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2018年01月09日 11:03:34
采用“分别粉磨”工艺生产水泥的实践

孙明岩 韩亚平 贾国林 贾宝玲
(酒钢<集团>宏达建材有限责任公司技术中心,735109)

0 引言
    酒钢集团宏达建材有限责任公司主导产品为“戈壁”牌P·O 42.5和P·C 32.5,其P·O42.5水泥混合材掺加量仅为13%,P·C 32.5水泥混合材掺加量为30%。2008年作为水泥混合材消纳的矿渣仅为15万t。而酒钢集团2008年产生了85万t的粒化高炉矿渣,大量的矿渣因无法利用堆弃于戈壁滩上,严重污染环境,矿渣历史堆存量已达到200万t以上。

    近年来,甘肃河西走廊风电建设工程对矿渣水泥、复合水泥等的需求量不断增大。为了解决酒钢矿渣大量堆弃、生产水泥混合材掺量偏低的问题,我公司于2008年8月建设了使用2台立磨粉磨矿渣的“分别粉磨”系统。

    对此,技术中心自2007年12月中旬起,首先完成了实验室“分别粉磨”试验,2009年2月份起结合矿渣立磨投产后的工艺配置,采用“分别粉磨”工艺,优化工艺参数,生产了B型矿渣水泥32.5、A型矿渣42.5、复合水泥42.5等,混合材掺量均创历史最好水平,为公司创造了可观的经济效益。

1 工艺选择
1.1 混合粉磨工艺流程
    宏达公司原有的混合粉磨工艺是将熟料+矿渣+粉煤灰+石膏分别计量,物料经皮带直接喂入球磨机进行粉磨,经选粉机分选后进入成品库。

    基金项目:甘肃省科技计划资助项目,项目编号0804GKCB007研究表明混合粉磨的矿渣粉粒径大部分在60μm以上,其潜在的水硬活性难以得到正常发挥 ,在水泥水化过程中仅作为填充材料使用,掺量必然受到限制。

1.2 分别粉磨工艺
    分别粉磨工艺(图1)是将矿渣粉+石膏在立磨中粉磨成矿渣粉,将熟料+粉煤灰+石膏在球磨机中粉磨成熟料粉,经配比计量后通过混料机混匀进入成品库中。

    分别粉磨能够有效解决矿渣不能磨细的生产“瓶颈”,提高矿渣微粉中 20 μm以下高活性颗粒比例,为提高矿渣掺量创造条件。

2 混合材的选择
    矿渣粉、粉煤灰是水泥中常用的混合材。矿渣具有潜在水硬性,粉煤灰具有火山灰性。由于矿渣粉和粉煤灰的活性及强度增长规律不等,为了最大限度地掺入混合材且确保水泥各项性能合格,首先进行了 “矿渣单掺”、 “矿渣、粉煤灰双掺”的“分别粉磨”小磨试验。

2.1 原材料及试验条件
    熟料:宏达公司1号窑熟料;
    矿渣:酒钢宏兴炼铁粒化矿渣;
    粉煤灰:酒钢宏晟热电粉煤灰;
    石膏:赤金石膏,SO3含量≥40%。

2.2 试验方法
    将熟料取回,用Φ500 mm×500 mm小磨磨细至比表面积(350±10)m2/kg,细度≤4.0%,将矿渣用小磨磨细,比表面积(440±10)m2/kg,石膏、粉煤灰分别单独磨细至全部通过80 μm方孔筛。

    根据设计方案对熟料粉、矿渣粉、粉煤灰、石膏进行掺配,按照GB175-2007进行全套物理性能检验,结果见表1。

2.3 结果分析
    根据实验结果综合分析了粉煤灰和矿渣粉对水泥物理性能的影响,重点对其强度活性进行了比较。

    通过图2可以看出,在单掺矿渣粉时,水泥的3d抗压强度随着掺量的提高下降趋势明显,从熟料粉的24.6 MPa下降到掺30%矿渣粉时的15.9 MPa。

    通过图3可以看出,在双掺矿渣粉+粉煤灰时,在混合材掺量一定的条件下,双掺的3 d抗压强度平均低0.6 MPa,在混合材掺量同为20%时,粉煤灰代替的矿渣粉越多,3 d抗压强度愈低,即“双掺”强度低于“单掺”强度。

 

    对比图2、图3可以看出,28 d抗压强度和3 d抗压强度的总体趋势相当,在单掺矿渣粉20%时,矿渣粉的活性得到了最大的激发,其后期强度超过了纯熟料粉。当矿渣粉的掺量超过25%后,28 d抗压强度随着掺量的增加而下降,当掺量超过30%时,已不能满足普硅42.5水泥28 d的富裕强度;超过40%时,已不能达到普硅42.5水泥28 d的商品强度。在双掺的时候,在达到同样的掺量时,28 d抗压强度还要低3~6 MPa,并且粉煤灰替代的矿渣粉愈多,强度下降愈大。

    另外从试验结果和图4可以明显看出,水泥强度增进率随着混合材掺量的提高而成线性增长,单掺矿渣粉的增长幅度更加剧烈一些,双掺矿渣粉+粉煤灰后的增长趋势则较为平缓,矿渣粉表现出了良好的后期增长率高的性能。

    为了进一步说明这一点,我们对其强度活性也做了必要的分析,如图5所示,当用一定量的粉煤灰来代替矿渣粉时,强度活性会有所下降。

     从另外一方面思考,为达到一样的强度,可以通过掺加更多的矿渣粉来实现而不是掺加更多的粉煤灰。

    虽然粉煤灰的活性不及矿渣粉,但在和熟料粉共同粉磨时,粉煤灰的助磨作用可有效提高熟料粉的台时产量。

    经过以上试验分析论证,技术中心决定提高矿渣粉在水泥中的掺配比例,粉煤灰仅作为助磨剂使用。

3 混合材掺量提高措施——工艺参数的优化
3.1 熟料粉比表面积控制
    从图6可知,当矿渣的比表面积固定在400m2/kg,变更熟料的比表面积,超过350~400 m2/kg以后,混合料的强度基本不再增加;相反,熟料比表面积固定在400 m2/kg,改变矿渣的比表面积,超过350~400 m2/kg以后,直至500 m2/kg,混合料的抗压强度仍在继续增长。因此,矿渣粉细磨比熟料粉细磨更有利于强度增长。

     我公司技术中心根据全年熟料质量(KH、SM、IM),初期将熟料粉的比表面积逐渐降低到360 m2/kg左右,后期将熟料粉比表面积稳定在了340 m2/kg以上。

3.2 矿渣粉比表面积控制
    矿粉立磨投产初期,矿渣粉的比表面积基本控制在380 m2/kg以上,矿渣粉的活性难以激发。在2009年3月以后,矿渣粉的比表面积调整至420 m2/kg。

4 效果
    尽管我们做了大量的试验,但是小磨试验和大磨还是有很大差别的,为了保证水泥各项性能合格,我们在原有的基础上采取了分阶段逐步提高的方式,经过2009年2月到11月间的摸索,“分别粉磨”工艺生产的P·C42.5混合材掺量27%,P·S·B32.5混合材掺量突破60%大关, P·S·A42.5混合材掺量突破了30%大关。各品种水泥混合材平均掺量均创历史最好水平。

    随着“分别粉磨”的实施,截止2009年11月25日,全年混合材平均掺加量为24%,而2008年全年混合材平均掺加量为18%。同比降低熟料配比6%,节约熟料5.1万t,约1 530万元,增产水泥6.3万t。

5 结束语
    (1)“分别粉磨”工艺实施后,通过优化熟料粉和矿渣粉的比表面积,提高了水泥中混合材掺量,改善了水泥性能,可以生产不同品种的水泥。

    (2)通过提高水泥中混合材的掺量,大幅度降低水泥生产成本,提高了水泥产量,为公司创造可观的效益。

    (3)矿渣粉的活性高于粉煤灰,水泥中混合材应优先掺用矿渣粉。

作者:孙明岩,韩亚平,贾国林,贾宝玲  出处:《新世纪水泥导报》   
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