利用造气炉渣代替粘土和晶种烧制水泥熟料的尝试.doc

利用造气炉渣代替粘土和晶种烧制水泥熟料的尝试2007-6-7作者: 单位：大连市金州区化工建材局摘要 通过可行性试验和工艺技术探索，利用造气炉渣部分代替粘土和晶种烧制水泥熟料，能改善生料的易磨性和易烧性及料球的体积收缩性、透气性和热稳定性；但降低生料的可塑性和湿球的承荷能力。对此采取提高生料粉磨细度、窑前掺配复合晶种和延长料球在预烧带的滞留时间等措施加以改善后，熟料煅烧收到明显的优质、增产、节能和降耗效果。关键词 造气炉渣，粘土，晶种，生料，料球，工艺性能 造气炉渣(或称碳化炉渣)是合成氨生产中造气工序排放的工业废渣。其大量排放，不仅耗费人力物力，而且浪费资源，污染环境。我们用其部分代替硅质原料和熟料晶种配料烧制水泥熟料，进行可行性试验和应用尝试，收到了明显的技术经济效果。1造气炉渣性能1.1化学成分造气炉渣的化学成分随煤炭产地和加工处理方法的不同而略有差别，但主要成分基本稳定，并与粘土相近，只是钙、铝、硫含量略高，而硅、铁含量略低，详见表1。 表1 造气炉渣的化学成分 (%) 炉渣种类 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 焦炭炉渣 1.14 59.96 23.32 4.02 6.82 1.27 3.02 99.55 煤炭炉渣 1.92 57.81 20.98 5.56 8.21 1.81 3.46 99.751.2表观特征造气炉渣外观呈灰黑色带微孔的熔融块状，颗粒粒径50mm，密度12001400kg/m3。破碎成10mm颗粒后，容重720780kg/m3。阳光下有亮黑色斑点状玻璃光泽。1.3矿物组成经X射线衍射鉴定，造气炉渣的主要组成矿物有石英、莫来石和硅酸二钙，间杂少量的赤铁矿和钙黄长石等铁铝矿物。1.4晶相结构在电镜下显示，造气炉渣的组成矿物的晶相多为无定形、隐晶质或微晶状，颗粒细小，发育不良。其中石英为无定形，莫来石为短柱状隐晶，硅酸二钙呈花蕾或树?*嗵笪鲎次！? 2可行性试验2.1试样制备将常规水泥原料和造气炉渣按配方要求进行计配、混合后，用500mm500mm试验小磨制成细度0.08mm方孔筛筛余为8.0%0.5%的生料试样。造气炉渣的掺配比例、试样化学成分和率值列于表2。 表2 生料试样配比、化学成分及率值 生料试样编号 掺配比例/% 化学成分/% 生料率值 粘土 炉渣 熟晶 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH n P LS0 14.0 0 4.0 40.20 11.80 2.98 2.45 37.55 2.18 0.92 98.08 0.942 2.22 1.22 LS1 10.5 3.5 3.0 40.10 11.43 3.21 2.33 37.76 2.13 1.01 97.97 0.967 2.10 1.38 LS2 7.0 7.0 2.0 39.95 11.08 3.42 2.17 37.98 2.08 1.11 97.79 0.993 1.98 1.58 LS3 3.5 10.5 1.0 39.84 10.76 3.61 2.03 38.21 2.03 1.23 97.71 1.018 1.91 1.87 LS4 0 14.0 0 39.72 10.44 3.84 1.92 38.45 1.98 1.32 97.63 1.044 1.81 2.00注：试样配制中，石灰石、铁粉和入磨煤的配比没变，未掺矿化剂。2.2试验结果为了解造气炉渣对生料和料球工艺性能的影响，利用上述试样进行试验，结果列于表3、4。 表3 水泥生料的工艺性能 试样编号 相对易磨系数 生料塑性指数 熟料CaO/% 熟料fCaO含量/% 生料易烧性系数K/% 1200 1300 1400 1200 1300 1400 LS0 1.00 12.4 62.72 11.24 8.86 3.32 82.87 85.87 94.71 LS1 1.04 11.9 63.02 8.36 5.21 2.98 86.73 91.73 95.27 LS2 1.10 11.5 63.24 7.18 4.98 2.60 88.65 92.13 95.89 LS3 1.16 11.0 63.42 9.27 6.82 3.61 85.38 89.25 94.03 LS4 1.21 10.6 63.78 10.56 7.14 4.26 83.44 88.81 93.32 注：(1)相对易磨性系数为粉磨相同细度所用的时间比；(2)试样粉磨细度为0.08mm方孔筛筛余为8.5%0.5；(3)熟料CaO含量系试样于1400下煅烧30min后的测试结果；(4)熟料fCaO含量系试样于不同温度下煅烧30min后的测试结果；(5)生料的易烧性系数K=(CaO-fCaO)CaO100%。 表4 入窑料球的工艺性能 试样编号 料球水分/% 湿球坠落高度/m 湿球强度/N 干球强度/N 干球磨损率/% 体积收缩率/% 料球气孔率/% 高温爆破率/% 500 1000 LS0 13.8 3.95 4.24 10.51 6.75 23.16 32.50 0 10 LS1 13.5 3.64 3.97 9.42 8.25 21.32 33.42 0 5 LS2 14.0 3.10 3.72 8.36 9.40 20.54 35.36 0 5 LS3 13.6 2.90 3.40 7.35 10.66 19.75 37.35 5 15 LS4 13.2 2.60 3.20 6.26 11.74 18.97 39.42 5 30 注：试样为10mm料球。 试验时还选用编号LS2的配方，磨制成不同细度的试样，进行生料和料球有关工艺性能的测试，结果列于表5。 表5 试样细度对生料和料球部分性能的影响 试样编号 试样细度/% 生料塑性指数 生料易烧性系数K/% 湿球强度/N 湿球坠落高度/m 干球强度/N 干球磨损率/% 500的爆破率/% 1000的爆破率/% LS2-1 10.5 9.8 93.76 3.44 3.80 7.65 10.25 5 15 LS2-2 8.4 11.2 95.04 3.65 4.05 8.50 9.20 0 5 LS2-3 6.5 12.5 96.18 3.82 4.20 9.44 8.16 0 0 LS2-4 4.6 13.7 97.21 3.96 4.50 10.35 7.11 0 0 2.3比较分析比较表24中的试验结果可见，在其他物料配比不变的情况下，以3.5%造气炉渣替代3.5%粘土和1.0%熟料晶种为一个替代梯度，随着替代梯度的增加，生料和料球的工艺性能均发生明显的变化。2.3.1对生料工艺性能的影响随着造气炉渣替代量的增多，生料KH、P值增高，而n值降低，生料易磨性和易烧性变好，可塑性变差。平均每增加一个替代梯度，生料KH和P分别增高0.03和0.20，而n值降低0.10左右，生料易磨性系数提高0.05左右，塑性指数降低0.50左右，在1400下的生料易烧性系数提高0.59%左右。但替代量10.5%时易烧性改善效果变差，这是因为试样的KH和P值过高所致。2.3.2对料球工艺性能的影响从表4对10mm料球的工艺性能测试结果来看，随着造气炉渣替代量的增多，料球承荷能力降低，高温体积收缩率变小，气孔率增大。平均每增加一个替代梯度，湿球坠落高度降低0.34m，湿球强度降低0.28N，干球强度降低1.06N，而干球磨损率提高1.25%左右，体积收缩率减小0.80%左右，料球气孔率增大2.0%左右。造气炉渣替代量7.0%时，料球1000高温爆破率降低5%左右；而替代量10.5%时，料球1000的高温爆破率增高5%20%。2.3.3细度对生料和料球性能的影响比较表5中的试验数据可见，随着试样细度的提高，生料的可塑性、易烧性、料球热稳定性变好，料球承荷能力提高。平均细度每提高2%，塑性指数增高1.3，易烧性系数增高1.15%，湿、干球强度分别提高0.17N和0.9N，而干球磨损率降低1.05%。当试样细度由10.5%提高到8.4%以上时，料球在500时无爆裂；在1000时爆破率降低了5%15%。2.4试验结论1)利用造气炉渣来部分替代粘土和熟料晶种配料，能改善生料的易磨性、易烧性及料球的体积收缩性、透气性和热稳定性，有利于提高生料磨产量、降低生料粉磨电耗，并改善窑内通风和烧结气氛，促进熟料均匀煅烧，其替代量以7.0%为佳。2)利用造气炉渣部分替代粘土和熟料晶种配料，会使生料的塑性变差、料球承荷能力降低，不利于窑内均匀通风和熟料均匀煅烧。对此除须选择最佳替代量外，还须采取一定的技术措施。可在保持生料产量和粉磨电耗的前提下，适当提高生料粉磨细度，以6%8%为宜。 3实践初步尝试3.1工艺技术措施3.1.1调整配料方案根据比较分析，选择LS2的替代量，将配方由试验前的KH=0.993、n=1.98、P=1.58、K1400=95.89%(见表2、3)调整为KH=0.940.02、P=1.30.1、n=2.20.1，以降低液相粘度。并参照有关资料1，计算控制生料易烧性K1400=95.89+0.365-0.612+0.583=98.21%左右。3.1.2简化配料工艺由于掺配造气炉渣后将使生料配料变为石、土、铁、渣、入磨煤、复矿和晶种八组分，操作复杂，影响出磨生料质量的稳定性。为此我们以矿渣水泥为复合晶种，取消石膏矿化剂，改在窑前掺配，将生料磨头配料变为石、土、铁、渣和入磨煤五组分，简化配料工艺。利用425矿渣水泥代替熟料作复合晶种，可以省去晶种单独磨细工艺，改磨前掺配为窑前掺配，消除库存生料因水分含量高而结拱、粘库和结块现象，提高入窑生料的分散性。同时利用矿渣水泥带入的SO3代替石膏矿化剂。3.1.3提高生料细度为提高生料可塑性，将出磨生料细度由0.08mm方孔筛筛余8%10%提高到6%8%。3.1.4强化暗火操作改浅暗火煅烧为深暗火操作，控制湿料层厚度在0.60.8m，底火层深度在1.31.5m，以延长料球在预烧带的滞留时间，利用立窑特有的高温、高湿条件来促进矿渣水泥胶凝性质的充分发挥，提高料球的承荷能力。3.1.5调整窑口参数参考有关资料2，将窑口扩大角度由13缩小到11，扩大高度由1.5m加深到1.8m，倒喇叭位置由2.1m下移到2.8m，使之与生料烧结特性和熟料煅烧方法相匹配。3.2生产尝试结果采取上述措施后，在2.5m10m塔式机立窑生产线上进行生产尝试。结果列于表68。 表6 成球和煅烧工艺控制质量指标 统计时期 料球水分/% 湿球强度 湿料厚度 底火深度 熟料Loss/% 熟料fCaO/% 资料来源时间(年.月) 平均值 合格率 平均值/N 合格率/% 平均值/m 合格率/% 平均值/m 合格率/% 平均值 合格率 平均值 合格率 复矿 13.8 95.4 2.84 76.6 0.44 91.3 1.15 84.5 1.65 93.6 2.34 81.3 1984.48 熟晶 13.2 94.8 3.92 94.2 0.52 94.4 1.25 89.8 0.86 97.5 1.64 92.8 1993.48 炉渣 13.5 96.2 3.76 90.8 0.68 96.2 1.36 92.6 0.62 98.7 1.21 98.5 1999.48表7 熟料理化性能检验结果 统计时期 熟料矿物组成/% 细度 标准稠度/% 安定性合格率/% 凝结时间/(h：min) 抗压强度/抗折强度/MPa 资料来源时间(年.月) C3S C2S C3A C4AF 筛余/% 比表面积/(m2/kg) 初凝 终凝 3d 7d 28d 复矿 57.4 13.8 6.7 13.7 4.4 308.0 25.25 94.6 2：40 4：50 28.5/5.2 42.5/6.5 58.6/7.5 1984.48 熟晶 59.2 13.6 6.2 13.5 4.6 305.0 25.50 96.8 2：25 4：45 30.9/5.4 47.6/6.7 63.5/7.8 1993.48 炉渣 58.9 14.1 6.6 14.4 4.8 301.0 25.75 98.8 2：30 4：25 31.6/5.5 47.2/6.8 63.7/8.0 1999.48表8 机立窑的技术经济指标 统计时期 机立窑运转率/% 平均台时产量/(t/h) 熟料质量 熟料能耗 资料来源时间(年.月) 标号/MPa Loss/% fCaO/% 耗标煤/(kg/t) 耗电/(kWh/t) 复矿 92.8 9.16 58.6 1.56 2.24 155.6 19.2 1984.48 熟晶 94.6 9.67 63.8 0.86 1.86 152.5 18.7 1993.48 炉渣 94.8 9.98 62.7 0.62 1.24 148.3 17.4 1999.483.3应用比较3.3.1熟料煅烧窑况明显改善熟料煅烧中窑面烟气浓白、上升有力，上火速度较快，通风均匀，窑情稳定；窑面跑风、呲火现象极为少见，虽偶尔出现偏火、粘边现象也容易处理，基本消除中心火柱和跑红火现象。湿料层厚度和底火深度合格率、熟料Loss和fCaO合格率都相应提高。3.3.2熟料实物质量有所提高熟料凝结时间缩短，抗压强度提高。fCaO和Loss平均含量与使用复矿时期相比，分别降低1.13%和1.03%；与熟料晶种时期相比，分别降低0.43%和0.24%。3.3.3熟料煅烧能耗有所降低由于生产中使用的煤挥发分高达9.8%10.4%、热值仅为1580017500kJ/kg，燃烧时热力不集中，造成熟料热耗较高。使用造气炉渣后，熟料煅烧能耗有所降低。