不同粉磨系統(tǒng)對水泥性能的影響
1 試驗結(jié)果與討論
1.1 不同粉磨系統(tǒng)的比較
表1所示為不同系統(tǒng)的粉磨條件，所取出磨水泥及分別在磨頭取的熟料、混合材按相應(yīng)配比在統(tǒng)一試驗?zāi)ツコ傻乃?，其化學(xué)成分及礦物組成可視為相同。各試樣的物理性能對比及粒度分布見表2、3。
表1 不同粉磨系統(tǒng)的粉磨條件
| 編號 |
水泥品種 |
磨機規(guī)格 |
備注 |
| 1 |
A廠525普通硅酸鹽 |
Φ3.0m×11m+Φ3m旋風(fēng)選粉機 |
83％熟料+4％石膏+13％混合材 |
| 2 |
A廠525普通硅酸鹽 |
Φ2.2m×6.5m+Φ3.5m離心選粉機 |
|
| 3 |
B廠425普通硅酸鹽 |
Φ2.4m×12m開流 |
|
| 4 |
B廠525普通硅酸鹽 |
Φ2.0m×11m開流 |
|
| 5 |
C廠525普通硅酸鹽 |
Φ4.4m×14m 開流 |
91％熟料+5％石膏+4％石灰石 |
| 6 |
A廠熟料自磨 |
Φ0.5 m×0.5 m 間歇磨 |
物料配比與1號相同,磨12min |
| 7 |
A廠熟料自磨 |
Φ0.5 m×0.5 m 間歇磨 |
物料配比與1號相同,磨20min |
| 8 |
C廠熟料自磨 |
Φ0.5 m×0.5 m 間歇磨 |
物料配比與5號相同,磨30min |
| 9 |
C廠熟料自磨 |
Φ0.5 m×0.5 m 間歇磨 |
物料配比與5號相同,磨40min |
表2 各試樣的物理性能
| 編號 |
篩余/％ |
比表面積/(m2/kg) |
標準稠度/％ |
抗折強度/Mpa | 抗壓強度/Mpa | ||||
| 3d |
7d |
28d |
3d |
7d |
28d |
||||
| 1 |
1.3 |
383 |
26.0 |
6.30 |
6.70 |
8.25 |
38.2 |
40.1 |
56.5 |
| 2 |
1.5 |
354 |
26.0 |
5.41 |
6.47 |
7.32 |
28.7 |
40.2 |
52.0 |
| 3 |
4.9 |
374 |
24.1 |
4.88 |
5.42 |
7.10 |
23.9 |
32.2 |
45.6 |
| 4 |
1.0 |
403 |
24.1 |
5.57 |
6.82 |
7.60 |
32.3 |
46.9 |
54.4 |
| 5 |
2.2 |
348 |
24.5 |
6.25 |
7.13 |
8.95 |
37.9 |
51.2 |
64.3 |
| 8 |
1.9 |
403 |
24.8 |
6.52 |
6.62 |
8.40 |
38.8 |
47.4 |
63.8 |
表3 各試樣的粒度分布
| 編號 |
＜5μm |
5～10μm |
10～20μm |
20～30μm |
30～40μm |
40～50μm |
50～60μm |
＞60μm |
| 1 |
9.3 |
22.0 |
11.5 |
14.4 |
12.7 |
4.8 |
7.6 |
17.7 |
| 2 |
9.6 |
23.6 |
23.1 |
9.3 |
11.3 |
4.6 |
8.9 |
9.8 |
| 3 |
11.1 |
21.9 |
10.1 |
11.8 |
11.8 |
5.7 |
5.9 |
20.7 |
| 4 |
17.2 |
19.6 |
16.9 |
10.6 |
6.3 |
7.3 |
6.5 |
15.6 |
| 5 |
8.0 |
9.7 |
40.7 |
13.3 |
6.3 |
5.0 |
6.9 |
10.1 |
| 8 |
17.9 |
20.8 |
25.1 |
13.7 |
10.1 |
2.6 |
6.0 |
3.8 |
由表2、3看出，開流粉磨系統(tǒng)的比表面積一般較大，而篩余值不一定小，如3號樣。在篩余值較為接近時，例如1號、2號、4號樣，開流粉磨的比表面積高于圈流粉磨。5號樣為C廠康必丹磨磨制，盡管篩余值較高、比表面積較低，但顆粒組成較為合理，因而水化強度發(fā)揮較好。
由表3可以看出，不同的粉磨系統(tǒng)磨制的水泥其粒度分布是不同的。例如，1號、4號、5號樣同是磨制525普通硅酸鹽水泥，開流管磨磨制的4號樣小于5μm顆粒含量較多，這是由于開流磨中出磨水泥必須符合一定的篩余量才能出磨，使大部分合格的細粉仍在磨內(nèi)反復(fù)研磨，容易產(chǎn)生過粉磨現(xiàn)象，因而使水泥粒度分布較寬，其顆粒形狀也呈外表較光滑的球形。圈流管磨磨制的1號樣粒度分布相對較窄，均勻性系數(shù)n值為1.06，特征粒徑De為33μm(見圖1)，大于60μm的顆粒達17.7%，可見產(chǎn)品中夾有較多粗顆粒。而2號樣同屬圈流粉磨，操作參數(shù)控制較理想，選粉效率較高，磨機長徑比L/D較小，使5～30μm的顆粒占55.0%，大于60μm的顆粒僅占9.8%。5號樣由康必丹磨磨制，在RRSB圖上n值1.16，粒度分布曲線較陡(見圖1)?？梢娏６确植驾^窄，其中小于5μm的顆粒占8.0%，而5～30μm顆粒最多，達63.7%，大于60μm的顆粒僅占10.1%。該磨采用Φ8mm×8mm等微介質(zhì)，其個數(shù)達到318 820個/t，是Φ30mm×35mm鋼段個數(shù)的61.5倍，從而保證細磨倉的研磨效率。因此，雖然它是開流粉磨系統(tǒng)，但已基本上避免了過粉磨現(xiàn)象，水泥的早、后期強度很高。
圖1 粒度分布曲線圖
8號樣是取5號樣時的入磨熟料、石膏及混合材(石灰石)按工廠的配比用實驗室統(tǒng)一小磨磨制而成。表2、3結(jié)果表明，隨著8號樣小于5μm顆粒含量的增加，早期強度提高很快，3d后強度增加的幅度減慢下來，使7d、28d強度相應(yīng)降低。盡管8號樣的篩余值低于5號樣而比表面積值高于5號樣，但7d、28d強度卻低于生產(chǎn)磨(5號樣)磨制的水泥，這充分說明了顆粒組成對水泥強度的重要影響。
目前不少廠家努力提高水泥比表面積，但往往忽略過粉磨問題。當(dāng)小于3μm的顆粒太多，雖然水化速度很快，但水泥漿體要達到同樣的流動度，需水量會增多，因而引起孔隙率增加而降低了后期強度。而且，水泥顆粒過細，會使磨機產(chǎn)量迅速下降，單位電耗成倍增加。因此，如何提高粉磨效率使水泥細度提高而粒度分布合理，對改善水泥性能以及企業(yè)增產(chǎn)節(jié)能有著重要的意義。
2.2 不同熟料實驗室試驗比較
6～9號樣為實驗室分別磨制的兩種水泥。其中6號和7號樣熟料取自A廠，8號和9號樣熟料取自C廠，磨內(nèi)球配沒作變化。其粒度分布見圖2。
圖2 粒度分布曲線圖
由圖2可看到，盡管粉磨時間不同，顆粒組成也不盡相同，但對于同種熟料，均勻性系數(shù)n6與n7較為接近，同樣n8與n9也較接近。特征粒徑De也有類似情況。A廠熟料為立窯熟料，C廠熟料為回轉(zhuǎn)窯熟料，兩者易磨性相差較大，且粉磨時間不同，但幾條RRSB粒度分布曲線走向大致相同?？梢奟RSB粒度分布曲線與磨機類型、磨內(nèi)結(jié)構(gòu)及研磨體級配關(guān)系較大，其次是物料易磨性及所要求的研磨粒度。
2.3 水泥強度與熟料強度的比較
出磨水泥與熟料小磨試樣的物理性能對比見表4。由表4可以看到，由同一試驗?zāi)ツブ频腁1、A2、A3樣的粒度分布大體相同，這與前面論述的情況是一致的，而且凝結(jié)時間、比表面積也相近。但由不同生產(chǎn)磨磨制的出磨水泥B1、B2、B3樣情況就不同了，其中B2樣(Φ2.2m×6.5m)的磨內(nèi)流速較快，使小于5μm的顆粒較少，而大于60μm的顆粒量稍多。B1樣(Φ1.83m×7m)與B2樣所摻混合材品種和摻量均相同，由于粉磨粒度較小，使其3d、7d強度都較B2樣高，但兩者強度低于熟料強度，尤其是B2樣強度遠低于A2樣。B3樣粉磨粒度比B1、B2樣小，強度發(fā)揮較好，且混合材摻量較B1、B2少，已接近熟料強度。而C廠康必丹磨的出磨水泥其強度通常都高于熟料強度。
另外，水泥凝結(jié)時間與10～20μm顆粒量有關(guān)。如B2樣與B1樣相比，隨著＜20μm量的減少，凝結(jié)時間延長了。水泥樣中＜20μm的顆粒多于熟料小磨樣，但其中較大部分是火山灰等混合材，熟料成分所占的比例小于熟料小磨樣，因此凝結(jié)時間反而慢。
表4 出磨水泥與熟料小磨試樣物理性能
| 編號 |
顆粒組成／％ |
比表面積 ／（m２／kg） |
凝結(jié)時間／h：mim |
抗壓強度／Mpa |
||||||
| ＜5μm |
＜10μm |
＜20μm |
＜40μm |
＞60μm |
初凝 |
終凝 |
3d |
7d |
||
| A1 |
14.5 |
29.8 |
48.3 |
69.0 |
19.2 |
303 |
3∶19 |
4∶34 |
35.2 |
46.0 |
| A2 |
18.8 |
34.8 |
50.0 |
67.2 |
18.8 |
313 |
3∶20 |
4∶35 |
35.4 |
46.4 |
| A3 |
14.6 |
30.8 |
47.5 |
68.9 |
18.5 |
315 |
3∶35 |
4∶40 |
32.6 |
46.1 |
| B1 |
24.8 |
36.8 |
55.3 |
73.3 |
14.7 |
383 |
4∶00 |
5∶15 |
29.6 |
40.9 |
| B2 |
19.7 |
33.3 |
48.7 |
69.8 |
19.7 |
324 |
4∶20 |
5∶50 |
25.2 |
36.1 |
| B3 |
23.2 |
43.5 |
57.6 |
75.1 |
14.3 |
346 |
3∶43 |
5∶10 |
32.5 |
44.2 |
注：A1、A2、A3為某廠1號、2號、3號窯的熟料小磨試樣，B1、B2、B3分別為Φ1.83m×7m+Φ1.5m旋風(fēng)選粉機、Φ2.2m×6.5m+Φ3.5m離心選粉機、Φ3m×11 m+Φ3m旋風(fēng)選粉機3臺磨機的出磨水泥。
3 結(jié)語
不同的粉磨系統(tǒng)磨制的水泥其粒度分布是不同的。同樣的熟料，當(dāng)粉磨條件變化時其粒度分布也變化，從而直接影響水泥的性能。探討水泥的合理顆粒組成，能使熟料活性得以充分發(fā)揮和利用。這對于增產(chǎn)水泥，進一步提高水泥質(zhì)量，改善水泥性能具有十分重要的意義。
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