不同粉磨系统对水泥性能的影响
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 |
| 1 |
A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 |
| 2 |
A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 |
| 7 |
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 |
| 9 |
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 | ||||
| 3d |
7d |
28d |
3d |
7d |
28d |
||||
| 1 |
1.3 |
383 |
26.0 |
6.30 |
6.70 |
8.25 |
38.2 |
40.1 |
56.5 |
| 2 |
1.5 |
354 |
26.0 |
5.41 |
6.47 |
7.32 |
28.7 |
40.2 |
52.0 |
| 3 |
4.9 |
374 |
24.1 |
4.88 |
5.42 |
7.10 |
23.9 |
32.2 |
45.6 |
| 4 |
1.0 |
403 |
24.1 |
5.57 |
6.82 |
7.60 |
32.3 |
46.9 |
54.4 |
| 5 |
2.2 |
348 |
24.5 |
6.25 |
7.13 |
8.95 |
37.9 |
51.2 |
64.3 |
| 8 |
1.9 |
403 |
24.8 |
6.52 |
6.62 |
8.40 |
38.8 |
47.4 |
63.8 |
表3 各试样的粒度分布
| 编号 |
＜5μm |
5～10μm |
10～20μm |
20～30μm |
30～40μm |
40～50μm |
50～60μm |
＞60μm |
| 1 |
9.3 |
22.0 |
11.5 |
14.4 |
12.7 |
4.8 |
7.6 |
17.7 |
| 2 |
9.6 |
23.6 |
23.1 |
9.3 |
11.3 |
4.6 |
8.9 |
9.8 |
| 3 |
11.1 |
21.9 |
10.1 |
11.8 |
11.8 |
5.7 |
5.9 |
20.7 |
| 4 |
17.2 |
19.6 |
16.9 |
10.6 |
6.3 |
7.3 |
6.5 |
15.6 |
| 5 |
8.0 |
9.7 |
40.7 |
13.3 |
6.3 |
5.0 |
6.9 |
10.1 |
| 8 |
17.9 |
20.8 |
25.1 |
13.7 |
10.1 |
2.6 |
6.0 |
3.8 |
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 |
3d |
7d |
||
| A1 |
14.5 |
29.8 |
48.3 |
69.0 |
19.2 |
303 |
3∶19 |
4∶34 |
35.2 |
46.0 |
| A2 |
18.8 |
34.8 |
50.0 |
67.2 |
18.8 |
313 |
3∶20 |
4∶35 |
35.4 |
46.4 |
| A3 |
14.6 |
30.8 |
47.5 |
68.9 |
18.5 |
315 |
3∶35 |
4∶40 |
32.6 |
46.1 |
| B1 |
24.8 |
36.8 |
55.3 |
73.3 |
14.7 |
383 |
4∶00 |
5∶15 |
29.6 |
40.9 |
| B2 |
19.7 |
33.3 |
48.7 |
69.8 |
19.7 |
324 |
4∶20 |
5∶50 |
25.2 |
36.1 |
| B3 |
23.2 |
43.5 |
57.6 |
75.1 |
14.3 |
346 |
3∶43 |
5∶10 |
32.5 |
44.2 |
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。
