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水泥助磨剂应用与粉磨工艺参数调整控制的研究

纯阅读 作者:单立福
单位:中建材中岩科技有限公司
来源:中国建材报 发布日期:2016-10-08
在水泥生产中粉磨阶段能耗大、效率低,提高磨机效率、降低能耗,除了从设备、工艺方面进行改进外,使用水泥助磨剂也是一种有效的途径。

  在水泥生产中粉磨阶段能耗大、效率低,提高磨机效率、降低能耗,除了从设备、工艺方面进行改进外,使用水泥助磨剂也是一种有效的途径。水泥助磨剂在我国水泥工业中的应用越来越广泛,但如何科学选择和使用水泥助磨剂,助磨剂的使用效果究竟如何评定,已成为众多水泥企业关心的问题。本公司从助磨剂的使用及粉磨工艺参数调整方面进行总结,针对不同粉磨系统和工艺,研究使用助磨剂前后的工艺调整措施,并对助磨剂使用效果及对水泥混凝土的性能影响进行综合分析,以期为水泥企业使用助磨剂提供相关依据。

  水泥工艺与设备

  水泥粉磨系统是由早先的单纯的球磨机系统,逐步发展到球磨机加辊压机系统和辊式磨系统。水泥粉磨系统按工艺流程分为开流和圈流两大系统,其中以球磨机和辊压机组成的联合粉磨系统、球磨机和立磨组成的粉磨系统以及立磨终粉磨系统的使用较为广泛,先简单介绍一下。

1.辊压机和球磨机组成的开流系统(见图1)。

  2.联合粉磨系统(见图2)。

  物料经配料站混合后由进料皮带送入喂料斗式提升机,提升后经下料溜子进入辊压机的稳料仓,与辊压机循环物料(经过选粉后的粗粉)混合后进入辊压机;经辊压机挤压后的物料由循环斗式提升机提升进入V型选粉机进行分选,细粉被风带入旋风除尘器经收集后入磨,粗粉返回辊压机的稳料仓;入磨物料经球磨机粉磨后,经检验合格直接变为成品进入磨尾提升机后入库。

  3.立磨终粉磨系统(见图3)。

  助磨剂使用过程中的工艺调整

  水泥粉磨系统从配料、预破碎到粉磨、选粉,组成了一个有机的体系。对配料的要求,主要是物料均匀稳定、计量准确、混合材的水分小、熟料温度不高;对预粉碎的要求,主要是尽可能减小入磨物料的粒度(即做到多破少磨),减轻磨机负荷,为磨机高产创造条件。

  1.磨机参数调整

  采用助磨剂后,必须使粉磨设备的工艺条件与之相适应。由于物料在磨内的停留时间减少,因此必须改变研磨体与物料之比,即料球比。在磨机电流和轴瓦温升允许的前提下,尽可能地增加研磨体装载量,研磨体的装载量应适当高于磨机设计装载量,约增加10%,但不要超过15%。

  采用辊压机对入磨物料进行预粉碎后,入磨物料粒度通常<5mm。由于粒度的减小,球磨机磨内研磨体的平均球径必然要随之减小。一般来说,最大球的球径不要超过60mm。而且,应根据磨机的仓位,减大球、换小球。如是两仓磨,还应将隔仓板前移,增大细磨仓长度。

  助磨剂在开流磨中使用,能消除过粉磨现象。在一般情况下,添加助磨剂能使物料的流速加快,使物料细度相对流速的变化更加敏感。此时,可在不改变磨内结构的情况下,增大后仓填充率,使后仓高于前仓,以降低磨内物料流速。通过合理配球,再应用水泥助磨剂,就能够充分发挥磨机的生产潜能,从而达到优质高产的目的。

  2.选粉机参数调整

  在圈流粉磨系统,只要使选粉机与之匹配,保持成品细度不变,则可提高产量。在某一特定闭路磨机成品细度不变的情况下,循环负荷的大小决定于出磨物料的细度,反映了物料在磨机中停留时间的长短。循环负荷大,表明物料在磨机内停留时间短,出磨物料粗;循环负荷小,表明物料在磨机内停留时间长,出磨物料细。使用助磨剂后,物料流速的加快会使物料在磨内通过的时间缩短。如果原系统循环负荷较大,物料停留时间较短,添加助磨剂后不对磨机系统进行适当调整,就容易造成磨内物料流速失控,使助磨剂的助磨作用降低或消失。同时,由于流速过快,物料得不到充分研磨,致使出磨物料细度跑粗,循环负荷逐渐增加,时间一长会造成出磨物料量的成倍增加,磨尾提升机容易过载,从而使生产受到影响。

  原系统循环负荷适中或者较小的磨机,使用助磨剂不用调整内部结构,就可以达到满意的助磨效果。添加助磨剂后,在控制成品细度及磨机产量不变的情况下,如果循环负荷逐渐减小,表明原系统运行在合理的循环负荷下;如果循环负荷不降反而逐渐升高,表明原系统在高于合理循环负荷下运行。此时,如果不进行适当的系统调整,使用助磨剂后不但不会增产反而会影响正常生产。

  为了尽量全面地掌握助磨剂对粉磨过程的影响,工业试验之前和过程中应该测量记录以下各项数据:入磨物料水分、喂料量或成品产量、磨机主电动机电流、出磨物料斗式提升机电流、出磨物料温度、筛余、粒度分布、选粉机转速和主电动机电流、磨机及选粉机通风量、计算选粉机的选粉效率和循环负荷率、绘制选粉机的部分分级效率曲线,这些参数将为评价磨机、选粉机的工况提供足够的信息,也为磨机、选粉机的调整提供依据。

  3.水泥过程控制

  (1)水泥企业的熟料质量波动情况。熟料质量的波动对水泥强度的影响往往大于助磨剂对水泥强度的影响,特别是对水泥早期强度方面的影响非常大。因此,助磨剂大磨试验应尽可能选择在熟料质量相对比较平稳、库存量充足的时候做。

  有些企业由于对回转窑烧成能力进行了改造提升,使窑的台时产量提高许多,有的甚至超过设计能力的20%,但回转窑的冷却系统却没有得到相应的提升,致使窑的冷却能力相对不足,出窑熟料温度较高(有的企业达到160℃以上),入磨熟料温度也较高(有的企业达到140℃)。此种情况下使用液体助磨剂,易造成助磨剂的挥发和分解,影响粉磨效率,使助磨剂的助磨、增强效果减弱。这时可采取的措施,一是将出窑熟料在入库前的输送机处淋水降温;二是在熟料篦冷机处增大冷风量,提高冷却效率,从而降低熟料温度;三是在熟料库放料时,采取轮流更换下料点的方法来降低熟料温度。总之,只有确保磨内工况合理,才能提高助磨剂的使用效果。

  (2)混合材干湿情况。使用了助磨剂使许多企业都减少了熟料的用量,增加了混合材的掺量。而当混合材的水分较大时,如果没有采取烘干措施,增加的混合材会带入水分,从而使入磨物料的综合水分增加,影响磨机的台时产量。此外,如果混合材带入的水分过大,还会导致磨机出现糊球、饱磨现象,以致影响磨机的正常生产。此时增加混合材应考虑其对入磨物料综合水分的影响,综合水分最好不要超过1.5%。

  (3)水泥磨生产情况。若遇到水泥磨设备故障,或熟料不足、水泥库满需要停机等非正常生产状态,便会影响到大磨试验效果。因此,做助磨剂大磨试验时,应尽可能选择水泥磨能连续开机、处于正常生产状态的时间段,且有充足的熟料库存量。

  水泥性能及助磨剂使用效果分析

  1.水泥助磨剂使用过程中对水泥各项性能的影响

  (1)对粉磨效率的影响。助磨剂对粉磨效率的影响,多以水泥的细度、颗粒组成、平均粒径、磨机产量和电耗等指标中的一项或多项进行评价。这种评价方法具有简易直观的特点。

  (2)对强度的影响

  参照GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法,当检验水泥胶砂强度的水灰比与混凝土接近时可以得到与混凝土相关性更好的胶砂强度。为此,可以在进行胶砂强度检验时加入适量减水剂,同时降低水灰比。助磨剂对强度的影响既可以通过提高水化速率直接影响强度,也可以通过改变粒度分布和水泥颗粒圆形系数间接影响强度。

  (3)对安定性、凝结时间和标准稠度用水量的影响。参照GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法检验。

  (4)对水泥与减水剂相容性的影响

  水泥粉磨过程中使用助磨剂会对水泥与减水剂相容性产生有益或有害的影响,影响因素进一步归纳如下:

  ①助磨剂的分散作用使磨内过粉磨减少、选粉机选粉效率提高,还将提高粒度分布的均匀性系数。掺加助磨剂后,一般情况下粒径将降低,更细的颗粒有助于提高圆形系数,均匀性系数提高导致颗粒堆积空隙率增大、水化速率加快,从而影响水泥浆体的流变性能。而圆形系数的提高降低了颗粒堆积空隙率并减小了水泥颗粒间的摩擦力,从而提高了水泥净浆或砂浆的流动性。

  ②许多助磨剂属于表面活性剂,与减水剂具有类似的减水作用。而部分助磨剂具有引气作用,可以改善水泥净浆或砂浆的流动性。

  ③助磨剂阻碍石膏微粉吸附在C3A的表面,破坏了C3A与石膏的良好匹配。

  ④助磨剂吸附在水泥颗粒表面后,改变了减水剂在水泥颗粒表面的吸附数量和吸附状态。助磨剂可能使水泥的早期水化速率增加或减少,从而影响流动性的经时损失。

  使用工业试验的样品检验各项水泥性能指标,可以真实地了解助磨剂对水泥性能指标的影响。但由于按照目前检验方法得到的水泥性能指标与混凝土性能并没有准确的相关关系,并不能很准确地根据助磨剂对水泥性能指标的影响推测对混凝土性能的影响。因此,使用工业试验的样品进行混凝土试验,有助于从顾客的角度了解助磨剂的各种影响。混凝土试验主要的项目应该包括坍落度、扩展度、保水性和强度等。此外,必要时还可以进行混凝土耐久性试验。除减水剂之外,混凝土中还可能掺加缓凝剂、早强剂和引气剂等外加剂进行混凝土试验,还可以考察助磨剂与这些混凝土外加剂的相容性。

  2.使用助磨剂提高经济效益分析

  (1)降低磨机台时电耗;

  (2)提高混合材掺量;

  (3)改善水泥性能,提高产品等级;

  (4)降低粉体输送等过程中的综合能耗等。

  简单经济效益测算:假定助磨剂每吨售价3000元,以生产100吨水泥为基数、助磨剂掺加量为0.1%(即千分之一)、增产15%计算:

  ①使用助磨剂的成本,(l00×0.1/100)×3000=300元。

  ②节约能耗,增产15%即15吨,每吨水泥电耗40度,每度电0.5元,100吨省电15×40×0.5=300元。

  ③使用助磨剂能有效提高水泥各龄期强度,建议在水泥配比中,降低熟料掺加量5%,提高混合材掺加量5%以上。

  熟料按150元/吨,5吨即5×150=750元

  混合材50元/吨,5吨即5×50=250元

  成本降低:750-250=500元

  ④100吨水泥综合降低成本(即节电和多加混合材节约的成本):300+500=800元。

  ⑤每100吨水泥实际降低成本:800-300=500元,相当于每吨水泥降低成本5.0元。

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