杜鑫，宋留庆，贺孝一，豆海建，秦中华，张明飞，王维莉

1 引言

近十年来，水泥辊磨技术日臻成熟，国内外越来越多的水泥工程项目采用水泥辊磨技术[1]，截至目前，我公司已累计出售水泥辊磨40余台。

我国水泥种类较多，有P·Ⅰ、P·Ⅱ、P·O、P·S·A、P·S·B、P·P、P·F、P·C等，国标GB 175中对水泥混合材的用量及种类进行了规定，以P·O水泥为例，规定混合材掺量＞5%且≤20%。为促进各类混合材在水泥中的广泛使用，国家出台了资源综合利用企业所得税和有关综合利用产品增值税优惠政策，对以粉煤灰、煤矸石等大宗固体废物为主要原料生产的建材产品的所得收入减按90%计入收入总额缴纳所得税，并免征增值税。在国际上，混合材也是水泥的重要组成部分，但是不同混合材易磨性、粉体物料表面特征等物理特性不尽相同，这里简要列举TRM辊磨粉磨P·C水泥的运行情况，见表1。

从表1中可以看出，不同混合材种类及掺量对水泥辊磨粉磨电耗影响很大，不同厂家会根据自身的实际条件来择优选择混合材种类及控制水泥的细度，由于不同物料的易磨性差别很大，导致水泥产量、电耗、水泥性能也有所不同。

从目前国外磨机运行效果来看，不同混合材种类对磨机运行效果影响也很大，以LM56.2+2C/S为例：

（1）秘鲁Cementos Pacasmayo厂生产高炉矿渣含量为30%的矿渣水泥，45μm筛筛余为7%，产量可达160t/h。

表1 不同厂家的P·C水泥配比与电耗

（2）多米尼加共和国西麦克斯（CEMEX）生产细度为380m2/kg的普通硅酸盐水泥，产量可达180t/h。

（3）印度Madras水泥公司生产粉煤灰水泥，产量可达220t/h。

（4）四川星船城粉磨含有5%石灰石和13.5%矿渣的P·O42.5水泥，比表面积376m2/kg时产量可达205t/h。

目前我们在对辊磨终粉磨系统进行选型设计时，均依据球磨机的经验系数来计算混合材对产品比表面积的影响程度，而球磨机和辊磨粉磨物料的粉磨原理不同，这就导致了经验系数的适用性不强。故针对水泥辊磨必须有一套计算系数来保证选型的准确性，或验证原有计算系数的可靠性，因此有必要研究不同混合材对水泥辊磨产品比表面积的影响。

2 试验原料及试验内容

2.1 原材料

（1）熟料：取自天津振兴水泥厂，邦德功指数14.47kWh/t，入磨物料级配见表2。

（2）混合材：石灰石取自河北前进冶金科技有限公司；粉煤灰取自河北唐山；火山灰来自菲律宾拉法基粉磨站。混合材原料特性见表3。粉煤灰原灰物理性质见表4。

（3）天然石膏：取自天津振兴，邦德功易磨性7.3kWh/t。

2.2 试验系统

2011年公司建立了一套完整的半工业化辊磨试验系统，主要用于水泥、钢渣、尾矿等辊磨试验，主机规格为TRM5.6辊磨，盘径560mm，磨盘转速70r/min，动力30kW，两辊，水泥粉磨设计能力1t/h。

系统流程如图1所示，一定粒度的物料由提升机送入料仓，再经可调转速圆盘喂料机、皮带机、锁风分格轮喂入磨内。粉磨后的物料由风提升至辊磨上部的动态选粉机进行分选，粗粉返回磨盘再次粉磨，细粉随气体进入袋收尘器被收集，干净空气排入大气。该系统在配置和设计上与工业辊磨系统完全相同，带有外循环装置，采用集中控制，具有调节和记录有关参数的功能。

表2 入磨熟料粒度级配

表3 混合材原料化学成分，%

表4 粉煤灰原灰物理性质

2.3 试验方案

2013～2015年，我们在TRM5.6试验系统上开展了粉磨电耗与水泥产品比表面积的相关性研究。我们以产品比表面积320m2/kg为基准操作参数，通过固定试验参数、改变混合材的掺入量，研究混合材掺入量对辊磨粉磨水泥的影响。为了试验数据的准确性，每组试验重复2～4次，具体试验方案和控制参数分别见表5和表6。试验过程中尽量保持功率不变，通过调整喂料量来控制功率，最后通过称量成品质量来计算台时产量和电耗。

3 试验结果与分析

3.1 石灰石对辊磨水泥比表面积的影响

通过25次对比性试验，得到不同石灰石掺量下的成品比表面积和基准电耗，见表7。

图1 TRM5.6半工业化试验系统

表5 干粉煤灰掺量对辊磨粉磨水泥的影响试验方案

表6 试验控制参数

从表7和图2中可以看出，水泥成品比表面积与石灰石掺量呈线性正相关性，每增加1%的石灰石，比表面积增加2.52m2/kg。虽然试验数据存在一定的波动性，但剔除偏差较大的数据后，水泥比表面积与石灰石掺量依然呈线性正相关性，相关性系数由2.52增加至2.75。由此可见，每增加1%的石灰石，比表面积应该增加2.52～2.75m2/kg。

3.2 粉煤灰对辊磨水泥比表面积的影响

从表8和图3中可以看出，水泥成品比表面积与粉煤灰掺量呈线性正相关性，每增加1%的粉煤灰，比表面积增加1.64m2/kg。粉煤灰形成时，在表面张力的作用下，大部分颗粒为空心微珠，微珠表面凹凸不平，极不均匀，且存在大量微孔，部分颗粒又在熔融状态下相互接触而连接成为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状粒子，所以添加粉煤灰的水泥，在用比表面积表征产品细度时，产品比表面积会有所增加。另外，在试验过程中，为了保持辊磨出力功率的不变，随着粉煤灰掺量的增加，产量也会有所增加。

图2 石灰石掺量对成品比表面积的影响

在印度Jaiprakash公司，采用非凡公司的MVR5600C-4辊磨粉磨粉煤灰水泥，其中熟料占比65%，石膏占比4%，干粉煤灰占比31%，所有物料混合入磨，设计产能320t/h。在扣除选粉机和风机的电耗后，若不考虑产量的影响，则比表面积增加程度为：（390-280）/31=3.5，即每增加1%的干粉煤灰，产品比表面积增加3.5m2/kg，与实验室数据相差较大。

表7 石灰石对辊磨水泥比表面积的影响试验结果

表8 粉煤灰对辊磨水泥比表面积的影响试验结果

表9 火山灰掺量与比表面积及单位电耗的关系

表10 比表面积增加量

图3 粉煤灰掺量与成品比表面积的相关性

柴星腾等以熟料加粉煤灰为原材料，采用实验室小球磨机，在粉磨时间相同的情况下进行了不同粉煤灰掺量的试验，结果显示，每增加1%的粉煤灰，成品比表面积增加3.2m2/kg，增加幅度比水泥辊磨试验结果大。

总的来看，辊磨和球磨机粉磨原理不同，不同细度的粉煤灰掺入水泥中，成品比表面积增幅不同。在设备选型时，采用比表面积为基准时，需要根据客观情况适当调整[2]。

3.3 火山灰对辊磨水泥比表面积的影响

从表9和表10中可以看出，在粉磨电耗相同的情况下，比表面积增量随火山灰掺量的增加而减少。在火山灰掺量相同的情况下，比表面积增量随粉磨电耗的增加而减小。

通过试验数据可知，当成品水泥比表面积＜400m2/kg时，每增加1%火山灰掺量，对比表面积的贡献值为～2.5m2/kg；当成品水泥比表面积＞400m2/kg时，每增加1%火山灰掺量，对比表面积的贡献值为～2.0m2/kg[3]。

4 结语

在辊磨粉磨水泥中，石灰石混合材掺加量与水泥比表面积呈正相关性，每增加1%的石灰石，成品比表面积增加值在2.52～2.75m2/kg。每增加1%的粉煤灰，产品比表面积会有不同程度的增加。当以火山灰为混合材时，每增加1%火山灰掺量，成品水泥比表面积＜400m2/kg时，对比表面积的贡献值为～2.5m2/kg；成品水泥比表面积＞400m2/kg时，对比表面积的贡献值为～2.0m2/kg。