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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(jìn)行創(chuàng)新的同時(shí),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(méi)有俺舊缸光”。今天,我就跟大家唱個(gè)反調(diào),不談創(chuàng)新談?wù)動(dòng)门f,談?wù)勎覀兩鲜兰o(jì)就有的水泥分別粉磨。分別粉磨這個(gè)概念,在水泥粉磨系統(tǒng)早有應(yīng)用,是普通開(kāi)流磨年代的主要增效措施之一。后來(lái),由于選粉機(jī)的出現(xiàn),特別是由于輥壓機(jī)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(shí)際上,選粉機(jī)和輥壓機(jī)與分別粉磨技術(shù)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(shí)現(xiàn)對(duì)水泥中熟料等各組分的最佳顆粒分布,應(yīng)該說(shuō)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(shí)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,實(shí)現(xiàn)混合材活性潛能的充分挖掘。目前,先進(jìn)國(guó)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(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)優(yōu)化配比,把關(guān)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(jí)下的不同特性,設(shè)計(jì)和控制水泥顆粒級(jí)配中各粒級(jí)段的組份權(quán)重,滿足用戶對(duì)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(guān)外,還與其顆粒級(jí)配以及顆粒形狀有關(guān),分別粉磨的優(yōu)勢(shì)之一,就是能方便的調(diào)節(jié)顆粒級(jí)配;水泥中的微粉既由于其能增加水泥的流動(dòng)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(duì)矛盾創(chuàng)造了條件。進(jìn)一步分析就會(huì)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(duì)降低水泥需水量的要求。

一、分別粉磨對(duì)能效、質(zhì)效的意義

德國(guó)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2.0μm,礦渣的特征粒徑平均降低了7.5μm。

而所謂“特征粒徑”,實(shí)際上是“體積平均粒徑”的一種近似體現(xiàn)方式,這就是說(shuō)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(xì),這正是我們所期望的。對(duì)于水泥在混凝土中的使用性能來(lái)講,應(yīng)該說(shuō)0~80μm的顆粒都是必要的,但對(duì)于水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn),則主要是3μm~32μm的熟料顆粒。熟料顆粒>32μm就會(huì)影響到其水化速度,影響到其活性的發(fā)揮,影響到其對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn),應(yīng)該盡量控制;<3μm的顆粒雖能顯著提高水泥的早期強(qiáng)度,但會(huì)導(dǎo)致水泥的后期強(qiáng)度降低,引起水泥強(qiáng)度的前后不平衡,也是水泥需水量高的原因之一,是應(yīng)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(jí)應(yīng)該盡量減少對(duì)熟料的占用,而由其他成本較低的組分來(lái)補(bǔ)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(duì)水泥強(qiáng)度起主要貢獻(xiàn)的熟料,很難被磨到最佳的細(xì)度,造成一定的潛能浪費(fèi)。而比較易磨的其他組分,又很難做到不產(chǎn)生過(guò)粉磨現(xiàn)象,增加了除塵難度,影響磨內(nèi)通風(fēng),產(chǎn)生包球及糊蓖縫,最終是降低了臺(tái)時(shí)和增加了電耗。對(duì)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(dāng)水泥的比表面積已達(dá)到350m2/kg時(shí),礦渣的比表面積一般只能達(dá)到230280m2/kg左右。而礦渣的活性潛力應(yīng)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(duì)礦渣進(jìn)行單獨(dú)粉磨,將其磨至最佳的活性細(xì)度,它就發(fā)揮出下面的作用:

 

1)將礦渣粉磨至最佳活性細(xì)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(jí)配,提高水泥的性能,或降低熟料的消耗。

 

2)磨細(xì)的礦渣在混凝土水化時(shí),能夠承擔(dān)起混凝土的填充作用,減小孔隙率,提高密實(shí)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(dòng)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(xì)到最佳細(xì)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(duì)外加劑的消耗,減小混凝土的溫度裂縫和溫度收縮。實(shí)際上,還有一個(gè)沒(méi)有引起大家重視的問(wèn)題,選粉機(jī)雖然與易磨性關(guān)系不大,但其選粉性能與各組分的體積密度和容重相關(guān)聯(lián)。選粉機(jī)的分選原理是按物料的粒徑切割分離的,一般講某臺(tái)選粉機(jī)在某種特定情況下都存在一個(gè)切割粒徑,小于切割粒徑的物料進(jìn)入成品,大于切割粒徑的物料則進(jìn)入回粉當(dāng)中,被視為不合格品返回粉磨系統(tǒng)繼續(xù)研磨。

選粉機(jī)對(duì)粒徑的切割,依賴于氣流施予物料的速度、以及選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠葉片(或?qū)эL(fēng)板)作用于物料的失速回彈,而這兩個(gè)因素對(duì)不同容重的物料其效率是不同的。對(duì)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(guò)選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的難度就較大;對(duì)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(guò)選粉機(jī)轉(zhuǎn)籠的機(jī)會(huì)就大。所以同樣的選粉機(jī)選出的水泥,熟料的粗細(xì)和粉煤灰的粗細(xì)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(jī)對(duì)粉煤灰和熟料的選粉性能就不會(huì)“一碗水端平”的。即使用同一臺(tái)選粉機(jī),在相同的工況下對(duì)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(xì),而粉煤灰較粗,就不能夠按照我們理想的設(shè)計(jì)進(jìn)行不同組分的顆粒級(jí)配,這一點(diǎn)也是以分別粉磨為好。因此,我們要對(duì)水泥進(jìn)行整個(gè)顆粒級(jí)配的設(shè)計(jì),并以此作為生產(chǎn)依據(jù)。

 

二、水泥的顆粒調(diào)配試驗(yàn)現(xiàn)代水泥粉磨系統(tǒng)的高效改進(jìn),大都帶來(lái)了水泥顆粒分布過(guò)于集中的問(wèn)題,導(dǎo)致了水泥使用性能變差,用戶對(duì)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(fēng)速,降低閉路循環(huán)負(fù)荷,向水泥中摻加出磨物料,多臺(tái)磨分別控制不同的細(xì)度再混合入庫(kù),甚至將閉路磨改為開(kāi)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(shè)計(jì)進(jìn)行不同的調(diào)配組合,生產(chǎn)出完全符合設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)研究院的李鵬儒等曾進(jìn)行過(guò)“顆粒調(diào)配法”生產(chǎn)水泥的專題研究,對(duì)顆粒分布窄、水泥需水量高、外加劑適應(yīng)性差的聯(lián)合粉磨P.O42.5水泥,進(jìn)行了外摻調(diào)配試驗(yàn)。試驗(yàn)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(qiáng)度的條件下,有效改善水泥的需水量、改善與外加劑的適應(yīng)性。