水泥颗粒讲学.doc

华南理工大学 工业装备与控制工程学院 胡小芳博士020-87113738，13902255951 drhu 第一部分. 水泥颗粒及其分析的基本理论1. 绪论2. 什么叫分布、什么叫颗粒分布？3. 测量水泥颗粒分布的基本方法、当前国内外主要颗粒测试仪器情况、测试中存在的问题、选用时的注意事项4. 颗粒分布测量数据的解析（变筛孔法）5. 水泥颗粒分布的基本特征6. 哪些参数能较好地描述水泥颗粒的分布特征7. 当前国家标准设定的颗粒分布特征测量（细度和比表面）的特点和存在的问题8. 颗粒球形化：水泥球形化颗粒形成的途径及其意义(显微照片，比较康必丹、柳州老线、2.2磨机、1.83磨机颗粒的区别)9. 水泥粉体流动性的测量与意义（以华工颗粒稿件为主），水泥及其相关物料的流动性与散装设备、料仓结拱等方面的关系. 水泥颗粒分析的应用1. 理想的水泥颗粒分布应该是什么样的？ 2. 什么叫窄分布水泥，性能如何？如何生产？3. 利用水泥颗粒分布数据寻求经济效益的途径（1） 水泥越细越好吗？（给出细度同但De等不同的例证）？为什么有的比表面低的水泥的强度高于某些比表面高的水泥？（2） 用颗粒分布特征参数进行磨机生产控制的探索（3） 南方某大型水泥厂45微米筛余物的分析l 45微米筛余物的X衍射分析l 45微米筛余物的化学全分析l 讨论 注 0.08mm=80，0.045mm=45第一部分. 水泥颗粒分析的基本理论1. 绪论水泥行业历来十分关注产品质量和粉磨工序的效率。但以往更多的工作集中在水泥的物理化学性质方面，在提高磨机产量的各种努力中，也并为包含水泥颗粒分布方面的考虑。对于水泥颗粒集合体（水泥粉体）的几何形态性质（粉体粒子的大小、分布、粒子形状以及堆积状态等）和粉体的力学性质（静力学性质和动力学性质，包括粉体的休止角、流动性等）等方面的问题，因测试技术等原因而关注不多。水泥的颗粒测试是一个难题。例如清华大学粉体同时拥有激光粒度仪、计算机化的沉降粒度仪和图像法粒度仪，但我们在那里却从不用来测试水泥颗粒分布，因为都不能保证测量的可靠性，至少是无法实现同一仪器和同一样品的测试重复性。水泥行业研究机构普偏使用沉降天平，其测试的重复性更加没有保障。直到最近几年，国产颗粒测试设备有了一些进步，同一仪器对同一样品在一定条件下有了测试上的重复性，这才形成进一步讨论的基础。事实上，国外在这方面的工作已经产生了积极的结果，例如斯密斯公司向珠江水泥厂和柳州水泥厂提供的康必丹磨机系统、东莞华润粉磨系统的转子选粉机等，就充分体现了水泥颗粒分析的成就。拥有康必丹磨机系统的柳州水泥厂仍积极地与我们合作研究水泥颗粒分布，他们亦在改造旧线磨机方面取得了成绩。他们的水泥质量很好，但在降低粉磨耗电方面人有很多工作要作。我们最近几年的水泥粉体研究工作重点很明确，一是通过各方面的工作提高水泥颗粒分析数据的可靠性，二是研究如何用水泥颗粒分析服务于现有各类磨机，指导国内各种类型的现有磨机及其选粉机的配置、调节和操作，以提高磨机产量、降低粉磨消耗、优化水泥性能（包括混凝土性能）。初步结果显示这方面有巨大的潜力，特别是有可能同步实现提高磨机产量和水泥质量，如水泥粉磨电耗降低的同时，较大幅度地提高水泥强度并改善混凝土性能。我最近多次前往各厂讲学，希望逐步普及这方面的知识，促使水泥企业关注磨机颗粒分布问题。如同水泥工艺和设备的各项进展一样，有超前意识的厂家应善于在这一次的发展中占得先机。全面讨论水泥颗粒分布及测试中的各方面的问题不一定是在座各位关心的问题。我在这里将围绕现有磨机如何分析和应用颗粒分析进展这个主题，介绍颗粒分布和测试方面的基础知识和最新的一些工作。虽然仍不可避免地将涉及一些相关的理论内容，但已经尽可能地压缩和简化。2.什么叫分布、什么叫粒度分布？分布的严格定义是：随机变量的取值范围和这些值的相应概率，称为随机变量的概率分布。这是对任何随机变量最为完善的描述。可以用正态分布密度函数表示其分布密度函数的分布称为正态分布。工程中的随机变量多遵循或近似遵循正态分布规律。对于正态分布，只要知道标准偏差和数学期望，就可以得到随机变量出现在指定区间的概率。水泥企业的化验室实际上每天都在与正态分布打交道，化验室数据的标准偏差就是正态分布中的标准偏差。我们用“粒径”表征单个颗粒的大小。大量的不同尺度的颗粒则需要用分布的概念来描述。粒度分布指样品中各种粒径的颗粒所占的比例。粒度分布能确切地描述样品颗粒的粗细情况。在表示方法方面，粒度分布可以用微分分布、累积分布等表示。其数据可列成表格，也可以用曲线表示。设有15名篮球队员，身高如下表：1.71.61.51.81.91.61.61.71.71.72.12.01.71.81.8这样就是一种分布，是一种列表法表示分布的方式。3. 测量水泥颗粒分布的基本方法与仪器3.1 筛分法筛分法是一种古老而又实用的颗粒分析方法。理论上讲，能通过筛孔的圆球颗粒中，最大颗粒的直径等于筛孔的直径。由于通常的筛均为方形孔，同时水泥颗粒绝大多并非理想圆球，而是不规则的，情况就变得复杂了。如果方形筛孔的边长为L，则颗粒某一方向尺度小于或等于L的颗粒均可通过。此外，方孔对角线方向的孔径为L2，在某些情况下，大于1.4L的颗粒也将通过筛孔。所以通过某一孔径筛的颗粒直径当介于L和L2之间。筛分误差来源包括筛孔孔径的大小误差、操作过程引入的误差、颗粒形状的不可预见性等等，这些误差将对整个分布形态产生重要的影响，虽然可以仔细校正筛孔孔径、严格控制筛分过程，但筛分误差仍较大，一般约在7%17%之间，套筛误差尤其显著。对于水泥行业，筛分法得到的结果仅是一个颗粒分布上限的局部信息，以下将有具体的例子解释其结构性的缺陷。3.2 沉降法沉降法比其他任何测定粒度的方法都更符合自然情况，因为测定沉降速度较之沉积物颗粒几何大小，因此沉降法被认为比筛析得到的粒度值更具动力学意义。沉降法的基本原理就是利用颗粒沉降速度来划分粒级分布。沉降分析法目前在所测特性的显著性和测量技术的精确性等方面还受到某些限制：（1）颗粒的阻力系数必须由实验确定，而这又与另一个重要的变量流体粘度相关。粘度并不是个别流体的一种绝对不变的性质，它不仅有自己固有的分子之间力，同时还因温度和可溶盐类存在而变化。流体中悬浮物质增加，粘度也将增大等等；（2）被测量颗粒并非球形，测定出的粒度仍是“等效粒径”，即相当于同样沉速的球的直径，这种误差对于依赖与颗粒沉降过程的测试是非常严重的；（3）斯托克斯定律只对在无限流体中的单个颗粒才严格有效。浓度即使低到1时也能够阻碍沉降。沉降测试实际上是远离这种理想条件的；（4）很小的颗粒总是趋向于凝聚。为避免凝聚现象发生，常在样品中加少量的分散剂，而这又产生了新的干扰。由于上述原因，沉降天平等沉降法仪器不能做到这一点故不能用于水泥颗粒测试，当然，沉降法在特定场合有其特定用途，只是仪器已经现代化了（丹东仪表研究所、丹东百特仪器厂）3.3 激光法光是一种电磁波。它在传播过程中遇到颗粒时，将与之相互作用，其中的一部分将偏离原来的行进方向，称之为散射，如下图所示：光的散射现象示意图当颗粒是均匀、各向同性的圆球时，可以根据Maxwell电磁波方程严格地推算出散射光场的强度分布（Mie散射理论）。该理论原则上适用于任意大小的颗粒，但是对于略大一些的颗粒，通常采用较为简单的Fraunhoff衍射公式描述。某激光粒度仪的工作示意图：3.4 计算（软件）法华南理工大学装备学院创立了“两级筛余的软件分析法”，在各种分布分析方面独树一帜。4. 颗粒分布测量数据的解读与水泥颗粒分布的基本特征为了方便水泥行业理解颗粒测试数据，我将颗粒测试数据与传统筛余在表示上的差异归结为固定筛孔与变筛孔的差异。所谓变筛孔是一种思维方式，设想有一种筛子，它的筛孔孔径是可以变动的，例如，当筛孔变成可以让38.6%的颗粒留在筛上，则这个筛孔直径就定义为“特征粒径”，当筛孔变成可以让10%和90%的颗粒留在筛上时，相应筛孔直径就分别定义为两个边界粒径D10和D90，有了这种理解，颗粒测试数据的解读基本上就解决了。例如平均粒径，可定义当筛孔变成可以让50%的颗粒留在筛上时的筛孔直径。当然，不同的“平均粒径”加权方式，将形成不同的筛孔，除上述D50之外，还有重量加权平均平均径D(4,3)、体积加权平均径D(3,2)等几种“平均粒径”。其中，D(3,2)十分重要，颗粒分析仪的比表面积就是由这个平均径计算出来的。以下详细讨论。4.1颗粒分布数据的数字特征一个样品的颗粒分析可得到数百个数据，但只需位置和分布宽度两个参数就能描述其颗粒分布特点。相同的分布宽度并不一定具有相同的颗粒分布，还要依赖某种特征粒径分布在粒径轴的位置。4.1.1位置特征参数可以是样品中所有颗粒的粒径的平均值。根据关注的侧重点不同，计算平均粒径时会采用不同的加权方法而得出不同的平均粒径，例如D(4,3)、D(3,2)等（以下另行解释）。加权的概念仍可用上述篮球队员身高分布表的例子来解释：设有15篮球队员，身高表如下1.71.61.51.81.91.61.61.71.71.72.12.01.71.81.8容易计算出平均身高为1.75米（此时相当于全部数据的权重为1）。作为篮球队，这样的平均身高显然是偏低。但有代表性的数据应反映出“身高2.0米以上的队员2人”这样的信息，因此，可将身高2.0米的加权，例如加权为2，其余数据仍保持权重为1，则平均身高将变为2.02米。由此例可见，加权突出数据某方面特性的一种方式，这一概念对于颗粒分布数据的分析十分重要。以下有关于平均粒径加权的详细介绍。4.1.2 离散特征参数（分布宽度）表征数据的分散程度（参考极差的概念）或曰表征样品粒径的均匀程度。分布宽则颗粒的粗细不均匀。一般用一对边界粒径来表示分布宽度，例如：（D10,D90）。还有一类重要的宽度表征值n、Nx。表1 水泥颗粒数据实例粒 径m微分分布%累积分布%粒 径m微分分布%累积分布%粒 径m微分分布%累积分布%0.200.25 0.50 1.00 2.00 3.00 7.5010.0012.5015.0017.5020.0022.5023.760.00 0.00 0.00 0.00 0.18 0.2910.24 5.24 4.55 6.06 6.11 6.03 5.72 2.66100.00100.00100.0099.8299.5389.2884.0479.5073.4467.3361.3055.5850.0046.7927.2530.0032.5035.0040.0042.5045.5047.5050.0056.0060.0065.0070.0075.006.13 4.12 3.61 3.28 5.19 1.88 1.94 1.19 1.83 4.71 3.03 3.20 2.71 2.3142.6639.0536.8030.5928.7126.7725.5823.7419.0316.0012.8010.09 7.78 5.8580.0085.0090.0095.00100.00110.00120.00130.00140.00150.00160.00170.00180.00200.001.93 1.58 1.27 0.99 0.74 0.87 0.26 0.08 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.004.26 2.99 2.00 1.26 0.39 0.13 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00对表1的解释：第1、4、7列表示粒径，2、5、8列表示某粒径与表中上一粒径范围内水泥颗粒的重量百分比，3、6、9列表示累积分布（某粒径的筛余）。例如，第4、5、6列的第8行（阴影线覆盖部分），表示45.5m（上一行）至47.5m之间的颗粒份量占总数的1.19%，大于47.5m的颗粒占总数的23.74%；4.2水泥颗粒分布特征从繁多的激光数据中选择或提取简要的特征值作为水泥颗粒分布的定量标志，才有可能讨论激光数据与水泥磨机操作及水泥质量的关系。一般而言，只要有位置特征和分布宽度即可全面描述颗粒特征，对于水泥颗粒，还需考虑行业的经验、习惯和国家标准需要的数据，水泥行业传统的和国家标准指定颗粒分布特征，分别是80微米筛余量（行业内称为细度%）和勃氏透气法测量的比表面积。综合考虑下，水泥行业的颗粒分布应包含以下一些特征：4.2.1 细度是一种单参数颗粒分布的表示方法，复杂的水泥颗粒分布被简化为80微米筛筛上筛下的百分含量，我们说“细度2”即筛上累计分布为2%（筛余、大于80微米的颗粒的比例为2%），筛下（小于80微米的颗粒的比例为）98%。表1中水泥细度=4.26。在上述篮球队员身高的例子中，“细度”的概念基本上相当于“有两人身高>2.0米”这样一种描述，可见这种描述比较实用，能反映粉磨中关注的重要特征，但这是一个不完整的分布描述，对于深入一些的改进磨机配置和操作的需求而言比较粗糙。4.2.2 边界和中位径D10、D90分别表示10%和90%颗粒的粒径上限；D50为中位径，表1中D50=22.50m，50%的颗粒的粒径不大于22.50；4.2.3 特征粒径水泥粉磨工艺中常用的特征粒径(标记为De)”，是一种单参数、变孔径、固定百分比的水泥颗粒分布描述方式，大于这个孔径的水泥颗粒的比例固定为36.8%，对应的颗粒粒径为特征粒径（De），表1中De=32.50m。以往特征粒径不容易测出，故这虽然是水泥粉磨工艺中的关键参数，但水泥企业对此并不熟悉。这个参数比“细度”更能反映水泥的总体粗细程度。从颗粒分析数据中可直接读出De，磨机操作中控制特征粒径与细度等两个参数以成为可能，这可能比单独控制细度更有意义。粒度分布对称是，D50与D(4,3)重叠。水泥颗粒呈不对称分布，我们观察到水泥颗粒的D50往往与De重叠，表明水泥颗粒具有以De为轴心的分布特点，De的重要性由此可见一斑。4.2.4 平均粒径不同的加权方式决定了不同的平均粒径的定义方法。平均粒径的通式如下 ，代表第i粒径区间上颗粒的平均粒径。当p=4，q=3时，由于正比于i粒径区间上颗粒的总体积（重量），所以D(4,3)表示粒径对体积（重量）的加权平均，为体积平均粒径或重量平均粒径。当p=1，q=0时，表示粒径对颗粒个数的加权平均，称为颗粒数平均粒径。当p=3，q=2时，由于正比于第i粒径区间上颗粒的总的表面积，故D(3,2)表示粒径对表面积的平均粒径，称为表面积平均粒径。D(3,2)、D(4,3)需另行计算得出。4.2.5 D(3-30)、D(<3)、D(>45)粒径为3m-30m、<3m、>45m颗粒的比例。D(3-30)=99.44%-40.27%=59.17%。原则上这一部分的比例应该是越达越好。但还没有一个公认的具体的数值，因为不同磨机生产的水泥质量往往缺乏可比性。<3m、>45m颗粒的比例应越小越好。4.2.6 分布宽度关于水泥颗粒粒度分布模式，一般沿用RRB式来描述筛余与粒径的关系， 由于RRB是一种单峰分布模型，而我们测试的水泥样品均呈多峰态，无法获得一个单一的n值来描述分布的宽度。我曾建议用粉体界常用的更简单的参数来描述水泥颗粒分布宽度：Nx = (D10-D90)/D50，Nx值大则分布宽度小。表1数据可求出表1样品的Nx=2.43。4.2.7 水泥比表面积水泥比表面积是颗粒形状、细度等情况的综合反映，也是水泥颗粒分布的总体特征之一。颗粒分布可测时，比表面积可按几何公式直接计算，然后根据非球形形状系数修正，并除以水泥密度可得重量比表面积计算值。勃氏透气法比表面实际含有颗粒堆积因素，并非真正几何意义上的颗粒比表面积。测试法计算出的比表面值比较细致地考虑了颗粒形状和细度且与颗粒堆积状况无关，与水泥使用过程中强度的发挥对应性可能会更好，因此，激光计算比表面积与水泥强度的关系、磨机操作中控制勃氏比表面还是激光计算比表面更有意义等，均值得研究。第二部分. 水泥颗粒分析的应用1. 理想的水泥颗粒分布应该是什么样的？水泥颗粒分布应该是什么样的？既然不可能将微米尺度的不同粒径分开，那么，理想的水泥颗粒分布是如何确定的呢？回答这个问题的基础是两个：可靠的颗粒分布测试、不同大小的水泥颗粒可以分离。到目前为止，只是有条件地、局部地满足了这两个条件。测试的可靠性暂时还依赖于一些具体的条件，例如专业的测试设备维护人员、严格的测试条件、有可资比较的设备或样品或数据等等。某些大型的测试设备厂商、大学、研究机构等有可能具备这些条件，一般的水泥企业实现可靠的水泥颗粒测试则有待颗粒测试设备进一步的完善，特别是简化、可靠、经济。大于45微米的颗粒是可以分离出来的（这些被分离出来的颗粒并非全部是水泥或符合水泥化学和物相组成的粉体集合，见下文“45微米筛余物X衍射物相分析”），小于3微米颗粒的减少也有较多的方法，通过这样的一些间接的途径，各国水泥粉磨工艺界逐步达成了一种共识：颗粒分布窄的水泥（简称窄分布水泥）性能好。当然，这是一种简化了的说法，事实上，不仅要考虑分布的宽窄，还必须考虑分布在X轴上的位置。例如，有一种“窄分布水泥需水量大”的看法，这实际上指的是处于X轴偏左部位的窄分布。故如前所述，定义一个水泥颗粒分布，需要两个参数（分布宽度和De）。所以，我将理想的水泥颗粒分布定义为：“De适中的窄分布” ；应注意的是，水泥颗粒分布只是水泥质量的一个部分，颗粒分布相近的水泥不一定有完全相同的性能，例如不同品种的水泥就有可能有十分相近的颗粒分布。由上述理想分布的定义，可以得出一些有经济价值的结论：水泥并非越细越好！水泥的比表面也不是越高越好。甚至，当我们为提高水泥强度而消耗更多的电力和研磨体时，得到的却可能是相反的效果。以下还有一些稍微具体一些的例子。2. 我省当前各类水泥磨颗粒分布概况我省的水泥行业特点是中小企业比例大，小磨机多。从现有样品的45微米筛余和<3微米含量看，过粉磨现象是最主要的问题。国内一些大型的水泥磨的45微米筛余比省内磨机大一些，<3微米的比例小一些，这表明我省在这个视点上存在客观的节电潜力。当然，由于我省混合材资源中粉煤灰的比重较大，<3微米的部分包含了这种因素，不过这在测试上是可以解决的（电镜能谱法，难度大一些，却可靠）。我省水泥颗粒分布的确切状况还有待本次会议之后的集中统一测试后，才能有比较清晰的了解。然后我们再来讨论对策。3. 改善水泥颗粒分布的基本方向3.1 康必丹磨机概况 4.28×11M，其中二仓锻的直径很小，约12×12（53.0吨），10×10（25.0吨），约5%的入磨物料的粒度>25mm。老的水泥磨机2.58×14磨机，按康必丹磨机原理改造后，台时产量为27吨，颗粒分布数据向康必丹磨靠拢；一般的磨机，降低平均球径显然是一个方向。3.2 助磨剂或解聚设备这是降低<3微米的主要手段。3.3 老办法（1）降低入磨粒度（降低平均球径的前提）（2）调节风速、循环复合等（3）装载量、填充率（4）回粉与入磨物料分别粉磨工艺、混合材分别粉磨工艺等，有相当成功的比例。但当时促使这些工艺形成的初衷是提高产量降低电耗。颗粒分布的工作的方向与此是一致的。（5）消除超细与粗颗粒部分的工作方向的矛盾，也属于老办法的范畴。减少超细（03微米）部分的工作方向与减少粗颗粒（4565或65微米以上）有矛盾，前者要求提高磨内物料流速，后者要求降低流速。例如，助磨剂的应用往往能提高流速，降低超细颗粒比例，但有可能跑粗。我们有意与水泥厂合作，寻找流速不高、助磨效率高的助磨剂。为此，我专门发表了一篇文章，讨论如何用流动性能比较助磨剂的问题。此外，消除超细颗粒团聚的技术方法也在出现新的进展，例如直接消除超细颗粒因粉磨过程产生的静电电荷，可望避免超细团聚，减少过粉磨现象。4. 利用水泥颗粒分布数据寻求经济效益的途径4.1 用颗粒分布特征参数进行磨机生产控制的探索我们于今年年初提出了新特征参数控制磨机的窄分布操作法（简称新参数法）并申报了专利。新参数法希望能对传统磨机操作实现变革，在各厂现有磨机系统上，通过配置和操作上的调整，同步实现“提高水泥细度而不降低产量、提高产量而不降低水泥强度、磨机高产而水泥更加优质”的目标。实例：“细度%”与特征粒径De的对比。我们在柳州鱼峰水泥公司选择了一台磨机，在控制组同步测试对该磨机的细度%和De，结果如下图所示： 附注：为了将两条曲线放在一起对照，原始数据已经归一化处理。从上图可见，在这一控制区间内，出磨水泥的“细度%”与特征粒径De只能说趋势大体一致，每个小时的差异还是比较大的，在试验区见的第13、25、30、43等点还出现了反方向数据。如前文“水泥颗粒特征”所述，De比“细度%”更好地反映了水泥的整体粗细状况，因此，只要De与“细度%”不一致，就存在用De作磨机控制参数的必要，且原则上这样作是有优势的。为了在技术和经济上正真允许在控制组测量De，我们开发了一种计算机软件，可以80微米筛余、45微米筛余和勃氏比表面数据，计算分布宽度和De。4.2 两种比表面积数据的对比及节电潜力估算粉体的比表面积根据测试方法不同而有多种含义，例如吸附法测出的比表面积包含了颗粒表面的凹凸、与表面相通的微孔等在内的参与吸附的表面积，这显然对吸附过程的颗粒比表面的测试有价值。同理，与水泥颗粒强度发挥过程相适应的比表面积测试方法才是最有意义的测试方法。现行国家标准采用的（勃氏）透气法以颗粒堆积层透气率间接推算比表面积，具有测试设备简单、易形成固定操作模式等优点，但分布较宽的颗粒的堆积层透气率低（相应透气比表面高）、分布窄的透气率高（相应透气比表面低），与“比表面积-水泥强度”的关系是背道而驰。采用更合理的比表面积（例如激光测试比表面积）同样有望同步提高水泥磨机产量和水泥质量。水泥比表面积与水泥强度关系密切，较高的比表面积一般就有比较高的强度。但这种关系并不十分确定，在有关条件（如熟料质量、磨机参数等）基本不变的情况下，比表面积相同的水泥的强度并不一定相同；不同的粉磨系统的水泥比表面积的可比性很差，有些系统的比表面积较大但强度比另一些系统的反而较低。控制偏高一些的比表面积来保障水泥强度是水泥企业常见的做法，这不仅加大了粉磨消耗，而且往往因增加了超细颗粒份额，反而导致水泥使用性能下降。因此，排除比表面积与强度关系中的不确定因素，具有降低水泥粉磨消耗并同步提高水泥性能的价值。使用仪器测量水泥颗粒分布时，原则上是测出了每一水泥颗粒的“直径”，故可按比表面积的定义“颗粒表面积/（颗粒体积×比重）”直接计算水泥比表面积1。这种比表面积数据为我们提供了一个与勃氏比表面积比较的对象和一些可资讨论的新线索：（1）勃氏法测量比表面积时，水泥颗粒呈紧密堆积状；而在颗粒分布测量时，水泥颗粒以稀疏的状态分散在测试介质（如水、空气）之中，因此，勃氏比表面积与水泥颗粒堆积状况有关，分布比表面积则与之无关。由于水泥发挥强度的过程也与堆积状况无关，因此，分布比表面积可能与水泥强度有较好的相关性；（2）分布比表面积实际上是按颗粒尺度分段求和所得，这使得我们能够深入分析水泥强度与不同粒径区间比表面积的关系，这对勃氏法来说是不可想象的。关于粗颗粒的强度损失估算可参见“颗粒偏析”。超细颗粒电耗可作如下估算：水泥粉体中03微米颗粒虽然只占11%左右，但这一部分的颗粒的比表面积特别大，若水泥的比表面积为360m2/kg，估算认为其中03微米颗粒约占110170m2/kg，这个比例远远超出一般的想象，意味着强烈的过粉磨。如果每10m2/kg耗电为1度，则水泥粉磨电耗中约有一半被03微米颗粒消耗。按这种计算，水泥粉磨电耗当存在510度节电潜力。勃氏比表面积一般比分布比表面积高，特别是分布较宽时差异比较明显，联系到小型磨机水泥颗粒分布宽、勃氏比表面积较大但强度低、康必丹等类型的磨机的水泥分布窄、勃氏比表面积小但强度高的情况，比较可行的解释是：水泥颗粒分布宽时，较多的颗粒级配使小颗粒能充分填充大颗粒之间空隙，形成透气性差的水泥粉体堆积而使勃氏比表面积偏高；相反，分布较窄的水泥则偏低；因此，勃氏比表面积与水泥颗粒分布的相关性受到了颗粒堆积因素的干扰，严重时会出现与水泥强度背道而驰的偏差。这是 “气体透过堆积层”的原理测算比表面积的结构性缺陷，无论条件如何设置，无论测试过程如何标准化，都无法解决这种问题；在生产实践中观察到的水泥勃氏比表面积下降而强度并不下降的现象（例如使用助磨剂减少过粉磨时）、勃氏比表面积高但强度未必高等一些令人困惑的现象因此将不再难以理解了：水泥颗粒分布良好（较窄）时，相应的水泥勃氏比表面积不一定很高，在涉及到颗粒分布影响因素时，勃氏比表面积数据不一定是正确的，此时若仍按勃氏比表面积操作水泥磨，不仅无谓增加粉磨消耗，还有可能因过粉磨而破坏原本合理的水泥颗粒分布。来源于D(3,2)的计算比表面积也存在的问题，就是D(3,2)（约6-16微米）的3%的误差（仪器不可避免）在计算比表面积时被放大了数十倍，使得计算比表面积的重复性较差（今后可以考虑直接控制D(3,2)）。4.3 颗粒偏析提高产量质量的另一个线索？在某开路磨机水泥样品中发现45微米以上的颗粒比例较大。为此，对该45微米筛余物进行了化学全分析和X衍射分析（见下图）。数据表明存在颗粒偏析问题， 45微米筛余物中熟料矿物（C3S、C2S等）偏高，应是熟料比其他物料难磨所至。由于粗颗粒熟料的水化相当慢（约23个月），因此这样偏析结果是约有14%18%的熟料（45微米筛余量）仅起到了微集料的作用。我们已经对该厂提出了加强研磨能力、增加研磨区间的长度、降低入磨粒度等建议，并将跟踪该厂磨机系统改进前后的颗粒偏析、水泥强度等方面的变化。对于闭路系统，颗粒偏析可能会更加严重。由于不同颗粒的水化速度不一致，颗粒偏析实际上将使水泥水化时出现化学偏析，例如，如果石膏颗粒偏大或偏小，水泥出现急凝或缓凝就不难理解了。对于强度已经比较富裕的水泥，上述工作可为厂方提供多方面的选择，例如改进后颗粒偏析后可增加混合材参入量、适当放松水泥细度控制等。5水泥粉体的流动性与颗粒球形化5.1 粉体流动和喷流隶属度粉体层受力作用失去平衡时，颗粒之间连续稳定地相对位移所构成粉体层的整体运动即为粉体的流动，不连续非稳定地喷射状相对位移则称为喷流。这些运动形式受粉体各种力学特性的制约，可用粉体力学特性测试仪测定粉体力学参数，进而分析粉体流动和喷流隶属度，构造两个隶属百份数(称为流动和喷流指数)，作为评判粉体流动和喷流特性的定量指标。5.2 粉体力学测试原理 流动和喷流指数由休止角等九项特性值组成，测试和意义简述如下：5.2.1休止角 图1 休止角测量示意参数意义：粉体堆积层的自由表面在静平衡下与水平面形成的最大角度。休止角对粉体的流动性影响最大，休止角愈小，粉体的流动性愈好；参数测量（图1）：粉体(灰色)自然堆积在托盘(黑色) 上，粉体堆边缘与托盘底部之间的夹角即为休止角；没有专门仪器也可自行简易测量，此时应增加测量次数，取平均值以保证数据的可靠性；本文中凡可简易测量的参数以右上角#标示。5.2.2 崩溃角参数意义：堆积状粉体受到震动发生崩溃时的角度。它直观地表示了粉体喷流特性，愈小则喷流性愈强；测量方法：以适当力度振动托盘（图1）至粉体发生崩溃，此时的角度即为崩溃角；5.2.3 差角参数意义与测量方法：休止角与崩溃角之差即为差角。差角愈大，粉体的流动性和喷流性愈强； 图2.平板角测量示意5.2.4 平板角参数意义：该角反映了粉体内部颗粒之间的相对摩擦，其值受颗粒大小和形状、颗粒之间的附着及空隙率的影响.该角愈小，粉体的流动性愈强；平板角在数值上总是大于休止角；测量方法（图2）：将宽度一定的平板从粉体底部垂直向上提起，板上粉体自由表面与平板所成的夹角和受到一定震动之后的夹角的平均值即为平板角；5.2.5 松容重、实容重、和压缩率参数意义：单位容积内粉体的重量。它受颗粒形状和尺寸的均一性、变形能力、表面积和附着水分等因素有关，愈大则粉体的流动性愈差；测量方法：一定容积容器内的松散与压实填充所算得的容重分别称为松容重和实容重，二者之差与实容重之比为压缩率； 投放点立 立 . 筒柱 接盘图3 分散度测量示意5.2.6 分散度参数意义：粉体在空气中分散的难易程度；测量方法（图3）：令10g粉体从投放点自由下落，设落在指定区间（立筒下接盘）的重量为W，则分散度=（10-W）×10%； 5.2.7 均一性系数参数意义：以一定的粒度分布判定粉体颗粒均一性的指标。它还间接反映了粉体压缩性对流动性的影响。均一性系数愈小，颗粒愈均匀，粉体流动性愈好。参数计算：60%和10%筛余粒径之比。表中流动系数和喷流系数按Carr指数法计算。简单说来，流动指数大致上是休止角、压缩度等项指数的加权和，喷流性指数则基本是崩溃角、差角、分散度等项指数的加权和。5.3 水泥球形化颗粒形成的途径及其意义(用显微照片比较康必丹、柳州老线、2.2磨机、1.83磨机颗粒的区别) 第三部分. 几点问题1. 水泥颗粒测试技术中存在的问题1.1 等效粒径的理解、形状系数的定义这里论及的颗粒在形态上是不规则的非球状颗粒，粉体技术上一般将非球形颗粒按一定的规则等效为某一球体颗粒，例如在筛分法中，实际上是以颗粒最大尺度方向的数值作为该颗粒的直径；在激光散射法测粒技术中，粒径是指与待测颗粒有相同的光学性质并有最相近的光散射特性的球形颗粒（组合）的直径（分布）、沉降法中则用等效沉降速度来测量颗粒的大小等等。以下凡为特别注明处，所谓“颗粒粒径、颗粒直径”等均指的是相应测试方法中规定的等效粒径。并不能肯定哪一种等效规则更符合水泥颗粒测试，等效规则需随测试方法而变动。由于用以等效的物理量不同，测量结果也就不同。甚至采用相同的原理，只是测试条件的不同，也会造成结果的不同。因此形成了“不同颗粒测试方法之间缺乏可比性”的状况；为了校正不规则颗粒与按球形颗粒计算导致的误差，一般还引入“形状系数”进行校正，但水泥颗粒应该用什么样的形状系数校正又是一个尚未解决的问题。华南理工大学作了一个软件，用于测定水泥颗粒的形状系数。这个软件有两个用途，一是减少颗粒分析中的比表面积计算的随意性，同时，它还是研究水泥颗粒与磨机配置和操作的关系的一种测试手段；1.2水泥颗粒的折射率另一个没有解决的问题；这个参数对于用光学技术进行颗粒分布测试十分重要，但目前这个数值只能是一种估计。1.3 不可比性由于存在上述各种未决问题，水泥颗粒测试结果的可靠性、准确性等，都将有一定的局限。精确地比较完全不同工艺的水泥厂的颗粒分布状况有可能产生误导作用。同测试方法之间一般缺乏可比性，这是当前测试水平条件下粉体测试理论与技术的一般规律。对于水泥颗粒测试而言，目前的水平是，同一测试方法的不同仪器之间有差异、同一公司的不同仪器之间也有差异，颗粒测试数据与当前国家标准颗粒测试数据往往有较大差异（这一点上似乎国家标准的问题更多一些，只是这将使倚赖于传统分布数据的水泥行业人员有些迷惑，所以我仍将其列为问题之一）。这迫使我们十分小心地处理分析结果，例如，同一样品的每轮次测试次数约20次，在这20次测试中要求关键的几个参数变异不大、同一样品多轮次测试，要求各轮测试中关键数据变异不大，在这种测试稳定性（重复性）的前提下，我们再不断地用各种方法标定测试的可靠性（例如与图象法对照、与45微米筛余对照、测试标准板和标准样等等）。总之，目前的测试仪器水平还未达到令人放心、可粗放地在一般水泥厂的控制组实用的地步。1.4 如何评价需测试结果？比较的基础颗粒数据传递首先要保证重复性，其次可与传统测试法相对照，第三可与国外著名厂商的测试结果对比，第四可与图像测试结果对比。鉴于仪器目前的水平，有人提出以标准化的样品来标定仪器，从而实现不同磨机颗粒测试数据的传递。这未尝不是一种办法。只是水泥颗粒分布标准样应该是什么样子？这次广东省水泥协会组织全面的水泥颗粒测试，有多方面的意义和价值，十分重要的一点就是，在同一台比较可靠的测试设备上进行不同比较磨机水泥颗粒分布，是当前技术水平条件下的一个良好的举措。我们希望这次的测试形成基础性的或基准性的数据，逐步消除水泥颗粒分布测试与应用中的一些不确定性。