高性能水泥粉磨最新技术
水泥 2007-11-22
一、科学家深入的研究让我们对水泥粉磨提出更高的要求。
陈益民等科学家试验的数据可以看出，按标准试验方法制作的熟料在标准养护下，早期（1-7d）抗压强度相对较低，但后期强度增进率大，28d后还保持较高的增长幅度，3个月(3m)龄期的强度比28天龄期强度高出14~23.6Mpa。
6个月（6m）到1年（1y）龄期的抗压强度几乎可以达到28天龄期强度的两倍以上，根据科学家的研究虽然这时候熟料中C4AF等矿物基本水化完全，但是浆体中仍然有未水化的C3S和C2S.
近年来大量的科学研究基本上摸清了熟料颗粒在水中水化的机理。
水泥熟料颗粒由表向里水化，水泥熟料颗粒的水化是一个矿物溶解的同时产物在液相中结晶的过程，其完全水化速度并不均衡，主要取决于颗粒大小。
有研究者对某厂P·S42.5级水泥筛分分级后，进行强度试验的测试结果。从测试结果可以看出，50μｍ以下的熟料颗粒在水泥强度发展中，起到重要作用。 50μ以上的熟料颗粒只起填料的作用。
水泥颗粒分布强度测试结果
科学家利用原子力显微镜(atomic force microssope AFM)对水泥熟料水化过程在接近原子尺度上的研究测算水泥颗粒水化速率如下:
（1） 0～10μm颗粒，1d水化达75%，28d接近完全；
（2）10～30μm颗粒，7d水化接近一半；
（3）30～60μm颗粒，28d水化接近一半；
（4）大于60μm颗粒，3个月水化还不到一半。
学者Meric认为，1μm以内的小颗粒，在加水拌和中很快就水化了，对强度作用影响很小，反而造成混凝土较大收缩。而一个 32μm的水泥颗粒加水拌和后一个月，只水化了54%， 水化深度才5.48μm，余留的熟料核只能起骨架作用，其潜在活性还没有充分综合上述考虑水化对二十八天的影响，理想的熟料颗粒应该在3～45μm之间。“及窄粒径熟料颗粒”。
我国目前的粉磨工艺所能得到的产品粒径在0~100μm之间，这样就会造成熟料大量的浪费。这主要是目前我国水泥粉磨基本上采用开路粉磨水泥，开路水泥粉磨流程，尽管它投资省、维护简单，但水泥产品中起胶凝作用的熟料颗粒粒径难达到科学家认为的理想状态，因而浪费了大量的熟料，同时受各组份物料性质的影响，磨机台时产量与产品颗粒组成合理性的矛盾越来越突出。当要求出磨水泥的比表面积大于300m/kg时，磨内不仅过粉磨现象严重，而且细粉结团、糊球、糊衬板、堵塞隔仓板篦缝等现象多有发生，粉磨效率因此而下降，磨机产量较低。
二、市场竞争让水泥企业对水泥粉磨有了深刻认识
然而水泥作为配制混凝土的胶凝材料，影响混凝土性能的不只仅仅是如何发挥熟料的胶凝性，还有胶凝材料的其他性能：配制混凝土时需水量低、流动性好、与外加剂（高效减水剂）有较好的相容性；高工作性主要表现为高流动性、高抗离析性、高保水性、高保塑性和高兼容性;高强度表现为早期相对强度高，强度绝对值高，强度衰减期较长;高耐久性主要表现为高抗渗性、高尺寸稳定性、高抗蚀性和高抗碱集料反应性等。
大量的科学研究表明影响胶凝材料这些性能的主要因素是胶凝材料的颗粒级配及其形貌。S．Tsivilis等学者提出硅酸盐水泥的最佳颗粒级配。
这就是说良好的胶凝材料，是由不同的颗粒组成，并且有一个最佳颗粒级配值，“及宽粒径水泥级配”。 “窄粒径熟料颗粒”， “宽粒径水泥级配”，是近几年水泥粉磨技术的发展的主要成果。
“窄粒径熟料颗粒”的观念就是通过粉磨控制熟料颗粒二十八天的水化率，减少过粉磨熟料颗粒，减少过大熟料颗粒，造成熟料的浪费。
“宽粒径水泥级配”在水泥中掺入细磨矿渣和粉煤灰来调节水泥的颗粒级配。
大量的工程应用实践及大量研究结果表明：掺入超细矿物掺合料对混凝土的工作性能、强度、耐久性都有极大的改善、当超细矿物掺合料与超塑化剂共同加入混凝土中大大改善混凝土和易性及强度的原因，一般认为是超细组分所起的填充作用改善了粉体的颗粒群分布，减少了孔隙率。超细组分的加入，使原先填充孔隙的自由水得以释放，从而改善了混凝土的工作性。
这就是近几年水泥掺入大量的细磨工业废渣的原理。
三、高性能水泥粉磨技术是如何综合解决这些问题的
显而易见比较理想的粉磨形式就是分别粉磨，用一台球磨机将熟料颗粒粉磨在3～45μm之间。形成“窄粒径熟料颗粒”组份分。用另一台球磨机将矿物掺合料（矿渣，石灰石）粉磨到1～3μm形成微颗粒掺合料组分；用另一台球磨机将矿物掺合料（粉煤灰，炉渣，火山灰等）粉磨到45～100μm形成粗颗粒掺合料组分。然后将这些组分按最佳颗粒级配计量配合制成高性能混凝土需要的胶凝材料――水泥。然而这种工艺过程复杂，项目投资较大，国内按照这种方案建设的项目，经济效益都不甚理想。
3.1 要实现水泥的高性能化，就是将熟料粉磨至理想的粒径，充分利用熟料强度，降低水泥中熟料的掺入量，然后掺入不同颗粒的粉煤灰矿渣微粉合理水泥的颗粒级配，优化水泥性能。建议最好采用分别粉磨工艺。
虽然分别粉磨可以更好的利用水泥的性能，但是水泥工艺复杂化，投资增加并不是理想的工艺方案
3.2在对比分析国内三十多家大型粉磨站各方面参数的基础上，结合国家973基础研究成果，我们认为当前比较先进成熟的大型粉磨站工艺形式为K型选粉机联合挤压粉磨闭路系统。一条工艺线实现分别粉磨，前配后掺，混料混合，具有工艺紧凑、调节方便、 投资低、易操作、自动化程度高等特点。
3.3 应用高效选粉机的挤压机联合粉磨系统
挤压机联合粉磨工艺是将挤压后的物料（包括料饼和边部漏料），先经V型选粉机或打散分级机分选，粗颗粒返到辊压机再次挤压，小于一定粒径的半成品(<1mm)送入球磨机粉磨，这样基本上限制了入磨物料的粒度大小，使挤压机由于边缘效应所产生的大颗粒物料通过V型选粉机打散分级机返回挤压机重新挤压，基本消除了挤压机的运行状态对后续球磨机系统的影响，同时由于入磨物料的最大粒径得到有效的控制，球磨机一仓球径大幅度下降，最大钢球不超过40mm。
3.4 球磨机基本上以细磨为主，完全可以实现单仓粉磨，不但可以充分利用空间，同时可以降低系统通风阻力，系统可通过V型选粉机或打散分级机调整入球磨的物料粒径，分配挤压机和球磨机系统的负荷，使系统工艺参数得到优化。但是从V型选粉机打散分级机出来的半成品，已经达到比表面积1500～2800cm2/kg，而且小于80um的成品可以达到70％以上。磨机在系统中只是起到修形的作用。
由于这种系统根据挤压机和球磨机的工作特征，使它们比较合理分工，分别承担粗碎和粉磨作业。联合粉磨流程较复杂，辊压机自成系统，生产出200m2/kg比面积左右的半成品，粒度均匀，非常适合作为磨机的喂料，后续球磨配球球径可小，可用单仓磨。辊压机单位吸收功率大，一般为8～12kWh/t，故增产幅度大，可成倍增加因而有较好的节能效果。 系统配备高效K型选粉机即可比开路系统增产80％，节电50％以上。
3.5 前配后掺工艺 ：工艺简单，一个工艺系统就可以实现分别粉磨，不同物料配比，细粉配入，均质。
3.6 系统优化技术 ：通风系统优化，选粉系统优化，料流系统优化。
3.7 外加剂技术应用
利用分散剂从而将被微细颗粒包覆的研磨体的粉磨能力“解放”出来。同时，微细颗粒的解聚以及解吸附改变了原来的粉磨状态，即破坏了原有的粉碎平衡，可在新的粉磨状态下达到使水泥颗粒更细的新的粉碎平衡。实践证明，掺加助磨剂可在有效提高磨机产量的同时较大幅度地增加水泥的比表面积，这意味着水泥中细颗粒的含量增大，有利于提高水泥的早期强度。
目前，水泥助磨剂的研究开发正向多功能复合型发展，即在粉磨过程中加入的助磨剂不仅可以有效提高水泥磨机的粉磨效率，并具有减少水泥或混凝土浆体的需水量，改善其流动性，从而提高硬化浆体的力学性能的作用。 从而将被微细颗粒包覆的研磨体的粉磨能力“解放”出来。同时，微细颗粒的解聚以及解吸附改变了原来的粉磨状态，即破坏了原有的粉碎平衡，可在新的粉磨状态下达到使水泥颗粒更细的新的粉碎平衡。实践证明，掺加助磨剂可在有效提高磨机产量的同时较大幅度地增加水泥的比表面积，这意味着水泥中细颗粒的含量增大，有利于提高水泥的早期强度。
水泥石强度并不一定随水泥细度的增加、组分水化活性的提高而提高。水泥的粒径分别在两方面影响水泥的性能，既影响颗粒的水化活性和堆积密度。颗粒越细，水化活性越高，同时体系的堆积密度也越小；相反提高粒径，增加堆积密度也要牺牲水化活性。复合水泥的最佳粒径应该使体系的堆积密度和水泥颗粒的水化活性相匹配，使体系获得尽可能大堆积密度，同时所产生的水化物足以使颗粒间的孔隙被完全填充，而且水泥石中CSH凝胶和微集料有适当的比例。
水泥粉磨必须考虑很多因素：市场需求 、投资资金、技术 基础、建厂条件 、采用什么混合材 ，相关技术的发展等等因素。不可盲目建厂复制落后。
四、目前在国内国外应用情况
依据国家973基础研究成果，进两年重点在国内有条件的企业进行产业化试点。先后承接了: 江苏久久水泥有限公司60万吨高性能水泥粉磨线的设计， 吉林大安天意60万吨高性能水泥粉磨线的设计， 江苏镇江北固集团100万吨高性能水泥粉磨线，辽宁金地球水泥有限公司200万吨高性能水泥粉磨线， 正在设计和建设的有辽宁锦州，山西长治，陕西安康，山东临沂，广东郁南等工程。以及国外项目有塔吉克斯坦，印度尼西亚，蒙古国鑫烨亚利温等项目。
进两年承接了国内二十多家中小型水泥技术改造工程。山西保德冠宇水泥有限公司是落后工艺改造为高性能水泥工艺生产线产业化试点项目，
4. 1原工艺状况：山西保德冠宇水泥有限公司高性能水泥工艺生产线，是国家973基础研究产业化试点项目， 原水泥磨为Φ2.4×8m+Φ2.2×6.5m开流磨。产量较低，能耗高，车间环境状况一般，混合材掺入量少。
4. 2系统配置：系统采用挤压机联合粉磨，前配后掺工艺主要设备配置如下
1. V型选粉机规格型号:VX5812 处理能力:60~100t/h
2.挤压机规格型号:HFCG140*40 线速度:1.47m/s 通过量:150~203t/h入料粒度:<75mm 单位辊宽作用，阻力：120/160KN/cm 粉碎力:2400KN
3. 旋风分离器规格型号:2*2500 处理风量:90000~120000设备阻力：1.0～1.50KPA
4.水泥磨规格型号: 2.4*11磨机转速：20r/min 生产产量：50~55t/n
5.高效选粉机规格型号: 高效选粉机1500 处理能力水泥 :150 水泥 38~62
4.3技术改造后应达到的主要技术经济指标
1、年产32.5级水泥40万吨；
2、Φ2.4×8m+Φ2.2×6.5m水泥磨台时产量≥75t/h（细度为2-3%，比表面积为350±10m2/kg）；
3、吨水泥综合电耗≤23kwh/t；
4、生产32.5级水泥时，混合材掺加量应≥50%；
5、全厂粉尘排放达标。
6、产品质量
粒径区间 < 3μ m3—32 μm 32—65μm >65 μm
粉磨结果 13.87 71.25 14.56 0.36
相同工艺指标22.41 68.63 8.95 0.01
5.1经济效益
年可节电400万度，利用工业废渣20万吨，企业实现利税1500万元。
2007年8月山西省发展改革委员会将该项目列为“山西省节能减排示范工程”
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