如何平衡水泥粉磨效率、成本和需水量？.

1、如何平衡水泥粉磨效率、成本和需水量？2016-10-26水泥需水量已经引起水泥用户的高度重视， 尤其是在商品混凝土发达 的地区，越来越多的用户对水泥需水量提出了越来越高的要求。混凝土生产商都希望选择需水量小的水泥，以致影响到水泥企业产品的竞 争力和售价，影响到水泥生产者的成本和效益。影响水泥需水量的因素很多，粉磨工艺的制约就是其中之一。换句话 说，就是不同的粉磨工艺生产出来的水泥，其需水量是不一样的，这 个道理大家都明白。然而，正是因为大家都明白这个道理，如果要提 升粉磨系统的效率，无论我们采用何种更为先进的粉磨工艺， 都必须 要考虑该种工艺水泥的需水量是否合适。 否则，我们就必须在粉磨效 率

2、、粉磨成本和需水量三者之间寻求平衡。水泥需水量水泥标准稠度需水量（以下简称水泥需水量），准确的特征参数应该 是混凝土的标准稠度用水量，是指能使水泥浆体达到一定的可塑性和 流动性所需要的拌和水量，它是水泥使用性能的重要指标。水泥需水量直接影响到混凝土的水灰比，继而影响到混凝土的强度、 抗蚀性、抗冻性、耐久性，影响到混凝土生产的水泥用量以及外加剂 用量，影响到用户的成本和效益。水泥的标准稠度用水量越大，水泥净浆达到标准稠度的用水量、 水泥 砂浆达到规定流动度的用水量，以及水泥混凝土达到一定坍落度的用 水量也都越大，使其净浆、砂浆、混凝土的水灰比越大，其颗粒间空 隙越多、密实度越小，从而使水泥及其混

3、凝土的施工性能、力学性能 和耐久性能变差。直观地看，混凝土的配方设计有三个基本参数：水灰比、用水量、砂 率。三个参数中，有两个涉及到水，足见水泥标准稠度用水量问题在混凝 土中的重要性。混凝土强度同用水量成反比，为了提高混凝土强度必 须减少其用水量。理论上，要保持混凝土的强度不变，当混凝土的用水量发生变化时， 应该保持水灰比不变，相应调整水泥用量，但这在实际生产操作中很 难做到。由于实验条件和工艺设备的限制，预拌混凝土厂很难做到根据每批水 泥的需水性变化而调整水泥用量。 大多数情况下的做法，反而是保持 水泥用量及砂石等材料用量不变，而根据坍落度值来调整用水量。这 样，混凝土实际水灰比将随水泥需水

4、性的变化而变化，相应地影响混凝土的强度。因此，为了稳定混凝土的强度，必须稳定水泥的标准稠 度用水量。降低水泥的标准稠度需水量，对降低混凝土单立方用水量，进而提高 其强度、降低水泥用量、以节约混凝土生产成本，对混凝土行业具有 十分重要的意义。影响水泥需水量的主要因素一是水泥比表面积、颗粒级配、颗粒形状的影响。二是水泥混合材种类和掺加量的影响。三是石膏对水泥需水量的影响。四是熟料对水泥需水量的影响。五是粉磨工艺对需水量的影响。1. 水泥比表面积、颗粒级配、颗粒形状的影响有关研究表明，水泥比表面积为 300400m2/kg时，如果水泥的粒径 分布斜率n和熟料反应活性不变，则水泥的比表面积每增加100

5、m2/kg，标准稠度需水量将增加1.6%。德国水泥研究所曾对一些 不同强度等级的水泥，进行过比表面积、颗粒级配、颗粒形状对水泥 需水量影响的试验，水泥需水量与比表面积的相关性很强， 随比表面 积的增大需水量上升明显。试验表明，水泥颗粒级配对水泥的需水量有较大影响。良好的水泥颗粒级配其颗粒间空隙减小，可以降低填充水，以此进而减小水泥的需 水量。因此，在我们这几年对粉磨系统的改进中感到，不论是选粉机 还是整个粉磨系统，只要提高了选粉效率，需水量都是增加的。水泥颗粒分布越窄 堆积空隙率越大需水量越大对于水泥强度，以3 m32 m的颗粒起主导作用，尤其是16 m24 卩m颗粒对水泥性能非常重要，其含量

6、越多越好；v 3卩m的细颗粒容 易结团，特别是v 1卩m的（主要指熟料）颗粒在加水后很快水化， 对水泥的需水量影响较大，但对混凝土强度作用很小，还容易引起混 凝土开裂，影响混凝土的耐久性，也影响水泥与外加剂的适应性；65卩m的颗粒水化很慢，对28d强度贡献很小。试验表明，水泥颗粒形状对水泥的需水量也有较大影响。 水泥颗粒的 球形度越高，贝心(1) 颗粒表面积就会越小，所需润滑的表面积越小-水泥需水量就 越小；(2) 颗粒间的内摩擦越小，流动所需表面水膜厚度越小水泥需水 量就越小；(3) 颗粒堆积的空隙越小，所需填充水越小水泥需水量就越小。在比表面积基本一致的情况下，当水泥颗粒球形度从47%|高

7、到73%时，水泥需水量从30.4%下降到27.3%。2. 粉磨工艺对需水量的影响尽管影响水泥需水量的因素不止一个，但粉磨工艺这个因素在建设期 间是可以选择的，而且一旦选定是不易改变的。因其对后续的生产以 及因需水量影响到对其他因素平衡的制约，是要付出代价的。所以， 在最初选择粉磨工艺时，应该考虑需水量这个因素。在相同原材料的情况下，不同粉磨工艺生产的水泥，由于其颗粒级配 和颗粒形状的差别，其需水量是不同的。就现有常用的粉磨工艺来讲， 其生产的水泥需水量的排列顺序大致为：辊压机半终粉磨双闭路联 合粉磨单闭路联合粉磨闭路磨开路磨。与普通圈流磨水泥相比，开流磨水泥颗粒分布较宽，圆度系数大，水 泥需水

8、量较小；而采用辊压机、立磨生产的水泥，包括终粉磨、半终 粉磨、联合粉磨，由于水泥颗粒分布范围较窄，以及颗粒形状球形度 较低，水泥需水量相对较大。目前大多数水泥企业的水泥粉磨，采用了“辊压机+球磨机”的双闭 路联合粉磨系统。粉磨效率确实高了，电耗确实降低了，但由于水泥 颗粒分布过于集中，需水量却居高不下。这势必要增加混凝土减水剂 的使用量，增加混凝土搅拌站的成本。在水泥市场供过于求的情况下， 搅拌站不太买账，最终就会影响到企业的销量和售价。除辊压机对水泥颗粒形状的影响以外，一般来讲，闭路粉磨系统，特 别是采用高效选粉机的闭路系统，其水泥粒度分布比较窄，粒度均匀 性系数在1.01.2，需水量高达2

9、6.0%28.0%而开路粉磨系统的水 泥，粒度分布范围比较宽，均匀性系数在 0.91.0，水泥的需水量在 24注右。半终粉磨与水泥需水量所谓半终粉磨，准确地说就是在粉磨系统的预粉磨阶段， 提前选出一 部分细度已经合格的半成品，将其直接加入到成品中，让细度上已经 合格的产品，提前离开粉磨系统，不再接受后续粉磨，从而提高整个 粉磨系统的选粉效率（不仅是选粉机），减少过粉磨现象、减少粉磨 能的浪费，提高系统的粉磨效率。半终粉磨工艺，实际上是利用选粉 设备的闭路工艺，对原有粉磨工艺的一种优化。根据所选预粉磨设备 的不同，有多种具体形式，但由于系统选粉效率的提高，其提高粉磨 效率是一定的。目前，半终粉磨

10、工艺采用的预粉磨设备，主要是辊压 机，其他的还有立磨、风选磨、球破磨等。关于半终粉磨工艺的水泥需水量问题，几种半终粉磨工艺不尽相同， 具体要看其在预粉磨阶段采用什么设备，提前选出的这部分细度已经 合格的半成品与原有的成品有何不同，导致最终成品中的微粉含量、 颗粒级配和颗粒形状有何变化。微粉含量的增加、颗粒级配的窄化、颗粒形状的非球形化，都会导致 水泥需水量的增加。比如，早期的两台球磨机串联粉磨工艺（第一台 是闭路的）就是最早的半终粉磨，不但能提高粉磨效率，而且能减少 过粉磨现象，减少水泥的微粉含量，而且能降低水泥的需水量；再比 如，近年有将生料中卸烘干磨改造的水泥磨， 应属于紧凑型的半终粉 磨

11、，虽然其粉磨效率并没有降低，但由于其水泥的颗粒级配较窄，水 泥的需水量有所增加，所以没有得到推广。现在多数说到半终粉磨， 实际上指的是辊压机半终粉磨，就是将辊压机闭路系统收集的部分未 加整形的细粉加入到水泥成品中。关于辊压机半终粉磨水泥的需水量， 既取决于水泥的微粉含量（水化 速度）、颗粒级配（堆积密度），还与水泥的颗粒形状（流动内摩擦） 有关。微粉含量的减少、级配的拓宽，能降低水泥的需水量；但颗粒 形状的异化（非球形化），又能增加水泥的需水量。实践证明，辊压 机半终粉磨系统的水泥，其需水量总体上是增加的。至于需水量增加 多少，与进入辊压机的原始物料的特性及细度有关， 即与辊压机对其 颗粒形状

12、的异化程度有关。由于其在V选与旋风收尘器之间加了一台选粉机，从而确保了旋风收 尘器收集的物料从细度上全部达到了水泥成品的要求。这种改进，能提高粉磨系统的产能、降低粉磨电耗，但同时也降低了对成品水泥颗 粒级配的拓宽能力。而且，可以肯定，这部分物料主要是没有通过球 磨机整形的辊压机细粉，其颗粒的球形度是较差的。影响水泥需水量的堆积密度和流动性，除与水泥的颗粒级配有关外， 还与水泥的颗粒形状有关，圆度系数（与颗粒投影面积相等的圆的周 长与颗粒投影面积的实际周长之比）越高，水泥颗粒的内摩擦就越小， 与水的接触表面积就越小，标准稠度需水量就越小。辊压机为料床挤压一次破碎，效率高，但球形度不好。球磨机为多

13、次 冲击研磨，效率低，但球形度高，这也正是辊压机甩不掉球磨机的主 要原因。但这不等于说辊压机半终粉磨系统就没用了， 反倒可以说是 精细化管理的一项成果。辊压机半终粉磨虽然具有水泥需水量高的缺 点，但对提高粉磨系统的产量和降低电耗还是确实有效的。 任何性能 的提咼，都伴随着针对性提咼和适应性下降，只要我们能用其长避其 短，辊压机半终粉磨还是能有所作为的。比较适应辊压机半终粉磨的条件是：对辊压机异化颗粒形状小的物料（如较细的粉煤灰），对水泥需水量不敏感的市场和用户，对大部分 低标号水泥，对水泥开路粉磨系统，对比表面积控制比较低的水泥， 对需水量不高的熟料，对外掺矿渣微粉的水泥。不太适合辊压机半终粉

14、磨的因素是：对于水泥需水量要求苛刻的市场 和用户，对于大部分高标号水泥，对于水泥闭路粉磨系统，对于比表 面积控制比较高的水泥，对于需水量高的熟料，对于比较差的石灰石 矿山，对于碱含量比较高的原料。实际上，上述条件都不是一成不变的，有时适应有时不适应。我们可 以设计或改造为“半终粉磨”和“联合粉磨”并存的工艺，按需切换C 具备条件时把产能发挥到最大、把电耗降到最低，不具备条件时再切 换到联合粉磨上来；有部分潜力时，可以通过对半终粉磨选粉机的调 节，适当降低“半终”量。立磨粉磨与水泥需水量尽管立磨终粉磨系统具有粉磨烘干效率高、对入磨物料的适应性好、 工艺流程简单、空间布置紧凑、维护费用低等诸多优点

15、，但由于水泥 粉磨是保证水泥成品质量的最后一关，大家对立磨水泥的使用性能， 尤其是对水泥的需水量高仍很担忧，导致这一水泥粉磨的工艺技术， 在国内的应用仍很有限。实际上，水泥立磨终粉磨产品，完全可以和球磨机媲美，能够满足各 种工程需要。水泥立磨终粉磨工艺的选用率已经呈现出逐年提高的趋 势。据有关资料显示，2005年2008年，世界新建水泥生产线约360条（除中国大陆以外），水泥年产能达 4.4亿t，采用了水泥粉磨装备600 余台套。立磨的选用率，由2005年的45%上升为2008年的61%而 水泥球磨的选用率则相应的由 50%下降为27%伴随着立磨终粉磨工艺的逐步增多，这一技术也在进一步完善和成

16、 熟，原来大家所担心的水泥颗粒形状和级配、细度控制、需水量等对 水泥性能影响的问题，现在也就不成其为问题了。通过对磨盘和磨辊研磨曲线的组合、 对磨内选粉机性能的改进、加高 挡料环高度、对磨盘转速及压力的调整，实现了对水泥颗粒形状和级 配的优化。在系统操作方面，还可以通过提高立磨磨内温度、对石膏 的脱水施加影响，来优化水泥的性能。综合运用这些调控手段，可以 在较大范围内调控立磨水泥的性能，使其颗粒级配比甚至比球磨水泥 更加合理。调研显示，需水量最高的是闭路联合粉磨系统的水泥， 而不是立磨终 粉磨系统的水泥。分别粉磨与水泥需水量水泥的分别粉磨，是一项节电（降低电耗）节料（减少熟料消耗）降 碳（减少

17、碳排放）的粉磨技术。此外，它还能优化水泥的性能、满足 用户对水泥性能的不同要求（比如水泥的需水量）。如何在各组分的易磨性相差很大的情况下，实现对水泥中熟料等各组分的最佳颗粒分 布，应该说分别粉磨是目前的最佳选择。分别粉磨可以分别设定和实现水泥各组分的最佳粒度分布，以达到熟料活性的最大利用、混合材活性潜能的充分挖掘。目前，先进国家的 水泥厂已经很少再用混合粉磨工艺了。分别粉磨的优势之一，就是能方便地调节颗粒级配。水泥中的微粉， 既由于其能增加水泥的流动性降低需水量， 又由于其能加快水化速度 增大需水量，分别粉磨为我们平衡这一对矛盾创造了条件。 进一步分 析就会发现，影响水泥水化速度的主要是熟料组

18、分， 只要我们减少熟 料的微粉、增加其他惰性混合材（比如石灰石）的微粉，就能满足矛 盾双方对降低水泥需水量的要求。德国的研究表明，在混合粉磨的矿渣水泥中，熟料的特征粒径小于水 泥，矿渣的特征粒径大于水泥，石膏的特征粒径远小于水泥；而在分 别粉磨的水泥中，在物料组成和比表面积相同的情况下， 熟料的特征 粒径平均降低了 2.0卩m矿渣的特征粒径平均降低了 7.5 a所谓“特征粒径”，实际上是“体积平均粒径”的一种近似体现方式。 这就是说，在同样比表面积的情况下，分别粉磨能将熟料和矿渣磨得 更细，而且微粉还不是太多，这正是我们所期望的。分别粉磨在国外 的运行一直没有停止，有一个为混凝土搅拌站供水泥的公司， 为了满 足搅拌站对水泥的多种要求，也为了降低自己的生产成本，竟然开发 了将近20个有针对性的水泥品种。该公司总结了分别粉磨的好处：1. 熟料粉的粒度分布接近最佳性能 RRSB7程，影响水泥和混凝土性 能的熟料细颗粒很少，影响水化速率的熟料粗颗粒也很少；2. 混合材的细度显著比熟料细，与熟料粉混合后水泥的粒度分布接近Fuller曲线，保证了水泥具有较低的孔隙率；3. 不同粒度分布的