浅析高强高贝利特硅酸盐水泥熟料生产关键技术

高显束钟文王 敏张坤悦

（1中国建筑材料科学研究总院，北京 100024；2 嘉华特种水泥股份有限公司，四川 乐山 614003）

浅析高强高贝利特硅酸盐水泥熟料生产关键技术

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（1中国建筑材料科学研究总院，北京 100024；2 嘉华特种水泥股份有限公司，四川 乐山 614003）

本文基于材料创新的角度，通过矿物组成优化设计，制备出高强高贝利特硅酸盐水泥熟料，提高贝利特硅酸盐水泥的早期强度，降低水泥制备过程的碳排放和能源消耗，并浅析生产关键技术。

高强高贝利特；生产；关键技术

1 前 言

国内外水泥基材料的研究是以节能、环保、降耗以及实现水泥高性能化为重点，以期开发新型节能水泥熟料体系，提高水泥性能、降低能源和资源消耗、减少环境污染、提高水泥的应用效能。近年来，随着我国经济的腾飞，带动了水泥工业的快速发展，目前，我国水泥产量已占世界总产量的60%左右。然而，水泥工业巨大的产能基数，使其成为资源能源消耗最大、CO2排放最多的产业之一，对资源、能源和环境构成了巨大的挑战。水泥工业向低消耗、低排放转型最有效技术途径之一是发展以贝利特（Belite，2CaO·SiO2，C2S）为主导矿物的低钙绿色水泥。低钙硅酸盐水泥在制备过程中消耗石灰石少，煅烧温度低，可以大幅度降低资源能源消耗与CO2排放，是水泥工业未来发展重点和方向。

以贝利特为主导矿物的硅酸盐水泥体系的研究源于20世纪30年代，近几十年来，德国、日本、瑞典、印度等国家都曾开展过相关的研究工作，但没能有效解决高C2S含量下水泥早期强度较低的难题。本文从水泥基材料技术创新的角度出发，开发低钙、低能耗的高强高贝利特硅酸盐水泥生产及应用关键技术，实现水泥工业的低碳生产、性能提升和规模应用，显著降低水泥制备全过程的碳排放和能源资源消耗，推动我国水泥工业的技术进步和节能减排。

2 高强高贝利特硅酸盐水泥熟料制备技术研究

采用嘉华特种水泥股份有限公司生产用石灰石、石英砂、低碱页岩、铝矿废石、铜矿渣和石膏等生产用原材料进行不同C2S和C3A含量高强高贝利特硅酸盐水泥制备。原材料化学成分如表1所示。

表1 原材料化学成分分析

根据高强高贝利特硅酸盐水泥熟料C2S含量为40%～70%的要求，按照熟料中C3S、C2S、C3A的不同含量设计方案并配制生料进行煅烧得到高强高贝利特硅酸盐水泥熟料。高强高贝利特硅酸盐水泥熟料的率值和矿物组成见表2。

表2 高强高贝利特硅酸盐水泥熟料样品率值和矿物组成

将制得的高强高贝利特硅酸盐水泥熟料掺加适量的石膏，混合均匀，将SO3含量控制在2.0%～2.3%，即得到高强高贝利特硅酸盐水泥样品。按照相关国家标准分别进行高强高贝利特硅酸盐水泥样品凝结时间和3d、7d和28d水泥胶砂强度试验，试验结果见表3。从测试结果可知，经优化匹配后的高强高贝利特硅酸盐水泥在矿物组成范围C2S＞40%，C3A含量为2%～6%时，高强高贝利特硅酸盐水泥7d抗压强度大于22MPa，28d抗压强度大于54MPa。

表3 高强高贝利特硅酸盐水泥样品物理性能检验结果

3 高强高贝利特硅酸盐水泥熟料生产控制关键技术

针对高强高贝利特硅酸盐水泥熟料矿物组成设计和烧成工艺特点，研究生料均匀性、入窑分解率、烧成带温度、冷却机篦速与风量风压等关键工艺参数对高强高贝利特硅酸盐水泥熟料的烧成与熟料质量的影响，并在此基础上优化生产工艺参数，确定高强高贝利特硅酸盐水泥的工业化生产控制关键技术。

1）生产的高强高贝利特硅酸盐水泥熟料C2S含量40%～65%。

2）提高生料均匀性。生料的波动对熟料立升重、f-CaO和强度的影响较大。入窑生料均匀性越好，窑况会越好，越有利于高强高贝利特硅酸盐水泥熟料的煅烧，使f-CaO会降低，同时越有利于熟料质量的稳定和提高。

3）适当降低喂料量。生料喂料量增大，预热效果减弱，物料在窑内翻滚不完全，热交换降低，熟料质量变差。当生料喂料量略低于设计台产喂料量时，更有利于薄料快转，长焰顺烧，及C2S晶体的结晶，后期强度会更好的发挥。

4）控制烧成温度。烧成过程中篦速适当减慢，料层加厚，窑头温度上升，熟料冷却效果好，对熟料强度有一定提升。风量加大，冷却效果明显，对熟料质量有利。烧成温度正常或正常偏高，熟料结粒越好，质量越好。

5）适当提高二次风温，在不产生还原气氛的前提下，适当加大窑头用煤量，有益于烧成带热力强度。

6）合理控制分解率。分解率低于90℅，物料预热较差，将增加烧成带热负荷，烧成温度有呈下降趋势，熟料质量有所变差。分解率控制在90%～96%，可减轻烧成压力，熟料质量变好。

4 结 语

高强高贝利特硅酸盐水泥的生产难度较大。在生产过程中应合理选材，并对生产工艺参数进行调整控制，总结经验，在完善的质量控制体系保障下进行。

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文献识别码：B

1003-8965(2017)03-0051-01

国家“十二五”科技支撑计划（课题编号：2014BAE05B01）