取決于水泥的微粉含量（水化 速度）、顆粒級配（堆積密度），還與水泥的顆粒形狀（流動內(nèi)摩擦） 有關(guān)。微粉含量的減少、級配的拓寬，能降低水泥的需水量；但顆粒 形狀的異化（非球形化），又能增加水泥的需水量。實踐證明，輥壓 機(jī)半終粉磨系統(tǒng)的水泥，其需水量總體上是增加的。至于需水量增加 多少，與進(jìn)入輥壓機(jī)的原始物料的特性及細(xì)度有關(guān)， 即與輥壓機(jī)對其 顆粒形狀

12、的異化程度有關(guān)。由于其在V選與旋風(fēng)收塵器之間加了一臺選粉機(jī)，從而確保了旋風(fēng)收 塵器收集的物料從細(xì)度上全部達(dá)到了水泥成品的要求。這種改進(jìn)，能提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)能、降低粉磨電耗，但同時也降低了對成品水泥顆 粒級配的拓寬能力。而且，可以肯定，這部分物料主要是沒有通過球 磨機(jī)整形的輥壓機(jī)細(xì)粉，其顆粒的球形度是較差的。影響水泥需水量的堆積密度和流動性，除與水泥的顆粒級配有關(guān)外， 還與水泥的顆粒形狀有關(guān)，圓度系數(shù)（與顆粒投影面積相等的圓的周 長與顆粒投影面積的實際周長之比）越高，水泥顆粒的內(nèi)摩擦就越小， 與水的接觸表面積就越小，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量就越小。輥壓機(jī)為料床擠壓一次破碎，效率高，但球形度不好。球磨機(jī)為多

13、次 沖擊研磨，效率低，但球形度高，這也正是輥壓機(jī)甩不掉球磨機(jī)的主 要原因。但這不等于說輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)就沒用了， 反倒可以說是 精細(xì)化管理的一項成果。輥壓機(jī)半終粉磨雖然具有水泥需水量高的缺 點(diǎn)，但對提高粉磨系統(tǒng)的產(chǎn)量和降低電耗還是確實有效的。 任何性能 的提咼，都伴隨著針對性提咼和適應(yīng)性下降，只要我們能用其長避其 短，輥壓機(jī)半終粉磨還是能有所作為的。比較適應(yīng)輥壓機(jī)半終粉磨的條件是：對輥壓機(jī)異化顆粒形狀小的物料（如較細(xì)的粉煤灰），對水泥需水量不敏感的市場和用戶，對大部分 低標(biāo)號水泥，對水泥開路粉磨系統(tǒng)，對比表面積控制比較低的水泥， 對需水量不高的熟料，對外摻礦渣微粉的水泥。不太適合輥壓機(jī)半終粉

14、磨的因素是：對于水泥需水量要求苛刻的市場 和用戶，對于大部分高標(biāo)號水泥，對于水泥閉路粉磨系統(tǒng)，對于比表 面積控制比較高的水泥，對于需水量高的熟料，對于比較差的石灰石 礦山，對于堿含量比較高的原料。實際上，上述條件都不是一成不變的，有時適應(yīng)有時不適應(yīng)。我們可 以設(shè)計或改造為“半終粉磨”和“聯(lián)合粉磨”并存的工藝，按需切換C 具備條件時把產(chǎn)能發(fā)揮到最大、把電耗降到最低，不具備條件時再切 換到聯(lián)合粉磨上來；有部分潛力時，可以通過對半終粉磨選粉機(jī)的調(diào) 節(jié)，適當(dāng)降低“半終”量。立磨粉磨與水泥需水量盡管立磨終粉磨系統(tǒng)具有粉磨烘干效率高、對入磨物料的適應(yīng)性好、 工藝流程簡單、空間布置緊湊、維護(hù)費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)

15、，但由于水泥 粉磨是保證水泥成品質(zhì)量的最后一關(guān)，大家對立磨水泥的使用性能， 尤其是對水泥的需水量高仍很擔(dān)憂，導(dǎo)致這一水泥粉磨的工藝技術(shù)， 在國內(nèi)的應(yīng)用仍很有限。實際上，水泥立磨終粉磨產(chǎn)品，完全可以和球磨機(jī)媲美，能夠滿足各 種工程需要。水泥立磨終粉磨工藝的選用率已經(jīng)呈現(xiàn)出逐年提高的趨 勢。據(jù)有關(guān)資料顯示，2005年2008年，世界新建水泥生產(chǎn)線約360條（除中國大陸以外），水泥年產(chǎn)能達(dá) 4.4億t，采用了水泥粉磨裝備600 余臺套。立磨的選用率，由2005年的45%上升為2008年的61%而 水泥球磨的選用率則相應(yīng)的由 50%下降為27%伴隨著立磨終粉磨工藝的逐步增多，這一技術(shù)也在進(jìn)一步完善和成

16、 熟，原來大家所擔(dān)心的水泥顆粒形狀和級配、細(xì)度控制、需水量等對 水泥性能影響的問題，現(xiàn)在也就不成其為問題了。通過對磨盤和磨輥研磨曲線的組合、 對磨內(nèi)選粉機(jī)性能的改進(jìn)、加高 擋料環(huán)高度、對磨盤轉(zhuǎn)速及壓力的調(diào)整，實現(xiàn)了對水泥顆粒形狀和級 配的優(yōu)化。在系統(tǒng)操作方面，還可以通過提高立磨磨內(nèi)溫度、對石膏 的脫水施加影響，來優(yōu)化水泥的性能。綜合運(yùn)用這些調(diào)控手段，可以 在較大范圍內(nèi)調(diào)控立磨水泥的性能，使其顆粒級配比甚至比球磨水泥 更加合理。調(diào)研顯示，需水量最高的是閉路聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的水泥， 而不是立磨終 粉磨系統(tǒng)的水泥。分別粉磨與水泥需水量水泥的分別粉磨，是一項節(jié)電（降低電耗）節(jié)料（減少熟料消耗）降 碳（減少

17、碳排放）的粉磨技術(shù)。此外，它還能優(yōu)化水泥的性能、滿足 用戶對水泥性能的不同要求（比如水泥的需水量）。如何在各組分的易磨性相差很大的情況下，實現(xiàn)對水泥中熟料等各組分的最佳顆粒分 布，應(yīng)該說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、混合材活性潛能的充分挖掘。目前，先進(jìn)國家的 水泥廠已經(jīng)很少再用混合粉磨工藝了。分別粉磨的優(yōu)勢之一，就是能方便地調(diào)節(jié)顆粒級配。水泥中的微粉， 既由于其能增加水泥的流動性降低需水量， 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矛盾創(chuàng)造了條件。 進(jìn)一步分 析就會發(fā)現(xiàn)，影響水泥水化速度的主要是熟料組

18、分， 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，就能滿足矛 盾雙方對降低水泥需水量的要求。德國的研究表明，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 2.0卩m礦渣的特征粒徑平均降低了 7.5 a所謂“特征粒徑”，實際上是“體積平均粒徑”的一種近似體現(xiàn)方式。 這就是說，在同樣比表面積的情況下，分別粉磨能將熟料和礦渣磨得 更細(xì)，而且微粉還不是太多，這正是我們所期望的。分別粉磨在國外 的運(yùn)行一直沒有停止，有一個為混凝土攪拌站供水泥的公司， 為了滿 足攪拌站對水泥的多種要求，也為了降低自己的生產(chǎn)成本，竟然開發(fā) 了將近20個有針對性的水泥品種。該公司總結(jié)了分別粉磨的好處：1. 熟料粉的粒度分布接近最佳性能 RRSB7程，影響水泥和混凝土性 能的熟料細(xì)顆粒很少，影響水化速率的熟料粗顆粒也很少；2. 混合材的細(xì)度顯著比熟料細(xì)，與熟料粉混合后水泥的粒度分布接近Fuller曲線，保證了水泥具有較低的孔隙率；3. 不同粒度分布的