陶瓷研磨体在水泥粉磨中的应用研究

发布时间：2018-12-13 08:01

【摘要】：水泥粉磨工序是水泥生产过程中的重要环节,它不仅直接关系到水泥的质量(尤其是细度及粒度分布),同时还对水泥的产量和能耗有重要的影响。球磨机粉磨的水泥颗粒粒度分布较合理,颗粒球形度高,能够满足混凝土行业对水泥质量的要求。但众所周知,球磨机的能量利用率很低,真正用于粉磨做功的有效能量利用率只有3%~5%左右,绝大部分能量被钢球/钢锻的碰撞、摩擦发热以及产生噪音所消耗。钢球/钢锻之间、钢球/钢锻与磨体衬板之间的无功摩擦、碰撞导致了球磨机的粉磨电耗居氋不下。对于水泥熟料的粉磨,目前主要采用辊压机—球磨机组成的联合粉磨系统。在该系统中,通过辊压机对物料的充分预粉碎以及V型选粉机的粒度分级,可以控制进入球磨机的物料粒度1 mm,有力缓解了球磨机的物料粉碎压力。对于矿渣的粉磨,目前主要采用立式磨粉磨系统和球磨机粉磨系统,后者的粉磨电耗较高,生产高比表面积的矿渣微粉时尤其如此。其原因是:一方面,矿渣本身的易磨性较差;另一方面,目前常用的金属研磨体比重较大,增大了磨机的无功运转负荷。可见,球磨机细磨仓内研磨体的“减负”是降低粉磨电耗的有效途径。因此,在球磨机的细磨仓内用比重小、研磨能力强的陶瓷研磨体取代比重大、冲击力强的金属研磨体成为降低球磨机粉磨电耗的新的研究课题。本文设计四因素四水平的正交实验,确定实验的主要影响因素为:(1)研磨体填充率;(2)研磨体级配;(3)助磨剂掺量;(4)磨机转速。每个影响因素分别取4个水平,并且依据L16(45)的正交实验表依次进行了陶瓷研磨体和金属研磨体的粉磨实验。通过测定粉磨水泥熟料和矿渣的比表面积、45μm筛余、粒度分布、抗压强度以及矿渣活性等数据来比较陶瓷研磨体和金属研磨体粉磨性能的优劣,并且分析陶瓷研磨体对水泥熟料、矿渣粉磨的最佳实验条件和规律,作为工业实践的参考数据,进行陶瓷研磨体的工业化应用。各实验因素对于水泥熟料粉磨性能的影响是不同的,其中研磨体填充率磨机转速研磨体级配助磨剂掺量。并且金属研磨体通过正交实验得到的最优实验条件是:填充率为31.0%,级配为Φ30:Φ20:Φ17:Φ14:Φ12=10%:10%:10%:35%:35%,助磨剂掺量为0.15%,磨机转速为95 r/min。陶瓷研磨体通过正交实验得到的最优实验条件是:填充率为37.2%,级配为Φ30:Φ20:Φ17:Φ14:Φ12=10%:10%:10%:35%:35%,助磨剂掺量为0.15%,磨机转速为85 r/min。金属研磨体和陶瓷研磨体分别在最优实验条件下粉磨水泥的性能是不同的,其中陶瓷研磨体粉磨水泥的细度略高,颗粒大小均匀,颗粒分布连续性强,水泥颗粒级配更加合理,特别是对水泥后期强度的发展起主要作用的3~32μm的颗粒含量提高了3.5%。同时,在水泥3d抗压强度略有下降的基础上,水泥28d抗压强度提高了5.9 MPa,标准稠度需水量降低了2.5%。此外,陶瓷研磨体粉磨水泥颗粒的圆形度提高了8.5%,球形颗粒增多,使水泥颗粒的外观形貌得到了优化。因此,陶瓷研磨体对水泥熟料的粉磨效果优于金属研磨体,所以将陶瓷研磨体用于水泥熟料的粉磨可以提高粉磨水泥的性能。在相近的实验条件下,陶瓷研磨体比金属研磨体粉磨矿渣微粉的细度高,合格细粉含量多,粒度分布范围窄,颗粒大小均匀,颗粒群更加符合Rosin-Rammler分布,并且陶瓷研磨体粉磨矿渣微粉的7d和28d活性高。此外,陶瓷研磨体粉磨矿渣微粉颗粒的圆形度较金属研磨体高2.5%,优化了矿渣微粉颗粒的外观形貌。因此,陶瓷研磨体对矿渣的粉磨效果优于金属研磨体。所以,将陶瓷研磨体用于矿渣的粉磨可以提高矿渣微粉的性能。在工业实践过程中,将陶瓷研磨体(陶瓷球/陶瓷锻)应用于水泥熟料和矿渣的粉磨,为了确保研磨体对入磨物料的冲击粉碎能力,球磨机一仓中的研磨体必须坚持使用金属研磨体(钢球),在使用陶瓷研磨体替代球磨机二仓/三仓中的金属研磨体(钢球/钢锻)时,必须提高陶瓷研磨体的填充率,改变研磨体的级配原则,由“中间多、两头少”过渡到“前头少、后头多”,才能充分发挥陶瓷研磨体高效、节能粉磨的优势。在辊压机—球磨机组成的水泥联合粉磨系统中,将球磨机二仓中的钢锻替换成陶瓷球可以提高球磨机的粉磨效率,降低球磨机的运行电流,降低磨内温度、出料温度,实现吨水泥节电4.5度左右。同时优化了水泥产品的颗粒组成,3~32μm的颗粒含量由60.65%提高到63.45%,增加了2.80%,有利于提高水泥的后期强度,≤45μm的颗粒含量由87.35%提高到90.11%,增加了2.76%,增加了水泥成品中合格细粉的含量,改善了水泥产品的质量,提高了水泥成品对混凝土外加剂的适应性。在矿渣磨粉磨系统中,将球磨机二仓、三仓中的钢球/钢锻替换成陶瓷锻可以提高球磨机的粉磨效率,降低球磨机的运行电流,降低磨内温度、出料温度,在确保台时产量略有提高的基础上,实现吨矿渣节电8.0度左右。并且提高了矿渣粉的细度、活性,改善了矿渣粉在P·O42.5#水泥中的使用性能,明显降低矿渣粉中六价铬离子的含量,有效地解决了水泥中六价铬离子污染的问题。
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【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ172.632

【参考文献】