【技术】浅谈粉磨工艺的两“度”对水泥质量的影响
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我国水泥主要以球磨机粉磨为主，水泥粉磨工艺控制参数在开路粉磨工艺中约 有60多个，在带辊压机的联合粉磨系统中约有110多个工艺参数需要控制。水泥产量、能耗、品质都与这些控制参数有关，然而水泥行业对粉磨技术的认识还远远不够。同规格及同工艺的两个粉磨系统，能耗高的企业几乎比能耗低的企业高一倍。而入磨物料的水分、粒度、易磨性、细度等影响磨机产质量的众多因素又是一个“相互牵制、相互影响”的辩证关系，并无主次之分。大量的实例证明先进的粉磨系统是一个经过科学优化的系统。粉磨系统中的任何一个因素不合理，都会影响系统产量和质量；而一个能耗高、产量低的球磨机粉磨系统，必然在工艺上存在很多问题使系统无法达到理想状态。在此，首先谈谈易被忽视的水泥“粉磨细度”。
一、“粉磨细度”是水泥生产中最常用的一个工艺控制参数。
这是一个直接关系到水泥出厂强度等级和电耗的控制参数。在开路粉磨工艺中只有出磨水泥通过80μm筛筛余量的百分数这样一个“粉磨细度”参数，而在闭路粉磨工艺中是指磨机喂料、选粉机回料和出选粉机成品的通过80μm筛筛余量百分比三个“粉磨细度”参数，而这三个“粉磨细度”参数相互影响，又产生出选粉机的“选粉效率”和“循环负荷率”两个参数。可见“粉磨细度”是一个很重要的控制参数。理想的水泥是一个在1～80μm范围内呈连续分布的颗粒组合粉体，符合Faller曲线最佳堆积密度曲线，其粒径分布如下表：
根据水泥水化实验，≤3μm水泥颗粒主要是C3S和C3A晶体，水化快，基本上在1天内完成，主要提供1d和3d强度。我国水泥绝大多数采用的是熟料和混合材配比后共同入磨，目前混合材主要为粉煤灰，矿渣基本已单独粉磨了。根据中国建筑科学研究院的实验结果，作为混合材的粉煤灰必须磨至680m2/kg以上才能打散其内部的球形中空团聚结构，使粉煤灰球形表面产生缺损，激发其活性。水泥中其他混合材也必须比熟料磨得更细，一般是水泥熟料粒径的0.414倍。只有这样，水泥在水化过程中混合材才能有效填充满水泥熟料之间的空隙，减少需水量提高水泥密实度和强度。而在粉煤灰与熟料的共同粉磨过程中，虽然水泥熟料磨至≤3μm，但此时粉煤灰比表面积约在420m2/kg左右，远未达到680m2/kg的要求。同理对于其他混合材的粒径也都未达到熟料粒径的0.414倍。因此，在这样混磨工艺中很难使熟料和混合材各尽所能，一味的通过降低水泥细度来提高早期强度，实在有“拔苗助长”之嫌。
目前，水泥企业为了迎合市场需要，纷纷降低出厂水泥细度，使用各种助磨剂，使水泥细度80μm筛筛余量控制在0～1%，以此来增加混合材的掺量以降低成本。助磨剂企业为了配合水泥细度的降低，在助磨剂中掺有碱性激发剂和减水剂，使水泥的1d和3d强度大大提高，甚至远超过国家规定的要求，这样的水泥深受市场欢迎，施工企业混凝土拆模快，混凝土搅拌站还可以减少水泥用量，节约成本。但这样的混凝土后期强度增长有限，甚至出现下降的趋势，缩短了建筑物的设计寿命，影响全社会效益。其实品质好的水泥是靠先进的烧成工艺和粉磨工艺“磨”出来的，而不是用其他“绝招”手段得来的，无怪有人呼吁“泛滥的助磨剂就是水泥中的三聚氰氨”！
其实，水泥仅仅是配制混凝土的一种原料，是决定混凝土品质的重要因素，长期以来水泥与混凝土被分属于两个学科，在水泥生产中存在着严重的行业分隔现象，水泥企业不了解混凝土，只知道提高强度、降成本，不了解混凝土除了要求水泥强度以外还有什么样的质量要求，至于水泥磨得更细后对混凝土的影响那是混凝土的事；同样，混凝土对水泥企业也不了解，只知道要高强度价格低的水泥，不知道水泥在生产过程中采用什么样的工艺技术路线来提高强度和降成本，也不了解过细的水泥对配制的混凝土建造成各种建筑物后的影响。
混凝土行业应树立“强度第一”观念，水泥行业受产能过剩的影响，产品市场竞争激烈，只好采用“成本第一”观念以应对，混凝土行业普遍采用减水剂，希望水泥需水量要小，由于水泥因粉磨的太细，需水量增加，因此只有在助磨剂中掺入减水剂，掺入减水剂后的水泥所反映的需水量并非一定工艺下水泥的本质特征，造成水泥需水量增大的那些细颗粒和级配不合理的混合材并未因减水剂的掺入而改变，相反混凝土在使用中反而因这种误导的信息而造成试配的难度。对于有些助磨剂中的减水剂与混凝土使用的减水剂相容性差，致使混凝土的抗拉强度与抗压强度比值下降，混凝土的早期强度很高，28天后就不再增长了，混凝土水化初期内形成的各种内部缺陷因水泥在早期水化后已消耗殆尽，且混合材粒径过粗后期没有水化物去修复，这样的混凝土面对复杂多变的外界环境，开裂敏感性差，从而加速了混凝土的碳化和劣化，严重影响建筑物的质量和寿命。
二、解决水泥细度偏细的措施
通过上述分析知，水泥细度偏细既有客观因素也有人为干扰因素。要解决水泥细度偏细最根本方法还是要改变目前这种不合理的粉磨工艺，因为我国水泥品种多，混合材种类和其特质也相差很大，只有对水泥熟料和混合材采用分别粉磨，将水泥熟料和混合材磨制各自需要的细度再进行勾兑、混合均化，尽量使水泥颗粒组成接近Faller最佳堆积密度曲线，这样的水泥才是配制混凝土的好水泥。
三、水泥温度
所有的粉碎机械，特别是球磨机，在粉碎物料时，研磨体的运动，在砸碎和研磨物料过程中，由于产生热、声、光等物理现象，会转变大部分的输入能量转换为为热量。我国目前水泥磨制基本上采用球磨机，通过热平衡计算，约87%的输入能量转换为热量。这样增加的热量会使粉磨物料上升到100℃以上，作为水泥缓凝剂的二水石膏，在105℃就开始脱水分解，这对水泥的质量影响甚大，因此，控制水泥温度也是一个重要的参数。水泥温度对水泥粉磨的影响，还远不止于预防二水石膏脱水分解而产生假凝现象，在能耗、品质、物流等方面也同样产生不利的影响。
降低水泥温度，不但可以提高产质量，还可以节能降耗。温度对水泥粉磨的影响总结得出以下有害因素：
1、水泥温度升高增加风机的轴功率
假设入磨气体的温度为25℃，出磨气体的温度升为80℃，则出磨气体得体积增加（273+80）／（273+15）=1.23，即体积增加了23%，由风机的轴功率正比于风量，因此理论上讲，风机因排风量加大而增加了23%的电耗；
2、降低粉磨效率，影响水泥产量
从工艺方面讲，物料的易磨性随温度的升高而降低。在磨内细度较高的区域，水泥的微小颗粒会相互磨擦产生静电吸附现象，除互相凝聚外，还吸附在水泥球磨机研磨体上，形成所谓缓冲层，明显地降低了水泥球磨机粉磨效率；而且温度愈高，这种凝聚的粉磨副作用也就愈严重。
3、影响磨机的机械寿命
从机械设备来讲，由于水泥球磨机在运转中，因水泥球磨机热量传给主轴承，使轴承温度升高，润滑作用降低，还会使筒体产生一定的热应力，引起衬板螺丝折断，护理困难。热变形使停磨后启动时，产生一定贯性力，形成运转时的电流脉动及其本身振动；对磨机机械本身也不利，这一切都影响磨机的机械寿命。
4、严重影响水泥的质量
尽管国家标准中未对出厂水泥温度作出要求，但出厂温度偏高，会带来很多问题，象游离氧化钙等有害成分不能及时分解，如果使用这样的水泥，可能造成如安定性不良导致严重开裂等会危及结构安全的事故，尤其夏季施工，可能会出现急凝、假凝等现象。
5、给生产管理带来一系列影响
由于水泥温度偏高，严重影响水泥的储存、包装和运输等工序，使包装纸袋发脆，增大破损率，既影响水泥袋重合格率又使工人劳动环境恶化。
四、解决水泥温度偏高的措施
通过分析知道，降低水泥温度可从两方面入手，一方面从磨内解决，另一方面，直接冷却水泥。
1、改善粉磨条件，降低水泥磨内温度。
由于水泥温度偏高主要是球磨机内钢球抛落运动所至，因此，通过降低钢球球径，就可以有效降低水泥磨内温度。目前，常用的方法就是采用预粉磨工艺，降低水泥入磨粒径，如采用辊压机、立磨、球破机等，只要使入磨粒径≤1mm，那球磨机内只需采用钢锻而不用钢球，钢锻在磨机内属于滑动和滚动，产生的热量有限，出磨水泥温度就可以≤45℃（用钢锻磨制粉煤灰出磨温度≤45℃可以证明），关键是一定要保证入磨粒径百分之百≤1mm。此外，采用加强磨内通风、磨机筒体淋水和磨内喷水也是常有的方法。
2、使用水泥冷却器。
通过采用热交换形式，使用水泥冷却器，用水或空气作为媒体，置换出水泥的热量，降低水泥温度，余热进行回收利用，还可以达到节能降耗目的。
五、结束语
因笔者水平有限，上述观点可能有些偏颇。在市场经济中，存在的就是合理的，水泥企业、助磨剂企业及混凝土企业为了生存，也只能随波逐流。中国的水泥产能还在增加，据有关专家的测算，中国水泥年消费20亿吨已是历史最高点，未来水泥的消费量呈下降趋势。今后水泥企业只能采用新技术新工艺，在节能降耗、延伸产业链、提高产品附加值上做文章，努力使水泥行业由“粗犷”变为“精细”。也希望国家相关职能部门进一步加强宏观调控（加快淘汰落后产能），强化企业微观管理（建立产品质量综合评价体系），形成一个有序的市场环境。
作者：卢朝阳 淮北矿业相山水泥有限责任公司
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