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探討水泥粉磨系統(tǒng)的節(jié)能創(chuàng)新、持續(xù)保持水泥粉磨系統(tǒng)的科技創(chuàng)新活力
2015-06-10 發(fā)布者：
在我們不遺余力地絞盡腦汁進行創(chuàng)新的同時，為什么要將“已有成熟的、而且有效的節(jié)能措施棄之不用呢？有一句戲詞唱得好：“打了俺舊缸賠新缸，新缸沒有俺舊缸光”。今天，我就跟大家唱個反調(diào)，不談創(chuàng)新談談用舊，談談我們上世紀就有的水泥分別粉磨。分別粉磨這個概念，在水泥粉磨系統(tǒng)早有應用，是普通開流磨年代的主要增效措施之一。后來，由于選粉機的出現(xiàn)，特別是由于輥壓機的出現(xiàn)，直至發(fā)展到目前的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，分別粉磨的光環(huán)逐漸被掩蓋。而實際上，選粉機和輥壓機與分別粉磨技術并不沖突，它們可以互相疊加使用，在節(jié)電（降低電耗）、節(jié)料（減少熟料消耗）、降碳（減少碳排放）的情況下，優(yōu)化水泥的性能。另外，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，應該說分別粉磨是目前的最佳選擇。分別粉磨可以分別設定和實現(xiàn)水泥各組分的最佳粒度分布,以達到熟料活性的最大利用，實現(xiàn)混合材活性潛能的充分挖掘。目前，先進國家的水泥廠已經(jīng)很少再用混合粉磨工藝了，日本的礦渣水泥幾乎全部采用了分別粉磨。分別粉磨不僅能根據(jù)各組分的易磨性優(yōu)化工藝，提高粉磨效率降低電耗；根據(jù)各組分的成本和對水泥強度的貢獻優(yōu)化配比，把關鍵的熟料用在刀刃上，降低熟料消耗；分別粉磨還能根據(jù)各組分在不同粒級下的不同特性，設計和控制水泥顆粒級配中各粒級段的組份權(quán)重，滿足用戶對水泥性能的不同要求，這是其他粉磨系統(tǒng)做不到的。
以需水量為例，我們知道，水泥的需水量除與其組份的特性有關外，還與其顆粒級配以及顆粒形狀有關，分別粉磨的優(yōu)勢之一，就是能方便的調(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份，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。
一、分別粉磨對能效、質(zhì)效的意義
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2.0μm，礦渣的特征粒徑平均降低了7.5μm。
而所謂“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的更細，這正是我們所期望的。對于水泥在混凝土中的使用性能來講，應該說0~80μm的顆粒都是必要的，但對于水泥強度的貢獻，則主要是3μm~32μm的熟料顆粒。熟料顆粒＞32μm就會影響到其水化速度，影響到其活性的發(fā)揮，影響到其對水泥強度的貢獻，應該盡量控制；＜3μm的顆粒雖能顯著提高水泥的早期強度，但會導致水泥的后期強度降低，引起水泥強度的前后不平衡，也是水泥需水量高的原因之一，是應該努力減少的。另外，由于熟料是水泥配料中成本最高的組分，所以水泥中的其他粒級應該盡量減少對熟料的占用，而由其他成本較低的組分來補足。用于粉磨水泥的不同組分的易磨性是相差很大的。目前的配料后共同粉磨工藝，對水泥強度起主要貢獻的熟料，很難被磨到最佳的細度，造成一定的潛能浪費。而比較易磨的其他組分，又很難做到不產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象，增加了除塵難度，影響磨內(nèi)通風，產(chǎn)生包球及糊蓖縫，最終是降低了臺時和增加了電耗。對于比熟料更難磨的礦渣，也要求以分別粉磨為好。就普遍采用的共同粉磨工藝，當水泥的比表面積已達到350m2/kg時，礦渣的比表面積一般只能達到230～280m2/kg左右。而礦渣的活性潛力應該磨至450m2/kg以上，才能使礦渣的活性得到充分發(fā)揮。如果對礦渣進行單獨粉磨，將其磨至最佳的活性細度，它就發(fā)揮出下面的作用：
（1）將礦渣粉磨至最佳活性細度，按配比摻入水泥中拌勻，既可把礦渣的活性發(fā)揮到最大，又可優(yōu)化水泥的最終顆粒級配，提高水泥的性能，或降低熟料的消耗。
（2）磨細的礦渣在混凝土水化時，能夠承擔起混凝土的填充作用，減小孔隙率，提高密實度。不但能起到礦物減水劑的作用，有利于減小需水量，提高混凝土的流動性和保塑性，而且能提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性，提高抗腐蝕性、減小收縮率。（3）將礦渣磨細到最佳細度，就能夠提高礦渣的摻加量，減小熟料的消耗量。不但能降低水泥的堿度，提高混凝土的抗腐蝕性，而且能降低水泥的早期水化熱，減少因水化熱對外加劑的消耗，減小混凝土的溫度裂縫和溫度收縮。實際上，還有一個沒有引起大家重視的問題，選粉機雖然與易磨性關系不大，但其選粉性能與各組分的體積密度和容重相關聯(lián)。選粉機的分選原理是按物料的粒徑切割分離的，一般講某臺選粉機在某種特定情況下都存在一個切割粒徑，小于切割粒徑的物料進入成品，大于切割粒徑的物料則進入回粉當中，被視為不合格品返回粉磨系統(tǒng)繼續(xù)研磨。
選粉機對粒徑的切割，依賴于氣流施予物料的速度、以及選粉機轉(zhuǎn)籠葉片（或?qū)эL板）作用于物料的失速回彈，而這兩個因素對不同容重的物料其效率是不同的。對于容重大的熟料，由于其表面積小，獲得的速度較小，受到的回彈力較大，通過選粉機轉(zhuǎn)籠的難度就較大；對于容重小的粉煤灰則不同，由于其表面積大，獲得的速度較大，受到的回彈力較小，通過選粉機轉(zhuǎn)籠的機會就大。所以同樣的選粉機選出的水泥，熟料的粗細和粉煤灰的粗細是不一樣的。所以，如果你采用粉煤灰做混合材，由于粉煤灰與熟料的容重相差較大，選粉機對粉煤灰和熟料的選粉性能就不會“一碗水端平”的。即使用同一臺選粉機，在相同的工況下對兩者的切割粒徑也是不一樣的，其選出的產(chǎn)品中熟料較細，而粉煤灰較粗，就不能夠按照我們理想的設計進行不同組分的顆粒級配，這一點也是以分別粉磨為好。因此，我們要對水泥進行整個顆粒級配的設計，并以此作為生產(chǎn)依據(jù)。
二、水泥的顆粒調(diào)配試驗現(xiàn)代水泥粉磨系統(tǒng)的高效改進，大都帶來了水泥顆粒分布過于集中的問題，導致了水泥使用性能變差，用戶對水泥也提出了更高的要求，水泥廠就被迫采取了一些措施：如降低磨內(nèi)風速，降低閉路循環(huán)負荷，向水泥中摻加出磨物料，多臺磨分別控制不同的細度再混合入庫，甚至將閉路磨改為開路磨等。上述措施都在一定程度上改善了水泥的使用性能，但卻降低了系統(tǒng)的粉磨效率，而分別粉磨卻為我們提供了另外一條路徑。分別粉磨不怕顆粒分布集中、不怕選粉效率高，而且選粉效率越高越好，既能改善水泥的使用性能，又能提高系統(tǒng)的粉磨效率。分別粉磨還為調(diào)整水泥的最終顆粒分布提供了條件，可以將不同的物料，別粉磨成不同顆粒分布的水泥組分，然后根據(jù)設計進行不同的調(diào)配組合，生產(chǎn)出完全符合設計需要的顆粒分布的水泥，從而滿足不同用戶的不同需要——這就是所謂的“水泥顆粒調(diào)配法生產(chǎn)工藝”。天津水泥設計研究院的李鵬儒等曾進行過“顆粒調(diào)配法”生產(chǎn)水泥的專題研究，對顆粒分布窄、水泥需水量高、外加劑適應性差的聯(lián)合粉磨P.O42.5水泥，進行了外摻調(diào)配試驗。試驗表明，“顆粒調(diào)配法”生產(chǎn)水泥，能夠在保持甚至提高水泥強度的條件下，有效改善水泥的需水量、改善與外加劑的適應性。