淺談降低出廠水泥變異系數(shù)的技術(shù)措施

蔣林海 韋劍寧

（1.北海魚峰環(huán)?？萍加邢薰?，廣西 北海 536000； 2.廣西河池國投魚峰水泥有限公司，廣西 河池 547000）

0 引言

影響出廠水泥的變異系數(shù)因素很多，從原材料的選點(diǎn)及進(jìn)廠、熟料率值設(shè)計、出磨生料配料合格率、入窯生料均化效果、熟料燒成的參數(shù)控制及入窯生料秤和煤粉秤等設(shè)備的穩(wěn)定性、水泥磨所用熟料庫的熟料搭配合理性、水泥磨操作參數(shù)的穩(wěn)定性、混合材料的活性穩(wěn)定性和混合材的配比波動等因素都會造成出廠水泥質(zhì)量的波動變異系數(shù)Cv偏高。特別是入庫水泥的溫度高于70℃以上時會導(dǎo)致二水石膏脫水為半水石膏，嚴(yán)重的會脫水為無水石膏，石膏脫出來的水在庫里溫度高的情況下又和水泥快速發(fā)生水化反應(yīng)，導(dǎo)致水泥在庫里強(qiáng)度損失。而且這個過程是動態(tài)的，隨時間的增長，庫里水泥強(qiáng)度不斷下降而且水泥結(jié)塊。入庫溫度高于90℃的水泥，一般1d和10d的強(qiáng)度相差有10MPa左右，也會造成連續(xù)20個編號出廠水泥強(qiáng)度的波動。

筆者認(rèn)為，在影響水泥質(zhì)量變異系數(shù)Cv的眾多因素中，熟料質(zhì)量、水泥存儲溫度和水泥粉磨工藝的控制十分關(guān)鍵。本文僅從這三個方面進(jìn)行討論。

1 熟料質(zhì)量波動對出廠水泥變異系數(shù)的影響

出窯熟料質(zhì)量的不穩(wěn)定會影響水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，會導(dǎo)致出廠水泥變異系數(shù)Cv變大，甚至超過4.1%。那么，影響熟料質(zhì)量的因素有哪些呢？煅燒熟料的熱工制度、原料的穩(wěn)定性、煤質(zhì)的波動、操作員的控制水平等都是不可忽略的因素。本文僅從原燃料的化學(xué)成分鈣、硅的變化進(jìn)行討論。

1.1 鈣質(zhì)原料的影響

由于一個水泥企業(yè)的石灰石礦山基本確定，因此，做好進(jìn)廠石灰石搭配均化工作，確保進(jìn)廠石灰石CaO和MgO質(zhì)量指標(biāo)符合工藝設(shè)計要求，并盡量不要單獨(dú)使用SiO2含量高于2.0%的石灰石來配料。

1.2 硅質(zhì)原料的影響

硅質(zhì)原料的堿含量、硫含量及結(jié)晶硅含量對熟料質(zhì)量的影響非常大，特別是硅質(zhì)原料中的堿含量對熟料質(zhì)量的影響最大。

科研人員根據(jù)試驗數(shù)據(jù)積累分析，得出熟料中的堿含量每降低0.1%,那么熟料28d抗壓強(qiáng)度相應(yīng)會提高1MPa。另外，試驗表明：CaO在SiO2晶格中的擴(kuò)散速率比SiO2在CaO晶格中高3～4倍。因此，SiO相往往是生料活性的決定性因素。經(jīng)過研究，不同類型SiO2的活性（游離的或化合的）按如下次序降低：玻璃質(zhì)礦渣中的SiO2＞黏土礦中的SiO2＞云母和角閃石中的SiO2＞長石中的SiO2＞α-鱗石英＞α-方石英＞蛋白石＞玉髓＞石英。

因每一個水泥企業(yè)的石灰石礦山基本定型，但硅質(zhì)原料點(diǎn)可以優(yōu)中選優(yōu)?；谏鲜隼碚摚业綁A含量低和SiO2活性高的又能滿足配料計算的硅質(zhì)原料，從理論上是能提高熟料質(zhì)量[1]。

我公司前幾年熟料的堿含量是0.7%～0.8%，通過使用低堿硅質(zhì)原料以后，現(xiàn)在熟料的堿含量穩(wěn)定在0.35%～0.45%，只是由于熟料堿含量的變化在其他相同的生產(chǎn)條件下熟料的28d抗壓強(qiáng)度從57.0MPa～59.0MPa提高到61.0MPa～63.0MPa。

表1是2021年4月份和5月份做的低堿原料使用與不使用的工業(yè)化對比試驗。4月份我們停用低堿黏土A,只使用石灰石、高硅黏土B、低硅黏土C、銅尾渣鐵質(zhì)校正原料四組分配料；5月份使用石灰石、低堿黏土A、高硅黏土B、低硅黏土C、銅尾渣鐵質(zhì)校正原料五組分配料。熟料率值都按KH：0.915±0.020；SM：2.35±0.10；IM：1.60±0.10設(shè)計。2021年4月、5月出窯熟料質(zhì)量的對比見表2；使用不同比例低堿黏土熟料檢測數(shù)據(jù)見表3。

表1 低堿黏土和普通黏土化學(xué)全分析數(shù)據(jù)比對

表2 2021年4月、5月出窯熟料質(zhì)量

表3 使用不同比例低堿黏土熟料檢測數(shù)據(jù)

從表3的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)看，在其他條件不變的情況下，穩(wěn)定使用低堿原料可以有效提高熟料質(zhì)量，每降低0.1%的熟料堿含量，可以提高熟料28d抗壓強(qiáng)度1MPa左右，這個和理論是一致的。因此，為了穩(wěn)定熟料質(zhì)量，必須穩(wěn)定原材料的堿含量，特別是穩(wěn)定硅質(zhì)原料的堿含量。熟料質(zhì)量的穩(wěn)定對降低出廠水泥變異系數(shù)貢獻(xiàn)最大。

在實際生產(chǎn)中，影響熟料質(zhì)量波動的因素很多，除了硅質(zhì)原料堿含量的波動外，窯操作參數(shù)不到位，煤和料不匹配等等。但規(guī)劃好熟料進(jìn)庫，使用時搭配好不同質(zhì)量的熟料，使入磨熟料質(zhì)量均勻就可以降低出廠水泥的變異系數(shù)。

2 入庫水泥溫度對出廠水泥變異系數(shù)的影響

入庫水泥溫度高，會造成水泥中的石膏在水泥庫內(nèi)脫水，這樣不僅會使水泥在庫內(nèi)水化，降低水泥的強(qiáng)度，還會造成水泥在庫內(nèi)結(jié)塊，影響水泥出庫，最終導(dǎo)致水泥結(jié)庫而需要花大代價來清理。

為了獲取不同溫度下水泥在庫內(nèi)密閉空間內(nèi)強(qiáng)度下降的數(shù)據(jù)，我們采取采用模擬試驗的方式，用恒溫烘干箱模擬水泥庫內(nèi)進(jìn)行試驗。具體試驗方法是把同一水泥密閉在一個玻璃瓶中，在恒溫烘干箱內(nèi)不同溫度下恒溫10d，然后進(jìn)行全套物理檢驗。具體試驗布驟如下：取同一個出磨水泥樣，用容量瓶裝入，容量瓶口密封，分別放置于恒溫105℃、恒溫90℃、恒溫80℃和恒溫70℃的烘干箱內(nèi)保存10d，10d后取出樣品分別進(jìn)行物檢強(qiáng)度檢測，所得強(qiáng)度數(shù)據(jù)與出磨水泥強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找出儲存溫度及儲存時間與強(qiáng)度損失的對應(yīng)關(guān)系。具體數(shù)據(jù)對比見表4、表5所示。

從表4和表5數(shù)據(jù)看出，在不同試驗條件下同一水泥在恒溫烘干箱中密閉恒溫10d后，3d抗折強(qiáng)度損失不大，70℃恒溫10d后水泥3d 抗壓強(qiáng)度增長0.4MPa,增長1.4%,28d 抗壓強(qiáng)度增長0.8MPa,增長1.5%；80℃恒溫10d后水泥3d抗壓強(qiáng)度增長1.1MPa,增長4.8%,28d抗壓強(qiáng)度下降2.3MPa,下降4.8%;90℃恒溫10d后水泥3d抗壓強(qiáng)度下降2.0MPa,下降7.3%,28d抗壓強(qiáng)度下降7.4MPa,下降14.2%；105℃恒溫10d后水泥3d抗壓強(qiáng)度下降4.4MPa,下降16.1%，28d抗壓強(qiáng)度下降9.0MPa，下降17.2%。

表4 同一水泥不同溫度下密閉10d強(qiáng)度變化數(shù)據(jù)

表5 試樣密閉前后28d強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比

試驗結(jié)果表明入庫水泥在庫內(nèi)的強(qiáng)度損失隨入庫溫度的升高而逐漸增大，入庫溫度控制在70℃以下，可以解決水泥庫內(nèi)水泥因溫度高而造成二水石膏脫水引起水泥水化強(qiáng)度損失的狀況發(fā)生。

因此，從出磨水泥溫度和入庫水泥溫度兩方面著手，盡量控制出磨水泥溫度不高于105℃，通過水泥降溫設(shè)備等技術(shù)措施嚴(yán)格控制入庫水泥溫度不高于70℃，低于70℃的水泥在庫內(nèi)基本不會水化，不會造成水泥強(qiáng)度降低，可以極大地改善水泥結(jié)庫的狀況，能非常明顯地降低出廠水泥的變異系數(shù)。

我公司通過優(yōu)化篦冷機(jī)操作參數(shù)來降低出篦冷機(jī)熟料溫度，確保入磨熟料溫度在95℃以下；另一方面出磨水泥到水泥庫輸送距離有130m左右，我們通過再增加一路空氣斜槽使入庫水泥從單路輸送升級到雙路輸送，利用空氣斜槽的冷風(fēng)對水泥進(jìn)行降溫。

3 水泥磨操作參數(shù)對出廠水泥變異系數(shù)的影響

穩(wěn)定水泥磨操作參數(shù)可以降低出廠水泥變異系數(shù)。我公司水泥粉磨系統(tǒng)采用一套成都利君Ф1700mm×1200mm輥壓機(jī)加重力無動力V選和動態(tài)選粉機(jī)，組成閉路預(yù)粉磨系統(tǒng)，并與開路Ф3.8m×13m球磨串聯(lián)形成水泥粉磨系統(tǒng)。在水泥磨操作過程中，由于物料的變化，操作員的責(zé)任心及預(yù)判斷性不一樣，常會為避免穩(wěn)流倉爆倉而大幅調(diào)整動態(tài)選粉機(jī)的轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速，這樣操作的后果是是直接快速地改變了入球磨物料的粒度和喂料量。而開路水泥磨入磨物料粒度和喂料量的改變，直接決定了出磨水泥的質(zhì)量，從而使得水泥的變異系數(shù)偏高。

表6是2021年5月10日我們進(jìn)行的在同一工藝配比條件下，只是改變動態(tài)選粉機(jī)的調(diào)速電機(jī)頻率來改變轉(zhuǎn)籠轉(zhuǎn)速，入磨物料細(xì)度和喂料量的大小變化對產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度的試驗數(shù)據(jù)。

表6 不同V選頻率的出磨水泥質(zhì)量對比

從表6可以看出，大幅度地調(diào)整與開路水泥磨串聯(lián)的輥壓機(jī)系統(tǒng)的動態(tài)選粉機(jī)頻率，直接改變了入水泥磨的喂料量大小和改變了入磨粒度，最終降低了出磨水泥比表面積，也明顯降低了出磨水泥28d抗壓強(qiáng)度，最終影響到出廠水泥變異系數(shù)。因此，穩(wěn)定水泥磨操作參數(shù)是降低水泥變異系數(shù)的有效措施。

4 結(jié)束語

當(dāng)前水泥用戶對水泥質(zhì)量穩(wěn)定性的要求比對水泥強(qiáng)度的要求還要嚴(yán)格，因此降低出廠水泥變異系數(shù)，保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性，有利于水泥用戶長期穩(wěn)定混凝土的配比，從而提高施工效率，并提高水泥企業(yè)的市場競爭力。要使出廠水泥變異系數(shù)降低，則需要提高生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的專業(yè)水平，并加強(qiáng)生產(chǎn)過程的控制，通過對熟料質(zhì)量波動、入庫水泥溫度、水泥磨操作參數(shù)等幾方面加強(qiáng)控制，保證水泥生產(chǎn)及質(zhì)量的穩(wěn)定。