對水泥粒度參數(shù)與水泥強度的認識

　　目前我國水泥企業(yè)幾乎都采用80mm篩余和比表面積控制水泥的粉磨細度，它對于控制水泥性能和充分發(fā)揮水泥各組分的作用是遠遠不夠的。細度（80mm篩余）和勃氏比表面積只能部分地體現(xiàn)水泥的顆粒情況，無法完全了解水泥顆粒的分布。眾所周知，即使篩分細度相同或比表面積相近，水泥的性能有時也會表現(xiàn)出較大的差異，其原因是粒度分布可能不同（當然，顆粒形狀的因素也很重要）。勃氏透氣法比表面積實際含有顆粒堆積因素，并非真正幾何意義上的顆粒比表面積。激光計算比表面積值比較細致地考慮了顆粒形狀和細度且與顆粒堆積狀況無關，與水泥使用過程中強度的發(fā)揮對應性可能會更好。激光粒度儀能夠得出水泥行業(yè)原來無法測量的粒度分布，建立起粒度分布與強度的關系。

　　根據(jù)國外專家的研究結果，水泥顆粒大小與水化過程有著直接的影響，不同粒徑的水泥水化速度及水化程度差異很大。水泥中0～30mm的顆粒對強度起主要作用，其中0～10mm部分早期強度高，10～30mm部分后期強度高。3～30mm這部分顆粒含量越多，水泥質量越好。粉磨過程中，不能完全消除>32mm的顆粒（但應盡量減少>60mm的顆粒），同時又必然產(chǎn)生<3mm的顆粒。最佳水泥顆粒級配是：3～32mm的顆粒含量>65%，<3mm的顆粒含量在10%左右。在適當?shù)臈l件下，提高這一階段的含量，就可達到提高強度的目的。

　　通過對粉磨方法及粉磨工藝的研究可知，調節(jié)選粉機產(chǎn)品的粒度分布可以提高水泥的強度，而不一定要由提高粉磨細度來實現(xiàn)這個目的。

　　水泥粒度測試方法的選擇

　　在水泥粒度測試中，現(xiàn)在普遍采用的是離線測定，但最好是在線測定，對儀器本身的要求是要做到機電一體化，以便及時修正工藝設備的操作狀態(tài)和打印監(jiān)測報告。

　　本公司在做了一段時間的調查后，選用了英國Malvern公司的Malvern/Insitec在線粒度監(jiān)控系統(tǒng)來在線監(jiān)控水泥的粒徑分布。因為Insitec系統(tǒng)能自動監(jiān)控質量，提供連續(xù)的數(shù)據(jù)，使實時生產(chǎn)優(yōu)化成為可能。生產(chǎn)優(yōu)化是終極目標，通過生產(chǎn)監(jiān)控來決定哪些參數(shù)需要優(yōu)化，如何進行優(yōu)化。Insitec系統(tǒng)還使操作員免于直接測量產(chǎn)品，并提供了比人工取樣的實驗室測量結果更為精確而連續(xù)的數(shù)據(jù)。

　　本公司使用Malvern/Insitec的情況
　　本公司的基本情況
　　上海聯(lián)合水泥有限公司(SAC)創(chuàng)立于1993年12月，由香港聯(lián)合國際工業(yè)（上海）有限公司與上海建材集團總公司所屬上海水泥廠合資建立。有一套水泥磨閉流系統(tǒng)，臺時產(chǎn)量125t，年產(chǎn)42.5高標號硅酸鹽和普通硅酸鹽水泥90萬t，生產(chǎn)能力在上海地區(qū)規(guī)模最大，品質最優(yōu)。

　　在使用Insitec以前，每小時測量Blaine值和80mm篩余1次。但我們發(fā)現(xiàn)，有時人工Blaine值并不能及時地反映粉磨系統(tǒng)操作狀態(tài)的變化。有時生產(chǎn)很平穩(wěn)，人工Blaine值卻波動較大，有時生產(chǎn)已出現(xiàn)較大波動，人工Blaine值卻沒有什么變化。

　　本公司安裝新的Insitec在線分析系統(tǒng)的目的是，在線監(jiān)控水泥的粒徑分布，及時調整選粉機的轉速，通過對水泥在線粒徑分布的更佳控制來提高對水泥質量的控制力度。

　　設備安裝

圖1 現(xiàn)場安裝圖

圖2 操作員界面上粒徑參數(shù)

　　安裝在本公司的Insitec分析系統(tǒng)主要包括三大部分：
　　1.取樣和分散系統(tǒng)
　　2.電器控制柜
　　3.流動池和激光偵測系統(tǒng)

　　使用一種可調速的螺旋取樣器將樣品取出，調節(jié)螺旋取樣器轉速以確保收集到足夠的樣品給下一級取樣系統(tǒng)。利用Eductor，次級取樣系統(tǒng)每小時取樣量可達20kg。Eductor通過陶瓷管吸入樣品并將其輸送到流動池做激光衍射粒徑測量。當顆粒通過激光光束時，散射光被接收鏡接收并聚焦到圓環(huán)孔環(huán)形檢測器，被高速掃描、記錄和數(shù)字化，用于連續(xù)實時分析。測量結束（瞬時測量）后，樣品通過有陶瓷內襯的回料管回到水泥主管路中去，避免損失和泄漏。

　　生產(chǎn)監(jiān)控測試
　　在線設備的主要優(yōu)點是它提供閉合回路并使用根據(jù)粒徑分布計算而得的關鍵參數(shù)去自動控制選粉機的可能性。Insitec系統(tǒng)每秒測量一次，但我們選擇30秒鐘的平均值來控制選粉機。

　　■在線粒度儀能及時真實地反映生產(chǎn)線上的情況
　　利用選粉機速度的微調性能，可以對選粉機的轉速做細微的改變，操作人員坐在中央控制室，幾秒鐘之后就可以看到水泥的粒度是如何隨著選粉機轉速的變化而變化以及變化大小，好像一臺實驗室儀器搬到了現(xiàn)場。而目前現(xiàn)有的實驗室測量粒徑和Blaine儀器，由于取樣的局限性，不能及時、真實的反映生產(chǎn)線上的實際情況（如圖3綠線所示）。

圖3 水泥粒徑與操作參數(shù)的關系

圖4 Blaine值與水泥3天和28天的對應關系

　　■水泥質量與Blaine值的關系
　　根據(jù)國外水泥專家的研究結果和我們的實驗證實，對于本公司這樣的普通硅酸鹽水泥而言，Blaine值可以與抗壓強度的提高有很好的相關性，見圖4（Blaine值與水泥3天和28天的對應關系）。所以我們用在線粒度儀測得的Blaine值來控制出磨水泥的細度。

　　本公司經(jīng)過幾個月的觀察，發(fā)現(xiàn)3～32mm%與水泥強度也有很好的相關性。見圖5（3～32mm%值與水泥3天和28天的對應關系）。因此目前3～32mm%也作為質量監(jiān)控參數(shù)來控制生產(chǎn)。

圖5 3～32mm%值與水泥3天和28天的對應關系

圖6 Insitec 安裝前后Blaine指的控制情況

　　結論
　　■在線水泥細度監(jiān)控使操作員能將水泥細度控制在更窄的范圍內。
　　■在線監(jiān)控3～32mm的百分比，能更好的控制水泥的顆粒級配。
　　■實驗室每天的工作量減少22次。這樣可以將更多的時間用于分析其他更嚴格的參數(shù)控制上，比如游離鈣、煤粉細度、原料。
　　■實驗室每天只需測試一次一天平均細度值，來驗證細度是否在設定范圍。
　　■水泥細度標準偏差更小，早期強度和后期強度更穩(wěn)定。
　　■對所有光學分析儀器來講，最少的窗口污垢和保持校準是產(chǎn)生很長的正常運行時間的關鍵。一旦系統(tǒng)調試結束并連續(xù)工作，保養(yǎng)需求會很少。

　　本公司使用英國Malvern公司的在線粒徑監(jiān)控系統(tǒng)Insitec后，生產(chǎn)的水泥具有Blaine值偏差更小，顆粒級配更加合理，分散性更好，早強高，后期增進好，質量更穩(wěn)定等特性，更加具有競爭力。