張福根* 曾學(xué)敏*
摘 要
在水泥生產(chǎn)行業(yè)，說起節(jié)能降耗，大家都非常重視新型干法窯的推廣應(yīng)用，重視節(jié)能磨機(jī)的選用，重視低溫余熱發(fā)電的建設(shè)。對水泥（熟料）的粒度控制在節(jié)約能源、降低原料消耗以及增加混合材摻量等方面的重要作用，只有少數(shù)企業(yè)有較深的認(rèn)識，絕大多數(shù)企業(yè)還沒提上議事日。其實(shí)，通過改善水泥的粒度，節(jié)能降耗的潛力是巨大的。
水泥是一種粉體產(chǎn)品，由不同大小的顆粒按一定比例構(gòu)成。在我國，目前用來表示水泥顆粒大小的最流行的參數(shù)仍然是細(xì)度和比表面積，而全面表示一種粉體產(chǎn)品顆粒大小的參數(shù)（組）應(yīng)該是粒度分布，即各個粒徑范圍的顆粒數(shù)量占顆�？倲�(shù)的百分比。我國于2006 年5 月發(fā)布了建材行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《水泥顆粒級配測定方法激光法》，說明粒度測試在我國水泥行業(yè)的較高層次上已引起一定的重視。但是目前
粒度儀器在水泥生產(chǎn)企業(yè)的普及率只達(dá)到2%左右，而國家的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)只對細(xì)度作了規(guī)定，這說明廣大的水泥生產(chǎn)企業(yè)及行業(yè)主管部門，對粒度測試還不夠重視。
為了說明水泥粒度分布（顆粒級配），對水泥強(qiáng)度、混凝土性能的影響及其帶來的方方面面的效益，本文根據(jù)實(shí)測獲得的大量的水泥粒度數(shù)據(jù)以及水泥的水化理論和粉碎的表面能理論，說明水泥的粒度檢測與控制技術(shù)對水泥生產(chǎn)的重要作用。
本文的理論依據(jù)及分析方法如下：
（1）水泥顆粒只有與水發(fā)生反應(yīng)，才有膠凝作用，沒有被水化的部分只起骨架作用。Meric 及國內(nèi)其他學(xué)者的研究表明，小于1μm 的顆粒在與水的拌和過程中就完全水化，對混凝土澆筑體的強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。28 天后，水化深度為5.48μm，即大于11μm 粗的顆粒均不能被完全水化，未被水化的內(nèi)核對混凝土的28 天強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。
（2）在相同條件下，粉磨能耗與顆粒的表面積成正比。因此，顆粒越小，單位重量所消耗的粉磨能量越多。©2007 珠海歐美克科技有限公司 專業(yè)知識普及文檔
（3）根據(jù)水泥樣品的實(shí)際粒度分布，可以計(jì)算28 天的水化率（見下文定義），以及消耗在1μm 以下的（熟料）粉磨能耗占總能耗的比例（過磨率）。沒有被水化的部分，就是熟料的浪費(fèi)部分；顆粒被磨到1μm 以下的部分，熟料和粉磨能都被浪費(fèi)了。為了定量地說明粒度檢測與控制技術(shù)對水泥節(jié)能的貢獻(xiàn)，歐美克公司對10多個省的多家水泥廠的水泥產(chǎn)品進(jìn)行了巡回檢測。本文先選用一個省的數(shù)據(jù)進(jìn)行分
析。通過比較各種樣品，從中發(fā)現(xiàn)節(jié)能降耗潛力巨大。
以下是該省多家水泥企業(yè)的綜合分析結(jié)果：
為便于敘述，先定義幾個名詞。
水化率—水泥（熟料）顆粒被水化的體積與總體積之比，稱為水化率。
未化率—未化率等于1 減水化率。
過細(xì)�！∮�1μm 的顆粒。
過磨率——過細(xì)粒消耗的粉磨能量占（熟料）粉磨總能量的比例。
表1 列出了該省一家優(yōu)質(zhì)企業(yè)生產(chǎn)的粒度分布最佳的水泥樣品的主要粒度參數(shù)以及據(jù)此計(jì)算的未化率和過磨率，以及該省其他產(chǎn)品相應(yīng)參數(shù)的平均值、最差產(chǎn)品的相應(yīng)參數(shù)。
表1 水泥樣品的主要粒度參數(shù)及相應(yīng)的延伸參數(shù)
參數(shù)
樣品 ( %) <1μm 含量 <3μm 含量〉65μm 含量未 化 率 過 磨 率
最好樣品 5.02 14.87 0.52 10.92 23.3
平均結(jié)果 5.40 14.44 7.55 18.81 33.0
最差樣品 6.65 11.93 19.57 27.94 36.0
將該省水泥的平均參數(shù)和最好水泥的參數(shù)對比可以看出，如果全省水泥的粉磨技術(shù)都能達(dá)到優(yōu)質(zhì)企業(yè)的水平，那么熟料的未化率就可降低近8%，粉磨能耗降低10%。熟料的未化率降低，相當(dāng)于節(jié)約了熟料，意味著節(jié)約了原燃材料。如果全國水泥的平均未化率都以此比例下降，僅此一項(xiàng)，節(jié)能降耗潛力就非常大。以2006 年為例，年產(chǎn)水泥12.4 億噸，混合材和石膏的平均摻加量為35%，熟料摻加量為65%，熟料未化率降低值取8%，由此可計(jì)算出年節(jié)約熟料量為6448 萬噸。
以1 噸熟料消耗1.3 噸石灰石，平均消耗145 公斤標(biāo)煤進(jìn)行計(jì)算，年節(jié)約石灰石8382萬噸，節(jié)約標(biāo)煤1215 萬噸，減排二氧化碳6400 萬噸，可見控制水泥粒度分布帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的效益。
由熟料過磨率減少10%帶來的粉磨能耗降低的絕對量，由于手頭數(shù)據(jù)不足，暫不能給出，但可以肯定這個節(jié)能量也是個巨大的數(shù)字。
需要說明的是，上述分析是假設(shè)被分析省份水泥生產(chǎn)的平均粉磨技術(shù)達(dá)到該省最好樣品的粉磨水平的前提下作的。實(shí)際上這里的最好樣品的粒度分布還沒有達(dá)到最理想的水平，還有較大的優(yōu)化余地。此外，本文作為分析對象的省份水泥的平均粉磨水平在全國屬于中上，一半以上的省份改進(jìn)的余地更大。目前混合材的添加量也遠(yuǎn)未達(dá)到理想的水平。進(jìn)一步增加添加量的途徑是混合材的粒度分布要更加合理
（比如讓混合材顆粒與熟料顆粒形成最佳堆積）�？梢娫诜勰ミ^程中，利用顆粒檢測與控制技術(shù)，優(yōu)化顆粒級配在節(jié)能降耗中還有巨大的潛力可以挖掘。
因此建議：
（1）水泥行業(yè)的高層決策者應(yīng)把改善粉磨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泥粒度的優(yōu)化作為行業(yè)節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
（2）水泥與混凝土的研究單位、生產(chǎn)單位和使用單位都應(yīng)重視水泥和混合材的粒度分布，深入、全面研究它們的粒度分布與混凝土性能之間的關(guān)系。用先進(jìn)的激光粒度分析儀器作為研究和生產(chǎn)過程控制的日常手段。
（3）水泥設(shè)計(jì)單位和粉碎系統(tǒng)的生產(chǎn)單位，應(yīng)更多地吸收和采用行業(yè)以外的新知識、新技術(shù)和新設(shè)備，比如在線粒度檢測儀器、風(fēng)力選粉設(shè)備等，使粉磨系統(tǒng)的技術(shù)水平有更大的提高。
摘 要
在水泥生產(chǎn)行業(yè)，說起節(jié)能降耗，大家都非常重視新型干法窯的推廣應(yīng)用，重視節(jié)能磨機(jī)的選用，重視低溫余熱發(fā)電的建設(shè)。對水泥（熟料）的粒度控制在節(jié)約能源、降低原料消耗以及增加混合材摻量等方面的重要作用，只有少數(shù)企業(yè)有較深的認(rèn)識，絕大多數(shù)企業(yè)還沒提上議事日。其實(shí)，通過改善水泥的粒度，節(jié)能降耗的潛力是巨大的。
水泥是一種粉體產(chǎn)品，由不同大小的顆粒按一定比例構(gòu)成。在我國，目前用來表示水泥顆粒大小的最流行的參數(shù)仍然是細(xì)度和比表面積，而全面表示一種粉體產(chǎn)品顆粒大小的參數(shù)（組）應(yīng)該是粒度分布，即各個粒徑范圍的顆粒數(shù)量占顆�？倲�(shù)的百分比。我國于2006 年5 月發(fā)布了建材行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《水泥顆粒級配測定方法激光法》，說明粒度測試在我國水泥行業(yè)的較高層次上已引起一定的重視。但是目前
粒度儀器在水泥生產(chǎn)企業(yè)的普及率只達(dá)到2%左右，而國家的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)只對細(xì)度作了規(guī)定，這說明廣大的水泥生產(chǎn)企業(yè)及行業(yè)主管部門，對粒度測試還不夠重視。
為了說明水泥粒度分布（顆粒級配），對水泥強(qiáng)度、混凝土性能的影響及其帶來的方方面面的效益，本文根據(jù)實(shí)測獲得的大量的水泥粒度數(shù)據(jù)以及水泥的水化理論和粉碎的表面能理論，說明水泥的粒度檢測與控制技術(shù)對水泥生產(chǎn)的重要作用。
本文的理論依據(jù)及分析方法如下：
（1）水泥顆粒只有與水發(fā)生反應(yīng)，才有膠凝作用，沒有被水化的部分只起骨架作用。Meric 及國內(nèi)其他學(xué)者的研究表明，小于1μm 的顆粒在與水的拌和過程中就完全水化，對混凝土澆筑體的強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。28 天后，水化深度為5.48μm，即大于11μm 粗的顆粒均不能被完全水化，未被水化的內(nèi)核對混凝土的28 天強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)。
（2）在相同條件下，粉磨能耗與顆粒的表面積成正比。因此，顆粒越小，單位重量所消耗的粉磨能量越多。©2007 珠海歐美克科技有限公司 專業(yè)知識普及文檔
（3）根據(jù)水泥樣品的實(shí)際粒度分布，可以計(jì)算28 天的水化率（見下文定義），以及消耗在1μm 以下的（熟料）粉磨能耗占總能耗的比例（過磨率）。沒有被水化的部分，就是熟料的浪費(fèi)部分；顆粒被磨到1μm 以下的部分，熟料和粉磨能都被浪費(fèi)了。為了定量地說明粒度檢測與控制技術(shù)對水泥節(jié)能的貢獻(xiàn)，歐美克公司對10多個省的多家水泥廠的水泥產(chǎn)品進(jìn)行了巡回檢測。本文先選用一個省的數(shù)據(jù)進(jìn)行分
析。通過比較各種樣品，從中發(fā)現(xiàn)節(jié)能降耗潛力巨大。
以下是該省多家水泥企業(yè)的綜合分析結(jié)果：
為便于敘述，先定義幾個名詞。
水化率—水泥（熟料）顆粒被水化的體積與總體積之比，稱為水化率。
未化率—未化率等于1 減水化率。
過細(xì)�！∮�1μm 的顆粒。
過磨率——過細(xì)粒消耗的粉磨能量占（熟料）粉磨總能量的比例。
表1 列出了該省一家優(yōu)質(zhì)企業(yè)生產(chǎn)的粒度分布最佳的水泥樣品的主要粒度參數(shù)以及據(jù)此計(jì)算的未化率和過磨率，以及該省其他產(chǎn)品相應(yīng)參數(shù)的平均值、最差產(chǎn)品的相應(yīng)參數(shù)。
表1 水泥樣品的主要粒度參數(shù)及相應(yīng)的延伸參數(shù)
參數(shù)
樣品 ( %) <1μm 含量 <3μm 含量〉65μm 含量未 化 率 過 磨 率
最好樣品 5.02 14.87 0.52 10.92 23.3
平均結(jié)果 5.40 14.44 7.55 18.81 33.0
最差樣品 6.65 11.93 19.57 27.94 36.0
將該省水泥的平均參數(shù)和最好水泥的參數(shù)對比可以看出，如果全省水泥的粉磨技術(shù)都能達(dá)到優(yōu)質(zhì)企業(yè)的水平，那么熟料的未化率就可降低近8%，粉磨能耗降低10%。熟料的未化率降低，相當(dāng)于節(jié)約了熟料，意味著節(jié)約了原燃材料。如果全國水泥的平均未化率都以此比例下降，僅此一項(xiàng)，節(jié)能降耗潛力就非常大。以2006 年為例，年產(chǎn)水泥12.4 億噸，混合材和石膏的平均摻加量為35%，熟料摻加量為65%，熟料未化率降低值取8%，由此可計(jì)算出年節(jié)約熟料量為6448 萬噸。
以1 噸熟料消耗1.3 噸石灰石，平均消耗145 公斤標(biāo)煤進(jìn)行計(jì)算，年節(jié)約石灰石8382萬噸，節(jié)約標(biāo)煤1215 萬噸，減排二氧化碳6400 萬噸，可見控制水泥粒度分布帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的效益。
由熟料過磨率減少10%帶來的粉磨能耗降低的絕對量，由于手頭數(shù)據(jù)不足，暫不能給出，但可以肯定這個節(jié)能量也是個巨大的數(shù)字。
需要說明的是，上述分析是假設(shè)被分析省份水泥生產(chǎn)的平均粉磨技術(shù)達(dá)到該省最好樣品的粉磨水平的前提下作的。實(shí)際上這里的最好樣品的粒度分布還沒有達(dá)到最理想的水平，還有較大的優(yōu)化余地。此外，本文作為分析對象的省份水泥的平均粉磨水平在全國屬于中上，一半以上的省份改進(jìn)的余地更大。目前混合材的添加量也遠(yuǎn)未達(dá)到理想的水平。進(jìn)一步增加添加量的途徑是混合材的粒度分布要更加合理
（比如讓混合材顆粒與熟料顆粒形成最佳堆積）�？梢娫诜勰ミ^程中，利用顆粒檢測與控制技術(shù)，優(yōu)化顆粒級配在節(jié)能降耗中還有巨大的潛力可以挖掘。
因此建議：
（1）水泥行業(yè)的高層決策者應(yīng)把改善粉磨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泥粒度的優(yōu)化作為行業(yè)節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
（2）水泥與混凝土的研究單位、生產(chǎn)單位和使用單位都應(yīng)重視水泥和混合材的粒度分布，深入、全面研究它們的粒度分布與混凝土性能之間的關(guān)系。用先進(jìn)的激光粒度分析儀器作為研究和生產(chǎn)過程控制的日常手段。
（3）水泥設(shè)計(jì)單位和粉碎系統(tǒng)的生產(chǎn)單位，應(yīng)更多地吸收和采用行業(yè)以外的新知識、新技術(shù)和新設(shè)備，比如在線粒度檢測儀器、風(fēng)力選粉設(shè)備等，使粉磨系統(tǒng)的技術(shù)水平有更大的提高。
