水泥原料易磨性試驗及其方法的討論

合肥水泥研究設計院 羅 帆

　　1 粉磨功指數(shù)與水泥原料的易磨性

　　以邦德 (Bond) 粉磨功指數(shù)表征的物料易磨性，已廣泛用于我國水泥生產(chǎn)和設計。按邦德原理確定的物料粉磨功指數(shù) Wi 為：

　　式中：Wi —物料由粒度F 粉磨至P 所需的單位產(chǎn)品粉磨電耗，kWh/t ;

　　Pl —試驗用成品篩孔徑， μm ;

　　G —磨機平均每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的成品量，g/r ;

　　F —入磨物料粒徑，以80 %通過的篩孔表示，μm ;

　　P —產(chǎn)品粒徑，以80 %通過的篩孔表示，μm 。

　　這些參數(shù)是在Pl 確定之后，由特定試驗條件下的磨機粉磨至平衡狀態(tài)產(chǎn)生的，其試驗值引入實際工況加以修正，適用于各種規(guī)格球磨機及其生產(chǎn)工藝的粉磨效率評估和產(chǎn)量、電耗、研磨體規(guī)格及配比等參數(shù)的計算。在世界范圍內(nèi)，這種評價物料易磨性的方法被普遍采用，我國1988 年發(fā)布實施的水泥原料易磨性試驗方法 (GB9964 )也基于這一原理，只是所取成品篩孔徑Pl 各有不同，我國標準規(guī)定為Pl =80μm 。按此測定的各種水泥原料易磨性部分列于表1。

　　眾所周知，粉磨功指數(shù)不是一個物料常數(shù)，成品篩孔徑Pl 不同，其成品量G 也隨之改變并最終改變物料的易磨性。實際生產(chǎn)條件如磨機直徑、干法或濕法、開路或閉路等的不同，引入修正的結(jié)果也不盡相同，兩者的影響目前尚未引起足夠地重視。迄今為止，仍沿用邦德五十年代提出的修正方法。一些參數(shù)和修正系數(shù)的確定以及由此引出的試驗方法的改進已成為國內(nèi)外許多同行討論的焦點。本文通過Pl 的變量對相同物料進行了易磨性試驗和生產(chǎn)應用的影響因素探討。

　　2 　粉磨功指數(shù)的變量關(guān)系

　　粉磨功指數(shù)Wi 隨試驗成品篩孔徑Pl 改變的影響趨勢見表2 。

　　1-五蓮水泥廠2-霍丘水泥廠3-柳州二廠4-大田廠5-浙江水泥廠6-大田水泥廠7-五蓮水泥廠8-柳州二廠

　　試驗得出：粉磨功指數(shù)不是隨產(chǎn)品細度變粗成直線下降，而是以某一粒徑的粉磨能耗為最高值呈不同程度的起伏變化，且隨Pl 值增大有逐漸增高的趨勢。表2各原料普遍以Pl=100μm 的粉磨功最高，幾乎接近Pl=60μm 的水平，Pl 為80μm 和l 54μm 的功指數(shù)十分接近并相對偏低。在此基礎上，對石灰石、水泥生料、熟料分別將Pl 增大至180μm 和250μm 進—步試驗，其Wi 仍持續(xù)升高，達到所測粉磨能耗的最高點，此時的粉磨功指數(shù)均比Pl=80μm 的測值高1~1.2 倍?？梢姡x擇Pl=80μm 或l 54μm 控制成品細度的粉磨電耗最低，物料呈相對而言的易磨狀態(tài)，如圖l 所示。

　　N.M.Magdalinovie [2] 進行的類似試驗也反映出同樣結(jié)果，即：粉磨功指數(shù)在Pl=60~ 500μm 范圍內(nèi)起伏變化，且隨Pl 值增大，成品變粗呈增高趨勢，其中Pl=80μm 和160μm 的粉磨電耗較低，物料易磨性相對較好，如圖2 所示。兩種試驗顯示的Pl 與Wi 變化曲線基本相似。

　　這與通常認為的粉磨成品愈細，粉磨愈難，單位產(chǎn)品電耗愈高的觀點并不完全—致。試驗認為，物料的粉磨特性不同，存在一個與之相適宜的細度控制范圍。偏離這一范圍，無論是產(chǎn)品粒徑減小還是增大都有可能增高其粉磨電耗。試驗顯示的這一粒徑為80μm ，同于生產(chǎn)中的水泥成品細度以及易磨性試驗取值。因此，從試驗現(xiàn)象看，生產(chǎn)中的粉磨電耗也應相對偏低。目前許多廠的實際值與試驗值基本接近，但部分廠偏離較大，其粉磨電耗遠遠高于粉磨至80μm 所需的水平。

　　值得注意的是，并非所有物料都服從于這一粒徑，由于原料特性及其細度要求不同，易磨狀態(tài)也完全不同。如焦炭的高硬特性使其粉磨愈細，電耗愈高，粉磨至80μm 的電耗已達250μm 時的1.6 倍之多。一些水泥廠的生料磨、煤磨的細度控制偏寬，而對超細水泥、特種水泥則要求甚嚴，這些物料若僅以此值評價其易磨性，顯然難以反映生產(chǎn)實際。因此，易磨性試驗中的成品篩孔徑Pl 如何取值，是目前研究探討的主要問題。

　　3 有關(guān)邦德功指數(shù)試驗方法的討論

　　七十年代至今，越來越多的研究認為，物料易磨性是以粉磨細度為基礎的多種因素的集中體現(xiàn)，應按生產(chǎn)需要的細度確定試驗成品篩孔徑，日本等國的試驗標準即作如此規(guī)定。許多研究者針對邦德試驗的試樣處理量大 ( 約l0kg) ，周期長 (8~14h) 和操作繁瑣等問題，也提出了包括實測法、對比法、數(shù)學計算法在內(nèi)的各種改進方法。

　　奎克·切克 (Quiclt Check) 方法即為其一。他認為，當入磨物料80% 通過的粒徑在規(guī)定范圍內(nèi)時，只有成品篩孔徑Pl 改變，產(chǎn)品80% 通過粒徑才發(fā)生根本變化。當篩孔過細時，篩析精度降低，因此Pl <l20μm 篩析的成品粒徑P 實際上僅為推測值。如果取其平均篩余R 用于下式計算功指數(shù)Wi ，也具同樣效果。

　　Wi=R / G 0.82

　　N .M .Magdalinovie 研究了邦德試驗中P 、G 和Wi 之間的變化規(guī)律，提出利用已知某一Pl 篩的試驗結(jié)果，求得其它Pl 值的功指數(shù)計算方法。他認為同Pl 值相對應的成品量G 呈一直線分布，G 正比于Pl 值的平方根。即：G = K1

; Kl=

。而Pl 與成品細度P 則為線性關(guān)系，表示為Pl =K2 · P ;K2=

。用最小二乘法處理式中可磨性系數(shù)Kl 和比例系數(shù)K2 ，即可得到不同細度的G 和Pl，并直接用于功指數(shù)計算而無需進行專門試驗。如已知Pl=74μm 的邦德試驗得到F=2200μm 、P=50μm 、G=1.05g/r 、Wi =14.55kWh/t ，求該原料P=104μm 的粉磨功指數(shù)為：

　　即：P=104μm 所用的篩孔直徑P1=1.48 P=1.48 ×104=154(μm) ，其成品量G=0.122

=1.51(g /r) ，引入下式從而得到該細度的粉磨功指數(shù)計算值：

　　貝雷 (Berry) 、布魯斯 (Bruce) 等人提出的對比法類似于傳統(tǒng)的相對易磨性試驗方法。即采用一種已知邦德功指數(shù)Wi 的標準試樣，與等量試樣 (2kg) 分別入磨濕法粉磨至一定時間，由于兩種物料的粉磨條件相同，所以，根據(jù)其粒度F 和P 的相對變化來求得功指數(shù)Wi 近似值。

　　霍斯特 (Horst) 和巴薩利爾 (Bassarear)1976 年提出的方法與之相似。他雖然也按上式對比計算功指數(shù)，但其粉磨時間不同，粉磨過程在這一方法中被假定為一次方程關(guān)系，成品粒徑P 取決于下式表示的大于任一特定粒級的物料消失速度：

　　InCi=lnCO i - t Ki

　　式中：

　　Ci —第i 級篩篩余量累積數(shù);

　　COi —物料粉磨前的Ci 值;

　　t —粉磨時間;

　　Ki —大于第i 級篩粗粒部分的破碎系數(shù)。

　　使用上式求得成品粒徑P ，反映了兩者物料的硬度關(guān)系，對于粉磨特性服從于一次方程的物料，試驗具有更多的重現(xiàn)性。

　　卡普爾 (Kapur) 根據(jù)磨礦動力學的線性關(guān)系，1970 年提出邦德功指數(shù)的模擬試驗方法。該方法用原料入磨量M 、篩余量r 、粉磨時間t 以及由這些參數(shù)決定的函數(shù)Φ 等，來描述粉磨成品的篩余量R ，即：R=r M Φ ( t ) 。應用這一公式，僅用試驗的前兩個粉磨周期便可完成相當于平衡狀態(tài)的試驗全過程。他認為，函數(shù)Φ 按著指數(shù)衰減關(guān)系，試驗的第一粉磨周期成品篩余R 為： R1=r M1 exp( Gl tl ) ;第二粉磨周期為R1=r M1 exp( Gl t l + G2 t2 )+ r M2 exp( G2 t2 ) 。式中M1 、M2 為各自的新給料量，t1 、t2 為各自粉磨時間，G1 、G2 為各自成品量。據(jù)此確定的功指數(shù)Wi 計算式為：

　　Wi =2.648 (P1 )0.406 (- G2 )0.810 (r M1 )- 0.853 ·(1- r )- 0.099

　　以此為基礎，卡萊 (Karra)1981 年從原料入磨粒度著手加以改進。他認為第一粉磨周期的成品被篩出后，循環(huán)于以后各周期的物料大多由較硬部分組成，這一部分物料的粉磨效率實際偏低，因此，從第一粉磨周期開路即應篩出原料中的細顆粒，代之以等量的新給料，直至達到平衡狀態(tài)。其功指數(shù) Wi 計算式為：

　　Wi=9.934( Pl ) 0.308G - 0.696F - 0.125

　　上述方法與邦德試驗應用對比結(jié)果見表3 。不難看出，這些方法雖然均以邦德原理為基礎，但其論點分歧較大。正如研究者所說，一些參數(shù)與磨礦動力學之間的關(guān)系尚不明確，服從于試驗的條件并不具備邦德方法的普遍性等等。因此，其應用僅具近似的效果。然而，卻足以說明邦德功指數(shù)及其試驗方法在近半個世紀的應用中，還有待于不斷發(fā)展、完善和更新。在我國應加強這一技術(shù)研究。

　　表 3　上述方法與邦德試驗應用對比結(jié)果

　　按照本文的觀點，物料易磨性包含的影響粉磨的大量變量，不僅需要按生產(chǎn)要求的細度確定成品篩孔徑Pl ，也應與粉磨設備 (直徑和長度) 、生產(chǎn)方式 (干法或濕法) 、工藝流程 (開流或閉路) 等應用條件建立聯(lián)系。因為，試驗得到的粉磨功指數(shù)僅以Φ2.44m 濕法閉路磨為基準，尚需引入符合于各自生產(chǎn)的上述條件才具有使用價值，雖然邦德對各種應用提出了一系列諸如干法、開流、入磨粒度和產(chǎn)品細度以及磨機有效內(nèi)徑等修正系數(shù)，但以此修正的結(jié)果及其試驗存在的一些問題均與實際偏差較大。

　　首先，粉磨功指數(shù)隨產(chǎn)品細度而改變，僅以某一給定值不能反映細度要求各異的物料易磨性;而按生產(chǎn)細度取值測出的某些粗粉磨電耗明顯高于細磨的現(xiàn)象與實際又不完全盡然，這是否可以認為：該方法對于細度取值也存在一個適用范圍，若此，物料易磨性試驗既需根據(jù)生產(chǎn)要求確定成品篩孔徑Pl ，同時也需對Pl 的取值范圍加以限定;

　　其二，按邦德提出的修正系數(shù)，閉路粉磨為1.0 ，標準細度篩余時的開路磨為1.50 ，篩余2% 時則為1.70 ，這意味著同一物料在標準細度下的開、閉路磨產(chǎn)量，兩者相差50% ，篩余2% 時則相差達70% 。據(jù)我國目前的普遍生產(chǎn)狀態(tài)，閉路系統(tǒng)尚未達到這一水平，兩者相差大致僅為35% 左右?？梢姡勰スχ笖?shù)的各項修正系數(shù)取值，直接關(guān)系到易磨性應用的準確性，應將其作為試驗的組成部分，按我國實際情況加以明確和規(guī)范。上述，正是現(xiàn)行標準所缺乏的，應當引起研究和應用的廣泛重視。