生料配料方案的改進及選擇技術(shù)

1 立窯生產(chǎn)配料方案的現(xiàn)狀
　 影響水泥熟料強度的主要因素是熟料的礦物組成和熟料的巖相結(jié)構(gòu)，這主要取決于熟料的配料方案和窯的煅燒條件及操作技術(shù)。物料在不同窯內(nèi)的受熱情況和煅燒過程不完全相同，因此設(shè)汁的熟料組成也有所不同。不同窯型硅酸鹽水泥熟料各率值見表1。
窯型 KH SM IM 熟料熱耗 預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯 0.86～0.89 2.4～2.8 1.4～1.8 2930～3750 濕法長回轉(zhuǎn)窯 0.88～0.91 1.5～2.6 1.0～1.8 5833～7520 干法回轉(zhuǎn)窯 0.86～0.89 2.0～2.4 1.0～1.6 5850～7520 立波爾回轉(zhuǎn)窯 0.85～0.88 1.9～2.3 1.0～1.8 4000～5850 立窯(無礦化劑) 0.85～0.90 1.9～2.2 1.2～1.4 4200～5430 立窯(摻礦化劑) 0.92～0.97 1.6～2.2 0.9～1.4 3350～5000

　　立窯生產(chǎn)特點不同于回轉(zhuǎn)窯，從含煤生料成球喂入窯內(nèi)至熟料從窯底卸出，經(jīng)歷了8.5m～11m高度的從上而下運動，下沉速度一般為1.2-1.3m/h。窯底鼓入的高壓空氣從下而上運動。隨著料球向下運動，煤由表及里產(chǎn)生燃燒，溫度逐漸升高，沿窯高度不問溫度不同。根據(jù)物料的溫度和進行的物理化學(xué)變化，一般沿高度分為預(yù)熱帶、高溫帶和冷卻帶，其中預(yù)熱帶和高溫帶只占窯高的20%左右，一般為1.5m～1.8m，其中最關(guān)鍵的是高溫帶，溫度為1300°C～1450°C～1300°C，物料進行化學(xué)變化和物理化學(xué)變化，部分物料出現(xiàn)熔融，物料粘結(jié)成燒結(jié)體形成“底火”，在這一帶燒成需要的熟料。在立窯中，這一帶的高度一般為0.6m-1.2m，為保證物料化學(xué)反應(yīng)完全，物料需要在這一帶停留20～30min。立窯中不同位置“底火”的厚度不同，一般中部厚，邊部薄，邊部物料在高溫帶停留時間不足時易出現(xiàn)欠燒物料；立窯中不同位置，物料的下沉速度也不同，如果中部快，邊部慢，嚴重時產(chǎn)生“抽芯”現(xiàn)象，在“底火”層二肋部位產(chǎn)生斷裂，在斷裂部位產(chǎn)生漏生及呲火，也出現(xiàn)欠燒物料。
　　 立窯由于窯型固有的特點，不同部位熟料煅燒時通風、溫度和高溫帶的停留時間有所不同，生料成分的均勻性一般不如回轉(zhuǎn)窯水泥廠，燒成的熟料中fCaO含量也較高，因而立窯設(shè)計熟料的礦物組成與回轉(zhuǎn)窯熟料有所不同，早期立窯水泥廠熟料的強度一般也比回轉(zhuǎn)窯低。早期立窯熟料配料時KH=0.85～0.90，SM=1.9～2.2，IM=1.2～1.4；80年代以來，經(jīng)過水泥科技工作者和立窯水泥廠的長期努力，立窯水泥廠生料的成分均勻性已得到了較大的改善，同時采用了個黑生料、復(fù)合礦化劑、預(yù)加水成球等技術(shù)，立窯熟料的KH值逐步得到提高，達到了0.90～0.94，熟料強度也逐步得到提高；近年來，一些條件好的立窯水泥廠，進一步改善了生料均勻性，采用了小料球煅燒、立窯燒成帶保溫等新技術(shù)，熟料KH值提高到0.92～0.97，SM提高到2.3左右，熟料強度達到了與新型干法回轉(zhuǎn)窯熟料相同的水平。 2 立窯水泥熟料的礦物組成及結(jié)構(gòu)分析
　　 立窯熟料的主要礦物為硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C3S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)，但不同的水泥廠，這四種礦物之間的比例有所不問；熟料的礦物組成決定了水泥的水化速度、水化產(chǎn)物本身的強度、形態(tài)、尺寸以及彼此形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時各種鍵的比例，因此對水泥強度的增長起著最為重要的作用。水泥熟料四種單礦物凈漿水化形成水泥石的抗壓強度見表2。單礦物 3d 7d 28d 180d C3S 24.22 30.98 42.16 57.84 β-C2S 1.73 2.16 4.51 28.04 C3A 7.55 8.14 8.04 6.47 C4AF 15.10 16.74 18.24 19.22
　　 在四種礦物中，C3S早期和后期強度都最高，是決定水泥強度的最重要因素；C2S早期強度低，28天時強度也比C3S低，但長期強度增加幅度大，1年時 強度趕上C3S強度；C3A水化很快，對縮短凝結(jié)時間和提高早期強度有明顯作用。C4AF的強度也能不斷增長。水泥水化時各礦物還互相影響，互相促進。同時，其它微量礦物含量雖然很少，但在一定條件下也有明顯影響。盡管如此，單礦物的絕對強度及增進率，可以幫助我們分析與判斷水泥的主要性能，判斷水泥質(zhì)量的變化和以此選擇更為合理的礦物組成。
　　 在摻加了礦化劑的立窯水泥廠，其水泥熟料中還有一定量CaF、C4A3S、α-C2S、α-C2S、C12A7等礦物，與上述四種礦物協(xié)同發(fā)揮作用?！　∮捎诹⒏G熟料煅燒時溫度和在高溫帶的停留時間有所不同，生料成分的均勻性一般也不如回轉(zhuǎn)窯水泥廠，立窯燒成的熟料中fCaO含量一般比回轉(zhuǎn)窯熟料高，回轉(zhuǎn)窯熟料中fCaO一般<1%，而立窯熟料中一般為2.0%-3.5%。
　　 由于立窯生料是和煤粉混合成球后煅燒，料球中的煤粉燃燒后在立窯熟料中產(chǎn)生很多小孔洞，這種特點使立窯熟料易磨性要比回轉(zhuǎn)窯熟料好。 3 提高硅酸鈣礦物含量配料方案的選擇意見 　　在水泥生產(chǎn)中，水泥廠應(yīng)該根據(jù)自己廠所用的原料與燃料特點、工藝和操作水平確定既適合本廠情況又先進的配料方案，達到質(zhì)量好、產(chǎn)量高又好燒的目的。在立窯水泥廠，目前大多采用以下三種配料方案。
　　 (1)高飽和比高鋁方案：KH=0.92～0.96，SM=2.0～2.2，IM=1.6～I.9
　　 (2)高硅低鐵方案：KH=0.90～0.94，SM=2.2～2.4，IM=1.3～1.5
(3)高飽和比低硅方案：KH=0.94～0.98，SM=1.6～1.8，IM=1.3～1.5?！　∈绎柡拖禂?shù)KH為熟料中全部氧化鈣生成硅酸鈣(C3S+C2S)所需要的氧化鈣含量與全部氧化硅生成硅酸三鈣所需要氧化鈣最大含量的比值，也即表示熟料中氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。KH高，反映出熟料中C3S含量高。隨著生產(chǎn)條件的改進，立窯熟料KH值逐步提高，是一個大趨勢。
中國建材科學(xué)研究院制定六項水泥新標準時所做的大量試驗發(fā)現(xiàn)，硅酸率高的熟料磨制水泥強度下降少，反之則多。熟料硅酸率高，則熟料中硅酸鹽礦物(C3S+C2S)含量高，在KH值相同時，硅酸率SM高，熟料中C,S也相應(yīng)提高。所以近年來，許多水泥工作者都開始嘗試提高硅酸率的配料方案。國內(nèi)一些著名學(xué)者經(jīng)過研究，推薦的配料方案為：KH=0.88～0.94，SM>2.3，IM>2，生料中Fe203，一般在2％以下。熟料中C3S+C2S>73%、fCaO<2%、3天抗壓強度>43MPa(老標準，下同)、28天抗壓強度>65MPa，而且熟料產(chǎn)量高，易磨性好。對于原、燃料條件具備的立窯水泥廠，應(yīng)考慮盡量向高硅、低鐵方案靠近。高硅、低鐵方案易燒性較差，需要有改善易燒的礦化劑技術(shù)配合。
對于原燃料中含硫量高的立窯水泥廠，在水泥三氧化硫不超標的前提下，也可以有意識地加大生料中硫的比例，使燒成時能形成足夠量的早強和高強礦物硫鋁酸鈣，以提高水泥的早期和后期強度。
浙江省一些水泥廠用劣質(zhì)煤為燃料，摻加多種礦化劑，采用高鋁、高鐵、低硅酸率(SM=1.4～1.6)的配料方案，熟料3d抗壓強度高于38MPa，熟料28天抗壓強度穩(wěn)定在60～65MPa，也取得了良好的效果。
立窯企業(yè)在生料配料時，一般都要加入礦化劑。這類組分量雖不多，但對熟料的煅燒和質(zhì)量都有重要影響。兩種或兩種以上礦化劑同時使用時，稱為復(fù)合礦化劑。最常用的是氟化鈣和石膏。近年來對重晶石(硫酸鋇)、氧化鎂、氧化鋅等也進行了研究和試驗。研究表明，熟料中含有一定量的氧化鋇(1%-3%)，能提高水泥的早期強度和后期強度，鋇離子固熔進C2S后，能阻止其向γ-C2S轉(zhuǎn)化，提高C2S的活性；少量氧化鋅(<1%～2%)的加入，固熔進C2S后，也能阻止其向γ-C2S轉(zhuǎn)化，提高C2S的活性，并可改善水泥的早期強度等性能；在生料中摻加適量硫酸鋇、氧化鎂后，可以降低液相出現(xiàn)的溫度和液相粘度，從而降低燒成溫度和熟料單位熱耗，有利于增加產(chǎn)量，提高熟料質(zhì)量；在原料條件具備的立窯水泥廠，可以從銅礦渣、鉛鋅尾礦等原料中引入鋅，山含鎂量較高的石灰石中引入鎂，復(fù)合摻加螢石、重品石或石膏，組成多元素復(fù)合礦化劑。
在生料的制備中，現(xiàn)代立窯企業(yè)對生料均勻性和配熱準確程度的要求更高。一定要在生料制備系統(tǒng)和均化上下功夫。實踐證明，誰進行原料燃料和生料配料系統(tǒng)的改造誰就受益匪淺，，一批脫穎而出的立窯企業(yè)，無一不是在生料制備系統(tǒng)和均化上下了大功夫。要努力使入窯生料碳酸鈣波動±0。5％時，合格率應(yīng)達到95％以上；以碳酸鈣標準偏差汁算時，應(yīng)努力達到<±0．2％。以確保配料方案實施。 摘自《中國水泥》