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定，以P·O水泥為例，規定混合材摻量＞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所得稅和有關綜合利用產品增值稅優惠政策，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，不同廠家會根據自身的實際條件來擇優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進行選型設計時，均依據球磨機的經驗系數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的適用性不強。故針對水泥輥磨必須有一套計算系數來保證選型的準確性，或驗證原有計算系數的可靠性，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

2011年公司建立了一套完整的半工業化輥磨試驗系統，主要用于水泥、鋼渣、尾礦等輥磨試驗，主機規格為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。該系統在配置和設計上與工業輥磨系統完全相同，帶有外循環裝置，采用集中控制，具有調節和記錄有關參數的功能。

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，通過固定試驗參數、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。為了試驗數據的準確性，每組試驗重復2～4次，具體試驗方案和控制參數分別見表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半工業化試驗系統

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

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。雖然試驗數據存在一定的波動性，但剔除偏差較大的數據后，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，與實驗室數據相差較大。

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。

通過試驗數據可知，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。