第23卷第1期昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報VoL 23 No. 12007年1月Journal of Kunming Metallurgy CollegeJan.2007三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨劑的實(shí)驗(yàn)研究和春梅,馬勤〔昆明冶金高等?？茖W(xué)校材料與機(jī)械學(xué)院,云南昆明650102)摘要∶在水泥粉磨過程中加入助磨劑,是提高水泥粉黁效率的重要途徑之一。本實(shí)驗(yàn)選用三乙醇胺和乙二醇作為水泥助磨劑,分別以設(shè)定摻量加入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:三乙醇胺和乙二醇在水泥粉磨過程中能起到良好的助曆效果,三乙醇胺摻量為0.03%、乙二摻量為0.02%時,0.08mm篩篩余分別下降2.1%和1.9%,比表面積分別提高45m2/kg和43m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量分別增加8.4%和7.7%,不但助磨效果較好,而且能提高水泥抗壓和抗折強(qiáng)度。關(guān)鍵詞:水泥;助磨劑;三乙醇胺;乙二醇中圖分類號:TQ172.463文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-0479-(200701-0017-03Research on the Experiment of Using Ethanolamine andGlycol as Cement Auxiliary Grinding AgentHE Chun-mei, Ma oinFaculty of Material and Mechanical Engineering, Kunming Metallurgy College, Kunming 650033, ChinaAbstract: Adding some auxiliary grinding agent in the cement powder grinding process is one of the im-portant approaches to raise the efficiency of cement grinding. In this experiment ethanolamine and glycolare used as the auxiliary grinding agent and are added with certain amount separately. The result showsthat ethanolamine and glycol can help to enhance the good result of grinding. When mixing 0. 03 ethaolamine and 0. 02% glycol the 0. 08 mm griddle remaining descends 2. 1% and 1. 9%s, the ratio ofsurface raises 45 m/kg and 43 m/kg and the content of 30 um tiny powder grain increases 8. 4%0and 7. 7% respectively. The two agents can not only achieve better grinding effect, but also can raise thecement intensity of anti press and anti breakKey words: cement auxiliary grinding agent ethanolamine i glycol0引言水泥工業(yè)是支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),同時又是耗能大戶,2005年全國水泥工業(yè)電力消耗約1300億kW·h,約占全國工業(yè)用電5%。為貫徹黨中央、國務(wù)院提出的建設(shè)節(jié)約型社會,走可持續(xù)發(fā)展道路的戰(zhàn)略舉措,國家發(fā)改委等8部委出臺的《關(guān)于加快水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的若干意見》提出到2010年,水泥單位產(chǎn)品綜合能耗下降25%。國家發(fā)改委第50號令《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》則提出,日產(chǎn)4000t以上大型新型干法水泥生產(chǎn)線,噸水泥綜合電耗要小于95kW·h。采取各種措施,努力降低水泥生產(chǎn)電耗是今后水泥工業(yè)節(jié)能和降耗的一項(xiàng)迫切任務(wù)。水泥粉磨是水泥生產(chǎn)過程中耗電最大的環(huán)節(jié),約占水泥生產(chǎn)電耗的60%~70%,而現(xiàn)在水泥廠普遍使用管磨杋粉磨效率不高,大約%6%以上的電能變成勢能被浪費(fèi)掉了。在粉磨過程中加入助磨劑是收稿日期:2006-11-02昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報2007年1月提高水泥粉磨效率的重要措施之一,發(fā)達(dá)國家助磨劑使用率大約在98%以上,我國使用率不到5%,而云南省除個別大水泥廠使用外,其它很少使用,因此,進(jìn)行助磨劑研究對加快其在水泥行業(yè)中的推廣應(yīng)用有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義1試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法、儀器1.1試驗(yàn)材料1.1.1熟料、石膏和礦渣熟料采用云南國資水泥昆明公司濕法回轉(zhuǎn)窯水泥熟料,石膏用其生產(chǎn)用石膏。礦渣采用昆明鋼鐵集團(tuán)公司?；郀t礦渣。它們的化學(xué)成分見表1。表1熟料、石膏和礦渣的化學(xué)成分原料Al,O, Fe2 O3O3 f-CaO∑熟料0.213.4466.160.380.220.5198.21石膏16.795.421.630.6233.590.6740.74礦渣35.0312.362.2538.019.1799.301.1.2助磨劑常用的水泥助曆劑成份有羥基、胺基、羧基等強(qiáng)吸附、高分散力旳表面活性物質(zhì),如多元醇、多元醇胺、磺化脂肪酸,脂肪酰胺等。本試驗(yàn)選用三乙醇胺和乙二醇進(jìn)行試驗(yàn),純度為化學(xué)純。1.2試驗(yàn)方法和儀器按熟料:礦渣:石膏=70:25:5配料,試驗(yàn)量3kg。助磨劑按50%濃度和設(shè)定摻量滴加,試驗(yàn)分成3組,A試樣不摻助曆劑,B組試樣摻入三乙醇胺,C組試樣摻入乙二醇。各組物料拌和均勻后入φ500×50試驗(yàn)小磨粉磨25min。出磨水泥用0.08mm標(biāo)準(zhǔn)篩、DBT-127勃氏比表面積儀和KF-9型激光粒度分析儀進(jìn)行細(xì)度測試,并進(jìn)行水泥膠砂強(qiáng)度性能測試。水泥細(xì)度按GBT1345-1991《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法80μm篩篩析法〕》,水泥比表面積按GBT8074-1987《水泥比表面積測定方法(勃式法)》,水泥膠砂強(qiáng)度按GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO)》。水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性按GB/T1346-2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間和安定性檢驗(yàn)方法》。2試驗(yàn)結(jié)果和分析2.1試驗(yàn)結(jié)果3組試樣試驗(yàn)結(jié)果見表2、3表2試樣細(xì)度對比試樣編號助劑號/什表面和,,顆粒分布(體積百分比%)28.80.0151.626.50.020.026.10.0455.70.010.59.80.023.70.034118.255,227.80.3.47.654.826.08.2第1期和春梅,馬勤:三乙醇胺、乙二醇用作水泥助磨劑的實(shí)驗(yàn)研究19表3試樣物理性能對比試樣編號助劑摻量標(biāo)準(zhǔn)稠度循水量安定性初凝時間終凝時間強(qiáng)度/MPa抗壓3d抗折28d抗壓28d抗折25.8合格0.02263合格9523.451.327.6格26522.649.12.2分析從試驗(yàn)結(jié)果上看,水泥粉磨過程中摻加三乙醇胺和乙二醇確有較好的助磨效果,0.08mm篩篩余明顯下降,比表面積顯著提高,顆粒級配中<30μm的微粉顆粒明顯增多,其中B3和C2樣中的效果最好,B3與空白樣A相比,0.08mm篩篩余下降2.1%,比表面積提高45m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量增加8.4%。C2與空白樣A相比,0.08mm篩篩余下降1.9%,比表面積提高43m2/kg,<30μm的微粉顆粒含量增加7.7%。摻量過低的A和BⅠ樣效果不是很明顯,摻量在0.04%的B4和C4樣對物料細(xì)度有影響,但不是太突出,說明過高摻入沒有必要。A、B3和α樣的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量按國標(biāo)規(guī)定試驗(yàn)方法確定,由表3可看出:B3和C2樣的凝結(jié)時間和安定性均符合國家標(biāo)準(zhǔn),表明試驗(yàn)所摻加的三乙醇胺和乙二醇助磨劑對該性能無不利影響。3d,28d的抗壓和抗折強(qiáng)度都有提高,B3樣與A樣相比,3d和28d抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度分別增加了1.7MPa和3.5MPa,抗折強(qiáng)度分別增加0.4MPa和0.8MPa;C2樣與A樣相比,3d和28d抗壓強(qiáng)度分別增加了0.9MPa和1.3MPa,抗折強(qiáng)度分別增加0.IMPa和0.4MPa。筆者經(jīng)過分析認(rèn)為,造成強(qiáng)度提高原因可能與水泥細(xì)度提高和顆粒級配集中有關(guān)。3助磨機(jī)理探討國內(nèi)外專家對水泥助曆機(jī)理進(jìn)行了大量研究,目前有兩種代表性的理論。強(qiáng)度削弱理論∶主要依據(jù)近代材料科學(xué)的材料脆性破壞理論,材料斷裂主要原因是裂紋的存在和擴(kuò)展,材料受力時,裂紋末端處局部應(yīng)力較集中,大于分子引力時,裂紋擴(kuò)展。但隨著新斷面的產(chǎn)生,使表面自由能增加,有愈合裂紋的趨勢,當(dāng)外力產(chǎn)生的彈性變形能大于表面自由能時,裂紋就會進(jìn)一步擴(kuò)展,最終產(chǎn)生材料斷裂。助磨劑吸附在粉磨物質(zhì)表面,能降低顆粒物料裂紋的表面自由能,平衡裂紋面的剩余價鍵和電荷,阻礙裂紋愈合,有利于裂紋的擴(kuò)展,從而提高粉曆物料易碎性和易磨性。顆粒分散理論∶物料在粉磨過程中,顆粒旳化學(xué)鍵被破壞,同時在斷面產(chǎn)生大量的不飽和靜電電荷,主要是Si-O共價鍵和αa-0離子鍵,造成鄰近顆粒間重新黏附和集聚,細(xì)粉粘附硏磨體、襯板和隔倉板,助磨劑引入的外來離子或分子,可以中和斷面上的價鍵,在顆粒表面形成靜電荷屏蔽層,降低顆粒之間靜電吸引,將顆粒分散開來,避免顆粒黏附和集聚,并能減少磨內(nèi)粘球、糊襯板,從而有利于粉磨。兩種理論從不同方面解釋了助磨劑的作用原理,但兩者觀點(diǎn)有所不同,強(qiáng)度理論認(rèn)為,助磨劑作為促使物料顆粒破裂的一種誘導(dǎo)因素,而顆粒分散理論則認(rèn)為,助曆劑只是減少顆粒之間重新粘合的分散介質(zhì)。試驗(yàn)研究表明,助曆劑摻加有一個最適宜摻加量,對提高粉曆細(xì)度而言,摻加少了不起作用或效果不明顯,過多摻入不僅成本增加,而且也沒有效果,對這一現(xiàn)象的解釋,筆者認(rèn)為:高表面活性化學(xué)物質(zhì)旳助曆作用原理應(yīng)是兩種機(jī)理綜合作用的結(jié)果,既可削弱顆粒強(qiáng)度,誘導(dǎo)顆粒破碎,又可分散顆粒防止顆粒集聚。當(dāng)助曆劑吸附裂紋面基本飽和后,過多摻入助磨劑對物料強(qiáng)度的削弱作用減少,而對物料顆粒的分散作用增大。當(dāng)助磨劑摻量過多時,會增加包裹物料顆粒形成的吸附層的厚度,外部施加到物料顆粒旳破碎力將被吸附層緩沖,且顆粒越小,吸附層的″保護(hù)″作用越大,更難于被磨碎。另外摻加助磨劑后,物料顆粒被吸附層包裏,分散性增強(qiáng),便于流動和旋轉(zhuǎn),容易形成球形顆粒。下轉(zhuǎn)第39頁第1期呂金明,彭澎,曾輝藩:Po/ MECHANICA環(huán)境下的管道支架優(yōu)化設(shè)計從表1中可以看出:經(jīng)過優(yōu)化之后,支架的質(zhì)量減輕了0.00526(Tome),減重率達(dá)12.6%;最大應(yīng)力和位移比原始值略有增大,但前提是滿足所有的約束條件對模型影響不大。圖14為優(yōu)化過程的歷史結(jié)果曲線,圖15為最后確定的優(yōu)化管道支架模型2結(jié)語利用Pmo/ ENGINEER強(qiáng)大參數(shù)化功能的優(yōu)點(diǎn),Po/ MECHANICA能對模型進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計,這是Po/ MECHANICA區(qū)別于其他有限元軟件最顯著的特征。通過對管道支架的優(yōu)化設(shè)計,使管道支架尺寸更合理、科學(xué),在滿足支架強(qiáng)度條件下,減輕了支架的質(zhì)量,減重效果明顯;同時更重要的是通過靈敏度分析得出了重要設(shè)計參數(shù),提高了優(yōu)化設(shè)計的效率。因此,利用Pro/ MECHANICA環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計不失為一種很有效的設(shè)計方法,對實(shí)際生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義參考文獻(xiàn)[1]方建軍劉仕良機(jī)械動態(tài)仿真與工程分析—Pmo/ ENGINEER Wildfire工程應(yīng)M]北京機(jī)械工業(yè)出版社2004[2]張繼春狳斌林波.P/ ENGINEER Wildfire結(jié)構(gòu)分杌M]北京機(jī)械工業(yè)出版社20043]韓林山.機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計M]鄭州黃河水利出版社2002[4]范文沖尹志宏殷增振.基于 ANSYS的模擬刀杄優(yōu)化設(shè)訌J]機(jī)械2005(2):3-17[責(zé)任編輯孟麗濤]上接第19頁)結(jié)論1)水泥粉曆過程中摻加三乙醇胺和乙二醇確有較好的助磨效果,可以顯著提高水泥中細(xì)粉顆粒含量減少粗粉顆粒含量2)用三乙醇胺作助磨劑以摻0.03%為宜乙二醇則以0.02%為宜而且對提高水泥抗壓和抗折強(qiáng)度有益。3)當(dāng)助磨劑摻量過多時會增加包裹物料顆粒形成的吸附層的厚度緩沖和減弱外力的作用對細(xì)顆粒的粉磨不利。4)本實(shí)驗(yàn)按熟料:礦渣:石膏=70:25:5配料用φ500×500小磨試驗(yàn)對礦渣水泥生產(chǎn)有指導(dǎo)意義,但還需進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)性實(shí)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)[1]趙洪義全國水泥及混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)論文集C]北京中國建材工業(yè)出版社2004[2]JC/TGG7-1997水泥粉度用工藝外加劑標(biāo)準(zhǔn)S][責(zé)任編輯孟麗濤]