核电专用水泥生产的技术难关探讨

2011-10-18邓玉莲蒋杉平刘品洪杨茂鑫

大众科技 2011年6期

关键词：熟料专用核电

邓玉莲蒋杉平刘品洪杨茂鑫

（广西鱼峰水泥股份有限公司，广西柳州 545008）

核电专用水泥生产的技术难关探讨

邓玉莲蒋杉平刘品洪杨茂鑫

（广西鱼峰水泥股份有限公司，广西柳州 545008）

针对核电专用水泥的特殊技术要求，结合中热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥等国家标准，将核电专用水泥的一道道技术难关逐一进行攻克，生产出完全符合要求的核电专用水泥，赢得了客户的高度评价。

核电专用水泥；水化热；干缩率

（一）引言

核电专用水泥主要运用于建设核电站，该水泥产品参照执行法国标准，要求具有较高的抗压强度（尤其是 3天抗压强度），较低的水化热、碱含量、氯离子、干缩率等综合性能指标。该水泥产品集中热水泥、普通硅酸盐水泥、道路水泥和核电水泥的特殊要求于一体，也就是说，核电水泥不但要满足中热水泥的水化热标准，而且还要满足道路水泥的干缩率要求和普通硅酸盐水泥的强度要求，以及工程本身所要求的特殊要求，如碱含量及进场水泥温度等。要同时满足多品种水泥不同的技术指标要求，指标范围窄，生产难度大。

（二）技术难关

1.水泥的水化热与水泥强度之间的矛盾

核电专用水泥的水化热要求：d3≤251 kJ/kg，d28≤293 kJ/kg；水泥强度要求：R3≥17MPa，R28≥42.5Mpa；最大的难点在必须兼顾水泥的水化热和强度，强度太高，水化热必然超标，所以必须找到一个平衡点。

2.水泥的干缩率难关

核电专用水泥的干缩率要求：28d≤1000μm/m；影响水泥干缩率的的关建性指标有三个方面：

①水泥比表面积

②熟料矿物组成

③水泥SO3含量

但水泥中 SO3含量、比表面积、熟料矿物组成与水泥的强度和水化热又是相辅相成的，水泥SO3和比表面积高低直接影响到水泥的强度，熟料的矿物组成又与水化热悉悉相关，在此，必须多项指标兼顾考虑。

3.水泥温度高技术难关

核电专用水泥的进场温度要求≤60℃，而出磨水泥温度夏季一般在120℃左右，通过水泥输送系统进入水泥库后，水泥温度一般还有95℃左右，很难达到工地施工要求。

（三）逐一解决核电专用水泥生产中碰到的难题

1.在水泥的水化热与水泥强度之间找到一个平衡点

（1）通过合理的配料方案，解决熟料强度及熟料水化热矛盾

在配料方案的设计上，参照中热水泥多年的生产经验，按照低水化热要求进行设计，即适宜的C3S和C3A含量，既保证熟料强度又保证水化热，根据本公司1#窑的特性及核电专用水泥熟料的特殊矿物组成（C3A≤7%，C3S≤57%）进行配料方案的设计，确定熟料的控制指标为：LSF：91±1.5；SM：2.20±0.1；IM：0.75±0.1；f .c≤0.8%立升重≥1200g/L；C3A=1%～4%；C3S=54%～56%。

（2）原燃材料的选型

针对配料要求，对原燃材料进行了专项采购：

1）原料质量见表1

表1

2）煤炭质量见表2

表2

2.水泥比表面积范围的确定

由于本公司生产的核电专用水泥不添加任何的混合材，并为高铁方案熟料以及 1#生产线的水泥磨为高细磨,故比面积很难控制，正常情况下水泥比表面积在340m2/Kg以上，并相当不稳定，水化热也偏高，后经采取调整水泥磨机内研磨体的填充率及级配，出磨水泥的比表面积能控制在340 m2/Kg以下，SO3按其余水泥品种控制指标 2.6±0.2%时，对应的水化热、强度见表3：

表3

从上表可知，水泥的比表面积控制在300～330m2/Kg之间，水泥水化热较理想，并3天、28天抗压强度达到合同要求。

3.突破水泥的干缩率难关

影响水泥干缩率的的关建性指标有三个方面：

（1）水泥比表面积

随着水泥颗粒的细化，一方面，水泥中小于 10μm的熟料颗粒含量增加，另一方面，由于C3S矿物的易磨性较好，C3S在水泥微细粉中的含量相应增加，两方面的作用，同样都能提高水泥的早期水化率，使水泥水化硬化体的早期固水率提高，导致水泥石后期干缩率上升。所以较大的水泥细度有利于降低水泥干缩率，因此水泥的比表面积不宜过大，在保证强度的前提下，尽量降低比表面积。在针对水泥的水化热也对水泥的比表面积作了相应的分析，故以此为主要控制指标。

（2）熟料矿物组成

熟料早强矿物含量是影响水泥干缩率的重要因素，早强矿物特别是C3A含量高，由于C3A的水化速度较快，它对水泥干缩率的影响几乎是C3S的6倍，所以熟料中的C3A要控制在一个合理的范围。在配料方案的设计中也对C3A含量作了相应的规定，所以以此为主要控制指标。

（3）水泥SO3含量的控制指标

控制好水泥的SO3含量，也就控制住了石膏的掺加量，石膏掺量变化之所以对水泥干缩率产生影响，是因为石膏与C3A在一定条件下能形成膨胀性的钙矾石从而减少了水泥的干缩变形。当石膏掺量过小，则无法形成钙矾石；当石膏掺量过大时，一方面形成的钙矾石晶体不断成长，大晶体的钙矾石的膨胀作用导致水泥石密实度下降，另一方面，过量的石膏由于本身强度较低，易在水泥石中形成强度的薄弱环节，降低了水泥抵抗干缩变形的能力，导致水泥干缩率上升。石膏能与熟料中 C3A、C4AF化合成 C3A·3C·32H2O、C3(A，F)·3C·32H2O，石膏的最佳掺量必然与水泥中熟料矿物C3A、C4AF的含量有关。在熟料中C3A、C4AF含量确定的基础上，固定水泥的比表面积（320m2/Kg）作最佳SO3控制指标试验，具体数据见表4：

表4

从上表可以看出，核电专用水泥的SO3控制指标以2.5±0.2%控制为最佳。

（4）突破水泥温度高技术难关

对原有的水泥冷却机进行技改，即对冷却机的进水管路进行技改，以提高水泥的冷却效率，改造后每小时冷却水泥从80吨提高到100吨，出入冷却机水泥温差可达40℃，对核电专用水泥进行降温, 经试用,效果较好，出冷却机的水泥温度一般在70℃，并充分利用5个水泥散灰小仓进一步降低水泥温度，最重要的是在我公司防城港中转站清出一个容量达6000吨的水泥库，用于核电水泥的降温使用，水泥温度高问题得到了有效的解决。