我公司提高水泥混合材掺量的方法探讨

目前，水泥市场竞争日趋激烈，如何降低水泥成本，提高资源综合利用率，大力发展循环经济，走可持续发展之路，已成为企业的重中之重。在不影响水泥性能的前提下提高水泥中混合材的掺量是降低水泥成本的重要途径，我公司对此进行了探索。

1　物理激发试验

1.1　试验原料及方法

　　试验所用熟料采用我公司硅酸盐水泥熟料，高炉水淬矿渣取自甘肃省河西堡铁厂，粉煤灰取自甘肃省永昌电厂，石膏取自甘肃省天祝石膏矿，各种原料化学分析见表1，熟料率值及矿物组成见表2。其中熟料、矿渣、粉煤灰和石膏在Φ500mm×500mm的标准试验小磨内混合磨制，比表面积根据设计方案确定。水泥强度按GB/T17671—1999测定，试样比表面积按GB/T8074—1987测定，化学成分采用GB/T176—1996及GB/T5483—1996测定。

1.2　试验结果及分析

　　水泥中矿渣与粉煤灰比例分别为1∶1和2∶1，熟料配比逐步提高，水泥比表面积控制在400m2/kg以上，试验方案及结果见表3和表4。

从表3和表4可以看出：

　　1）物理激发效果十分明显。当水泥比表面积控制在430～450m2/kg，熟料配比65%，混合材中矿渣与粉煤灰比例按2∶1搭配时，所磨制水泥28d抗压强度平均为53.0MPa；混合材中矿渣与粉煤灰比例按1∶1搭配时，所磨制水泥28d抗压强度为53.8MPa。此数据和比表面积控制在350m2/kg左右时纯熟料的强度接近（54.4MPa）。

　　2）当熟料配比减小时，多掺矿渣的水泥比多掺粉煤灰的水泥强度降低的幅度要小的多。混合材中矿渣与粉煤灰比例按1∶1搭配，熟料配比从65%按5%递减时，水泥28d抗压强度平均按4.0MPa递减；混合材中矿渣与粉煤灰比例按2∶1搭配，熟料配比从65%按5%递减时，则28d抗压强度平均按1.2MPa递减。

　　3）表4中1号、2号试样比表面积相差30m2/kg，28d抗压强度差3.5MPa；3号、4号试样比表面积相差19m2/kg，28d抗压强度相差2.8MPa，说明水泥比表面积每提高10m2/kg，28d抗压强度提高约1.3MPa。

　　以上数据对现实生产具有指导意义，表3中的粉磨时间经实际校正后可作为核算台时产量与节电指标的重要参考依据之一。

2　在复合水泥中掺矿渣粉和石灰石粉的试验

　　在成品P·C32.5级和P·C42.5级水泥中掺入矿渣粉和石灰石粉，这两种水泥比表面积生产控制值均为（360±10）m2/kg。水泥入均化库前与高细磨磨制好的矿渣粉及石灰石粉按一定配比计量混合后入均化库。出高细磨的矿渣粉比表面积控制在（450±10）   m2/kg，石灰石粉比表面积控制在（800±10）m2/kg。试验方案及结果见表5和表6。

从表5和表6看出，P·C32.5级水泥及P·C42.5级水泥外加10%～30%左右的矿渣粉强度仍然能满足国标要求。但考虑到若利用现有高细磨机进行矿渣粉生产时成本较高，每生产1t矿渣粉仅电耗一项就高达40多元，加上其他费用总计约60多元，故在此基础上进行石灰石粉替代部分矿渣粉的试验，见表5和表6中编号B-1、 B-2 及B-3方案，可以看出，用5%～7%的石灰石粉替代矿渣粉时，水泥强度与未替代时的差别不大。

　　试验说明，我公司生产同等级复合水泥时可用外加10%～30%左右的矿渣粉，或在此基础上用5%～7%石灰石粉替代部分矿渣粉，起到既能多掺混合材，又能降低成本的作用。

3　用干粉煤灰替代湿粉煤灰的试验

　　目前，我公司在生产P·C32.5级水泥中，干湿粉煤灰各占10.5%、矿渣和石膏各占5%左右。由于湿粉煤灰的掺入，Φ3m×11m闭路磨在磨制P·C32.5级水泥时，制成电耗较高，而台时产量低，相应的水泥成本也高。为了解决上述问题，我公司用小磨试验寻找最佳的干粉煤灰的替代量，然后以此为基准在Φ3m×11m闭路磨进行试生产，所有半成品及混合材均采用磨头配料。

　　在方案设计中，提高干粉煤灰比例，取消湿粉煤灰掺入，水泥比表面积按实际生产控制值为准，试验方案及结果见表7。编号0为未用干粉煤灰替代湿粉煤灰时实际生产中的配料方案。

从表7可以看出，当水泥比表面积控制在实际正常生产P·C32.5级水泥的范围内，全部用干粉煤灰替代湿粉煤灰后粉煤灰最大掺量可以达到30%以上，而强度仍能满足国标要求。过去在实际生产中，湿粉煤灰超过13%后水泥3d和28d强度会大幅度下降，导致湿粉煤灰无法再掺入。究其原因，可能是湿粉煤灰中水分含量很高，在磨头加入时又没经过烘干处理，在高温粉磨时造成部分熟料水化，使水泥强度大幅度降低，同时也影响水泥磨机的台时产量。随着干粉煤灰比例的逐步提高，改善了水泥的易磨性，强度又不再损失，所以能大幅提高干粉煤灰的掺量。实践证明，我公司Φ3m×11m闭路水泥磨全部用干粉煤灰替代湿粉煤灰磨制P·C32.5级水泥时，台时产量大幅度提高，由过去的38t/h提高至现在的48t/h以上，制成车间水泥工序电耗也由过去的34kWh/t降为目前的30kWh/t左右，而水泥强度仍然保持在过去的内控范围之内，经核算经济效益十分明显。

　　用干粉煤灰替代湿粉煤灰后粉煤灰掺入量可以达到30%以上。经平行试验，再外掺3%～4%的石灰石粉时水泥强度仍然能保持没掺时的强度，这对降低水泥成本又是一个启示。

4　结论

　　1）物理激发效果十分明显。当水泥比表面积控制在430～450m2/kg，熟料配比65%，混合材中矿渣与粉煤灰比例按2∶1或1∶1搭配时，所磨制水泥28d强度和比表面积控制在350m2/kg时纯熟料的强度接近。水泥比表面积每提高10m2/kg，28d抗压强度约提高1.3MPa。

　　2）当熟料配比减小时，多掺矿渣的水泥比多掺粉煤灰的水泥强度降低的幅度要小得多。熟料配比从65%按5%递减时，混合材中矿渣与粉煤灰比例按1∶1搭配的水泥强度平均按4.0MPa递减；混合材中矿渣与粉煤灰比例按2∶1搭配的水泥强度平均按1.2MPa递减。

　　3)在生产同等级复合水泥时采用外加10%～30%的矿渣粉，或在此基础上用5%～7%石灰石粉替代部分矿渣粉时，水泥强度保持不变，起到既能多掺混合材，又能降低成本的作用。

　　4）全部用干粉煤灰替代湿粉煤灰后，P·C32.5级水泥中粉煤灰最大掺量可以达到30%以上，水泥磨台时产量提高26%，水泥粉磨电耗下降12%。

作者单位：甘肃金昌水泥集团有限责任公司

（2014.12）