不同混合材對(duì)水泥輥磨產(chǎn)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(lái)，水泥輥磨技術(shù)日臻成熟，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的水泥工程項(xiàng)目采用水泥輥磨技術(shù)[1]，截至目前，我公司已累計(jì)出售水泥輥磨40余臺(tái)。

我國(guó)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(guó)標(biāo)GB 175中對(duì)水泥混合材的用量及種類進(jìn)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(jìn)各類混合材在水泥中的廣泛使用，國(guó)家出臺(tái)了資源綜合利用企業(yè)所得稅和有關(guān)綜合利用產(chǎn)品增值稅優(yōu)惠政策，對(duì)以粉煤灰、煤矸石等大宗固體廢物為主要原料生產(chǎn)的建材產(chǎn)品的所得收入減按90%計(jì)入收入總額繳納所得稅，并免征增值稅。在國(guó)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(jiǎn)要列舉TRM輥磨粉磨P·C水泥的運(yùn)行情況，見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，不同混合材種類及摻量對(duì)水泥輥磨粉磨電耗影響很大，不同廠家會(huì)根據(jù)自身的實(shí)際條件來(lái)?yè)駜?yōu)選擇混合材種類及控制水泥的細(xì)度，由于不同物料的易磨性差別很大，導(dǎo)致水泥產(chǎn)量、電耗、水泥性能也有所不同。

從目前國(guó)外磨機(jī)運(yùn)行效果來(lái)看，不同混合材種類對(duì)磨機(jī)運(yùn)行效果影響也很大，以LM56.2+2C/S為例：

（1）秘魯Cementos Pacasmayo廠生產(chǎn)高爐礦渣含量為30%的礦渣水泥，45μm篩篩余為7%，產(chǎn)量可達(dá)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(guó)西麥克斯（CEMEX）生產(chǎn)細(xì)度為380m2/kg的普通硅酸鹽水泥，產(chǎn)量可達(dá)180t/h。

（3）印度Madras水泥公司生產(chǎn)粉煤灰水泥，產(chǎn)量可達(dá)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(shí)產(chǎn)量可達(dá)205t/h。

目前我們?cè)趯?duì)輥磨終粉磨系統(tǒng)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)時(shí)，均依據(jù)球磨機(jī)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)計(jì)算混合材對(duì)產(chǎn)品比表面積的影響程度，而球磨機(jī)和輥磨粉磨物料的粉磨原理不同，這就導(dǎo)致了經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的適用性不強(qiáng)。故針對(duì)水泥輥磨必須有一套計(jì)算系數(shù)來(lái)保證選型的準(zhǔn)確性，或驗(yàn)證原有計(jì)算系數(shù)的可靠性，因此有必要研究不同混合材對(duì)水泥輥磨產(chǎn)品比表面積的影響。

2 試驗(yàn)原料及試驗(yàn)內(nèi)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(jí)配見(jiàn)表2。

（2）混合材：石灰石取自河北前進(jìn)冶金科技有限公司；粉煤灰取自河北唐山；火山灰來(lái)自菲律賓拉法基粉磨站?；旌喜脑咸匦砸?jiàn)表3。粉煤灰原灰物理性質(zhì)見(jiàn)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(yàn)系統(tǒng)

2011年公司建立了一套完整的半工業(yè)化輥磨試驗(yàn)系統(tǒng)，主要用于水泥、鋼渣、尾礦等輥磨試驗(yàn)，主機(jī)規(guī)格為TRM5.6輥磨，盤徑560mm，磨盤轉(zhuǎn)速70r/min，動(dòng)力30kW，兩輥，水泥粉磨設(shè)計(jì)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(jī)送入料倉(cāng)，再經(jīng)可調(diào)轉(zhuǎn)速圓盤喂料機(jī)、皮帶機(jī)、鎖風(fēng)分格輪喂入磨內(nèi)。粉磨后的物料由風(fēng)提升至輥磨上部的動(dòng)態(tài)選粉機(jī)進(jìn)行分選，粗粉返回磨盤再次粉磨，細(xì)粉隨氣體進(jìn)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(shè)計(jì)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(diào)節(jié)和記錄有關(guān)參數(shù)的功能。

表2 入磨熟料粒度級(jí)配

表3 混合材原料化學(xué)成分，%

表4 粉煤灰原灰物理性質(zhì)

2.3 試驗(yàn)方案

2013～2015年，我們?cè)赥RM5.6試驗(yàn)系統(tǒng)上開(kāi)展了粉磨電耗與水泥產(chǎn)品比表面積的相關(guān)性研究。我們以產(chǎn)品比表面積320m2/kg為基準(zhǔn)操作參數(shù)，通過(guò)固定試驗(yàn)參數(shù)、改變混合材的摻入量，研究混合材摻入量對(duì)輥磨粉磨水泥的影響。為了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每組試驗(yàn)重復(fù)2～4次，具體試驗(yàn)方案和控制參數(shù)分別見(jiàn)表5和表6。試驗(yàn)過(guò)程中盡量保持功率不變，通過(guò)調(diào)整喂料量來(lái)控制功率，最后通過(guò)稱量成品質(zhì)量來(lái)計(jì)算臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和電耗。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 石灰石對(duì)輥磨水泥比表面積的影響

通過(guò)25次對(duì)比性試驗(yàn)，得到不同石灰石摻量下的成品比表面積和基準(zhǔn)電耗，見(jiàn)表7。

圖1 TRM5.6半工業(yè)化試驗(yàn)系統(tǒng)

表5 干粉煤灰摻量對(duì)輥磨粉磨水泥的影響試驗(yàn)方案

表6 試驗(yàn)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(guān)性，每增加1%的石灰石，比表面積增加2.52m2/kg。雖然試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一定的波動(dòng)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(guān)性，相關(guān)性系數(shù)由2.52增加至2.75。由此可見(jiàn)，每增加1%的石灰石，比表面積應(yīng)該增加2.52～2.75m2/kg。

3.2 粉煤灰對(duì)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(guān)性，每增加1%的粉煤灰，比表面積增加1.64m2/kg。粉煤灰形成時(shí)，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(chǎn)品細(xì)度時(shí)，產(chǎn)品比表面積會(huì)有所增加。另外，在試驗(yàn)過(guò)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(chǎn)量也會(huì)有所增加。

圖2 石灰石摻量對(duì)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(shè)計(jì)產(chǎn)能320t/h。在扣除選粉機(jī)和風(fēng)機(jī)的電耗后，若不考慮產(chǎn)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(chǎn)品比表面積增加3.5m2/kg，與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)相差較大。

表7 石灰石對(duì)輥磨水泥比表面積的影響試驗(yàn)結(jié)果

表8 粉煤灰對(duì)輥磨水泥比表面積的影響試驗(yàn)結(jié)果

表9 火山灰摻量與比表面積及單位電耗的關(guān)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(guān)性

柴星騰等以熟料加粉煤灰為原材料，采用實(shí)驗(yàn)室小球磨機(jī)，在粉磨時(shí)間相同的情況下進(jìn)行了不同粉煤灰摻量的試驗(yàn)，結(jié)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(yàn)結(jié)果大。

總的來(lái)看，輥磨和球磨機(jī)粉磨原理不同，不同細(xì)度的粉煤灰摻入水泥中，成品比表面積增幅不同。在設(shè)備選型時(shí)，采用比表面積為基準(zhǔn)時(shí)，需要根據(jù)客觀情況適當(dāng)調(diào)整[2]。

3.3 火山灰對(duì)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(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)成品水泥比表面積＜400m2/kg時(shí)，每增加1%火山灰摻量，對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)值為～2.5m2/kg；當(dāng)成品水泥比表面積＞400m2/kg時(shí)，每增加1%火山灰摻量，對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)值為～2.0m2/kg[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

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(guān)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(chǎn)品比表面積會(huì)有不同程度的增加。當(dāng)以火山灰為混合材時(shí)，每增加1%火山灰摻量，成品水泥比表面積＜400m2/kg時(shí)，對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)值為～2.5m2/kg；成品水泥比表面積＞400m2/kg時(shí)，對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)值為～2.0m2/kg。