提高立窯水泥質(zhì)量的技術措施
2005-03-28 00:00
引言
2001年4月1日，我國開始正式實施水泥膠砂強度檢驗新方法(1S0法)。由于灰砂比、水灰比、振實、抗壓夾具、級配標準砂等試驗條件的根本不同，徹底改變了GB檢驗方法測定水泥強度值“虛高”的局面。ISO法的等同采用，使我國水泥強度普遍降低了一個標號，這是一項促使水泥質(zhì)量上水平，實現(xiàn)我國水泥標準與ISO國際標準接軌的重要舉措。立窯水泥面臨生存與發(fā)展的嚴峻考驗和挑戰(zhàn)，為使立窯水泥質(zhì)量能夠盡快適應ISO法，本文就提高立窯水泥質(zhì)量方面探討技術措施。
2 提高立窯水泥質(zhì)量的技術措施
2.1 選擇易磨易燒的原燃料
立窯水泥的生產(chǎn)實踐表明，選擇不同的原燃料配料，生料的易磨易燒性是完全不同的。可見，選擇易磨易燒的原燃料十分必要。
2.1.1 石灰石
燧石不僅硬度大，而且晶形結構完整，粉磨、燒成所需的能耗都很高，故燧石含量高于4.0％的石灰石不宜使用。
2.1.2 粘土
用頁巖或粉砂巖作粘土質(zhì)原料有利于粉磨和熟料燒成。
粘土質(zhì)原料一般要求硅率(n)為2．5～3．5，如n >3．5，則可能是含粗砂過多的砂質(zhì)土，不宜使用。
用粗砂作硅質(zhì)校正原料的做法一般不可取。
2.1.3 無煙煤
立窯使用的煤應盡量選用揮發(fā)分為6．59．0％，發(fā)熱量為23000～25080kJ／kg的無煙煤，這種煤有利于上火正常、底火穩(wěn)定，便于立窯大風大料操作。
2.2 物料均化
水泥熟料的主要礦物是靠固相反應形成的，而固相反應是通過高溫下反應物接觸表面上質(zhì)點熱運動的加強，并相互擴散而進行的。因此，生料混合不均勻，有效接觸面就少，必然影響反應速度。從整體看，即使配料方案是合理的，但如果生料混合不均勻，就會造成從各個局部看，某一化學組分不是偏多就是偏少，偏離要求的數(shù)值。生產(chǎn)實踐表明，人窯生料成份穩(wěn)定，立窯生產(chǎn)就容易保持正常，熟料質(zhì)量也就有保證。因此，對沒有自己礦山、原料品質(zhì)波動大、物料儲存期短的立窯水泥廠來說，物料的均化就顯得尤為重要。
2.2.1 原料預均化
原料成份波動是影響出磨生料合格率的主要原因，原料的預均化方式通常有三種：(1)預均化堆場； (2)預均化長條庫；(3)多庫搭配。
預均化堆場均化效果好，均化系數(shù)可達6～10，但投資大，適宜于原料成份波動大，且生產(chǎn)規(guī)模大的立窯廠。預均化長條庫采用平鋪堆料、橫斷面切取物料方式均化，均化效果較好，均化系數(shù)可達3～5，投資較大，適用于礦點多，成分波動較大的原料預均化。多庫搭配效果一般，均化系數(shù)為2～3，但投資省、簡單易行，適用于成份波動不大的原料預均化。
2.2.2 生料均化
出磨生料的成份波動還是較大的，即使在合格范圍內(nèi)，也是如此。因此，進行生料均化很有必要。生料均化方式通常有三種：(1)空氣攪拌；(2)漏斗流式均化；(3)機械倒庫。
空氣攪拌庫常用的有兩種，一種是間歇式空氣攪拌庫，其均化系數(shù)可達8～10；另一種是連續(xù)式空氣攪拌庫，可同時進出料，其均化系數(shù)為6～8。漏斗流式均化方式是指在普通圓庫內(nèi)采用漏斗流式均化裝置，使圓庫內(nèi)物料從上至下，全斷面、立體式的以漏斗流為特征的全方位取料，并使取料、混合均化與出料同步進行，其均化系數(shù)可達2～6。立窯廠常
用的機械倒庫其均化系數(shù)為2～3。
立窯廠的生料均化已越來越被引起重視，并且發(fā)展趨勢是采用均化效果較好的空氣攪拌庫，但在使用時，一定要控制好供氣量、充氣壓力、生料水分及料面高度，這是保證均化庫正常使用和效果的必備條件。
2.3采用工業(yè)廢渣配料
一些工業(yè)廢渣中含有一定量的與水泥熟料成份相似的硅酸鹽礦物及高活性玻璃體，如?；郀t礦渣、鋼渣、電爐還原渣。從化學成份上看，這些廢渣是一種具有較高潛在活性的低鈣高硅熟料。采用一定比例的上述廢渣配料是預先在生料中培植了“晶種(或晶核)”，在燒成過程中充分發(fā)揮晶種的“誘導結晶”作用，不但能夠顯著改善生料易燒性，加速硅酸鹽礦物的大量形成，而且可以降低熟料燒成熱耗及f-CaO含量，促進固相反應的順利進行。此外，當加熱到一定溫度時，處于穩(wěn)定狀態(tài)的高活性玻璃體可釋放出結晶潛熱，在料球內(nèi)部起到“熱激發(fā)”作用。又因廢渣中CaO、Si02系高活性成份，均不需要再耗熱分解即可直接參與化學反應，故有增產(chǎn)、降耗、提高熟料質(zhì)量的作用。
2.4復合礦化劑
自八十年代初復合礦化劑推廣應用以來，各立窯廠普遍取得了提高立窯熟料質(zhì)量并節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的效果。由于復合礦化劑在熟料煅燒過程中，能降低液相的生成溫度和降低液相粘度，有利于硅酸鹽礦物的形成，使立窯煅燒更適宜于較高KH,SM的配料方案，在熟料中形成較多的硅酸鹽礦物，從而提高熟料強度。另外，復合礦化劑的應用還有利于擴大原燃料的使用范圍。值得一提的是，復合礦化劑配料容易引起水泥緩凝和28天抗折強度偏低。
礦化劑的種類很多，大致可分為以下幾類：
1.氟化物類
CaF2、MgF2、AlF3、BaF2、NaF等。據(jù)資料介紹，這些氟化物的礦化效果是NaF>BaP2>Al F3> MgP2CaF2。
2．氟硅酸鹽類
Na2SiP6、MgSiP6、CaSiP6等。
3．硫酸鹽類
NaS04、K2S04、ZnS04、FeS04、Fe2 (S04) 3、MnS04、CaS04等。
4．磷酸鹽類
Ca3(P04) 2、Zn3(P04) 2、AlP04、PeP04等。
5．氯化物類
CaCl2、NaCl等。
6．其它
鉛鋅尾礦、硫尾礦、銅尾礦、鈦礦渣、重晶石尾礦等。
可以作為礦化劑的原料很多，各立窯廠應根據(jù)當?shù)氐馁Y源、成本情況，并結合本廠的生產(chǎn)實際，盡量選用效果好、成本低、符合環(huán)保要求的礦化劑。
2.5 調(diào)整配料方案
水泥強度檢驗采用新方法后，一定要使熟料礦物組份中C3S+C 2S的總量達到75％以上，因為水泥熟料的水硬性礦物主要是硅酸鈣，否則熟料強度就不能保證。所以必須要有一個適當?shù)娘柡捅?，并要提高硅酸率和鋁氧率，減少C4AF的含量。
硅酸率SM表達了水泥熟料中硅酸鹽礦物和熔劑礦物的比值。當熟料飽和系數(shù)相對穩(wěn)定時，SM決定硅酸鹽礦物的數(shù)量，SM高則說明熟料中硅酸鹽礦物多而熔劑礦物相對較少，增加熟料中硅酸鹽礦物比例必須要降低熔劑礦物含量，否則就難以達到目的。
水泥強度檢驗采用新方法后，熟料三個率值的控制可參考如下方案：KH0.92～0.96、SMl.9～2.3、IMl.3～1.6。
2.6控制生科細度
生料細度，特別是900孔篩(0.20mm篩)篩余量，對熟料礦物形成和固相反應完全程度影響很大。900孔篩篩余量增大，粗粒子增多，導致熟料中f-CaO增加而引起水泥安定性不良。下表是熟料中f-CaO隨生料900孔篩篩余量增大而增加的一個例子。
生料900孔篩篩余量(％) | 0 | 0.30 | 0.85 | 1.15 | 2.10 |
熟料中f-CaO含量(％) | 0.5 | 1.5 | 2.8 | 3.7 | 5.1 |
從上表可以看出，由于生料中一般都含有一定量的石英礦物，如不磨細則會顯著推遲化學反應進程，導致熟料中f-CaO增加。因此，為了改善生料易燒性，應積極采取措施降低生料細度，減少粗顆粒含量，提高比表面積。
一般控制生料900孔篩(0.20mm篩)篩余量<0.5％為宜。
2.7 預加水成球與小料球快燒
預加水成球技術已在全國立窯水泥廠推廣十多年時間，但效果好的卻很少。究其原因，主要是生料量控制不穩(wěn)定，特別是當生料水分較高時，生料容易棚倉，造成料量忽多忽少，甚至無料。而料量波動較大時，進入雙軸攪拌機的生料量就不能穩(wěn)定，微機控制的料水跟蹤調(diào)節(jié)就會失靈。因此，為保證預加水成球的效果，首先要嚴格控制生料水分≤1.5％，其次是采用根據(jù)容積式給料原理制造，具有穩(wěn)流、鎖風、計量、可調(diào)性能的穩(wěn)流定量給料裝置，或者采用溢流式生料穩(wěn)壓小倉，下設調(diào)速圓管絞刀，根據(jù)立窯產(chǎn)量控制進入雙軸攪拌機的生料量，由微機跟蹤生料量變化并及時調(diào)節(jié)成球用水量。入窯生料量的調(diào)節(jié)要盡量緩慢。
眾所周知，不同顆粒大小的料球，其對流傳熱系數(shù)也不同，料球的對流傳熱系數(shù)隨其顆粒尺寸的增加而下降，小料球具有較高的對流傳熱系數(shù)和傳熱傳質(zhì)速率。根據(jù)立窯生產(chǎn)實踐，料球粒徑以Ф5～8mm為宜。料球小入窯沖擊力小，不易破碎；含水量少不易粘結；體積小受熱均勻不易爆裂，有利于窯內(nèi)通風和料球的傳熱和傳質(zhì)。料球顆粒過大，傳熱傳質(zhì)慢、易炸球。料球顆粒過小或顆粒不均，則不利于窯內(nèi)通風。
2.8 加強立窯窯體保溫
眾所周知，立窯生產(chǎn)存在“邊壁效應”，即邊部阻力比中部小，邊風容易過剩。因此，由于邊風過剩，已經(jīng)造成了立窯邊部窯溫比中部低，如果立窯窯體保溫效果差，窯體表面散熱就大，就勢必造成立窯邊部和中部的溫差更大。這樣若按立窯中部所需熱量配熱，邊部物料就會欠燒，若按立窯邊部所需熱量配熱，立窯中部熱量就多了，就會造成還原氣氛，熟料產(chǎn)質(zhì)量低、煤耗高。
因此，為了提高立窯熟料產(chǎn)質(zhì)量，便于生料配煤和降低熟料燒成煤耗，必須加強立窯窯體保溫。通常的做法是，采用內(nèi)保溫法，耐火層、保溫層總厚度應≥650mm，靠近窯壁處應加≥60mm的硅鈣板或硅酸鋁纖維氈。另外，在立窯煅燒操作時應盡量減少邊風、改善中部通風。
2.9 采用暗火煅燒
立窯煅燒以暗火操作為宜，首先可以節(jié)約熟料燒成熱耗，提高熱效率，保證熟料的燒成溫度和燒成時間，其次可以減少炸球，降低窯內(nèi)通風阻力和廢氣含塵量，再則對于復合礦化劑配料的立窯廠可以減少氟硫的揮發(fā)，提高復合礦化劑的應用效果。
2.10 立窯熟料和回轉窯熟料混合生產(chǎn)水泥
既有立窯又有回轉窯的企業(yè)，或者有回轉窯熟料來源的立窯企業(yè)，可以采取立窯熟料和回轉窯熟料混合的方法生產(chǎn)水泥。由于立窯熟料一般早期強度較高，回轉窯熟料后期強度較高，化學成份、礦物組成和晶形結構方面各有其長，兩種不同窯型的熟料搭配后在物理力學性能和化學成份上產(chǎn)生優(yōu)勢互補，生產(chǎn)的水泥實物較使用單品種熟料為好。
2.11 降低水泥細度，改善顆粒組成
水泥細度和顆粒組成對充分利用水泥活性和水泥混凝土性能有很大影響，在普通水泥細度的混凝土中可能有20～40％的水泥沒有參與混凝土強度的增長過程，太粗的顆粒不能完全水化，過細的顆?？赡芙Y團，或增大水泥的需水量，影響混凝土性能。現(xiàn)在比較公認的觀點是：3～32μm的顆粒對強度增進率起主要作用，其間各粒級分布是連續(xù)的，總含量不能低于65％。16～24μm的顆粒對水泥性能影響尤為重要，含量愈多愈好。小于3μm的顆粒不要超過10％，大于65μm的粗顆?；钚院苄。詈脹]有。
新標準ISO法對水泥細度十分敏感，試驗證明：比表面積為300m2／kg時，ISO強度與GB強度值相差10.9～16.3％，而達到361m2／kg以上時，相差值就縮小到3～7.9％。比表面積每提高10m2／kg強度則提高0.6～1MPa，說明水泥的比表面積越大，IS0強度就提高得多。
為了適應水泥強度檢驗新方法，降低水泥細度，改善顆粒組成是完全必要的，通常的措施有兩種，其一是采用高細開流管磨機技術，其二是采用高效選粉機。
2.12 調(diào)整混合材的品種與摻入量
水泥強度檢驗新方法實施后，對摻加混合材的水泥產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，無形中限制了水泥中混合材的品種與摻入量。
混合材中活性最好的是礦渣，因此，當?shù)赜械V渣來源的立窯廠應優(yōu)先考慮選用礦渣作混合材。對于其它混合材，如粉煤灰、磷渣、錳渣、煤矸石、青磚、沸石、石灰石等，摻量稍大，有的燒失量超標，而大多造成三天強度偏低，甚至不合格，所以，活性差的混合材應嚴格控制摻入量，盡量少摻。
混合材可以考慮雙摻和三摻，特別是摻加適量石灰石，可以發(fā)揮混合材的互補作用，改善水泥的性能。
3 結束語
提高立窯水泥質(zhì)量是一項系統(tǒng)工程，需要做很多方面的工作，但關鍵是以下四個方面：1、提高入窯生料合格率，使之達到85％以上。2、改變配料方案，使熟料礦物中C3S+C2S達到75％以上。3、加強熟料煅燒，提高立窯熟料燒成率。4、降低水泥細度，提高水泥比表面積。
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