新型干法水泥生产中熟料的质量分析与控制

2018-03-28李威威

四川水泥 2018年11期

李威威

（河南省豫鹤同力水泥有限公司，河南鹤壁 458000）

0 前言

水泥生产需要经过多个环节，主要包括生料制备、预热分解、熟料烧成以及水泥粉磨包装。通过在以上环节中做好生产控制，才能保证产出的水泥质量。其中熟料的质量决定了水泥成品质量的好坏，前者的必需原材料是生料，其配比比例的科学性，决定了熟料的质量。其中生料配料要注意三个方面的问题，即精确计算配料比例、原材料种类选择、熟料矿物组成设计。

1 熟料组成选择以及化合物成分含量质量分析

水泥由多种矿物组成，根据不同比例、种类的矿物，所制成的水泥发挥的作用和功效也不一样，选取何种矿料须根据工程的水泥实际需要而制备。例如根据工程某施工部位对强度和抗硫酸盐侵蚀度的要求，会制取硅酸盐水泥和地热水泥。前一种水泥满足了工程对于硬度的要求，熟料组成中C3S和C2S的含量较高，使其具有更高的强度；后一种水泥提升C2S和C4AF的含量，以此实现水泥更高的抗硫酸盐侵蚀度。需要特别注意的是，熟料控制体现在游离氧化钙、氧化镁和率值三个方面的控制。

1.1 率值控制

率值主要有SM、KM、IM三种，针对KH率值的控制，应关注生产环节的操作水平以及生料均化性，并确保矿化剂的使用在正确条件下使用，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，这是提升熟料强度的关键。率值SM、IM在使用方面需与KH保持适当的比例，如此才能保证熟料制取符合相应要求。例如，SM与KH的比例，前者过高则容易造成熟料粉化，后者过低则使得熟料强度不够高；但是SM和KH都过高那么熟料会被烧成结，由此水泥中的氧化钙含量超标；SM和KH都过低，使溶剂液相量多，熟料不易被烧结，影响制成的水泥质量。同样KH与IM在比例的关系变化，也会造成产出水泥质量上的变化，例如当KH量增高，C3S则随之降低。鉴于以上原因，需要在生产水泥过程中，重视对率值比例的控制[1]。

1.2 减少熟料煅烧中游离氧化钙含量

熟料质量的检验标准，就是观察游离氧化钙在其的含量，主要是通过它确认生料煅烧氧化钙以及其他氧化物的结合剩余程度。根据熟料中的游离氧化钙含量，判定熟料煅烧程度，以及生料配料的合理性，由此明确熟料的安全性与质量。鉴于此，要在熟料煅烧中尽最大可能降低其游离氧化钙含量，此为提升熟料质量基本前提。为了实现水泥更多的功效，还需要在熟料煅烧中做好其他方面的工作。

熟料中游离氧化钙过高则会影响其安全性、稳定性，除此之外混凝土外加剂的相容性，也与游离氧化钙存在负相关关系。当然这并非建议生产混凝土要减少外加剂的使用剂量，而是熟料制取过程中对于游离氧化钙有明确要求，其必须小于1%才能质量合格。因此在生产水泥过程中要注意熟料中游离氧化钙的控制，使其的比例始终控制在1%以下，要通过各种手段降低游离氧化钙的含量，从而减少对熟料质量的影响[2]。

1.3 减少熟料煅烧中氧化镁含量

氧化镁也是水泥成分含量第二高的成分，对于熟料锻造造成较大的影响。它被视为影响水泥安全稳定性的关键成分，因此生产水泥对于氧化镁的含量也有着具体规定，最高不能超过5%。

熟料煅烧过程中氧化镁含量过高，后者有一部分会与熟料矿物结合形成新的物质——固溶体。根据大量的实践和研究，过高的氧化镁则会直接降低液相表面张力、液相温度和增高液相相量。氧化镁含量的高低影响着熟料煅烧，当氧化镁含量过高则降低了煅烧温度，不利于氧化钙吸收与晶体发育，缩小熟料煅烧范围，产出的熟料结粒细小；当氧化镁含量提升到更高程度，则直接导致水泥土质量不合格。只有保持适中的氧化镁含量，熟料中的C2S才能有效吸收氧化钙，在保证质量的前提下，始终保持着较为理想的煅烧速度。

2 熟料均化以及煅烧操作注意事项

2.1 熟料均化

之所以在生产水泥时进行均化处理，是保证入窑的生料质量均匀、矿物以及其他化学物质得到有效控制，从而实现更加精准的配料。鉴于此需要在磨生料时，先在生料库内完成调配和搅拌均化。采用新型干法水泥生产法，也需要将生料在预均化堆场内预先进行均化。

进行均化操作时，先用多库再用圆库储存熟料，然后运行各库型熟料进行科学、合理配料，确保其质量均匀，在此基础上再采用分层堆放法。需要特别注意的是，在此操作过程要保证熟料质量处于均匀的状态[3]。

考虑到生料中石灰、石矿成分波动大，因此要设置预均化堆场；针对黏土质、铁质原料，由于其成分质量波动小通常不需要均化处理。由此可见生料成分是否均匀影响着熟料质量，间接对窑产量、热耗、运转率等消耗产生影响。

2.2 熟料煅烧操作注意事项

碱性氧化物在熟料煅烧中的应用，主要用于降低液相粘度和液相温度，由此间接影响了熟料产出质量，如果其成分过高则不利于熟料煅烧质量。因此，要尽可能在煅烧过程中减少碱性氧化物的成分，以此促进C2S吸收CaO并生成C3S，通过这样的过程有效减少f-Cao。

生产硅酸盐水泥对于煅烧有较高的要求，首先要保证其优良的熟料，其次C3S、C2S矿物含量需占到一定的比例，同时为了加强煅烧效果需要矿物细小化、均匀化处理，如此才能保证硅酸盐矿物的活性。

以硅酸盐水泥煅烧为例，在其生料加热过程须经过干燥→黏土矿物脱水→碳酸盐分解→固相反应→熟料烧结、冷却。

首先是干燥环节，在这阶段里生料还有一定的含水量，采用相应工艺排除生料自由水分，需要将温度升高至100~150℃。脱水环节，是指将生料中的化合水分解出去，层间水和配位水的分解温度需分别达到100℃、400~600℃。碳酸盐分解环节，根据分解温度的600℃、890℃、1100~1200℃，它们的分解速度呈现着慢、加快、迅速的反应，同时要注意分解过程保持通风情况。碳酸钙分解过程，其中有两个传热过程，热气流向颗粒表面传热、物料表面向分界面传热；一个化学反应过程，由分界面CaCO3分解放出CO2；两个传质过程，CO2向分界面、表面在对其中扩散。固相反应环节，主要分解熟料中的碳酸钙，将出现的游离氧化钙与生料的SiO2、AI2O3、Fe2O3进行固相反应，从而得到熟料矿物。最后是熟料烧结与冷却环节，当烧结温度达到1250~1280℃，出现氧化铝、氧化铁的液相，在温度升高下形成发育良好的阿利特晶体，物料也从疏松状态转向致密熟料。在冷却环节，为便于熟料运输、贮存，需要对其进行冷却处理，采用平衡冷却的方法使固液相反应充分进行。