論生料的制備及工藝管理

邵春山

河南建筑材料研究院設(shè)計(jì)院有限公司（450002）

近年來(lái)，我國(guó)新型干法水泥發(fā)展很快。2012年，全國(guó)水泥總產(chǎn)量達(dá)到了21.8億噸。通用水泥及其所用熟料的質(zhì)量、能耗、勞動(dòng)生產(chǎn)率等指標(biāo)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但與國(guó)際先進(jìn)水平相比，仍有較大差距。有的企業(yè)熟料28d抗壓強(qiáng)度達(dá)不到52.5 MPa以上，甚至低至50MPa以下。企業(yè)與企業(yè)之間的質(zhì)量差別也較大。這是當(dāng)前值得引起重視和探討的問題。筆者認(rèn)為，這些企業(yè)除了原燃材料受限、煅燒經(jīng)驗(yàn)不足和管理不善等原因外，絕大多數(shù)企業(yè)是因?yàn)樯a(chǎn)工藝有缺陷、均化條件差、生料配料不當(dāng)和質(zhì)控不嚴(yán)等造成?，F(xiàn)就這些問題，談?wù)剛€(gè)人看法。

1 原燃材料的均化、輸送與配料計(jì)量

1.1 原燃材料的均化

新型干法水泥生產(chǎn)必須以均勻、穩(wěn)定為首要條件。進(jìn)廠原燃材料要堅(jiān)持“先檢驗(yàn)，預(yù)均化，后使用”的原則。先進(jìn)的新型干法水泥生產(chǎn)線，都應(yīng)有大型的原燃材料均化場(chǎng)及均化裝置。原燃材料在粉磨之前進(jìn)行預(yù)均化處理，能使成分波動(dòng)縮小1/10～1/15。生料粉磨時(shí)，必須具備能滿足生產(chǎn)要求的物料密閉儲(chǔ)庫(kù)。經(jīng)破碎、烘干、均化處理后物料的儲(chǔ)存不能采用露天或棚、屋堆放。

最重要的原材料均化，是石灰質(zhì)材料和黏土質(zhì)材料的均化。二者的主要化學(xué)成分分別是CaO和SiO2、Al2O3、Fe2O3等, 是形成硅酸鹽礦物的重要成分。常用的石灰質(zhì)材料有石灰石、白堊、大理石、泥灰?guī)r等。還有一些工業(yè)廢渣，如電石渣、糖濾泥等，也可作為石灰質(zhì)材料生產(chǎn)水泥。黏土質(zhì)材料有黏土、黃土、頁(yè)巖、砂巖、某些接近黏土成分的煤矸石、粉煤灰、高爐礦渣等。有的企業(yè)生產(chǎn)條件較差，存在著嚴(yán)重的工藝缺陷,比如僅有石灰質(zhì)材料均化設(shè)施，而沒有黏土質(zhì)材料均化設(shè)施?；蛘唣ね临|(zhì)材料和石灰質(zhì)材料沒有自己固定的礦山或穩(wěn)定的來(lái)源，僅靠民采民運(yùn)，不能完全滿足正常生產(chǎn)，導(dǎo)致生料、熟料和水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至大起大落。

其他輔助材料,如校正材料（硅質(zhì)、鋁質(zhì)、鐵質(zhì)）、調(diào)凝劑（天然石膏及工業(yè)副產(chǎn)石膏）等，都應(yīng)有符合技術(shù)要求的一定儲(chǔ)量和相應(yīng)的均化設(shè)施。

原煤的均化，也是不可忽視的重要環(huán)節(jié)。原煤成分的穩(wěn)定不僅是熱值的需要，更是參加反應(yīng)的灰分含量穩(wěn)定的需要。否則，縱使生料系統(tǒng)已經(jīng)做到了系統(tǒng)的均化，但由于原煤沒有均化，從而使整個(gè)均化鏈不完整，最終影響煅燒和熟料質(zhì)量。

無(wú)論如何，企業(yè)都應(yīng)完善各種原燃材料的均化工裝設(shè)施，做到原燃材料不均化不入磨，生料不均化不入窯。

1.2 物料的輸送與配料計(jì)量

新型干法水泥生產(chǎn)線與過去的機(jī)立窯、傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯相比，其突出的特點(diǎn)是，具有大型的均化設(shè)施、分解爐和滿足生產(chǎn)要求的物料輸送、配料計(jì)量系統(tǒng)。配料計(jì)量設(shè)備采用微機(jī)控制裝置。以前，不少機(jī)立窯企業(yè)采用的地坑式（或叫地溝式、漏斗式）配料方法現(xiàn)已被淘汰。盡管它符合配料計(jì)量要求，但因料倉(cāng)小、上料頻繁、揚(yáng)塵大，故不符合均化和環(huán)保要求。

這里特別需要提及的是，近年來(lái)，有的新型干法企業(yè)，由于種種原因，使生料配料（或水泥配料）系統(tǒng)不適宜地建造了“聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)”。聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)在上世紀(jì)大、中型水泥廠中多有使用。即將各種原材料分別堆放在一個(gè)總的大儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)，用隔墻將不同物料隔開。利用設(shè)在庫(kù)內(nèi)的抓斗起重機(jī)（或鏟車），將各種物料分別運(yùn)送到各敞口配料倉(cāng)進(jìn)行配料。這在當(dāng)時(shí)與落后的立窯配料相比、無(wú)環(huán)保要求的情況下是可行的，但現(xiàn)在就落后了。因它在使用中的缺陷顯而易見∶1）堆存干物料，揚(yáng)塵大。收塵、除塵問題目前無(wú)法解決；2）物料在運(yùn)送過程中，一種物料容易漏撒到另一種物料上，造成混料；或者易產(chǎn)生物料錯(cuò)位運(yùn)放?，F(xiàn)在，關(guān)于聯(lián)合儲(chǔ)庫(kù)，從落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的角度看，應(yīng)由以前的遷就“改造”進(jìn)入實(shí)質(zhì)性“淘汰”。

2 合理配制生料，科學(xué)設(shè)計(jì)三率值，提高生料易燒性

2.1 生料配制需要考慮的問題

首先，設(shè)計(jì)生料配方時(shí)，要考慮各種原材料的化學(xué)成分能否滿足熟料礦物組成的設(shè)計(jì)要求。如原料中硅、鋁、鐵元素不足，就需要相應(yīng)的校正材料進(jìn)行補(bǔ)充校正；若原料中鉀、鈉、硫、氯等有害的揮發(fā)性元素含量過高，就必須另找原料。若用化學(xué)化工方法除去原料中的這些元素，是不可行的。采取旁路放風(fēng)或冷凝放灰等措施，目前尚不成功，實(shí)際操作有難度。

其次是考慮原料的工藝性能，比如所用原料的易燒性——對(duì)礦物形成影響極大。理想的配料方案是在易燒性好時(shí),可以適當(dāng)提高硅酸鹽礦物的含量。

第三、要考慮煤灰成分的摻入量。如果窯灰直接入窯，還必須考慮窯灰成分對(duì)配料及煅燒的影響。

2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)三率值，提高生料的易燒性

衡量生料的易燒性，常用易燒性指數(shù)或易燒性系數(shù)來(lái)表示。即

易燒性指數(shù)=C3S/（C3A＋C4AF）

易 燒 性 系 數(shù) =100CaO/（2.8SiO2＋1.18Al2O3＋0.65Fe2O3）＋10SiO2/(Al2O3＋Fe2O3)－3(MgO＋K2O＋Na2O)

無(wú)論是易燒性指數(shù)還是易燒性系數(shù)，其值越大越難燒。

此外，也可以“實(shí)用易燒性”來(lái)衡量生料的易燒性，它是指在1 350℃恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯中煅燒生料為熟料，使其fCaO≤2%所需的時(shí)間。時(shí)間短，fCaO含量低，則易燒性好；否則，相反。

影響生料易燒性的因素較多，僅就三率值而言，則是∶

生料KH、n高，生料難燒；反之，易燒。

生料n、p高，生料也難燒，需要有較高的燒成溫度。

生料KH、n、p三高，則需更高的燒成溫度。熟料中硅酸鹽礦物含量高，強(qiáng)度高。

實(shí)踐證明，新型干法水泥生產(chǎn)工藝，對(duì)原燃材料的適應(yīng)性是很強(qiáng)的，是過去的傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯和機(jī)立窯無(wú)法比擬的?，F(xiàn)在，采用三率值配料，一般情況下，可以說(shuō)，單項(xiàng)率值基本上可以不封頂。根據(jù)設(shè)計(jì)熟料的化學(xué)成分和礦物組成,生料KH可以達(dá)到1.0，n值達(dá)到3，p值達(dá)到2，燒出的熟料質(zhì)量仍很好。

設(shè)計(jì)三率值的高低，應(yīng)根據(jù)各廠的原燃材料情況、具體的工藝條件和經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。雖然三率值設(shè)計(jì)范圍很寬，但并不是說(shuō)不需要配方設(shè)計(jì)，而是很需要。關(guān)鍵是能否摸索、總結(jié)出適合自己本廠生產(chǎn)條件的最佳方案。別廠的方案和經(jīng)驗(yàn)只能作參考。

生料中含有的少量次要氧化物，如MgO、K2O和Na2O，具有助熔作用，若含量不高，則有利于熟料的燒成，生料易燒性會(huì)好。但它們的含量過高，則不利于煅燒，易使預(yù)熱器結(jié)皮堵塞；尤其影響熟料的后期強(qiáng)度。

如果生料磨得較細(xì)且均勻穩(wěn)定，燃煤均勻、灰分低、熱值高、揮發(fā)分和細(xì)度適當(dāng)…均有利于熟料的燒成。

2.3 生料配比應(yīng)不斷地及時(shí)調(diào)整

生料配料方案設(shè)計(jì)是否合理、控制是否到位,將直接影響著熟料的產(chǎn)量、質(zhì)量和熱耗等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成。

生料配料是生產(chǎn)中不可缺少的一項(xiàng)重要工作。生料配比方案不是一成不變的，而是要根據(jù)化驗(yàn)室的檢測(cè)結(jié)果和具體情況不斷地進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。為此，化驗(yàn)室應(yīng)多征詢生產(chǎn)部門的意見，各部門要顧大局，工作相互配合，共同努力，爭(zhēng)取質(zhì)量、產(chǎn)量雙豐收。

3 生料的粉磨與均化

3.1 生料的粉磨方法與細(xì)度控制

現(xiàn)在，新型干法水泥企業(yè)，所用的生料磨主要有烘干磨或立式磨。使用這兩種磨，可以省去過去常用的物料烘干機(jī)。烘干磨可以同時(shí)對(duì)入磨物料進(jìn)行烘干和粉磨，并可大量利用溫度為320～350℃的廢氣余熱。烘干原料的平均水分達(dá)6%～8%。制備煤粉所用的設(shè)備，目前大多也是采用烘干磨。立式磨，也具有物料烘干（利用窯尾廢氣）與粉磨的雙項(xiàng)功能。新型干法企業(yè)的生料制備多采用此磨。立式磨的主要特點(diǎn)是∶單位能耗低于管磨；入磨物料粒度允許較大；可以粉磨原始水分較高的物料；單位功率所需場(chǎng)地小。近幾年，利用輥壓機(jī)作為生料終端粉磨的新工藝，已在國(guó)內(nèi)少數(shù)新型干法企業(yè)實(shí)現(xiàn)了開創(chuàng)性應(yīng)用，而且運(yùn)行良好。

目前，有的企業(yè)入磨物料粒度控制過大，石灰石或砂巖的粒度竟在100 mm左右,嚴(yán)重影響了立式磨的產(chǎn)量、能耗和生料的質(zhì)量，出磨生料細(xì)度高達(dá)20%。實(shí)踐證明,如能把入磨物料粒度降低至30 mm左右，出磨生料細(xì)度控制∶80 μm篩篩余16%以下、200 μm篩篩余1.5%以下，不僅可以穩(wěn)定磨機(jī)產(chǎn)量、降低電耗，而且還可大大提高生料的易燒性。

生料磨的生產(chǎn)能力，應(yīng)由主機(jī)平衡計(jì)算出的“小時(shí)產(chǎn)量”來(lái)確定。一般生料粉磨量應(yīng)大于窯煅燒需要生料量的1～1.5倍即可。

3.2 生料的儲(chǔ)存與均化

出磨生料應(yīng)有密閉儲(chǔ)庫(kù)及其均化設(shè)施。即使入磨物料實(shí)行了預(yù)均化，由于配料設(shè)備的誤差、操作因素以及輸送過程中的離析現(xiàn)象的存在，使得出磨生料仍會(huì)有一定的波動(dòng)，達(dá)不到人窯生料控制指標(biāo)的要求。所以，出磨生料不能直接人窯，必須進(jìn)行適當(dāng)均化后，才會(huì)有利于煅燒。

生料的均化方式一般有三種∶自身均化庫(kù)；多庫(kù)搭配；機(jī)械倒庫(kù)?，F(xiàn)在生料一般是采用前兩種方式均化。使用最多的是自身均化庫(kù)，它是采用重力和氣力攪拌聯(lián)合均化的方法，效果較好。生料多庫(kù)搭配均化也很實(shí)用，但不利于大型化、自動(dòng)化管理。機(jī)械倒庫(kù)均化方式比較原始和傳統(tǒng)，目前應(yīng)用者已不多。

現(xiàn)在,新型干法水泥企業(yè)采用的自身均化庫(kù)，有兩種類型∶一種是間歇式均化庫(kù)。其優(yōu)點(diǎn)是均化效率高，適合于生料成分波動(dòng)較大、且配料設(shè)備不夠準(zhǔn)確的生料制備系統(tǒng)。只要入庫(kù)生料化學(xué)成分的平均值符合控制范圍，就能取得較為滿意的結(jié)果。另一種是連續(xù)式均化庫(kù)，生料從庫(kù)頂連續(xù)進(jìn)庫(kù)，經(jīng)過充氣攪拌，同時(shí)連續(xù)出庫(kù)。這種均化，要求生料配料系統(tǒng)要連續(xù)穩(wěn)定。其優(yōu)點(diǎn)是操作管理簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)工藝線的自動(dòng)控制。

總之，生料的均化對(duì)于煅燒至關(guān)重要。若生料采用單庫(kù)，則必須是均化庫(kù)；若采用多庫(kù)搭配或機(jī)械倒庫(kù)均化，必須具有至少3～4個(gè)以上的生料庫(kù)。謹(jǐn)防生料“上進(jìn)下出”、實(shí)際上達(dá)不到均化要求的現(xiàn)象發(fā)生。

4 煤的評(píng)價(jià)、粉磨與使用

4.1 煤的質(zhì)量評(píng)價(jià)和選用

許多人認(rèn)為,優(yōu)質(zhì)煤的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是熱值高、揮發(fā)分高、灰分低、水分低及易磨性好等指標(biāo)。這是購(gòu)買時(shí)確定質(zhì)量及價(jià)格的標(biāo)準(zhǔn)。但作為生產(chǎn)管理者千萬(wàn)不能忘記，煤在人窯煅燒熟料時(shí)，煤質(zhì)成分的均勻與穩(wěn)定，才是最重要而且更為實(shí)際的指標(biāo)。

尤其是原煤磨成煤粉后，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)質(zhì)量的均勻性與穩(wěn)定性。哪怕是熱值不高、灰分偏大、燃點(diǎn)高，但只要均勻、穩(wěn)定即可。假如這些指標(biāo)忽高忽低，變化無(wú)常，就不能認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)燃料。若使用這種燃料，不僅熟料燒不好,而且影響窯襯耐火磚的使用壽命。

在選用原煤時(shí)，首先應(yīng)重視煤的均勻性和穩(wěn)定性的保證程度。然后再討論熱值、揮發(fā)分、灰分、水分等具體指標(biāo)。如果同時(shí)進(jìn)廠幾個(gè)礦點(diǎn)的原煤，其質(zhì)量應(yīng)盡量接近，不宜差別過大。否則，在煅燒系統(tǒng)易產(chǎn)生“分段燃燒”現(xiàn)象，對(duì)熟料的燒成極為不利。

4.2 煤組分對(duì)生料煅燒的影響分析

煤中所含的氮、氧、氯、氟、硫等元素均為有害組分。其危害性如下∶

氮∶煤中含量很少，幾乎沒有。氮是惰性物質(zhì)，不參與燃燒反應(yīng)。煤燃燒時(shí)，約有25%的氮轉(zhuǎn)化為污染環(huán)境的氮氧化物，成為煙氣的成分排入大氣中；

氧∶煤中的氧不但不參與燃燒反應(yīng)，而且與碳、氫等可燃物質(zhì)以化合物存在，降低煤的發(fā)熱能力；

氯∶煤中氯含量一般在0.1%以下，僅個(gè)別的會(huì)達(dá)到0.2%。氯能間接地反映煤中鉀、鈉含量。原燃材料中的氯，在回轉(zhuǎn)窯與預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集到一定程度，會(huì)使預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，破壞窯系統(tǒng)的熱工制度；

氟∶煤在燃燒時(shí)，氟幾乎全部轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性化合物（SiF）4，經(jīng)雨淋等環(huán)境作用會(huì)固定在土壤和水中，能被莊稼和蔬菜吸收；

硫∶一切有機(jī)硫、無(wú)機(jī)硫和單質(zhì)硫都是可燃的。燃燒時(shí)（800～900 ℃）生成 SO2、SO3氣體，其中一部分被煤灰中的堿性成分吸收而被固定，另一部分會(huì)冷凝在預(yù)熱器壁上產(chǎn)生結(jié)皮，給正常生產(chǎn)帶來(lái)麻煩。其余的則被排入大氣中，污染環(huán)境。

水泥企業(yè),一般沒有條件測(cè)定煤的元素組成，常用煤工業(yè)分析計(jì)算煤的熱值。煤工業(yè)分析結(jié)果包括水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳和發(fā)熱量。其中水分、灰分是無(wú)熱值組分；揮發(fā)分、固定碳是產(chǎn)生熱值的有用組分，決定了煤的使用價(jià)值和價(jià)格。使用煤工業(yè)分析計(jì)算的煤發(fā)熱量誤差較大，不能完全反映熟料生產(chǎn)實(shí)際熱耗和企業(yè)的管理水平。因此，建議有條件的企業(yè)，應(yīng)采用氧彈熱量計(jì)等先進(jìn)儀器，直接測(cè)定煤的發(fā)熱量。

在熟料煅燒過程中，煤灰實(shí)際上也作為原料中的一組分參與了化學(xué)反應(yīng)。煤的灰分小，不至于影響到生料質(zhì)量的穩(wěn)定、干擾窯的熱工制度。如果煤的灰分大且不均勻，將會(huì)使熟料質(zhì)量不均齊。

4.3 進(jìn)廠煤的管理、加工與控制

水泥企業(yè)在正常生產(chǎn)中，必須存儲(chǔ)一定量的原煤，這是實(shí)行均化的前提。進(jìn)廠原煤要邊進(jìn)邊用，在廠內(nèi)存放時(shí)間不宜超過兩個(gè)月。堆煤的溫度不應(yīng)超過60℃，以防自燃。

煤的加工，主要是將其粉磨到一定細(xì)度。煤粉磨時(shí)要確保安全第一，防止發(fā)生“燃爆”。為此，進(jìn)入煤磨的熱風(fēng)人口溫度應(yīng)≤350℃；煤磨出口溫度控制，夏天＜65℃，冬天＜70℃；煤粉水分應(yīng)嚴(yán)格控制在1%～2%。煤粉的使用溫度不應(yīng)超過65℃。

確定煤粉細(xì)度的控制指標(biāo)，主要是依據(jù)煤的揮發(fā)分含量。可用一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算∶75 μm（200 目）篩余量≤0.5×揮發(fā)分（%）。

如果使用80 μm篩，煤粉細(xì)度篩余量不應(yīng)大于揮發(fā)分的40%。比如揮發(fā)分為30%的煤細(xì)度指標(biāo)，篩余量完全可以小于12%即可。揮發(fā)分為20%的煤，細(xì)度篩余可為8%。如果揮發(fā)分不足10%的原煤（無(wú)煙煤）,其細(xì)度就應(yīng)為4%。具體的煤粉細(xì)度指標(biāo),應(yīng)根據(jù)各企業(yè)的具體工藝條件及經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

為了保證煤粉的燃燒速度,國(guó)外專家建議，對(duì)煤粉中的粗顆粒應(yīng)進(jìn)行規(guī)定，即根據(jù)煤的種類，300 μm篩余量應(yīng)＜0.2%，而 150 μm篩余量應(yīng)＜0.5%，從而保證煤粉細(xì)度的均勻程度。