新型干法水泥生產(chǎn)中熟料的質(zhì)量分析與控制

李威威

（河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000）

0 前言

水泥生產(chǎn)需要經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)，主要包括生料制備、預(yù)熱分解、熟料燒成以及水泥粉磨包裝。通過(guò)在以上環(huán)節(jié)中做好生產(chǎn)控制，才能保證產(chǎn)出的水泥質(zhì)量。其中熟料的質(zhì)量決定了水泥成品質(zhì)量的好壞，前者的必需原材料是生料，其配比比例的科學(xué)性，決定了熟料的質(zhì)量。其中生料配料要注意三個(gè)方面的問(wèn)題，即精確計(jì)算配料比例、原材料種類選擇、熟料礦物組成設(shè)計(jì)。

1 熟料組成選擇以及化合物成分含量質(zhì)量分析

水泥由多種礦物組成，根據(jù)不同比例、種類的礦物，所制成的水泥發(fā)揮的作用和功效也不一樣，選取何種礦料須根據(jù)工程的水泥實(shí)際需要而制備。例如根據(jù)工程某施工部位對(duì)強(qiáng)度和抗硫酸鹽侵蝕度的要求，會(huì)制取硅酸鹽水泥和地?zé)崴?。前一種水泥滿足了工程對(duì)于硬度的要求，熟料組成中C3S和C2S的含量較高，使其具有更高的強(qiáng)度；后一種水泥提升C2S和C4AF的含量，以此實(shí)現(xiàn)水泥更高的抗硫酸鹽侵蝕度。需要特別注意的是，熟料控制體現(xiàn)在游離氧化鈣、氧化鎂和率值三個(gè)方面的控制。

1.1 率值控制

率值主要有SM、KM、IM三種，針對(duì)KH率值的控制，應(yīng)關(guān)注生產(chǎn)環(huán)節(jié)的操作水平以及生料均化性，并確保礦化劑的使用在正確條件下使用，如此才能有效提高KH率值。值得注意的是，KH值越高那么C3S值也越高，這是提升熟料強(qiáng)度的關(guān)鍵。率值SM、IM在使用方面需與KH保持適當(dāng)?shù)谋壤?，如此才能保證熟料制取符合相應(yīng)要求。例如，SM與KH的比例，前者過(guò)高則容易造成熟料粉化，后者過(guò)低則使得熟料強(qiáng)度不夠高；但是SM和KH都過(guò)高那么熟料會(huì)被燒成結(jié)，由此水泥中的氧化鈣含量超標(biāo)；SM和KH都過(guò)低，使溶劑液相量多，熟料不易被燒結(jié)，影響制成的水泥質(zhì)量。同樣KH與IM在比例的關(guān)系變化，也會(huì)造成產(chǎn)出水泥質(zhì)量上的變化，例如當(dāng)KH量增高，C3S則隨之降低。鑒于以上原因，需要在生產(chǎn)水泥過(guò)程中，重視對(duì)率值比例的控制[1]。

1.2 減少熟料煅燒中游離氧化鈣含量

熟料質(zhì)量的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，就是觀察游離氧化鈣在其的含量，主要是通過(guò)它確認(rèn)生料煅燒氧化鈣以及其他氧化物的結(jié)合剩余程度。根據(jù)熟料中的游離氧化鈣含量，判定熟料煅燒程度，以及生料配料的合理性，由此明確熟料的安全性與質(zhì)量。鑒于此，要在熟料煅燒中盡最大可能降低其游離氧化鈣含量，此為提升熟料質(zhì)量基本前提。為了實(shí)現(xiàn)水泥更多的功效，還需要在熟料煅燒中做好其他方面的工作。

熟料中游離氧化鈣過(guò)高則會(huì)影響其安全性、穩(wěn)定性，除此之外混凝土外加劑的相容性，也與游離氧化鈣存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)然這并非建議生產(chǎn)混凝土要減少外加劑的使用劑量，而是熟料制取過(guò)程中對(duì)于游離氧化鈣有明確要求，其必須小于1%才能質(zhì)量合格。因此在生產(chǎn)水泥過(guò)程中要注意熟料中游離氧化鈣的控制，使其的比例始終控制在1%以下，要通過(guò)各種手段降低游離氧化鈣的含量，從而減少對(duì)熟料質(zhì)量的影響[2]。

1.3 減少熟料煅燒中氧化鎂含量

氧化鎂也是水泥成分含量第二高的成分，對(duì)于熟料鍛造造成較大的影響。它被視為影響水泥安全穩(wěn)定性的關(guān)鍵成分，因此生產(chǎn)水泥對(duì)于氧化鎂的含量也有著具體規(guī)定，最高不能超過(guò)5%。

熟料煅燒過(guò)程中氧化鎂含量過(guò)高，后者有一部分會(huì)與熟料礦物結(jié)合形成新的物質(zhì)——固溶體。根據(jù)大量的實(shí)踐和研究，過(guò)高的氧化鎂則會(huì)直接降低液相表面張力、液相溫度和增高液相相量。氧化鎂含量的高低影響著熟料煅燒，當(dāng)氧化鎂含量過(guò)高則降低了煅燒溫度，不利于氧化鈣吸收與晶體發(fā)育，縮小熟料煅燒范圍，產(chǎn)出的熟料結(jié)粒細(xì)??；當(dāng)氧化鎂含量提升到更高程度，則直接導(dǎo)致水泥土質(zhì)量不合格。只有保持適中的氧化鎂含量，熟料中的C2S才能有效吸收氧化鈣，在保證質(zhì)量的前提下，始終保持著較為理想的煅燒速度。

2 熟料均化以及煅燒操作注意事項(xiàng)

2.1 熟料均化

之所以在生產(chǎn)水泥時(shí)進(jìn)行均化處理，是保證入窯的生料質(zhì)量均勻、礦物以及其他化學(xué)物質(zhì)得到有效控制，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的配料。鑒于此需要在磨生料時(shí)，先在生料庫(kù)內(nèi)完成調(diào)配和攪拌均化。采用新型干法水泥生產(chǎn)法，也需要將生料在預(yù)均化堆場(chǎng)內(nèi)預(yù)先進(jìn)行均化。

進(jìn)行均化操作時(shí)，先用多庫(kù)再用圓庫(kù)儲(chǔ)存熟料，然后運(yùn)行各庫(kù)型熟料進(jìn)行科學(xué)、合理配料，確保其質(zhì)量均勻，在此基礎(chǔ)上再采用分層堆放法。需要特別注意的是，在此操作過(guò)程要保證熟料質(zhì)量處于均勻的狀態(tài)[3]。

考慮到生料中石灰、石礦成分波動(dòng)大，因此要設(shè)置預(yù)均化堆場(chǎng)；針對(duì)黏土質(zhì)、鐵質(zhì)原料，由于其成分質(zhì)量波動(dòng)小通常不需要均化處理。由此可見生料成分是否均勻影響著熟料質(zhì)量，間接對(duì)窯產(chǎn)量、熱耗、運(yùn)轉(zhuǎn)率等消耗產(chǎn)生影響。

2.2 熟料煅燒操作注意事項(xiàng)

堿性氧化物在熟料煅燒中的應(yīng)用，主要用于降低液相粘度和液相溫度，由此間接影響了熟料產(chǎn)出質(zhì)量，如果其成分過(guò)高則不利于熟料煅燒質(zhì)量。因此，要盡可能在煅燒過(guò)程中減少堿性氧化物的成分，以此促進(jìn)C2S吸收CaO并生成C3S，通過(guò)這樣的過(guò)程有效減少f-Cao。

生產(chǎn)硅酸鹽水泥對(duì)于煅燒有較高的要求，首先要保證其優(yōu)良的熟料，其次C3S、C2S礦物含量需占到一定的比例，同時(shí)為了加強(qiáng)煅燒效果需要礦物細(xì)小化、均勻化處理，如此才能保證硅酸鹽礦物的活性。

以硅酸鹽水泥煅燒為例，在其生料加熱過(guò)程須經(jīng)過(guò)干燥→黏土礦物脫水→碳酸鹽分解→固相反應(yīng)→熟料燒結(jié)、冷卻。

首先是干燥環(huán)節(jié)，在這階段里生料還有一定的含水量，采用相應(yīng)工藝排除生料自由水分，需要將溫度升高至100~150℃。脫水環(huán)節(jié)，是指將生料中的化合水分解出去，層間水和配位水的分解溫度需分別達(dá)到100℃、400~600℃。碳酸鹽分解環(huán)節(jié)，根據(jù)分解溫度的600℃、890℃、1100~1200℃，它們的分解速度呈現(xiàn)著慢、加快、迅速的反應(yīng)，同時(shí)要注意分解過(guò)程保持通風(fēng)情況。碳酸鈣分解過(guò)程，其中有兩個(gè)傳熱過(guò)程，熱氣流向顆粒表面?zhèn)鳠?、物料表面向分界面?zhèn)鳠幔灰粋€(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，由分界面CaCO3分解放出CO2；兩個(gè)傳質(zhì)過(guò)程，CO2向分界面、表面在對(duì)其中擴(kuò)散。固相反應(yīng)環(huán)節(jié)，主要分解熟料中的碳酸鈣，將出現(xiàn)的游離氧化鈣與生料的SiO2、AI2O3、Fe2O3進(jìn)行固相反應(yīng)，從而得到熟料礦物。最后是熟料燒結(jié)與冷卻環(huán)節(jié)，當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1250~1280℃，出現(xiàn)氧化鋁、氧化鐵的液相，在溫度升高下形成發(fā)育良好的阿利特晶體，物料也從疏松狀態(tài)轉(zhuǎn)向致密熟料。在冷卻環(huán)節(jié)，為便于熟料運(yùn)輸、貯存，需要對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，采用平衡冷卻的方法使固液相反應(yīng)充分進(jìn)行。

3 結(jié)論

綜合上述，采用新型干法水泥生產(chǎn)方式，要特別注重熟料的質(zhì)量分析和控制，它是決定產(chǎn)出水泥質(zhì)量的關(guān)鍵。在熟料煅燒過(guò)程中，要盡可能減少游離氧化鈣、氧化鎂、堿性氧化物的成分，同時(shí)還要做好熟料均化處理，如此才能提高水泥生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

[1]馬文華,莫偉健,朱樹海.新型干法水泥熟料生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能減排技術(shù)研究[J].河南科技,2017(21):114-115.

[2]汪泳.新型干法電石渣生產(chǎn)水泥熟料工藝的淺析[J].四川水泥,2015(05):1.

[3]柴友海,王永梅,王廣樂(lè),等.新型干法水泥熟料生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用[J].水泥工程,2014(06):19-21+27.