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結合教學實踐 ,詳細推導了水泥顆粒粒徑的大小與水泥比表面積之間的換算關系 ,得出了粉粒狀物料比表面積的計算公式

,并給出了水泥顆粒比表面積的大小對水泥物理力學性質的影響情況 ,以期為學習水泥專業的人士提供指導。

筆者任教于神木職教中心 ,曾擔任某化工企業培訓班水泥專業的《水泥煅燒技術及設備 》《水泥生產工藝 》以及《粉磨工藝及設備 》三門主干課程的教學工作。在教學過程中 ,筆者發現一個使用率極高的名詞 ,那就是水泥顆粒的“比表面積 ”,本文就這一概念做詳細的闡釋 ,并給出水泥顆粒的粗細程度 (用比表面積來表示 )與水泥的物理力學性能的一些關系。

水泥顆粒的比表面積是指單位質量水泥顆粒的總表面積 ,通俗的說就是 1 kg水泥包含的所有顆粒的表面積之和。國家規范規定硅酸鹽水泥細度為比表面積大于 300 m2 /kg,凡細度不能滿足此規定者皆為不合格品。

1 水泥生產工藝簡介

我們可以將水泥的生產過程概括為“兩磨一燒 ”,即生料粉磨、熟料煅燒以及水泥粉磨 ,簡單的說就是生產水泥的原料經過生料粉磨設備粉磨后 ,進入燒成設備進行煅燒 ,煅燒完成后所得的產物叫做熟料 ,最后將熟料摻加一定的石膏再一次磨細即得水泥制品。在這個過程中提到了粉磨這個名詞 ,很顯然我們都知道所謂的粉磨就是將顆粒粒徑較大的一些物料通過某些特殊的設備 ,如球磨機、立式磨等磨細成為粒徑較小的顆粒。研究生料顆粒與水泥顆粒的比表面積有著極為重要的意義。首先 ,生料的顆粒粒徑越小 ,則其比表面積越大 ,傳熱面積也越大 ,會使得碳酸鹽的分解速度增快 ,有利于熟料的燒成。其次 ,水泥在使用過程中 ,先要進行水化作用 ,然后才開始凝結硬化 ,所以水泥顆粒越細水泥比表面積,則其比表面積越大 ,與水接觸的面積也就越大 ,水化反應也就越快 ,水泥的早期強度就會越高。最后 ,如果一味要求水泥顆粒的細度越細 ,勢必會造成磨機單位時間內的產量降低、電耗增多等不利的影響 。綜上所述 ,水泥的細度 (即比表面積 )應該控制在適宜的范圍 ,具體參看有關資料 ,本文不再贅述。

2 顆粒粒徑與比表面積關系的研究

2. 1 基本假設

為了本課題的研究,我們對所研究的水泥顆粒做了如下假設:

1)粉磨前后水泥顆粒的形狀均為圓球形。

2)粉磨前后水泥顆粒的密度不發生變化。

3)顆粒粉磨一次之后只產生同一種粒徑的顆粒。

2. 2 分析過程

鑒于如上假設 ,我們研究如下:

情況一:由一個水泥顆粒粉磨為兩個粒徑相同的顆粒。

如圖 1所示 ,假設一個粒徑為 R1 的水泥顆粒經過粉磨之后

變成了兩個粒徑為 R2 的水泥顆粒,則根據總體積不變的原則有:

情況二:由一個水泥顆粒粉磨為三個粒徑相同的顆粒。

如圖 2所示 ,假設一個粒徑為 R1 的水泥顆粒經過粉磨之后變成了三個粒徑為 R3 的水泥顆粒 ,則根據總體積不變的原則有:

情況三:由一個水泥顆粒粉磨為 n個粒徑相同的顆粒。

很顯然 ,當粉磨后顆粒的數量 n從 1 增加至無窮大時 ,顆粒的總表面也在逐漸增大 ,從而我們可以得出這樣一個結論:水泥顆粒粉磨后 ,顆粒的粒徑越小其總表面積越大,比表面積也越大。同時水泥比表面積,我們也可以得到這樣一個公式:

,由公式我們還可以看出顆粒的總表面積與粉磨后顆粒數量的三次方根成正比。

3 基本結論

通過以上的研究分析 ,我們可以得出如下結論:

1)通過以上分析驗證了水泥顆粒的粉徑越小 ,其比表面積越大的結論。

2)在上述假設條件下 ,得出粉粒狀物料比表面積的計算公式:

,粉粒狀物料的比表面積隨著粉磨后顆粒數目的增加而增大。

3)水泥顆粒越細 ,則其比表面積越大 ,與水接觸的面積越多 ,水化反應也越快 ,水泥的早期強度就會越高。

4)由于分子之間存在著某些化學鍵 ,要想使得顆粒由大變小 ,所做的功必須能夠使這些化學鍵發生斷裂、扭曲等。很顯然 ,顆粒越小時 ,顆粒分子之間的化學作用越強 ,破壞它們之間的化學鍵就更難 ,所消耗的粉磨電能也急劇增加。因此 ,國家規范對水泥行業做了規定 ,規定水泥的細度為 0. 08 mm 方孔篩篩余應控制在10%～14%之間 ,同時比表面積的最佳控制范圍為 350 m2 /kg～450 m2 /kg。

史 艷 忠