不同混合材對水泥輥磨產品比表面積的影響

杜鑫，宋留慶，賀孝一，豆海建，秦中華，張明飛，王維莉

1 引言

近十年來，水泥輥磨技術日臻成熟，國內外越來越多的水泥工程項目采用水泥輥磨技術[1]，截至目前，我公司已累計出售水泥輥磨40余臺。

我國水泥種類較多，有P·Ⅰ、P·Ⅱ、P·O、P·S·A、P·S·B、P·P、P·F、P·C等，國標GB 175中對水泥混合材的用量及種類進行了規(guī)定，以P·O水泥為例，規(guī)定混合材摻量＞5%且≤20%。為促進各類混合材在水泥中的廣泛使用，國家出臺了資源綜合利用企業(yè)所得稅和有關綜合利用產品增值稅優(yōu)惠政策，對以粉煤灰、煤矸石等大宗固體廢物為主要原料生產的建材產品的所得收入減按90%計入收入總額繳納所得稅，并免征增值稅。在國際上，混合材也是水泥的重要組成部分，但是不同混合材易磨性、粉體物料表面特征等物理特性不盡相同，這里簡要列舉TRM輥磨粉磨P·C水泥的運行情況，見表1。

從表1中可以看出，不同混合材種類及摻量對水泥輥磨粉磨電耗影響很大，不同廠家會根據(jù)自身的實際條件來擇優(yōu)選擇混合材種類及控制水泥的細度，由于不同物料的易磨性差別很大，導致水泥產量、電耗、水泥性能也有所不同。

從目前國外磨機運行效果來看，不同混合材種類對磨機運行效果影響也很大，以LM56.2+2C/S為例：

（1）秘魯Cementos Pacasmayo廠生產高爐礦渣含量為30%的礦渣水泥，45μm篩篩余為7%，產量可達160t/h。

表1 不同廠家的P·C水泥配比與電耗

（2）多米尼加共和國西麥克斯（CEMEX）生產細度為380m2/kg的普通硅酸鹽水泥，產量可達180t/h。

（3）印度Madras水泥公司生產粉煤灰水泥，產量可達220t/h。

（4）四川星船城粉磨含有5%石灰石和13.5%礦渣的P·O42.5水泥，比表面積376m2/kg時產量可達205t/h。

目前我們在對輥磨終粉磨系統(tǒng)進行選型設計時，均依據(jù)球磨機的經驗系數(shù)來計算混合材對產品比表面積的影響程度，而球磨機和輥磨粉磨物料的粉磨原理不同，這就導致了經驗系數(shù)的適用性不強。故針對水泥輥磨必須有一套計算系數(shù)來保證選型的準確性，或驗證原有計算系數(shù)的可靠性，因此有必要研究不同混合材對水泥輥磨產品比表面積的影響。

2 試驗原料及試驗內容

2.1 原材料

（1）熟料：取自天津振興水泥廠，邦德功指數(shù)14.47kWh/t，入磨物料級配見表2。

（2）混合材：石灰石取自河北前進冶金科技有限公司；粉煤灰取自河北唐山；火山灰來自菲律賓拉法基粉磨站。混合材原料特性見表3。粉煤灰原灰物理性質見表4。

（3）天然石膏：取自天津振興，邦德功易磨性7.3kWh/t。

2.2 試驗系統(tǒng)

2011年公司建立了一套完整的半工業(yè)化輥磨試驗系統(tǒng)，主要用于水泥、鋼渣、尾礦等輥磨試驗，主機規(guī)格為TRM5.6輥磨，盤徑560mm，磨盤轉速70r/min，動力30kW，兩輥，水泥粉磨設計能力1t/h。

系統(tǒng)流程如圖1所示，一定粒度的物料由提升機送入料倉，再經可調轉速圓盤喂料機、皮帶機、鎖風分格輪喂入磨內。粉磨后的物料由風提升至輥磨上部的動態(tài)選粉機進行分選，粗粉返回磨盤再次粉磨，細粉隨氣體進入袋收塵器被收集，干凈空氣排入大氣。該系統(tǒng)在配置和設計上與工業(yè)輥磨系統(tǒng)完全相同，帶有外循環(huán)裝置，采用集中控制，具有調節(jié)和記錄有關參數(shù)的功能。

表2 入磨熟料粒度級配

表3 混合材原料化學成分，%

表4 粉煤灰原灰物理性質

2.3 試驗方案

2013～2015年，我們在TRM5.6試驗系統(tǒng)上開展了粉磨電耗與水泥產品比表面積的相關性研究。我們以產品比表面積320m2/kg為基準操作參數(shù)，通過固定試驗參數(shù)、改變混合材的摻入量，研究混合材摻入量對輥磨粉磨水泥的影響。為了試驗數(shù)據(jù)的準確性，每組試驗重復2～4次，具體試驗方案和控制參數(shù)分別見表5和表6。試驗過程中盡量保持功率不變，通過調整喂料量來控制功率，最后通過稱量成品質量來計算臺時產量和電耗。

3 試驗結果與分析

3.1 石灰石對輥磨水泥比表面積的影響

通過25次對比性試驗，得到不同石灰石摻量下的成品比表面積和基準電耗，見表7。

圖1 TRM5.6半工業(yè)化試驗系統(tǒng)

表5 干粉煤灰摻量對輥磨粉磨水泥的影響試驗方案

表6 試驗控制參數(shù)

從表7和圖2中可以看出，水泥成品比表面積與石灰石摻量呈線性正相關性，每增加1%的石灰石，比表面積增加2.52m2/kg。雖然試驗數(shù)據(jù)存在一定的波動性，但剔除偏差較大的數(shù)據(jù)后，水泥比表面積與石灰石摻量依然呈線性正相關性，相關性系數(shù)由2.52增加至2.75。由此可見，每增加1%的石灰石，比表面積應該增加2.52～2.75m2/kg。

3.2 粉煤灰對輥磨水泥比表面積的影響

從表8和圖3中可以看出，水泥成品比表面積與粉煤灰摻量呈線性正相關性，每增加1%的粉煤灰，比表面積增加1.64m2/kg。粉煤灰形成時，在表面張力的作用下，大部分顆粒為空心微珠，微珠表面凹凸不平，極不均勻，且存在大量微孔，部分顆粒又在熔融狀態(tài)下相互接觸而連接成為表面粗糙、棱角較多的蜂窩狀粒子，所以添加粉煤灰的水泥，在用比表面積表征產品細度時，產品比表面積會有所增加。另外，在試驗過程中，為了保持輥磨出力功率的不變，隨著粉煤灰摻量的增加，產量也會有所增加。

圖2 石灰石摻量對成品比表面積的影響

在印度Jaiprakash公司，采用非凡公司的MVR5600C-4輥磨粉磨粉煤灰水泥，其中熟料占比65%，石膏占比4%，干粉煤灰占比31%，所有物料混合入磨，設計產能320t/h。在扣除選粉機和風機的電耗后，若不考慮產量的影響，則比表面積增加程度為：（390-280）/31=3.5，即每增加1%的干粉煤灰，產品比表面積增加3.5m2/kg，與實驗室數(shù)據(jù)相差較大。

表7 石灰石對輥磨水泥比表面積的影響試驗結果

表8 粉煤灰對輥磨水泥比表面積的影響試驗結果

表9 火山灰摻量與比表面積及單位電耗的關系

表10 比表面積增加量

圖3 粉煤灰摻量與成品比表面積的相關性

柴星騰等以熟料加粉煤灰為原材料，采用實驗室小球磨機，在粉磨時間相同的情況下進行了不同粉煤灰摻量的試驗，結果顯示，每增加1%的粉煤灰，成品比表面積增加3.2m2/kg，增加幅度比水泥輥磨試驗結果大。

總的來看，輥磨和球磨機粉磨原理不同，不同細度的粉煤灰摻入水泥中，成品比表面積增幅不同。在設備選型時，采用比表面積為基準時，需要根據(jù)客觀情況適當調整[2]。

3.3 火山灰對輥磨水泥比表面積的影響

從表9和表10中可以看出，在粉磨電耗相同的情況下，比表面積增量隨火山灰摻量的增加而減少。在火山灰摻量相同的情況下，比表面積增量隨粉磨電耗的增加而減小。

通過試驗數(shù)據(jù)可知，當成品水泥比表面積＜400m2/kg時，每增加1%火山灰摻量，對比表面積的貢獻值為～2.5m2/kg；當成品水泥比表面積＞400m2/kg時，每增加1%火山灰摻量，對比表面積的貢獻值為～2.0m2/kg[3]。

4 結語

在輥磨粉磨水泥中，石灰石混合材摻加量與水泥比表面積呈正相關性，每增加1%的石灰石，成品比表面積增加值在2.52～2.75m2/kg。每增加1%的粉煤灰，產品比表面積會有不同程度的增加。當以火山灰為混合材時，每增加1%火山灰摻量，成品水泥比表面積＜400m2/kg時，對比表面積的貢獻值為～2.5m2/kg；成品水泥比表面積＞400m2/kg時，對比表面積的貢獻值為～2.0m2/kg。