毕业论文范文——工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究

唐 山 学 院毕 业 设 计论文题目：工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究系 别： 环境与化学工程系 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 年 月 日工业废弃物在新型干法水泥生产中的应用研究摘 要工业废弃物可应用于新型干法水泥生产。本文就生料细度、煤粉细度与熟料率值及熟料强度的关系进行了着重讨论。通过数据分析发现：生料的筛余百分数越大，熟料中的游离氧化钙含量越高；KH值增高，熟料中的游离氧化钙含量也增多；熟料中适量的游离氧化钙有利于其强度的提高，A、B线窑熟料在f-CaO含量分别为0.82%和1.14%时，其3天和28天强度都达到最大值；熟料中三氧化硫含量在0.5左右时，熟料强度到达最低值；熟料中游离氧化钙含量随三氧化硫含量先增后减。关键词：熟料 细度 游离氧化钙 三氧化硫 率值 强度Research on Application of Industrial Waste in Precalcining Cement ProductionAbstractIndustrial waste can be applied to the production of precalcining cement.In this paper , the relationship among fineness of raw materials and pulverized coal, modulus of the clinker and strength of clinker are focused on.It is found through data analysis that : the greater the percentage of sieve raw material, the higher content of f-CaO in clinker; the content of f-CaO in clinker increases when KH is improved; the right amount of f-CaO in clinker could do good to the improvement of its strength.When the percentage of f-CaO in clinker of A and B line kiln are 0.82%and 1.14%,the 3d and 28d strength of them reach maximum; the higher fineness of pulverized coal, the higher content of SO3 in the clinker; the clinker strength reach the minimum value when the content of SO3 in clinker is about 0.5%; the content of clinker f-CaO increases and then decreases with the increase of SO3. Key words: clinker; fineness; f-CaO; SO3; modulus; strength目录1 引言11.1新型干法水泥的生产特点11.1.1工艺特点11.1.2经济效益特点11.2新型干法水泥的生产现状及前景21.2.1新型干法水泥的生产现状21.2.2新型干法水泥的发展前景31.3工业废弃物在新型干法水泥中的应用41.4研究目的及意义52 研究内容62.1配料方案的确定62.1.1生产方法的比较62.1.2熟料热耗的确定62.1.3熟料率值的确定72.1.4熟料标号的确定82.2配料计算92.2.1原料及燃料化学成分92.2.2煤灰掺入量102.2.3计算干燥原料的配合比102.2.4 熟料的化学成分112.2.5熟料率值的计算112.2.6熟料矿物组成112.2.7计算湿物料的配合比113 数据分析与讨论133.1生料细度、熟料率值矿物成分及强度间关系的分析133.1.1生料细度与熟料中游离氧化钙的关系133.1.2游离氧化钙与强度的关系163.1.3硅率与游离氧化钙的关系183.1.4 石灰饱和系数与游离氧化钙的关系193.1.5铝率与游离氧化钙之间的关系203.2煤粉细度、熟料三氧化硫含量及强度间关系223.2.1煤粉细度与熟料中三氧化硫含量的关系223.2.2熟料中三氧化硫含量与强度关系243.2.3熟料中三氧化硫含量与其游离氧化钙的关系264 结论28致谢29参考文献30附录31外文资料32唐山学院毕业设计1 引言1.1新型干法水泥的生产特点1.1.1工艺特点新型干法水泥是指采用窑外分解新技术生产的水泥。新型干法水泥生产采用新型原、燃料预均化技术、节能和粉磨技术及装备，以窑外分解技术和悬浮预热器技术为核心，采用了计算机集散控制，实现了水泥生产过程的自动化、优质、低耗、高效和环保。干法回转窑为18世纪末、19世纪初的窑型，比立窑生产要前进一大步。由于它所用干粉为生料，比湿法生产用于蒸发水分的大部分热量减少了，因含水量低于1%，而且也比湿法生产要短很多，但是干法中空窑没有余热利用的装置，所以窑尾温度一般都在700950，热能的浪费比较严重，有些厂里可看到烟囱冒出的现象，每千克熟料热耗达17131828Kcal，且灰尘大，污染较严重。生料质量低，均化差，加之产量也不高（与湿法生产相比），曾经一度要被湿法生产取代。在20世纪30年代初，出现了立波尔窑，窑的尾部加装了炉篦子加热机，对含水量为12%14%的生料球进行加热，较好利用余热，窑尾的温度从700以上降到100150，热耗得到大幅度的下降，提高了熟料的产量和质量。在20世纪50年代带旋风预热器窑又出现了，更好地利用了窑尾的余热，尤其是在20世纪70年代初带窑外分解炉的新型窑生产线的出现，干法生产进入了一个新的阶段。这种产量高、能耗低、技术新、质量好的窑已经成为世界上各国水泥生产的发展的方向。在新型干法水泥生产中，最有意义的发展为在窑尾预热器系统中，生料高度分散，在悬浮状态下进行固热交换。其传热迅速、单位容积较湿法窑产量大、热效率高。新型干法水泥生产技术是在水泥干法生产的过程中综合应用多功能挤压粉磨新技术、IT技术、耐热和耐火材料、新型机械粉体输送装置及新型耐磨等现代科学新技术和新成果的一种现代化水泥生产的技术。新型干法生产技术的问世与发展，使水泥生产线产量得以大幅度提高，为降低能耗提供了技术支撑。1.1.2经济效益特点进入新世纪以来，国内水泥工业发展发生了突破性变化。从技术装备落后型向技术装备先进型转变；从单纯的数量增长型向质量效益增长型转变；从管理的粗放型向管理的集约型转变；从劳动密集型向投资密集型转变；从满足国内市场的需求型向面向国内外两个市场的需求型转变；从资源浪费型向资源节约型转变。实现以上根本性转变的原因，是进入新世纪以来新型干法水泥生产技术得到快速地应用和发展1。工业固体废弃物应用在建筑材料中，节约了资源，改善了传统的建材工业高消耗状况。同时大量使用建材以消耗大量工业固体废弃物，变废物为宝物，具有显著的社会和经济效益。在今后的一段时期内，大幅度提高建筑材料领域对于固体废弃物利用的深度和广度，必将形成水泥产业的一个重要部分和分支。但是在于目前工业固体废弃物综合利用在技术上、范围上和形式上还有待进一步向前扩展，相关法律法规和政策亟待完善。总之，大部分工业固体废弃物都具备成为生产建筑材料的潜能，只要通过科学的方法和途径，就可以节约成本，可以成为建筑材料的原材料，变废为宝，可以创造更高的经济效益，从而实现有限资源的循环利用。从政策层面上看，在产业结构调整政策中明确了新型干法水泥生产中消纳工业废弃物、城市垃圾和污泥的无害化与资源化关键技术及装备开发为政策鼓励类，从实际操作层面上看，配套的政策与措施还是远远不够的。水泥行业相关单位要作研究开发的投入，对企业工艺及流程要作出调整，要进行改造需作投入，要制订相关的生产、质量标准需测定、验证等投入。企业关心的废弃物和生活垃圾的稳定供应要有配套的政策措施或地方法规予以保证。对水泥企业在税收方面优惠政策或给予一定的财政补贴也要配套，使水泥企业也“有利可图”。对废弃物和生活垃圾分类与处置要求，防止二次污染也要有相应的法规予以保证。不少业内人士曾提出水泥窑不是“垃圾桶”的本意也是要求水泥工业对废弃物和生活垃圾处置要有章可循，避免好事办“砸”，不要落得水泥工业“里外都不是人”的尴尬境地。进入新世纪以来，优惠的政策导向和良好的经济效益，水泥工业发展的循环经济的路子越走越宽，吸引了更多的企业进入发展循环经济的行列。相信即将开始的“十二五”规划，必将把建设资源节约型和环境友好型社会，发展循环经济，走新型工业化的道路作为一项重要的战略要求提出。实现从过度依赖自然资源、资金和量的扩张增长、环境投人，向以提高效率和产品质量更多地依靠发展技术进步、循环经济和获取水泥工业经济的增长转变。水泥工业是生产建设、国民经济发展和人民生活中不可或缺的基础性原材料的工业。随着经济的快速发展，我国的水泥产业已达到了相当大的规模，2011年我国水泥的产量达18.5亿吨，为世界水泥总产量的50%以上，连续20多年居于世界的第一位。水泥工业的总产值达5000多亿元，占国内建材行业的总产值三分之一以上。1.2新型干法水泥的生产现状及前景1.2.1新型干法水泥的生产现状新型干法水泥生产技术是20世纪50年代发展起来的新技术，到目前为止在日本、德国等发达国家，以预分解和悬浮预热为核心的新型干法水泥熟料的生产装备率达95%。目前，我国水泥工业正处于产品结构调整和技术结构的关键时期。根据国家的产业结构调整的政策，在近几年要加大力度淘汰消耗高、技术落后、产品质量差、资源浪费和污染严重的小水泥生产线，在总量调控的原则下大力发展新型干法水泥生产。实施与国际标准接轨的水泥强度检验方法以及等同于150的水泥产品的标准等政策，也将为发展新型干法水泥的生产创造有利的条件。近年来，我国水泥工业生产和企业科研设计单位不断加大科研创新的力度，推行优化设计，在认真地总结工程设计经验教训的基础上，使得新型干法水泥生产在技术进步方面取得令人注目的成就。到目前为止，经过技术创新，5000t/d水泥生产线装备的国产化率已达95%以上，我国已基本实现20005000t/d熟料新型干法水泥生产线的成套装备的自给，且装备的性能也基本达到了国际先进水平。该技术优点：热效率高，传热迅速，热耗低，单位容积较湿法水泥产量大。实现“国产化，低投资”是我国全面进入新型干法水泥时代关键之所在，山水集团、海螺集团是实践这一过程的先行者。随着中国新型干法水泥的飞速发展，源于对新型干法水泥工艺技术装备的设计、研究、开发和制造取得了重大的进展。在以往研制和开发2000t/d成套装备技术的基础上，我国采取引进吸收与自行研制相结合的方式，进一步开发10000 t/d 、8000 t/d、5000t/d级的新型干法水泥生产的成套技术装备，大型设备国产化率得以很大提高，企业竞争力得以大大增强了，同时使新型干法水泥生产装备和工艺在“技术装备大型化、工艺过程节能化、控制管理信息化、生产环境清洁化”等方面取得了显著的成就。技术的成熟、先进、可靠，使得制造成本明显下降，生产线的各项主要技术经济指标达到了国际同类生产线的先进水平，企业竞争力明显增强。据中国水泥协会统计，截至2010年底，我国已有1113条新型干法水泥生产线正在运行，年设计熟料产能达95859万吨。其中包括日产5000吨及以上生产线270条；日产40004200吨生产线46条；日产30003500吨生产线53条；日产2500吨生产线324条；日产2000吨生产线76条；日产700吨900吨生产线41条。日产5000吨及以上生产线的水泥熟料产能占整个新型干法水泥的熟料产能的比重为45.27%，新型干法水泥占比重已经达到了76.88%。1.2.2新型干法水泥的发展前景在消化吸收的基础上，多年来，科研设计单位对从原料开采到水泥成品出厂的整个生产过程的工艺技术进行了优化和对成套装备进行了不断的改进，从而使生产线的先进性可靠性得到了根本性改善。其中最具有代表性的是预分解窑锻烧工艺、原料均化技术、自动控制技术和环保技术、粉碎粉磨工艺。经过数代人近半个世纪的努力，国内新型干法水泥生产装备和技术的先进水平已接近国际先进水平，但是我们的整体水平还与其有一段距离。根据国家统计局公布的2010年统计资料，发达国家新型干法窑水泥占总量的达90%以上，而我国新型干法水泥窑水泥仅占总产量的14%，而且这些新型干法水泥生产线的生产技术水平良莠不齐，平均规模仅有46万吨/年，因此，在努力提高新型干法水泥所占比例的同时，必须继续加强技术开发，力争到2015年，完成10000t/d生产线的开发与建设，5000t/d级及以下规模生产线的技术经济指标达到当时国际先进水平，并力求在环境保护和生态化方面达到国际上二十世纪末的水平。水泥工业集约化方向的发展，使工艺设备大型化；生料制备的全过程普遍采用现代化预均化技术；优质、环保、清洁生产、高效、有害物排放量低和节约能源；采用预分解及悬浮预热技术；广泛采用新型耐火材料等；新型干法水泥生产使水泥生产更加的均质稳定，也更加的“高产优质低消耗” 1。1.3工业废弃物在新型干法水泥中的应用工业废弃物的另外一个定义是放错了地点和时间的资源，而在我国绝大部分固体废弃物为工业固体废弃物。国内、国外的实践证明，工业废弃物在建筑材料领域中尤其是水泥的建材化、资源化应用具有十分巨大的潜力和经济效益。工业固体废弃物应用于建筑材料的必要性工业固体废弃物大量堆存，严重污染环境；工业废弃物应用于新型干法水泥生产最大特点是节能，工业固废弃物应用于建筑材料的有利条件工业固体材料广泛应用于建筑材料领域。消费大量的工业固体废料,并逐步过度到消耗大量生活垃圾,使水泥窑从“能源老虎”变成处理垃圾的城市环境的“清洁工” 2。其水泥产品不仅使环境的污染变成环境的保护,而且还具有优质高强的特性。 工业废弃物用于新型干法水泥生产可以归纳出以下五方面基本特征: (1) 使用和生产过程中有利于保护、改造自然环境和治理污染。(2) 其生产所用原料中天然资源尽可能少用,大量使用废渣、尾矿、废液、垃圾等废弃物。 (3) 产品设计以提高生活质量、改善生活环境为宗旨,即产品不仅不损害人体健康,而且还有益于人体健康,使产品具有多功能化,如防火、阻燃、调湿、调温、防射线、消声等。(4) 可使废弃物可回收利用并再生资源化。 (5) 满足各种建设的需要,具有良好的使用性能，生态水泥从设计材料、制备材料、应用材料，直至废弃物的处理，全过程都应以促进社会和经济的可持续发展为目标，都应与生态环境相协调。自上世纪5060年代，我国就已经开始利用工业废渣，7080年代工业废渣利用的种类和数量在不断增多，除矿渣外，煤矸石、粉煤灰、电石渣、磷渣、钢渣、赤泥、铜渣、排烟脱硫石膏、糖渣等相继进入水泥的生产领域，不但可以用做水泥用混合材，还可以用做熟料生产的配料。节能减排稍见成效，吨水泥能耗95.08千克标准煤，比2008年降低8.11%；2009年水泥产品综合能耗大大降低，吨熟料能耗124.15千克标准煤，比2008年降低4.85%。截至2009年全国水泥工业共投资1700.72亿元，增速达61.75%。其中，西部地区投资726.59亿元，所占比重42.72%，增速87.66%，中部地区投资558.89亿元，所占比重32.86%，增速41.39%，东部地区投资415.25亿元，所占比重24.42%，增速54.37%； 2009年全国已有498条2000t/d以上新型干法生产线安装了余热发电，总装机容量3316MW，年发电能力222亿度，减排2000万吨CO2，节能800多万吨标煤。近几年来我国的经济发展速度一直位于世界前列，我们曾用巨大的能源消耗和环境代价完成了GDP的成倍增长，尽管废渣等资源化利用方面，是我国水泥工业的又一个显著的特点，但是其中一个突出问题是在发展过程中仍然在产生大量的工业废弃物，且工业废弃物量还在日益增多，造成严重的环境污染，给社会、经济和环境带来了巨大的负担。据统计2011年，全国工业固体废物的产生量17.6亿吨，比上年增加了15.92%。因此，处理好、综合利用好固体废弃物已经刻不容缓，这也是实现可持续发展的必然的要求。1.4研究目的及意义新型干法水泥生产工艺是国际上目前公认最先进的水泥生产方法，代表国际水泥工业发展最新水平，同时也代表了我国水泥发展的方向。本研究对工业废弃物在水泥生产中应用实践进行分析，着重对粉煤灰、转炉渣等工业废弃物以及石灰石、砂岩等为原料在生产时的粉磨细度与熟料中游离氧化钙的含量，煤粉为燃料在生产时的粉磨细度与熟料中三氧化硫的含量的关系，以及率值与熟料中游离氧化钙，游离氧化钙与熟料三天、二十八天强度，熟料中三氧化硫与游离氧化钙等等之间的关系进行了分析研究。2 研究内容2.1配料方案的确定2.1.1生产方法的比较目前水泥窑主要有两种，一种是窑筒体卧放（稍带斜度），且能作回转运动的窑称为回转窑（也称之旋窑）；另一种窑筒体是竖立放置而不转动的称之为立窑。 水泥回转窑类型及特点：水泥工业在发展过程中回转窑出现不同的不同类型和生产方法，按照生料制备的方法可分为湿法生产和干法生产；按照与生产方法相适应的回转窑可分为湿法回转窑和干法回转窑两种。根据窑尾热交换装置不同，也可分为几种不同类型的窑。回转窑的分类大致如下：1、干法回转窑类型：干法生产中将生料制成生料干粉，水分一般不大于1%，中空式窑由于废气温度高，所以热耗不低。干法生产将生料制成干粉，其流动性比泥浆差，因此原料混合不好，成分不均匀。2、湿法回转窑类型：湿法窑用于湿法生产的水泥窑，湿法生产要将生料制成料浆，含水量为32%40%。湿法回转窑与干法回转窑相比优缺点正好相反，由于制备成的泥浆具有流动性，所以各种原料之间混合均匀，生料成分稳定，因而使烧成的熟料质量高，这是湿法生产中突出的优点，但是它比干法增多了蒸发水分所需的热量3。3、水泥立窑的特点和类型我国目前使用的立窑有两种：机械立窑和普通立窑。机械立窑是机械卸料和加料；普通立窑是人工加料和人工卸料或机械加料，人工卸料；由于机械立窑是连续操作的，它的质量和产量及劳动生产率都要比普通立窑高。 2.1.2熟料热耗的确定在水泥厂中对熟料热耗影响的因素有很多，我国的系统热耗比较高的主要原因有：设备故障比较频繁，结皮堵塞现象严重，因此导致窑运转率的不高。而国外水泥厂家通过采用多通道喷煤管和新型篦式冷却机，以及高效低阻的多级预热器系统等先进工艺，从而降低了水泥生产的熟料的热耗。根据新型干法水泥厂工艺设计手册，见表2-1表 2-1 国内部分预分解窑的规格和特性厂名设计能力（t/d）设计热耗（kJ/kg熟料）回转窑规格（m）分解炉型式分解炉规格（m）辽宁富山50003120TSD辽宁昌庆50003160TDF表2-2 窑型与熟料烧成热耗窑型熟料烧成热耗窑型熟料烧成热耗kJ/kg熟料Kg熟料kJ/kg熟料Kg熟料湿法长窑5000590012001400旋风预热器窑33003600180850干法长窑4600500011001200预分解窑31003300740780以上两个表可以看出，熟料煅烧全过程与所消耗的烧成过程试剂热量有关，除涉及到回转窑（包括分解窑）和燃料、原料性质外，还与熟料余热回收装置（各类冷却机）和废气回收装置（各类余热烘干、余热锅炉和预热器等）等有关。结合水泥厂设计规范的相关要求后，综合考虑确定热耗为3350kJ/kg熟料。2.1.3熟料率值的确定熟料矿物成分的优化设计在水泥生产的工艺过程中，不仅直接决定了水泥熟料的矿物组成，进而决定了熟料和水泥产品的品质。同时对于水泥生产全过程，特别是作为熟料煅烧装备水泥窑的能源消耗、生产效率、安全稳定运转、耐火材料寿命、环境保护条件以及经济效益和生产成本等各种经济技术指标，都有着重大影响。熟料矿物的成分设计，即熟料配料方案或熟料化学成分设计，都必须考虑到许多复杂的因素，例如：燃料条件、原料、配料设备、粉磨条件及物料均化条件、控制条件、熟料煅烧以及冷却条件和对水泥产品的品质的要求等等。最优的配料方案设计，可以获得品质优良的熟料，取得安全稳定生产、高效、优质、低耗的满意效果。否则必然事倍功半，难以获得良好的经济效益，引起生产紊乱。因此，无论是国内还是国外的水泥生产企业对配料方案的优化设计都是非常重视的。国内、国外预分解窑矿物组成以及熟料率值的范围列于表2-3。长期以来，我国水泥企业在生产实践的过程中，对配料方案的设计积累了相当丰富的经验。率值与窑型的范围及矿物的组成范围列于表2-4中。针对中国过去大中型水泥企业大多为老式干法、湿法和半干法生产的特点，采用“高饱和比、高铁、低硅酸率”（一般为0.880.92,n 为2.00.1，P为1.20.1）的配料方案，并在生产过程中取得了比较好的效果，熟料的标号一般可达580650号。上世纪70年代，预分解窑之崛起及与之相配套的各种新技术、新工艺和新装备的相继问世，使水泥熟料技术控制条件及煅烧条件发生了重大的变化。为了适应这种新的情况，国外水泥企业对预分解窑的配料方案也进行了不断的摸索研究，并优选出“高硅酸率、高铝氧率、中饱和比”（一般KH为0.870.02，n为2.50.1,P为1.60.1）的配料方案。70年代中期以来，中国的预分解窑已经有了较大的发展，国家确定预分解窑生产过程中的一个重要科研内容。表2-3国内外预分解窑熟料率值、矿物组成范围生产统计率值范围矿物组成国内国外率值国内设计规范新型干法水泥技术C3S/%546165KH0.870.910.860.900.880.91C2S/%172313SM2.502.702.402.802.402.70C3A/%798IM1.401.801.401.901.401.80C4AF/%91110我国硅酸盐工业一般采用“两高一中”的配料方案注：习惯提法，中饱和比（KH=0.900.02）、高饱和比（KH=0.940.02），中硅酸率值（SM=2.02.3）、高硅酸率（SM=2.42.8）、低硅酸率值（SM=1.61.9），低铝氧率（IM=1.01.3）、高铝氧率（IM=1.41.6）。表2-4窑型与率值的范围、矿物组成范围窑型KHSMIMC3S/%C2S/%C3A/%C4AF/%湿法窑0.880.921.92.51.01.8515916245111117干法窑0.860.892.02.351.01.6466719286111118预分解窑0.870.922.22.61.31.8142814287101012预分解窑推荐值0.882.501.60适宜范围0.860.902.402.801.401.90查新型干法水泥生产工艺设计手册新型干法水泥生产的熟料率值一般控制在：SM=2.60.1，KH=0.900.02, IM=1.50.1。综上所述，最终率值的确定如下：KH=0.900.02，SM=2.50.1，IM=1.50.1。2.1.4熟料标号的确定熟料标号等级是以其28天的抗压强度值来划分的。生产42.5级普通硅酸盐水泥要求熟料的标号要大于42.5，但工厂不能等到28天强度的结果出来后再决定粉磨细度、混合材掺量等生产的控制指标。所以，准确而迅速地查知熟料的强度情况，对生产厂家无疑具有很重要的实用价值。众所周知，水泥熟料是由三氧化二铝、二氧化硅、氧化钙、三氧化二铁等主要氧化物， 按照一定比例化合而成的多矿物集合体。一般用硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙、游离氧化钙等矿物来表示5。作为组成熟料主体的这些矿物，它们与熟料的率值有如下关系： KH= SM= IM=+0.6383 将式 ( +1)整理，得：L=图2-1 熟料28d抗压强度与L值相关图2.2配料计算2.2.1原料及燃料化学成分冀东水泥厂生产原料及燃料化学成分全分析列于表2-5，表2-6，表2-7和表2-8。表2-5 原料化学成分(%)原料烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOW石灰石38.947.581.420.7249.560.842.00砂岩2.4974.662.590.830.290.561.74转炉渣4.7214.64.582337.7910.592.39粉煤灰-43.9528.0211.151.70.615.08煤灰-53.5235.344.464.791.192.00表2-6 煤的工业分析（%）V.arA.arM.arQnet.ar(kJ/kg)23.5523.263.4522610表2-7 各种用煤及水分应用基水分(%)应用基低位热值(kJ/kg)烧成用煤3.4522610烘干用煤5.46215682.2.2煤灰掺入量熟料热耗q=3350kJ/kg熟料根据公式求得： 式中：熟料中煤灰掺入量(%)； 单位熟料热耗(kJ/kg熟料)；煤的应用基低热值(kJ/kg煤)；煤灰掺入量(%)；煤耗(kJ/kg熟料)。2.2.3计算干燥原料的配合比根据原燃料的化学成分全分析，设定干燥物料的配合比为：石灰石84.5%、砂岩7%、转炉渣5.3%、粉煤灰3.2%，以此计算生料的化学成分。生料的化学成分列于表2-8。表2-8 生料的化学成分原料配合比（%）烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaO石灰石84.532.906.411.200.6141.88砂岩70.175.230.180.060.02转炉渣5.30.250.770.241.222.00粉煤灰3.20.191.410.900.360.05生料10035.5213.822.522.2443.95灼烧生料20.793.793.3766.132.2.4 熟料的化学成分煤灰掺入量3.45%，则灼烧生料配合比为100%-3.45%=96.55%。按此计算的熟料的化学成分，如表2-9所示。表2-9 熟料的化学成分原料配合比（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaO灼烧生料96.5520.073.663.2563.84煤灰3.451.851.220.150.17熟料10021.924.883.4064.012.2.5熟料率值的计算熟料的率值计算如下：计算的率值KH=0.892,SM=2.60,IM=1.43在确定的范围之内，所以配比合适。2.2.6熟料矿物组成 则 L= = 2.2.7计算湿物料的配合比原料的水分为：石灰石为2.00 %，砂岩为1.74%，转炉渣为2.39%，粉煤灰为5.08%，则湿原料质量配合比为：湿石灰石=湿砂岩=湿转炉渣=湿粉煤灰=将上述质量比换算成百分比：湿石灰石=湿砂岩=湿转炉渣=湿粉煤灰=3 数据分析与讨论冀东水泥公司三条窑为4500t/d新型干法预分解窑，主要生产普通硅酸盐水泥熟料4。现将冀东水泥公司4500t/d新型干法预分解窑A、B两线生料、燃料和熟料物理化学分析结果及熟料三天和二十八天强度分别列于表3-1和表3-2。表3-1 A线原燃料及熟料强度分析生料细度SO3（%）f-CaO（%）HMKHSMIM3天强度(MPa)28天强度(MPa)煤粉细度16.880.460.782.140.9072.571.4129.457.813.7118.570.460.822.110.8922.591.4029.558.012.7718.830.471.022.130.9022.601.3728.755.913.1318.820.520.952.130.9012.611.3728.554.312.1419.240.531.102.110.9062.571.3529.155.518.7718.780.540.922.110.8952.561.3428.353.020.1719.630.580.912.110.8962.561.3228.855.918.5819.500.610.922.120.8972.591.3728.655.321.86表3-2 B线窑原燃料及熟料强度分析生料细度SO3（%）f-CaO（%）HMKHSMIM3天强度(MPa)28天强度(MPa)煤粉细度19.220.440.842.090.8832.541.4528.959.613.5919.340.451.032.120.8972.61.3728.557.113.0821.050.551.242.120.9032.531.3228.852.415.7419.530.491.122.120.8972.591.3828.056.610.1419.530.611.132.110.8922.591.3829.257.213.7119.200.451.142.130.8992.621.4329.657.813.8821.180.591.232.100.8912.551.3429.054.314.8821.530.531.372.100.8902.551.3628.652.814.003.1生料细度、熟料率值矿物成分及强度间关系的分析3.1.1生料细度与熟料中游离氧化钙的关系为方便起见，现从表3-1与表3-2中选取数据，列于表3-3中。表3-3 A线与B线生料细度与熟料中游离氧化钙百分含量A线B线生料细度f-CaO(%)生料细度f-CaO(%)16.880.7819.220.8418.570.8219.341.0318.780.9219.531.1218.820.9521.051.1118.831.0221.181.2319.241.1021.531.37从表3-3中可以看出，B线窑生料细度要普遍高于A线，且对应生料细度的熟料中游离氧化钙的百分含量B线也要高于A线。根据表3-3中的数据分别画出A线和B线熟料中f-CaO百分含量随生料细度的变化趋势，如图3-1和图3-2。f-CaO百分含量(%)生料细度(%)图3-1 A线窑熟料中f-CaO含量随生料细度的变化趋势生料细度(%)f-CaO百分含量(%) 图3-2 B线窑熟料中f-CaO含量随生料细度的变化趋势由图3-1和图3-2中可以看出，无论是在哪种热工制度条件下，熟料中游离氧化钙的百分含量与入窑生料的细度都基本成正相关量的关系，熟料中游离氧化钙含量都随生料细度的增大而增多。当生料过粗，配料不当或煅烧不良时，熟料中就会出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离石灰，又称游离氧化钙，也即没有与酸性氧化物化合而是以游离状态存在的氧化钙。它在偏光镜下为有明显解理，无色圆形颗粒，有时有反常干涉色。在反光镜下浸湿于蒸馏水后呈彩虹色，很易识别。在烧成温度下，死烧的游离氧化钙因结构比较致密，水化很慢，通常加水3天以后反应才比较明显5。 生料燃烧时熟料形成速度受生料的粉磨细度的影响。生料磨得越细其比表面积越大。生料在窑内发生如固相反应、碳酸钙分解与固液相反应等速度越快，越有利于游离氧化钙的吸收，即越有利于提高水泥窑的质量和产量。若生料颗粒粒度不均匀，特别是含粗颗粒较多并含有一些粗大的方解石和石英晶体时，反应活性低，影响对熟料游离钙的吸收，不利于窑质量和产量的提高。对于煅烧而言，生料越均匀、颗粒越细，比表面积越大，其烧结的性能越好，物料反应得越充分。但是细度过细，其粉磨电耗就越高，在经济上不合理。随着筛余量的减少，尤其当粉磨细度在0.080mm方孔筛筛余10以下时，磨机产量也相应降低，显著增加了粉磨单位产品的电耗，但对熟料中游离钙吸收的影响并不显著。所以，用管磨机生产时，生料粉磨细度，通常控制在0.080mm方孔筛筛余10左右，0.20mm方孔筛筛余小于1.5为宜。用棒球磨生产时、由于产品粒度较均匀，粗大颗粒较少0.080mm方孔筛余可适当放宽至1216，甚至更高，但应控制0.20mm方孔筛筛余小于1.5。当生产水泥的原料中含有隧石、石英、方解石等结晶粗大、难以假烧的成分时，生料细度0.20mm方孔筛筛余小于0.5，0.080mm方孔筛余应控制在5左右。生产控制中寻找最佳生料细度控制指标（即在窑况正常时，强度影响不大、熟料f-CaO合格、生料磨和窑的台时又不低时的生料细度）很重要。经过规定时间后，在某已知温度下测量的游离氧化钙的含量，游离氧化钙的降低数值与生料易烧性的改善相对应；测量规定温度下达到游离氧化钙小于2.0%的时间，时间的减少数值与易烧性的改善相对应。易烧性和反应活性可基本反映固、液、气环境下，在规定的温度范围内，通过复杂的物理化学变化，形成熟料的难易程度。生产易烧性愈好，生料煅烧的温度愈低；易烧性愈差，煅烧温度愈高。当原料中石英和方解石含量多，结晶质粗料多，都会使生料的易烧性变差；此外，率值石灰饱和系数、硅率较高时，其易烧性也会变差。而粉磨的生料细度是影响生料易烧性的一个重要因素。水泥熟料矿物铝酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙等都是通过固相反应完成的。因此，生料的粉磨细度具有极其重要的意义。生料磨得越细，物料颗粒尺寸愈小，比表面积愈大，组分间的接触面愈大，同时表面的质点的自由能愈大，使扩散和反应能力增强，因而反应速度愈快。在实际生产中，往往不可能控制均等的物料粒径。由于物料反应速度与物料颗粒尺寸的平方成反比，因而即使有少量较大尺寸的颗粒，都可显著延缓反应过程的完成。故生产上宜使物料的颗粒分布控制在较窄的范围内，特别要控制0.2以上的粗粒。既有原料问题，又有生料细度问题也就是原料制备的质量问题，同时最主要的是窑系统的一系列操作问题，这些都是造成熟料游离氧化钙偏高的因素。当发现出现熟料中游离氧化钙偏高时，一定要进行分析研究（可采用比较和排除的方法）明确其产生的原因，之后采取适当的措施就能够解决这个问题6。3.1.2游离氧化钙与强度的关系分别从表3-1和表3-2中选取数据，列于表3-4中。根据表3-4可做折线图，如图3-3，图3-4，图3-5，图3-6。表3-4 A、B两线f-CaO与强度A线B线f-CaO（%）3天强度（MPa）28天强度（MPa）f-CaO（%）3天强度（MPa）28天强度（MPa）0.7829.457.81.0328.557.10.8229.558.01.1329.257.20.9128.855.91.1429.657.80.9229.055.31.2329.054.30.9528.555.01.2428.852.4f-CaO含量(%)28天强度(MPa)图3-3 A线f-CaO与熟料28天强度关系f-CaO含量(%)28天强度(MPa)图3-4 B线f-CaO与熟料28天强度f-CaO含量(%)3天强度(MPa)图3-5 A线f-CaO含量与熟料3天强度3天强度(MPa)f-CaO含量(%)图3-6 B线f-CaO含量与熟料3天强度关系图3-3，图3-4，图3-5，图3-6中显示了熟料三天强度、二十八天强度随熟料中游离氧化钙含量的变化情况。从上述四个图中，可以看出熟料强度基本上在游离氧化钙含量较高时均有下降的趋势。从图3-3中可以看出在游离氧化钙百分含量在0.720.82时，A线28天强度逐步上升至最大值58MPa,超过0.82时，其强度呈现出下降的趋势。从图3-4中可以看出在游离氧化钙百分含量在1.031.14范围内，B线28天强度也呈上升走向，最大值为57.8MPa。在图3-5中，A线熟料的3天强度随熟料中游离氧化钙的含量先增加，到达0.82时为最大值，而后开始下降。图3-6中，B线熟料的强度在其游离氧化钙含量为1.031.14时一直上升，至最大值29.6MPa。综合上面四个图可以看出水泥的抗压强度都是随游离氧化钙的含量的变化而变化的，游离氧化钙含量在一定范围内，熟料的强度并不是随游离氧化钙含量的增加而急剧降低7。开始时其强度随游离氧化钙含量增加也增加，达到一最大值后强度随游离氧化钙含量增加而下降，即游离氧化钙含量有一最适宜的范围，在此范围内可使熟料强度达最大值。游离氧化钙的含量要严格控制。游离氧化钙发生水化反应生成氢氧化钙时，其体积要膨胀97.9%，从而在硬化水泥石的内部造成局部膨胀应力8。伴随游离氧化钙的含量的增加，首先是抗折、抗拉强度的降低，进而3天以后强度发生倒缩，甚至严重时会引起安定性不良，使水泥制品开裂变形，最终导致水泥浆体的破坏。一般立窑熟料应控制在2.8%以下，回转窑熟料应控制在1.5%以下。立窑熟料中的游离氧化钙有一部分并没有经过高温死烧，这种熟料虽然强度较低，但其中游离氧化钙的水化速度较快，对建筑物的破坏性并不大，因此立窑熟料中游离氧化钙含量比回转窑熟料是可略为放宽的。3.1.3硅率与游离氧化钙的关系从表3-1中选取KH值与IM值基本相等时的SM值与f-CaO含量数据，列于表3-5中。KH、IM、SM、HM之间的换算见附录。表3-5 A线f-CaO与SMf-CaOSM1.102.570.922.590.962.600.972.61当KH与IM分别基本相同时，随着SM 从2.57至2.61的变化，所得熟料的游离钙含量测定结果见图3-7。根据表3-5做出曲线图，如图3-7。SM值f-CaO百分含量(%)图 3-7 SM与f-CaO关系在铝率和石灰饱和系数相同时，游离氧化钙的百分含量在硅率值为2.572.59范围内呈现出急剧下降趋势，超出此范围后游离氧化钙含量开始上升。在硅率值为2.59时，游离氧化钙含量为最低值0.92。硅率，又称硅酸率，以SM或n表示是由库尔提出的关于熟料中酸性氧化物之间关系的率值。硅率表示的是熟料中氧化硅含量与氧化铁、氧化铝之和的质量比，同时也表示熟料中的硅酸盐矿物与熔剂矿物质的比例。硅率随硅酸盐矿物质与熔剂矿物之比的增减而增减。如果硅率过低，则熟料中硅酸盐矿物含量太少，从而影响到熟料的强度，并且由于煅烧过程中的液相（即熔剂矿物）过多，容易结球、结圈，导致窑内的通风不好，造成窑况的不稳，从而也造成游离氧化偏高6。而如果当熟料中的硅率过高时，熟料就易于粉化，则会使液相量偏少，导致游离氧化钙的不易被吸收，最终造成游离氧化钙含量的偏高。因此根据所做折线图中表显示，将硅率控制在2.59可以使熟料中的游离氧化钙含量最低。3.1.4 石灰饱和系数与游离氧化钙的关系从表 3-1中选取铝率与硅率基本相同时的石灰饱和系数和游离氧化钙的含量的数据，列于表3-6中。表 3-6 A线KH值与f-CaOf-CaOKH0.820.8920.920.8970.970.9010.960.902根据表3-6做折线图，如