水泥粉磨参数的有效控制与企业的节能降耗

为了节能降耗，水泥生产企业均采取新型干法窑、节能磨机系统、低温余热发电的建设。水泥（熟料）的粒度控制在节能、降耗及增加混合材掺量等方面作用显著，个别企业对此有较深认识并采取一定措施。水泥企业在通过改善水泥的粒度，来充分发挥熟料的性能，对整个水泥行业节能降耗的作用是非常巨大的。

下面罗列了几个常见理论观点：

①水泥颗粒与水发生反应，产生胶凝作用，未被水化的部分只起到骨架作用。实践证明，小于1μm的颗粒在与水混合过程中被完全水化，对混凝土浇筑体的强度起不到任何作用。28天水化深度为5.48μm，不能被完全水化的是大于11μm粗的颗粒，对混凝土的28天强度也没有任何作用。

②在同等条件下，颗粒的表面积与粉磨能耗几乎能成正比。所以说，颗粒越小，单位重量所耗费的粉磨能量就会越多。

③水泥的合理颗粒组成说的是能够最大限度地发挥熟料的胶凝性，并且具备最紧密的体积堆积密度。熟料胶凝性不但与颗粒的水化速度以及水化程度有关，而且堆积密度是由颗粒大小含量比例来决定的。

最佳的状况是：水泥中熟料的颗粒级配恰好能满足性能的级配要求，小于3μm，甚至是小于1μm的颗粒一般都是混合材或者矿物掺合料，如粉煤灰、石灰石粉、矿渣粉等。这种小于3μm的细粉状混合材一般填充在水泥熟料颗粒之间的空隙，从而使水泥颗粒的堆积趋向紧密，向Fuller曲线靠拢。这些细粉状混合材的活性要比熟料的活性低，因此早期水化慢甚至几乎不水化，对水泥的工作性能或混凝土拌合物的施工性能不会造成坏影响。后期，这些混合材料又与熟料颗粒水化所产生的Ca(OH)2二次反应，生成具有胶凝性的C―S―H 凝胶，致使水泥石结构更致密，提高耐久性。

④为便于叙述，特定义以下几个名词：

水化率――水泥（熟料）颗粒被水化的体积与总体积之比；

未化率――未化率等于1减水化率；

过细粒――小于1μm 的颗粒；

过磨率――过细粒消耗的粉磨能量占（熟料）粉磨总能量的比例。

依照水泥样品的实际粒度分布，计算28天的水化率以及消耗在1μm以下的（熟料）粉磨能耗占总能耗的比例。未被水化的部分，即为熟料的损失部分；颗粒被磨到1μm以下的部分，则熟料和粉磨能都被浪费了。

从水泥行业的粉磨控制平均参数以及最好水泥的参数对比分析，可以看出，只有行业水泥的粉磨技术都能达到优质企业的水平，熟料的未化率就可降低才近8％以上、粉磨能耗降低10%以上。熟料的未化率降低，就相当于节约了熟料，意味着节约了原燃材料。全国水泥行业的节能降耗潜力非常大。上述分析前提是假设被分析水泥生产的平均粉磨技术已达到行业最好样品粉磨水平。实际上这里最好样品的粒度分布未达到最理想的水平，还需提高。

下面介绍水泥颗粒特征与粒度分布的合理控制措施

1.比表面积与45μm筛余相结合，可有效控制水泥的合理颗粒组成

水泥细度的提高是在大多数粉磨工艺比较落后和采用80μm方孔筛筛余控制细度的条件下取得的，水泥颗粒组成也多数处于不合理的状态。水泥的合理颗粒组成是指能最大限度地发挥熟料的胶凝性和具有最紧密的体积堆积密度。目前，比较公认的水泥最佳性能的颗粒级配为：3μm～32μm颗粒总量不能低于65%，小于3μm细颗粒不要超过10%，大于65μm颗粒最好为0，小于1μm的颗粒最好没有。因为3μm～32μm颗粒对强度增长起主要作用，特别是16μm ～24μm颗粒对水泥性能尤为重要，含量越多越好；小于3μm的细颗粒容易结团，小于1μm的小颗粒在加水搅拌中很快就水化，对混凝土强度作用影响很小，且影响水泥与外加剂的适应性，易影响水泥性能而导致混凝土开裂，严重影响混凝土的耐久性；大于65μm的颗粒水化很慢，对28天强度贡献很小。用45μm筛余和比表面积控制细度操作简便、控制有效。在固定的工艺条件下，使水泥的45μm 筛余量和比表面积控制在一个合理的水平上时，可限制3μm以下和45μm以上的颗粒，以此获得良好的水泥性能和较低的生产成本。

2.颗粒特征与粒度分布的合理控制。

与水泥的物理性能（特别是强度）密切相关的当属水泥中熟料及混合材的粒度分布。熟料的粒度分布会影响熟料的水化速度、一定时间内的水化程度、标准稠度需水量、混凝土的水灰比。熟料与混合材的粒度分布共同决定了水泥颗粒的最紧密堆积密度。如前所述，我国多数水泥企业的现实情况是，使用80μm筛余或比表面积作为粉磨过程例行控制的依据，对水泥的粒度分布较少关注，80μm筛余或比表面积与颗粒分布均没有很好的相关关系。

经验表明，在粉磨设备及其运转参数没有明显改变时，32μm筛余或45μm筛余能够很好地反映颗粒分布。使用32μm筛余或45μm 筛余为粉磨过程例行控制的依据，在粉磨设备及其运转参数稍有改变时，可以通过简单的调节，比如选粉机的转数（风量），使32μm筛余或45μm筛余还保持在控制目标之内，因此，使用32μm筛余或45μm筛余可作为粉磨过程例行控制的依据，但若粉磨设备及其运转参数发生明显改变时则不能很好反映粒度分布。

有一种比较简便的方法可以大致判断粒度分布是否正常，如果使用32μm筛余或45μm筛余作为粉磨过程例行控制的依据，并且32μm筛余或45μm筛余处于正常控制范围，可以增加测定另一个63μm的筛余，将测得的筛余与以往粒度分布正常的数据进行比较，如果增加测定的筛余数据与以往粒度分布正常的数据具有明显区别，则提示粒度分布可能具有明显变化。

再谈一谈优化水泥颗粒级配的技术途径

水泥颗粒级配从两方面改善，一是小于3μm颗粒既要满足最佳性能级配的要求，又要尽量满足Fuller曲线紧密堆积的要求；二是要减少大于60μm的颗粒。

①熟料与易磨性好的混合材共同粉磨。在熟料中加入一些易磨性好的混合材如石灰石、粉煤灰等共同粉磨。可以期望，共同粉磨工艺中的石灰石或粉煤灰应该能提供更多的小于3μm颗粒，从而优化水泥的颗粒级配。

②难磨的混合材与熟料分别粉磨再混合。对于比熟料难磨的混合材宜采用分别粉磨然后混合的方法。例如矿渣的粉磨功指数为23kWh/t，比熟料的16.4kWh/t高。共同粉磨时，水泥的比表面积为350m2/kg时，矿渣的比表面积只有230m2/kg～280m2/kg，因此要分别粉磨。也可先对难磨的矿渣进行预粉磨，再与熟料共同粉磨，但效果不如分别粉磨好。

③在预拌混凝土时加入磨细矿物掺合料，改善胶凝材料（或水泥）的颗粒级配。在预拌混凝土生产中，已广泛采用掺矿物掺合料的技术，主要是为了节约水泥、降低成本和提高混凝土的耐久性。但对掺矿物掺合料改善水泥颗粒级配、减少混凝土拌合物单方用水量和提高和易性的认识还不足。要改善水泥的级配，矿物掺合料的粒径必须比水泥的粒径小，最好为水泥粒径的0.414倍或更小。就目前所常用的矿物掺合料来看，矿渣粉的比表面积最好在450m2/kg或45μm 筛余小于12%。否则不易达到改善水泥颗粒级配的目的。