淺析高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

高顯束鐘文王 敏張坤悅

（1中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024；2 嘉華特種水泥股份有限公司，四川 樂山 614003）

淺析高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

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（1中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024；2 嘉華特種水泥股份有限公司，四川 樂山 614003）

本文基于材料創(chuàng)新的角度，通過礦物組成優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備出高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料，提高貝利特硅酸鹽水泥的早期強(qiáng)度，降低水泥制備過程的碳排放和能源消耗，并淺析生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。

高強(qiáng)高貝利特；生產(chǎn)；關(guān)鍵技術(shù)

1 前 言

國(guó)內(nèi)外水泥基材料的研究是以節(jié)能、環(huán)保、降耗以及實(shí)現(xiàn)水泥高性能化為重點(diǎn)，以期開發(fā)新型節(jié)能水泥熟料體系，提高水泥性能、降低能源和資源消耗、減少環(huán)境污染、提高水泥的應(yīng)用效能。近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，帶動(dòng)了水泥工業(yè)的快速發(fā)展，目前，我國(guó)水泥產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的60%左右。然而，水泥工業(yè)巨大的產(chǎn)能基數(shù)，使其成為資源能源消耗最大、CO2排放最多的產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)資源、能源和環(huán)境構(gòu)成了巨大的挑戰(zhàn)。水泥工業(yè)向低消耗、低排放轉(zhuǎn)型最有效技術(shù)途徑之一是發(fā)展以貝利特（Belite，2CaO·SiO2，C2S）為主導(dǎo)礦物的低鈣綠色水泥。低鈣硅酸鹽水泥在制備過程中消耗石灰石少，煅燒溫度低，可以大幅度降低資源能源消耗與CO2排放，是水泥工業(yè)未來發(fā)展重點(diǎn)和方向。

以貝利特為主導(dǎo)礦物的硅酸鹽水泥體系的研究源于20世紀(jì)30年代，近幾十年來，德國(guó)、日本、瑞典、印度等國(guó)家都曾開展過相關(guān)的研究工作，但沒能有效解決高C2S含量下水泥早期強(qiáng)度較低的難題。本文從水泥基材料技術(shù)創(chuàng)新的角度出發(fā)，開發(fā)低鈣、低能耗的高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥生產(chǎn)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)的低碳生產(chǎn)、性能提升和規(guī)模應(yīng)用，顯著降低水泥制備全過程的碳排放和能源資源消耗，推動(dòng)我國(guó)水泥工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能減排。

2 高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料制備技術(shù)研究

采用嘉華特種水泥股份有限公司生產(chǎn)用石灰石、石英砂、低堿頁巖、鋁礦廢石、銅礦渣和石膏等生產(chǎn)用原材料進(jìn)行不同C2S和C3A含量高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥制備。原材料化學(xué)成分如表1所示。

表1 原材料化學(xué)成分分析

根據(jù)高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料C2S含量為40%～70%的要求，按照熟料中C3S、C2S、C3A的不同含量設(shè)計(jì)方案并配制生料進(jìn)行煅燒得到高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料。高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料的率值和礦物組成見表2。

表2 高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料樣品率值和礦物組成

將制得的高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料摻加適量的石膏，混合均勻，將SO3含量控制在2.0%～2.3%，即得到高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥樣品。按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥樣品凝結(jié)時(shí)間和3d、7d和28d水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。從測(cè)試結(jié)果可知，經(jīng)優(yōu)化匹配后的高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥在礦物組成范圍C2S＞40%，C3A含量為2%～6%時(shí)，高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥7d抗壓強(qiáng)度大于22MPa，28d抗壓強(qiáng)度大于54MPa。

表3 高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥樣品物理性能檢驗(yàn)結(jié)果

3 高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料礦物組成設(shè)計(jì)和燒成工藝特點(diǎn)，研究生料均勻性、入窯分解率、燒成帶溫度、冷卻機(jī)篦速與風(fēng)量風(fēng)壓等關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料的燒成與熟料質(zhì)量的影響，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，確定高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥的工業(yè)化生產(chǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)。

1）生產(chǎn)的高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料C2S含量40%～65%。

2）提高生料均勻性。生料的波動(dòng)對(duì)熟料立升重、f-CaO和強(qiáng)度的影響較大。入窯生料均勻性越好，窯況會(huì)越好，越有利于高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥熟料的煅燒，使f-CaO會(huì)降低，同時(shí)越有利于熟料質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。

3）適當(dāng)降低喂料量。生料喂料量增大，預(yù)熱效果減弱，物料在窯內(nèi)翻滾不完全，熱交換降低，熟料質(zhì)量變差。當(dāng)生料喂料量略低于設(shè)計(jì)臺(tái)產(chǎn)喂料量時(shí)，更有利于薄料快轉(zhuǎn)，長(zhǎng)焰順燒，及C2S晶體的結(jié)晶，后期強(qiáng)度會(huì)更好的發(fā)揮。

4）控制燒成溫度。燒成過程中篦速適當(dāng)減慢，料層加厚，窯頭溫度上升，熟料冷卻效果好，對(duì)熟料強(qiáng)度有一定提升。風(fēng)量加大，冷卻效果明顯，對(duì)熟料質(zhì)量有利。燒成溫度正常或正常偏高，熟料結(jié)粒越好，質(zhì)量越好。

5）適當(dāng)提高二次風(fēng)溫，在不產(chǎn)生還原氣氛的前提下，適當(dāng)加大窯頭用煤量，有益于燒成帶熱力強(qiáng)度。

6）合理控制分解率。分解率低于90℅，物料預(yù)熱較差，將增加燒成帶熱負(fù)荷，燒成溫度有呈下降趨勢(shì)，熟料質(zhì)量有所變差。分解率控制在90%～96%，可減輕燒成壓力，熟料質(zhì)量變好。

4 結(jié) 語

高強(qiáng)高貝利特硅酸鹽水泥的生產(chǎn)難度較大。在生產(chǎn)過程中應(yīng)合理選材，并對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整控制，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在完善的質(zhì)量控制體系保障下進(jìn)行。

Belief analysis on production key technology of high strength high belite portland cement clinker

Basing on the viewpoint of material innovation, we prepare high strength high belite Portland cement clinker,through mineral composition optimization design, which improves the early strength, reduces carbon emissions and energy consumption during cement production process．And we analyses the key techniques in the production simply．

high strength high belite；production；key technology

TQ172．7文獻(xiàn)識(shí)別碼：B

1003-8965(2017)03-0051-01

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃（課題編號(hào)：2014BAE05B01）