生产管理知识_水泥工艺生产硅酸盐水泥的原料及配料计算

第四章生料制备技术 1 生料易烧性2 配料方案的选择3 生料的配料及计算4 生料粉磨工艺技术5 立式磨在生料粉磨中的应用6 生料粉磨系统的调节控制 生料易烧性 1 定义易烧性 水泥生料在固 液 气相环境下 通过的物理化学变化 形成熟料的难易程度 2 方法原理按一定的煅烧制度对水泥生料试体进行煅烧后 测定其f CaO含量 用该f CaO含量表示该生料的煅烧难易程度 f CaO含量愈低 易烧性愈好 生料易烧性愈好 生料煅烧的温度愈低 易烧性愈差 煅烧温度愈高 通常熟料的煅烧温度为1420 1480 生料易烧性 3 检测方法 JC T735 2005水泥生料易烧性试验方法4 易烧性指数或易烧性值的表示易烧性如 BI2 C3S C4AF C3A M K Na Bth 55 5 11 9R 90um 1 58 LSF 90 2 0 43LC2C3S 生料的潜在矿物R 90um 生料中90um筛上余量Lc 1350 时的液相量 生料易烧性 5 影响生料易烧性的主要因素 生料的潜在矿物组成 原料的性质和颗粒组成 原料中石英和方解石含量多 难烧 易烧性差 结晶质粗粒多 易烧性差 生料中次要氧化物和微量元素 含少量 有利于熟料形成 易烧性好 但含量过多 不利于煅烧 生料的均匀性和生料粉磨细度 生料均匀性好 粉磨细度细 易烧性好 矿化剂 掺加各种矿化剂 均可改善生料的易烧性 生料易烧性 5 影响生料易烧性的主要因素 生料的热处理 生料的易烧性差 就要求烧成温度高 煅烧时间长 生料煅烧过程升温速度快 有利于提高新生态产物的活性 易烧性好 液相 生料煅烧时 液相出现温度低 数量多 液相粘度小 表面张力小 离子迁移速度大 易烧性好 有利于熟料的烧成 燃煤的性质 燃煤热值高 煤灰分少 细度细 燃烧速度快 燃烧温度高 有利于熟料的烧成 窑内气氛 窑内氧化气氛煅烧 有利于熟料的形成 4 1 2配料计算 4 1 2 1配料的目的和基本原则配料 根据水泥品种 原料的物理化学性能及具体的生产条件 确定所有原料的配合比 称为生料的配合 简称配料 配料包括原料的选择 熟料组成设计与配料计算 配料是为了确定各原料的数量比例 以保证生产出符合要求的水泥熟料 达到优质 高产 低消耗 适合的配料方案既是工艺设计的依据 又是正常生产的保证 4 1 2配料计算 配料 根据水泥品种 原料的物理化学性能及具体的生产条件 确定所有原料的配合比 称为生料的配合 简称配料 熟料矿物组成的选择 也即配料方案的选择 一般应根据水泥的品种和强度等级 原料和燃料的品质 生料制备和熟料煅烧工艺综合考虑 以达到优质 高产 低消耗和设备长期安全运转的目的 基本原则 配制的生料易磨易烧 生产的熟料优质 充分利用矿山资源 生产过程易于操作控制和管理 并尽可能简化工艺流程 4 1 2 3配料方案的选择 生产某种水泥即是想得到什么样的矿物组成也即是确定什么样的化学成分也即是确定各原料按什么样的比例配合 使化学成分满足要求 这就是确定熟料的率值 也即组成 以下介绍确定熟料率值的依据 即是如何确定配料方案 常见的配料方案有高KH 高铝p 高铁 低p 高硅n 低硅 低n 等 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 硅酸盐水泥 成分可在一定范围波动 CaO 62 67 SiO2 20 24 Al2O3 4 7 Fe2O3 2 5 6 0 只要生产出的水泥能满足GB规定且能保证顺利生产即可 即应该具有正常的凝结时间 良好的安定性与符合相应等级的强度等基本性能 因而可以采用各种配料方案 如低铁 高铁 低硅 高饱和系数等多种方案 但要注意三个率值配合适当 不能过分强调某一率值 当组成偏离过大 会给生产带来较大的困难 合适的配料方案要根据工厂实际情况 在多次实践总结的基础上进行优化 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 快硬早强水泥 应提高早强 即需a 提高C3S C3A含量 即高KH 高p 此时难烧 应降低n 以增加液相量 b 若提高C3A困难 增A 必增SiO2 均由粘土提供 因而配料可能困难 可再提高C3S含量 此时液相粘度未增 未增A 即不一定难烧 n不需要过分降低 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 大坝水泥 防水化热 应降C3S C3A 但C3S降得过多 必影响强度等 所以应先考虑降C3A 即低p 再适当降C3S 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 抗硫酸盐水泥 分中抗硫酸盐水泥 高抗硫酸盐水泥C3A的水化产物会与硫酸盐反应形成钙矾石 体积膨胀94 造成膨胀开裂以至毁坏 因此需降C3A 此时应提高C4AF量 以保证有足够的熔剂矿物 有利于烧成 即需低p C3S水化产物中有较多CH 它会与硫酸盐 除硫酸钡 反应形成硫酸钙 体积膨胀124 同样会导致安定性不良 因而需低KH 一般在0 80 0 85 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 抗硫酸盐水泥 分中抗硫酸盐水泥 高抗硫酸盐水泥中抗硫酸盐硅酸盐水泥 以适当成分的硅酸盐水泥熟料 加入适量石膏 磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料 称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥 简称中抗硫酸盐水泥 代号P MSR 其C3S 55 0C3A 5 0 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据1 水泥品种 以下列举几种水泥 抗硫酸盐水泥 分中抗硫酸盐水泥 高抗硫酸盐水泥高抗硫酸盐硅酸盐水泥 以适当成分的硅酸盐水泥熟料 加入适量石膏 磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料 称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥 简称高抗硫水泥 代号P HSR 其C3S 50 0C3A 3 0 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据2 原料品质必须根据原料的资源情况 物理性质 化学成分及有害成分的含量 决定是否可以使用或将不同品种原料进行搭配 如粘土含Al2O3低时 往往配成C3A低的熟料 如要配成C3A高的熟料 必须用Al2O3高的粘土或其它原料进行搭配 如粘土含SiO2太低 则需搭配含硅高的硅质原料 为样就要提高成本 并使生产工艺复杂 一般粘土质原料应尽量选择含有非晶态SiO2的风化粘土 含微晶石英的粘土质原料次之 尽量不用含有粗大颗粒石英的砂岩和河砂 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据2 原料品质又如石灰石中含燧石 粘土中含砂量多 则要适当降低KH来适应原料的要求 一般石灰石以含有微晶方解石矿体 结晶不良 杂质含量较少的矿体资源为好 即使SiO2等杂质稍多 如果为无定形结构 分布较匀 也不会产生过多的不利影响 当原料资源较好时 KH值可稍高些 否则应低些 等等 因而在一般情况下 为了简化工艺流程 便于生产控制 即使熟料组成略为偏离理想要求 也仍然采用两种或三种原料的配料方案 画图说明由三原料配料改为四原料配料库低配料布置的困难 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据3 燃料品质各厂实际使用煤作燃料时 其灰分都可能在一个较大范围波动 因而完全进入熟料成分后 占熟料成分也有很大范围 如占熟料成分的2 8 煤灰波动会对熟料化学成分 矿物组成和煅烧制度有很大影响 见前介绍控制措施 加强入厂原煤管理 入厂原煤按灰分不同分类堆放 按配料要求配煤 入磨前均化 均化后取样作灰分分析 如有偏差 两度搭配 直到符合要求为止 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据4 生料成分的均匀性未经均化或未达到规定均化指标的生料 其化学成分的分布是不均匀的 生料中高钙硅区需要较高的烧成温度 而高熔剂性组分区要较低的烧成温度 均匀性好的生料只需要正常的烧成温度 因此 在某一温度上是无法适应上述三种烧成温度的 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据4 生料成分的均匀性未经均化或未达到规定均化指标的生料 其化学成分的分布是不均匀的 因而在正常烧成温度下 高钙硅区则会导致f CaO增多 高熔剂性组分区则浪费能源 因而生料成分均匀性差的水泥厂 在配料时 熟料KH值通常比生料成分均匀性好的要低一些 否则反而会使熟料的f CaO增加 熟料质量变差 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据5 窑型与规格见前 不同窑型率值的一般取值范围 6 生料的易烧性生料易烧性 形成熟料的难易程度 好 可采用高KH 高n 高p 否则配低一些 影响易烧性的因素很多 如生料的潜在矿物组成 原料的性质和颗粒组成 生料中的次要氧化物和微量元素 生料的均匀性和粉磨细度 矿化剂 液相 燃煤的性质等 4 1 2 3配料方案的选择 确定熟料率值的依据7 三率值间的相互影响 见前 综合考虑以上条件的基础上 配料方案应满足以下几方面的要求 保证获得一定要求的水泥熟料 要求熟料在煅烧过程中 易于烧成 所得熟料易于粉磨 生产上易于控制 易于操作 优质高产 燃料消耗低等 总之 影响熟料组成设计的因素是多方面的 设计一个合理的配料方案 应根据水泥品种和质量要求 原料资源的情况及各厂的具体条件 不能只强调某一方面 4 1 2 2配料计算的依据 熟料组成确定后 即可根据所用原料进行配料计算 求出符合熟料组成要求的原料配合比 配料计算的依据是物料平衡 即反应物的量应等于生成物的量 随着温度的升高 生料煅烧成熟料经历以下过程 生料干燥蒸发物理水 粘土矿物分解放出结晶水 有机物质的分解挥发 碳酸盐分解放出二氧化碳 液相出现使熟料烧成 因为有水分 二氧化碳以及某些物质逸出 所以 计算时必须采用统一基准 4 1 2 2配料计算的依据 1 干燥基准 以干燥状态 蒸发掉物理水后 质量作为计算基准 用于计算干燥原料配合比和干燥原料的化学成分 干生料 干石灰石 干粘土 干铁粉 不考虑生产损失2 灼烧基准 不考虑煤灰掺入 以灼烧状态 去掉烧失量 结晶水 CO2 挥发物等 质量作为计算基准 用于计算灼烧原料配合比和熟料的化学成分 灼烧生料 灼烧石灰石 灼烧粘土 灼烧铁粉 不考虑生产损失 不考虑煤灰掺入 4 1 2 2配料计算的依据 2 灼烧基准 不考虑煤灰掺入 以灼烧状态 去掉烧失量 结晶水 CO2 挥发物等 质量作为计算基准 用于计算灼烧原料配合比和熟料的化学成分 灼烧生料 灼烧石灰石 灼烧粘土 灼烧铁粉 不考虑生产损失 不考虑煤灰掺入3 灼烧基准 考虑煤灰掺入 则灼烧生料与掺入熟料的煤灰之和应与熟料的质量相等 即熟料 灼烧生料 煤灰 掺入熟料中的 不考虑生产损失 考虑煤灰掺入 4 1 2 2配料计算的依据 4 湿基准 用含水物料作计算的基准 计算出干基的质量配比后 根据原料水分 即可计算湿原料的质量配合比 并最终计算出湿原料百分比 煤灰掺入量计算 煤灰掺入量1 煤灰掺入量计算式式中GA 熟料中煤灰的掺入量 q 单位熟料热耗 kJ kg熟料 Qnet ar 煤的收到基低位热值 kJ kg煤 Aar 煤的收到基灰分含量 S 煤灰沉落率 p 煤耗 kg煤 kg熟料 2 煤灰沉落率S 见书P58表4 1 4 1 2 4配料计算方法 生料配料的计算方法繁多 先介绍应用比较广泛的尝试误差法 包括递减试凑法 以下仍称第一种方法为尝试误差法 第二种方法为递减试凑法 一 尝试误差法先假定原料配合比 计算出熟料组成 看是否符合要求 若不符合 则调整配合比 再重新计算熟料组成 再至合格为止 过程如下 三原料配料 尝试误差法 例 假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产 要求熟料的三个率值为 KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 单位熟料热为3350kJ kg熟料 试计算原料的配合比 题目同P61例4 2 原料与煤灰的化学成分 三原料配料 尝试误差法 说明 原料与煤灰的化学成分 表中化学分析数据总和往往不等于00 这是由于某些物质没有分析测定 因而通常小于100 但不必换算为100 此时 可以加上其它一项补足为100 三原料配料 尝试误差法 说明 有时 分析总和大于100 除了没有分析测定的物质以外 大都是由于该种原 燃料等 特别是一些工业废渣 含有一些低价氧化物 如FeO 甚至金属Fe等 经分析时灼烧后 被氧化为Fe2O3等增加了质量所致 这与熟料煅烧过程相一致 因此 也可以不必换算 三原料配料 尝试误差法 例 假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产 要求熟料的三个率值为 KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 单位熟料热为3350kJ kg熟料 试计算原料的配合比 题目同P61例4 2 煤的工业分析 三原料配料 尝试误差法 1 确定熟料组成 根据题意 已知熟料率值为KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 2 计算煤灰掺入量3 假设干原料配比 通常 三原料配料时 石灰石配合比例为80 左右 粘土配合比例为15 左右 铁粉配合比例为5 左右 据此 设定干燥原料配合比为 石灰石81 粘土15 铁粉4 以此计算生料的化学成分 3 假设干原料配比 设定干燥原料配合比为 石灰石81 粘土15 铁粉4 以此计算生料的化学成分 4 计算干生料化学成分 干生料 干石灰石 干粘土 干铁粉 上表中 石灰石烧失量34 55 42 66 81 0 100 石灰石原料中烧失量百分比 在干生料中配合比 三原料配料 尝试误差法 4 计算干生料化学成分 干生料 干石灰石 干粘土 干铁粉 5 计算灼烧生料化学成分 灼烧生料 干生料 烧失量 上表中 灼烧生料SiO2含量21 47 100 13 88 100 35 34 煤灰掺入量GA 4 57 则灼烧生料配合比为 100 4 57 95 43 按此计算熟料的化学成分 三原料配料 尝试误差法 6 计算熟料化学成分 熟料 灼烧生料 煤灰 上表中灼烧生料SiO2含量20 48 21 47 95 43 100 要求熟料的三个率值为 KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 7 计算熟料组成 率值 要求熟料的三个率值为 KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 7 计算熟料组成 率值 8 调整配合比 重新计算 上述计算结果可知 KH过低 SM过高 IM较接近 为此 应增加石灰石配合比例 减少粘土配比 铁粉可略增加 根据经验统计 每增减1 石灰石 相应减增1 粘土 约增减KH 0 05 据此 调整原料配合比为 石灰石82 2 粘土13 7 铁粉4 1 重新计算结果如下 三原料配料 尝试误差法 8 调整配合比 重新计算 调整原料配合比为 石灰石82 2 粘土13 7 铁粉4 1 重新计算结果如下 三原料配料 尝试误差法 8 调整配合比 重新计算 调整原料配合比为 石灰石82 2 粘土13 7 铁粉4 1 重新计算结果如下 要求熟料的三个率值为 KH 0 89 0 01 SM 2 1 0 1 IM 1 3 0 1 8 调整配合比 重新计算 所得结果KH SM与要求相比均略高 而铝率略为偏低 但已十分接近要求值 如再降低KH与SM值 则应减少石灰石与粘土 这样 就势必再增加铁粉 从而使铝率再低 因此 可按此配料进行生产 即干燥原料配合比为 石灰石 82 2 粘土13 7 铁粉4 1 三原料配料 尝试误差法 8 调整配合比 重新计算 最终确定 干燥原料配合比为 石灰石 82 2 粘土13 7 铁粉4 1 9 由干原料配合比计算湿原料配比设原料操作水分 石灰石为1 粘土为0 8 铁粉为12 则湿原料质量配合比为 湿石灰石 湿粘土 湿铁粉 三原料配料 尝试误差法 9 由干原料配合比计算湿原料配比设原料操作水分 石灰石为1 粘土为0 8 铁粉为12 则湿原料质量配合比为 湿石灰石 湿粘土 湿铁粉 将上述质量比换算为百分比 湿石灰石 湿粘土 湿铁粉 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法设有100kg熟料 煤灰 石灰石 粘土 铁粉 则由熟料组成 率值 可计算出熟料化学成分中各氧化物量 假设知道熟料中煤灰 石灰石 粘土 铁粉各占多少 则可计算出煤灰 石灰石 粘土 铁粉带入熟料各氧化物含量 扣掉100kg熟料中煤灰提供的各氧化物量 则剩下即为三原料提供 再扣除石灰石提供的各氧化物量 剩下即为粘土 铁粉提供 再扣除粘土提供的各氧化物量 剩下即为铁粉提供 再扣除铁粉提供的各氧化物量 减完后 最终熟料中各氧化物含量结果应为0 问 如何知道熟料中煤灰 石灰石 粘土 铁粉各占多少 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法设有100kg熟料 煤灰 石灰石 粘土 铁粉 则由熟料组成 率值 可计算出熟料化学成分中各氧化物量 而熟料是由煤灰 灼烧生料 扣掉100kg熟料中煤灰提供的各氧化物量 则剩下即为三原料提供 再扣除石灰石提供的各氧化物量 剩下即为粘土 铁粉提供 再扣除粘土提供的各氧化物量 剩下即为铁粉提供 再扣除铁粉提供的各氧化物量 理想情况下 结果应为0 即 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法实际扣除时 由于CaO不完全来自石灰石 SiO2不完全来自粘土 Fe2O3不完全来自铁粉 因而在计算扣除量时不准 实际计算到此时 观察偏差 即看哪个干原料扣多了 还是扣少了 该补的补 该扣的继续扣 最佳结果都是0 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法计算过程如下 1 计算四种主要氧化物含量 也即确定 值 值是指熟料中四种主要氧化物的百分含量 值一般在97 左右 影响 值的因素 干原料配合比 干原料中四种主要氧化物含量 换个说法 即是除四种主要氧化物外的 其它 含量 因而 其它 含量越多 带入到熟料中就越多 四种主要氧化物含量相应会降低 先看干原料配合比对熟料中四种主要氧化物 100 其它 含量的影响 干原料配合比对熟料中四种主要氧化物 100 其它 含量的影响 上例尝试误差法计算过程中 设定干燥原料配合比为 石灰石81 粘土15 铁粉4 时 熟料化学成分为 则 22 93 5 93 4 48 64 24 97 58调整原料配合比为 石灰石82 2 粘土13 7 铁粉4 1 时 熟料化学成分为 最终 21 80 5 7 4 49 65 63 97 62 干原料配合比对熟料中四种主要氧化物 100 其它 含量的影响 配合比为 石灰石81 粘土15 铁粉4 时 则 22 93 5 93 4 48 64 24 97 58配合比为 石灰石82 2 粘土13 7 铁粉4 1 时最终 21 80 5 7 4 49 65 63 97 62可见干原料配比在一个小范围内变化时 熟料化学成分中四种主要氧化物含量之和 值几乎没变化 在干原料配比设定合适的情况下 主要与原料中四种主要氧化物含量多少有关 因而可得出 值的近似计算方法 其它 值的大致确定方法 和尝试误差法一样 计算得到 其它 含量的大致值 即假定各原料配比 石灰石一般82 粘土一般15 铁粉一般3 三原料最终配比一般和此相差不大 计算出熟料中各主要氧化物的总百分含量 计算 较麻烦 要计算四种主要氧化物含量 一般可直接计算 其它 更简单 以下介绍 其它 值的大致确定方法 100 其它 其它 值的大致确定方法 其它 值的大致确定方法 100 其它 计算熟料中煤灰掺入量GA 4 57 由原料及煤灰的化学成分表可得到如下值 石灰石中 其它 含量 0 57 100 99 28 1 29 粘土中 其它 含量 0 92 100 98 05 2 87 铁粉中 其它 含量 0 09 100 97 84 2 25 煤灰中 其它 含量 1 19 100 99 30 1 89 其它 值的大致确定方法 其它 值的大致确定方法 100 其它即原始计算表如下 列表计算如下 34 13 42 66 82 10035 02 34 13 0 90 其它 值的大致确定方法 其它 值的大致确定方法 100 其它列表计算如下 2 44 1 59 100 100 35 02 2 33 2 44 95 43 1000 09 1 89 4 57 100 1 89为煤灰中其它 其它 值的大致确定方法 其它 值的大致确定方法 100 其它列表计算如下 则熟料中四种主要氧化物百分含量为100 2 42 97 58 因而可设 97 5 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法1 计算四种主要氧化物含量 也即确定 值 97 5 2 计算要求熟料化学成分 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法1 计算四种主要氧化物含量 也即确定 值 97 5 2 计算要求熟料化学成分F 4 50 A 5 85 S 21 74 C 65 41 3 以100kg熟料为基准 列表递减如下 第四节配料计算 二 递减试凑法1 计算四种主要氧化物含量 也即确定 值 97 5 2 计算要求熟料化学成分F 4 50 A 5 85 S 21 74 C 65 41 3 以100kg熟料为基准 列表递减如下 三原料配料 递减试凑法 计算结果表明 熟料中Al2O3和Fe2O3略为偏低 但若加粘土和铁粉 则SiO2又过多 因此不再递减计算 其它一项判别不大 说明 设定值合适 4 将干原料质量比换算为百分配合比 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法1 计算四种主要氧化物含量 也即确定 值 97 5 2 计算要求熟料化学成分3 以100kg熟料为基准 列表递减如下 4 将干原料质量比换算为百分配合比 干石灰石 82 2 干粘土 13 7 干铁粉 4 1 5 按上配合比计算熟料率值列表计算过程方法同尝试误差法 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法5 按上配合比计算熟料率值列表计算过程方法同尝试误差法 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法5 按上配合比计算熟料率值列表计算过程方法同尝试误差法 则结果在误差范围内 三原料配料 递减试凑法 二 递减试凑法6 计算湿原料的配合比 方法同尝试误差法 设原料操作水分 石灰石为1 粘土为0 8 铁粉为12 则湿原料质量配合比为 四原料配料 尝试误差法 见书P59例4 1通常四组分配料一般为 石灰石80 左右砂页岩 砂岩 10 左右铁矿石4 左右粉煤灰10 左右 作业 3 要求熟料率值 KH 0 88 0 01 SM 2 0 0 1 IM 1 3 0 14 单位熟料热耗 4394kJ kg熟料5 煤灰沉落率 100 水分 1 15 20 EXCEL中规划求解在配料计算中的应用 EXCEL中规划求解在配料计算中的应用 规划求解 将对直接或间接与目标单元格中公式相关联的一组单元格中的数值进