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        水泥原料易磨性試驗及其方法的討論

        • 分類:學術講座
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2006-06-17 11:24
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        水泥原料易磨性試驗及其方法的討論

        【概要描述】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粉磨功指數與水泥原料的易磨性  以邦德(Bond)粉磨功指數表征的物料易磨性,已廣泛用于我國水泥生產和設計。按邦德原理確定的物料粉磨功指數Wi為:  ?  式中:Wi—物料由粒度F粉磨至P所需的單位產品粉磨電耗,kWh/t;  Pl—試驗用成品篩孔徑,μm;  G—磨機平均每轉產生的成品量,g/r;  F—入磨物料粒徑,以80%通過的篩

        • 分類:學術講座
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        • 發布時間:2006-06-17 11:24
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        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 粉磨功指數與水泥原料的易磨性

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

          

         

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

          Pl —試驗用成品篩孔徑, μm ;

          G —磨機平均每轉產生的成品量,g/r ;

          F —入磨物料粒徑,以80 %通過的篩孔表示,μm ;

          P —產品粒徑,以80 %通過的篩孔表示,μm 。

          這些參數是在Pl 確定之后,由特定試驗條件下的磨機粉磨至平衡狀態產生的,其試驗值引入實際工況加以修正,適用于各種規格球磨機及其生產工藝的粉磨效率評估和產量、電耗、研磨體規格及配比等參數的計算。在世界范圍內,這種評價物料易磨性的方法被普遍采用,我國1988 年發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,我國標準規定為Pl =80μm 。按此測定的各種水泥原料易磨性部分列于表1。

         

        石灰石 ( Wi )

        生料( Wi )

         原料 ( Wi )

        龍巖水泥廠 8.17
        鹽井水泥廠 11.21
        哈爾濱水泥廠 8.46
        新勝水泥公司 9.67
        大連第四廠 11.67
        福建大田廠 9.59
        河南禹州廠 12.63  
        湖北襄北廠 12.16
        山西晉峰廠 8.84
        安徽青山廠 9.75
        柳州第二廠 10.94
        鎮江黃龍礦 9.99
        鎮江棲霞礦 11. 91
        廣東鼎湖廠 11.36
        山東五蓮廠 12.59
        杭州水泥廠 8.77
        搓頭 炭步礦 11.95
        廣東茂名廠 16.05
        攀枝花環業 11.46

        湖州水泥廠 9.19
        洋青水泥廠15.72
        常州水泥廠10.98
        肥東水泥廠 5.73
        德安縣廠13.86
        海安廠 16.85
        五蓮水泥廠 16.06
        茂名水泥廠 17.58
        巢湖市廠 17.92
        杭州水泥廠 13.07
        吉林市廠 16.01
        上高水泥廠 14.16
        大田水泥廠 14.10
        巴東水泥廠 17.02
        重慶鹽井廠 19.63
        哈爾濱廠 10.68
        大連第四廠 11.86
        柳州第二廠 13.24
        青陽公司 9.12

        茂名水泥廠油頁巖 12.70
        安徽楊山礦高嶺巖 10.02
        霍山水泥廠火山灰巖 18.52
        湘鄉水泥廠 砂巖 14.64
        洛陽水泥廠 砂巖 16.20
        河南礬土礦 礬土 20.68
        撫順水泥廠 礦渣 18.37
        襄樊重機廠 礦渣 24.49
        長城鋼廠 鋼渣 19.80
        撫順水泥廠 熔渣 17.86
        黃山水泥廠 熟料 19.08
        德安水泥廠 熟料 18.74
        馬鞍山市廠 熟鋼礦 22.15
        馬鞍山市廠 熟料 15.35
        內蒙冀東鐵礦石 18.88
        一冶水泥廠平頂山煤 30.59
        鎮江焦化廠鑄造焦碳 93.23
        巢湖鑄造廠 石膏 7.95
        廣西匯元錳業錳礦 13.47

          眾所周知,粉磨功指數不是一個物料常數,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。一些參數和修正系數的確定以及由此引出的試驗方法的改進已成為國內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應用的影響因素探討。

          2  粉磨功指數的變量關系

          粉磨功指數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:粉磨功指數不是隨產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 仍持續升高,達到所測粉磨能耗的最高點,此時的粉磨功指數均比Pl=80μm 的測值高1~1.2 倍??梢?,選擇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,如圖l 所示。

          

         

          N.M.Magdalinovie [2] 進行的類似試驗也反映出同樣結果,即:粉磨功指數在Pl=60~ 500μm 范圍內起伏變化,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 ,同于生產中的水泥成品細度以及易磨性試驗取值。因此,從試驗現象看,生產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 有關邦德功指數試驗方法的討論

          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,應按生產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、數學計算法在內的各種改進方法。

          奎克·切克 (Quiclt Check) 方法即為其一。他認為,當入磨物料80% 通過的粒徑在規定范圍內時,只有成品篩孔徑Pl 改變,產品80% 通過粒徑才發生根本變化。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 之間的變化規律,提出利用已知某一Pl 篩的試驗結果,求得其它Pl 值的功指數計算方法。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 則為線性關系,表示為Pl =K2 · P ;K2=

        。用最小二乘法處理式中可磨性系數Kl 和比例系數K2 ,即可得到不同細度的G 和Pl,并直接用于功指數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計算值:

         

          

         

          貝雷 (Berry) 、布魯斯 (Bruce) 等人提出的對比法類似于傳統的相對易磨性試驗方法。即采用一種已知邦德功指數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,根據其粒度F 和P 的相對變化來求得功指數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,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;

          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。

          使用上式求得成品粒徑P ,反映了兩者物料的硬度關系,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性。

          卡普爾 (Kapur) 根據磨礦動力學的線性關系,1970 年提出邦德功指數的模擬試驗方法。該方法用原料入磨量M 、篩余量r 、粉磨時間t 以及由這些參數決定的函數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的試驗全過程。他認為,函數Φ 按著指數衰減關系,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。據此確定的功指數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。其功指數 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,一些參數與磨礦動力學之間的關系尚不明確,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及其試驗方法在近半個世紀的應用中,還有待于不斷發展、完善和更新。在我國應加強這一技術研究。

          表 3 上述方法與邦德試驗應用對比結果

         

        試驗方法 原料 標準值
        kWh / t
        對比值kWh / t 相對誤差 % 平均統計誤差%
        貝雷、
        布魯斯
        銅礦石 10.0 9.6 4.0 8.25
        銅礦石 19.9 20.7 - 4.02
        奎克.切克 石灰石 10.02 9.46 6.52 0~9.9 誤差范圍
        頁 巖 14.37 13.95 2.95
        銅礦石 9.68 9.63 0.5
        霍斯特、
        巴薩利爾
        銅礦石 10.0 9.9 1.0 1.72
        銅礦石 19.9 20.3 - 2.01
        卡普爾 石灰石 12.0 12.0 0 9.37
        頁 巖 14.37 13.38 6.89
        赤鐵礦 14.71 14.50 1.43
        卡 萊 鐵礦石 19.20 19.43 - 1.2 4.77
        石灰石 10.12 10.06 0.6

         

          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) 、生產方式 (干法或濕法) 、工藝流程 (開流或閉路) 等應用條件建立聯系。因為,試驗得到的粉磨功指數僅以Φ2.44m 濕法閉路磨為基準,尚需引入符合于各自生產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、入磨粒度和產品細度以及磨機有效內徑等修正系數,但以此修正的結果及其試驗存在的一些問題均與實際偏差較大。

          首先,粉磨功指數隨產品細度而改變,僅以某一給定值不能反映細度要求各異的物料易磨性;而按生產細度取值測出的某些粗粉磨電耗明顯高于細磨的現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生產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,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、閉路磨產量,兩者相差50% ,篩余2% 時則相差達70% 。據我國目前的普遍生產狀態,閉路系統尚未達到這一水平,兩者相差大致僅為35% 左右??梢?,粉磨功指數的各項修正系數取值,直接關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范。上述,正是現行標準所缺乏的,應當引起研究和應用的廣泛重視。

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