高性能水泥粉磨最新技術(shù)

一、科學(xué)家深入的研究讓我們對(duì)水泥粉磨提出更高的要求。　   

　　陳益民等科學(xué)家試驗(yàn)的數(shù)據(jù)可以看出，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法制作的熟料在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，早期（1-7d）抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，但后期強(qiáng)度增進(jìn)率大，28d后還保持較高的增長幅度，3個(gè)月(3m)齡期的強(qiáng)度比28天齡期強(qiáng)度高出14~23.6Mpa。 

　　6個(gè)月（6m）到1年（1y）齡期的抗壓強(qiáng)度幾乎可以達(dá)到28天齡期強(qiáng)度的兩倍以上，根據(jù)科學(xué)家的研究雖然這時(shí)候熟料中C4AF等礦物基本水化完全，但是漿體中仍然有未水化的C3S和C2S.
近年來大量的科學(xué)研究基本上摸清了熟料顆粒在水中水化的機(jī)理。 

　　水泥熟料顆粒由表向里水化，水泥熟料顆粒的水化是一個(gè)礦物溶解的同時(shí)產(chǎn)物在液相中結(jié)晶的過程，其完全水化速度并不均衡，主要取決于顆粒大小。 

　　有研究者對(duì)某廠P·S42.5級(jí)水泥篩分分級(jí)后，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)的測試結(jié)果。從測試結(jié)果可以看出，50μｍ以下的熟料顆粒在水泥強(qiáng)度發(fā)展中，起到重要作用。 50μ以上的熟料顆粒只起填料的作用。
水泥顆粒分布強(qiáng)度測試結(jié)果

　　科學(xué)家利用原子力顯微鏡(atomic force microssope AFM)對(duì)水泥熟料水化過程在接近原子尺度上的研究測算水泥顆粒水化速率如下: 

　　?。?） 0～10μm顆粒，1d水化達(dá)75%，28d接近完全； 

　　?。?）10～30μm顆粒，7d水化接近一半； 

　　?。?）30～60μm顆粒，28d水化接近一半； 

　　　（4）大于60μm顆粒，3個(gè)月水化還不到一半。 

　　學(xué)者M(jìn)eric認(rèn)為，1μm以內(nèi)的小顆粒，在加水拌和中很快就水化了，對(duì)強(qiáng)度作用影響很小，反而造成混凝土較大收縮。而一個(gè) 32μm的水泥顆粒加水拌和后一個(gè)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，其潛在活性還沒有充分綜合上述考慮水化對(duì)二十八天的影響，理想的熟料顆粒應(yīng)該在3～45μm之間?！凹罢绞炝项w?！?。 

　　我國目前的粉磨工藝所能得到的產(chǎn)品粒徑在0~100μm之間，這樣就會(huì)造成熟料大量的浪費(fèi)。這主要是目前我國水泥粉磨基本上采用開路粉磨水泥，開路水泥粉磨流程，盡管它投資省、維護(hù)簡單，但水泥產(chǎn)品中起膠凝作用的熟料顆粒粒徑難達(dá)到科學(xué)家認(rèn)為的理想狀態(tài)，因而浪費(fèi)了大量的熟料，同時(shí)受各組份物料性質(zhì)的影響，磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量與產(chǎn)品顆粒組成合理性的矛盾越來越突出。當(dāng)要求出磨水泥的比表面積大于300m/kg時(shí)，磨內(nèi)不僅過粉磨現(xiàn)象嚴(yán)重，而且細(xì)粉結(jié)團(tuán)、糊球、糊襯板、堵塞隔倉板篦縫等現(xiàn)象多有發(fā)生，粉磨效率因此而下降，磨機(jī)產(chǎn)量較低。

二、市場競爭讓水泥企業(yè)對(duì)水泥粉磨有了深刻認(rèn)識(shí)   

　　然而水泥作為配制混凝土的膠凝材料，影響混凝土性能的不只僅僅是如何發(fā)揮熟料的膠凝性，還有膠凝材料的其他性能：配制混凝土?xí)r需水量低、流動(dòng)性好、與外加劑（高效減水劑）有較好的相容性；高工作性主要表現(xiàn)為高流動(dòng)性、高抗離析性、高保水性、高保塑性和高兼容性;高強(qiáng)度表現(xiàn)為早期相對(duì)強(qiáng)度高，強(qiáng)度絕對(duì)值高，強(qiáng)度衰減期較長;高耐久性主要表現(xiàn)為高抗?jié)B性、高尺寸穩(wěn)定性、高抗蝕性和高抗堿集料反應(yīng)性等。

　　大量的科學(xué)研究表明影響膠凝材料這些性能的主要因素是膠凝材料的顆粒級(jí)配及其形貌。S．Tsivilis等學(xué)者提出硅酸鹽水泥的最佳顆粒級(jí)配。 

　　這就是說良好的膠凝材料，是由不同的顆粒組成，并且有一個(gè)最佳顆粒級(jí)配值，“及寬粒徑水泥級(jí)配”。 “窄粒徑熟料顆?！?， “寬粒徑水泥級(jí)配”，是近幾年水泥粉磨技術(shù)的發(fā)展的主要成果。 

　　“窄粒徑熟料顆?！钡挠^念就是通過粉磨控制熟料顆粒二十八天的水化率，減少過粉磨熟料顆粒，減少過大熟料顆粒，造成熟料的浪費(fèi)。

　　“寬粒徑水泥級(jí)配”在水泥中摻入細(xì)磨礦渣和粉煤灰來調(diào)節(jié)水泥的顆粒級(jí)配。

　　大量的工程應(yīng)用實(shí)踐及大量研究結(jié)果表明：摻入超細(xì)礦物摻合料對(duì)混凝土的工作性能、強(qiáng)度、耐久性都有極大的改善、當(dāng)超細(xì)礦物摻合料與超塑化劑共同加入混凝土中大大改善混凝土和易性及強(qiáng)度的原因，一般認(rèn)為是超細(xì)組分所起的填充作用改善了粉體的顆粒群分布，減少了孔隙率。超細(xì)組分的加入，使原先填充孔隙的自由水得以釋放，從而改善了混凝土的工作性。

　　這就是近幾年水泥摻入大量的細(xì)磨工業(yè)廢渣的原理。

三、高性能水泥粉磨技術(shù)是如何綜合解決這些問題的

　　顯而易見比較理想的粉磨形式就是分別粉磨，用一臺(tái)球磨機(jī)將熟料顆粒粉磨在3～45μm之間。形成“窄粒徑熟料顆粒”組份分。用另一臺(tái)球磨機(jī)將礦物摻合料（礦渣，石灰石）粉磨到1～3μm形成微顆粒摻合料組分；用另一臺(tái)球磨機(jī)將礦物摻合料（粉煤灰，爐渣，火山灰等）粉磨到45～100μm形成粗顆粒摻合料組分。然后將這些組分按最佳顆粒級(jí)配計(jì)量配合制成高性能混凝土需要的膠凝材料――水泥。然而這種工藝過程復(fù)雜，項(xiàng)目投資較大，國內(nèi)按照這種方案建設(shè)的項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益都不甚理想。

　　3.1 要實(shí)現(xiàn)水泥的高性能化，就是將熟料粉磨至理想的粒徑，充分利用熟料強(qiáng)度，降低水泥中熟料的摻入量，然后摻入不同顆粒的粉煤灰礦渣微粉合理水泥的顆粒級(jí)配，優(yōu)化水泥性能。建議最好采用分別粉磨工藝。

　　雖然分別粉磨可以更好的利用水泥的性能，但是水泥工藝復(fù)雜化，投資增加并不是理想的工藝方案　　　

　　3.2在對(duì)比分析國內(nèi)三十多家大型粉磨站各方面參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家973基礎(chǔ)研究成果，我們認(rèn)為當(dāng)前比較先進(jìn)成熟的大型粉磨站工藝形式為K型選粉機(jī)聯(lián)合擠壓粉磨閉路系統(tǒng)。一條工藝線實(shí)現(xiàn)分別粉磨，前配后摻，混料混合，具有工藝緊湊、調(diào)節(jié)方便、　投資低、易操作、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

　　3.3 應(yīng)用高效選粉機(jī)的擠壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng) 

　　擠壓機(jī)聯(lián)合粉磨工藝是將擠壓后的物料（包括料餅和邊部漏料），先經(jīng)V型選粉機(jī)或打散分級(jí)機(jī)分選，粗顆粒返到輥壓機(jī)再次擠壓，小于一定粒徑的半成品(<1mm)送入球磨機(jī)粉磨，這樣基本上限制了入磨物料的粒度大小，使擠壓機(jī)由于邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的大顆粒物料通過V型選粉機(jī)打散分級(jí)機(jī)返回?cái)D壓機(jī)重新擠壓，基本消除了擠壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)后續(xù)球磨機(jī)系統(tǒng)的影響，同時(shí)由于入磨物料的最大粒徑得到有效的控制，球磨機(jī)一倉球徑大幅度下降，最大鋼球不超過40mm。

　　3.4 球磨機(jī)基本上以細(xì)磨為主，完全可以實(shí)現(xiàn)單倉粉磨，不但可以充分利用空間，同時(shí)可以降低系統(tǒng)通風(fēng)阻力，系統(tǒng)可通過V型選粉機(jī)或打散分級(jí)機(jī)調(diào)整入球磨的物料粒徑，分配擠壓機(jī)和球磨機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷，使系統(tǒng)工藝參數(shù)得到優(yōu)化。但是從V型選粉機(jī)打散分級(jí)機(jī)出來的半成品，已經(jīng)達(dá)到比表面積1500～2800cm2/kg，而且小于80um的成品可以達(dá)到70％以上。磨機(jī)在系統(tǒng)中只是起到修形的作用。

　　由于這種系統(tǒng)根據(jù)擠壓機(jī)和球磨機(jī)的工作特征，使它們比較合理分工，分別承擔(dān)粗碎和粉磨作業(yè)。聯(lián)合粉磨流程較復(fù)雜，輥壓機(jī)自成系統(tǒng)，生產(chǎn)出200m2/kg比面積左右的半成品，粒度均勻，非常適合作為磨機(jī)的喂料，后續(xù)球磨配球球徑可小，可用單倉磨。輥壓機(jī)單位吸收功率大，一般為8～12kWh/t，故增產(chǎn)幅度大，可成倍增加因而有較好的節(jié)能效果。 系統(tǒng)配備高效K型選粉機(jī)即可比開路系統(tǒng)增產(chǎn)80％，節(jié)電50％以上。

　　3.5 前配后摻工藝 ：工藝簡單，一個(gè)工藝系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)分別粉磨，不同物料配比，細(xì)粉配入，均質(zhì)。 

　　3.6 系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù) ：通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，選粉系統(tǒng)優(yōu)化，料流系統(tǒng)優(yōu)化。

　　3.7 外加劑技術(shù)應(yīng)用 

　　利用分散劑從而將被微細(xì)顆粒包覆的研磨體的粉磨能力“解放”出來。同時(shí)，微細(xì)顆粒的解聚以及解吸附改變了原來的粉磨狀態(tài)，即破壞了原有的粉碎平衡，可在新的粉磨狀態(tài)下達(dá)到使水泥顆粒更細(xì)的新的粉碎平衡。實(shí)踐證明，摻加助磨劑可在有效提高磨機(jī)產(chǎn)量的同時(shí)較大幅度地增加水泥的比表面積，這意味著水泥中細(xì)顆粒的含量增大，有利于提高水泥的早期強(qiáng)度。 

　　目前，水泥助磨劑的研究開發(fā)正向多功能復(fù)合型發(fā)展，即在粉磨過程中加入的助磨劑不僅可以有效提高水泥磨機(jī)的粉磨效率，并具有減少水泥或混凝土漿體的需水量，改善其流動(dòng)性，從而提高硬化漿體的力學(xué)性能的作用。 從而將被微細(xì)顆粒包覆的研磨體的粉磨能力“解放”出來。同時(shí)，微細(xì)顆粒的解聚以及解吸附改變了原來的粉磨狀態(tài)，即破壞了原有的粉碎平衡，可在新的粉磨狀態(tài)下達(dá)到使水泥顆粒更細(xì)的新的粉碎平衡。實(shí)踐證明，摻加助磨劑可在有效提高磨機(jī)產(chǎn)量的同時(shí)較大幅度地增加水泥的比表面積，這意味著水泥中細(xì)顆粒的含量增大，有利于提高水泥的早期強(qiáng)度。 

　　水泥石強(qiáng)度并不一定隨水泥細(xì)度的增加、組分水化活性的提高而提高。水泥的粒徑分別在兩方面影響水泥的性能，既影響顆粒的水化活性和堆積密度。顆粒越細(xì)，水化活性越高，同時(shí)體系的堆積密度也越小；相反提高粒徑，增加堆積密度也要犧牲水化活性。復(fù)合水泥的最佳粒徑應(yīng)該使體系的堆積密度和水泥顆粒的水化活性相匹配，使體系獲得盡可能大堆積密度，同時(shí)所產(chǎn)生的水化物足以使顆粒間的孔隙被完全填充，而且水泥石中CSH凝膠和微集料有適當(dāng)?shù)谋壤?nbsp;  

　　水泥粉磨必須考慮很多因素：市場需求 、投資資金、技術(shù) 基礎(chǔ)、建廠條件 、采用什么混合材 ，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展等等因素。不可盲目建廠復(fù)制落后。

四、目前在國內(nèi)國外應(yīng)用情況

　　依據(jù)國家973基礎(chǔ)研究成果，進(jìn)兩年重點(diǎn)在國內(nèi)有條件的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)。先后承接了: 江蘇久久水泥有限公司60萬噸高性能水泥粉磨線的設(shè)計(jì)， 吉林大安天意60萬噸高性能水泥粉磨線的設(shè)計(jì)， 江蘇鎮(zhèn)江北固集團(tuán)100萬噸高性能水泥粉磨線，遼寧金地球水泥有限公司200萬噸高性能水泥粉磨線， 正在設(shè)計(jì)和建設(shè)的有遼寧錦州，山西長治，陜西安康，山東臨沂，廣東郁南等工程。以及國外項(xiàng)目有塔吉克斯坦，印度尼西亞，蒙古國鑫燁亞利溫等項(xiàng)目。 

　　進(jìn)兩年承接了國內(nèi)二十多家中小型水泥技術(shù)改造工程。山西保德冠宇水泥有限公司是落后工藝改造為高性能水泥工藝生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)項(xiàng)目，

　　4. 1原工藝狀況：山西保德冠宇水泥有限公司高性能水泥工藝生產(chǎn)線，是國家973基礎(chǔ)研究產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)項(xiàng)目， 原水泥磨為Φ2.4×8m+Φ2.2×6.5m開流磨。產(chǎn)量較低，能耗高，車間環(huán)境狀況一般，混合材摻入量少。

　　4. 2系統(tǒng)配置：系統(tǒng)采用擠壓機(jī)聯(lián)合粉磨，前配后摻工藝主要設(shè)備配置如下 

　　1. V型選粉機(jī)規(guī)格型號(hào):VX5812   處理能力:60~100t/h 

　　2.擠壓機(jī)規(guī)格型號(hào):HFCG140*40   線速度:1.47m/s  通過量:150~203t/h入料粒度:<75mm 單位輥寬作用，阻力：120/160KN/cm 粉碎力:2400KN  

　　3. 旋風(fēng)分離器規(guī)格型號(hào):2*2500   處理風(fēng)量:90000~120000設(shè)備阻力：1.0～1.50KPA 

　　4.水泥磨規(guī)格型號(hào):  2.4*11磨機(jī)轉(zhuǎn)速：20r/min 生產(chǎn)產(chǎn)量：50~55t/n

　　5.高效選粉機(jī)規(guī)格型號(hào): 高效選粉機(jī)1500 處理能力水泥 :150 水泥 38~62

　　4.3技術(shù)改造后應(yīng)達(dá)到的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 

　　1、年產(chǎn)32.5級(jí)水泥40萬噸；

　　2、Φ2.4×8m+Φ2.2×6.5m水泥磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量≥75t/h（細(xì)度為2-3%，比表面積為350±10m2/kg）；

　　3、噸水泥綜合電耗≤23kwh/t； 

　　4、生產(chǎn)32.5級(jí)水泥時(shí)，混合材摻加量應(yīng)≥50%；

　　5、全廠粉塵排放達(dá)標(biāo)。 

　　6、產(chǎn)品質(zhì)量

　　粒徑區(qū)間　　< 3μ   m3—32 μm　 32—65μm   >65 μm 

　　粉磨結(jié)果　　13.87　　71.25　　　　14.56　　　　0.36 

　　相同工藝指標(biāo)22.41　　68.63　　　  8.95　　　　　0.01

　　5.1經(jīng)濟(jì)效益 

　　年可節(jié)電400萬度，利用工業(yè)廢渣20萬噸，企業(yè)實(shí)現(xiàn)利稅1500萬元。 

　　2007年8月山西省發(fā)展改革委員會(huì)將該項(xiàng)目列為“山西省節(jié)能減排示范工程”