水泥原料易磨性试验及其方法的讨论

合肥水泥研究设计院 罗 帆

　　1 粉磨功指数与水泥原料的易磨性

　　以邦德 (Bond) 粉磨功指数表征的物料易磨性，已广泛用于我国水泥生产和设计。按邦德原理确定的物料粉磨功指数 Wi 为：

　　式中：Wi —物料由粒度F 粉磨至P 所需的单位产品粉磨电耗，kWh/t ;

　　Pl —试验用成品筛孔径， µm ;

　　G —磨机平均每转产生的成品量，g/r ;

　　F —入磨物料粒径，以80 %通过的筛孔表示，µm ;

　　P —产品粒径，以80 %通过的筛孔表示，µm 。

　　这些参数是在Pl 确定之后，由特定试验条件下的磨机粉磨至平衡状态产生的，其试验值引入实际工况加以修正，适用于各种规格球磨机及其生产工艺的粉磨效率评估和产量、电耗、研磨体规格及配比等参数的计算。在世界范围内，这种评价物料易磨性的方法被普遍采用，我国1988 年发布实施的水泥原料易磨性试验方法 (GB9964 )也基于这一原理，只是所取成品筛孔径Pl 各有不同，我国标准规定为Pl =80µm 。按此测定的各种水泥原料易磨性部分列于表1。

　　众所周知，粉磨功指数不是一个物料常数，成品筛孔径Pl 不同，其成品量G 也随之改变并最终改变物料的易磨性。实际生产条件如磨机直径、干法或湿法、开路或闭路等的不同，引入修正的结果也不尽相同，两者的影响目前尚未引起足够地重视。迄今为止，仍沿用邦德五十年代提出的修正方法。一些参数和修正系数的确定以及由此引出的试验方法的改进已成为国内外许多同行讨论的焦点。本文通过Pl 的变量对相同物料进行了易磨性试验和生产应用的影响因素探讨。

　　2 　粉磨功指数的变量关系

　　粉磨功指数Wi 随试验成品筛孔径Pl 改变的影响趋势见表2 。

　　1-五莲水泥厂2-霍丘水泥厂3-柳州二厂4-大田厂5-浙江水泥厂6-大田水泥厂7-五莲水泥厂8-柳州二厂

　　试验得出：粉磨功指数不是随产品细度变粗成直线下降，而是以某一粒径的粉磨能耗为最高值呈不同程度的起伏变化，且随Pl 值增大有逐渐增高的趋势。表2各原料普遍以Pl=100µm 的粉磨功最高，几乎接近Pl=60µm 的水平，Pl 为80µm 和l 54µm 的功指数十分接近并相对偏低。在此基础上，对石灰石、水泥生料、熟料分别将Pl 增大至180µm 和250µm 进—步试验，其Wi 仍持续升高，达到所测粉磨能耗的最高点，此时的粉磨功指数均比Pl=80µm 的测值高1~1.2 倍。可见，选择Pl=80µm 或l 54µm 控制成品细度的粉磨电耗最低，物料呈相对而言的易磨状态，如图l 所示。

　　N.M.Magdalinovie [2] 进行的类似试验也反映出同样结果，即：粉磨功指数在Pl=60~ 500µm 范围内起伏变化，且随Pl 值增大，成品变粗呈增高趋势，其中Pl=80µm 和160µm 的粉磨电耗较低，物料易磨性相对较好，如图2 所示。两种试验显示的Pl 与Wi 变化曲线基本相似。

　　这与通常认为的粉磨成品愈细，粉磨愈难，单位产品电耗愈高的观点并不完全—致。试验认为，物料的粉磨特性不同，存在一个与之相适宜的细度控制范围。偏离这一范围，无论是产品粒径减小还是增大都有可能增高其粉磨电耗。试验显示的这一粒径为80µm ，同于生产中的水泥成品细度以及易磨性试验取值。因此，从试验现象看，生产中的粉磨电耗也应相对偏低。目前许多厂的实际值与试验值基本接近，但部分厂偏离较大，其粉磨电耗远远高于粉磨至80µm 所需的水平。

　　值得注意的是，并非所有物料都服从于这一粒径，由于原料特性及其细度要求不同，易磨状态也完全不同。如焦炭的高硬特性使其粉磨愈细，电耗愈高，粉磨至80µm 的电耗已达250µm 时的1.6 倍之多。一些水泥厂的生料磨、煤磨的细度控制偏宽，而对超细水泥、特种水泥则要求甚严，这些物料若仅以此值评价其易磨性，显然难以反映生产实际。因此，易磨性试验中的成品筛孔径Pl 如何取值，是目前研究探讨的主要问题。

　　3 有关邦德功指数试验方法的讨论

　　七十年代至今，越来越多的研究认为，物料易磨性是以粉磨细度为基础的多种因素的集中体现，应按生产需要的细度确定试验成品筛孔径，日本等国的试验标准即作如此规定。许多研究者针对邦德试验的试样处理量大 ( 约l0kg) ，周期长 (8~14h) 和操作繁琐等问题，也提出了包括实测法、对比法、数学计算法在内的各种改进方法。

　　奎克·切克 (Quiclt Check) 方法即为其一。他认为，当入磨物料80% 通过的粒径在规定范围内时，只有成品筛孔径Pl 改变，产品80% 通过粒径才发生根本变化。当筛孔过细时，筛析精度降低，因此Pl <l20µm 筛析的成品粒径P 实际上仅为推测值。如果取其平均筛余R 用于下式计算功指数Wi ，也具同样效果。

　　Wi=R / G 0.82

　　N .M .Magdalinovie 研究了邦德试验中P 、G 和Wi 之间的变化规律，提出利用已知某一Pl 筛的试验结果，求得其它Pl 值的功指数计算方法。他认为同Pl 值相对应的成品量G 呈一直线分布，G 正比于Pl 值的平方根。即：G = K1

; Kl=

。而Pl 与成品细度P 则为线性关系，表示为Pl =K2 · P ;K2=

。用最小二乘法处理式中可磨性系数Kl 和比例系数K2 ，即可得到不同细度的G 和Pl，并直接用于功指数计算而无需进行专门试验。如已知Pl=74µm 的邦德试验得到F=2200µm 、P=50µm 、G=1.05g/r 、Wi =14.55kWh/t ，求该原料P=104µm 的粉磨功指数为：

　　即：P=104µm 所用的筛孔直径P1=1.48 P=1.48 ×104=154(µm) ，其成品量G=0.122

=1.51(g /r) ，引入下式从而得到该细度的粉磨功指数计算值：

　　贝雷 (Berry) 、布鲁斯 (Bruce) 等人提出的对比法类似于传统的相对易磨性试验方法。即采用一种已知邦德功指数Wi 的标准试样，与等量试样 (2kg) 分别入磨湿法粉磨至一定时间，由于两种物料的粉磨条件相同，所以，根据其粒度F 和P 的相对变化来求得功指数Wi 近似值。

　　霍斯特 (Horst) 和巴萨利尔 (Bassarear)1976 年提出的方法与之相似。他虽然也按上式对比计算功指数，但其粉磨时间不同，粉磨过程在这一方法中被假定为一次方程关系，成品粒径P 取决于下式表示的大于任一特定粒级的物料消失速度：

　　InCi=lnCO i - t Ki

　　式中：

　　Ci —第i 级筛筛余量累积数;

　　COi —物料粉磨前的Ci 值;

　　t —粉磨时间;

　　Ki —大于第i 级筛粗粒部分的破碎系数。

　　使用上式求得成品粒径P ，反映了两者物料的硬度关系，对于粉磨特性服从于一次方程的物料，试验具有更多的重现性。

　　卡普尔 (Kapur) 根据磨矿动力学的线性关系，1970 年提出邦德功指数的模拟试验方法。该方法用原料入磨量M 、筛余量r 、粉磨时间t 以及由这些参数决定的函数Φ 等，来描述粉磨成品的筛余量R ，即：R=r M Φ ( t ) 。应用这一公式，仅用试验的前两个粉磨周期便可完成相当于平衡状态的试验全过程。他认为，函数Φ 按着指数衰减关系，试验的第一粉磨周期成品筛余R 为： R1=r M1 exp( Gl tl ) ;第二粉磨周期为R1=r M1 exp( Gl t l + G2 t2 )+ r M2 exp( G2 t2 ) 。式中M1 、M2 为各自的新给料量，t1 、t2 为各自粉磨时间，G1 、G2 为各自成品量。据此确定的功指数Wi 计算式为：

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

　　以此为基础，卡莱 (Karra)1981 年从原料入磨粒度着手加以改进。他认为第一粉磨周期的成品被筛出后，循环于以后各周期的物料大多由较硬部分组成，这一部分物料的粉磨效率实际偏低，因此，从第一粉磨周期开路即应筛出原料中的细颗粒，代之以等量的新给料，直至达到平衡状态。其功指数 Wi 计算式为：

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

　　上述方法与邦德试验应用对比结果见表3 。不难看出，这些方法虽然均以邦德原理为基础，但其论点分歧较大。正如研究者所说，一些参数与磨矿动力学之间的关系尚不明确，服从于试验的条件并不具备邦德方法的普遍性等等。因此，其应用仅具近似的效果。然而，却足以说明邦德功指数及其试验方法在近半个世纪的应用中，还有待于不断发展、完善和更新。在我国应加强这一技术研究。

　　表 3　上述方法与邦德试验应用对比结果

　　按照本文的观点，物料易磨性包含的影响粉磨的大量变量，不仅需要按生产要求的细度确定成品筛孔径Pl ，也应与粉磨设备 (直径和长度) 、生产方式 (干法或湿法) 、工艺流程 (开流或闭路) 等应用条件建立联系。因为，试验得到的粉磨功指数仅以Φ2.44m 湿法闭路磨为基准，尚需引入符合于各自生产的上述条件才具有使用价值，虽然邦德对各种应用提出了一系列诸如干法、开流、入磨粒度和产品细度以及磨机有效内径等修正系数，但以此修正的结果及其试验存在的一些问题均与实际偏差较大。

　　首先，粉磨功指数随产品细度而改变，仅以某一给定值不能反映细度要求各异的物料易磨性;而按生产细度取值测出的某些粗粉磨电耗明显高于细磨的现象与实际又不完全尽然，这是否可以认为：该方法对于细度取值也存在一个适用范围，若此，物料易磨性试验既需根据生产要求确定成品筛孔径Pl ，同时也需对Pl 的取值范围加以限定;

　　其二，按邦德提出的修正系数，闭路粉磨为1.0 ，标准细度筛余时的开路磨为1.50 ，筛余2% 时则为1.70 ，这意味着同一物料在标准细度下的开、闭路磨产量，两者相差50% ，筛余2% 时则相差达70% 。据我国目前的普遍生产状态，闭路系统尚未达到这一水平，两者相差大致仅为35% 左右。可见，粉磨功指数的各项修正系数取值，直接关系到易磨性应用的准确性，应将其作为试验的组成部分，按我国实际情况加以明确和规范。上述，正是现行标准所缺乏的，应当引起研究和应用的广泛重视。