第四章原料的破碎及均化.doc

第四章 原料的破碎及均化第一节 硅酸盐水泥的原料原料的成分和性能直接影响配料、粉磨、锻烧和熟料的质量，最终也影响水泥的质量。因此，了解和掌握原料的性能，正确地选择和合理地控制原料的质量，是水泥生产工艺中一个重要环节。生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料（主要提供氧化钙）和粘土质原料（主要提供氧化硅和氧化铝，也提供部分氧化铁）。我国粘土原料及煤炭灰分中一般含氧化铝较高，而含氧化铁不足，因此需要加入铁质校正原料。当粘土中氧化硅或氧化铝含量偏低时，可加入硅质或铝质校正原料。 制造水泥的原料应满足以下工艺要求： 1. 化学成分必须满足配料的要求，以能制得成分合适的熟料，否则会使配料困难，甚至无法配料。 2. 有害杂质的含量应尽量少，以利于工艺操作和水泥的质量 3. 应具有良好的工艺性能，如易磨性、易烧性、热稳定性、易混合性，湿法生产时料浆的可泵性，半干法生产的成球性等。 石灰质原料 凡以碳酸钙为主要成分的原料都叫石灰质原料，主要有石灰岩、泥灰岩、白至、贝壳等。它是水泥生产中用量最大的一种原料，一般生产 It 熟料约需 1. 2-1. 3t 石灰质干原料 石灰岩是由碳酸钙所组成的化学与生物化学沉积岩，主要矿物是方解石，并含有白云石，硅质（石英或健石）、含铁矿物和粘土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石，中等硬度、性脆，纯的方解石含有 56ooCa0 和 44ooC0 ：，制造硅酸盐水泥用石灰石中氧化钙含量一般应不低于 48 ，以免配料发生困难。 泥灰岩是碳酸钙和粘土质物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩。泥灰岩中氧化钙含量超过 45 ，石灰饱和系数大于 0. 95 时，称为高钙泥灰岩，用它作原料时应加入粘土配合。若氧化钙含量小于 43. 5 ，石灰饱和系数低于 0. 8 时，称为低钙泥灰岩，一般应与石灰石搭配使用。若氧化钙含量在 43.50o-45 ，其率值也和熟料相近，则称为天然水泥岩，可直接用于烧成熟料，但自然界很少见。泥灰岩是一种较好的水泥原料，因为它含有的石灰岩和粘土已呈均匀状态，易于锻烧，有利于提高窑的产量，降低燃料消耗，泥灰岩的硬度低于石灰岩，所以它的易磨性较好，有利于提高磨机产量，降低粉磨电耗。 石灰石中的白云石 48 2.5 l. 0 1.0 4. 0 二级品 45-48 3. 0 l. 0 1.0 4. 0 泥灰岩 35-45 3. 0 l. 2 l. 0 4. 0 注：石灰石二级品和泥灰岩在一般情况下均需和石灰石一级品搭配使用，当用煤作然料时，搭配后的 CaO 含量要达到 48 ； Si 2 0 ： .A1 2 0 3 ：、 Fe203 的含量应满足熟料的配料要求。 除天然石灰质原料外，电石渣、糖滤泥、碱渣、白泥等工业废渣都可作为石灰质原料使用，但应注意其中杂质的影响。 二、粘土质原料 粘土质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是 Si02 , 其次 A120, ，还有少量Fe20 3 ，一般生产 1t 熟料用 0.3 一 0 。 4t 粘土质原料。天然粘土原料有黄土、粘土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，其中黄土和粘土使用最广。衡量粘土质量主要有它的化学成分（硅率、铝率），含碱量及其可塑性，热稳定性，正常流动度的需水量等工艺性能。这些性能随粘土中所含的主导矿物、粘粒多少及其杂质等不同而异。所谓主导矿物是指粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的矿物根据主导矿物的不同，可将粘土分成高岭石类、蒙脱石类及水云母类等，它们的某些工艺性能如表 1-4-2 所示 4. 0 表 1-4-2 粘土矿物与粘土工艺性能的类系 粘土类型 主导矿物 粘粒含量 可塑性 热稳定性 结构水脱水温度（） 矿物分解达最高活性温度（） 高岭石类 Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O 很高 好 良好 480 600 600 800 蒙脱石类 Al 2 O 3 4SiO 2 n H 2 O 高 很好 优良 550 750 500 700 水云母类 水云母、伊利石等 低 差 差 550 650 400 700 表 1-4-3 粘土质原料的质量要求 品位 n p MgO R 2 O SO 3 塑性指数 一等品 2.7 3.5 1.5 3.5 3.0 4.0 2.0 12 二等品 2.0 2.7 或 3.5 4.0 不限 3.0 4.0 2.0 12 注： SM=2. 0-2. 7 时，一般需要掺加硅质原料，当 SM=3 。 5-4.0 时，一般需要与一级品或 SM 低的二级品原料搭配使用，或掺用铝质原料 采用立波尔窑及立窑生产时，才要求提供塑性指数。 粘土中一般均含有碱，它由云母及长石等风化、伴生、夹杂而带入，含碱量过高时对水泥窑的正常生产和熟料质量及水泥性能均有不利的影响。如：锻烧操作困难、料发粘、热工制度不易稳定；熟料中 ,f-CaO 增加，硅酸三钙含量减少，在悬浮预热器中容易结皮堵塞，使水泥急凝等。所以一般应控制粘土中碱含量小于 4.0 ，悬浮预热器窑用生料中碱含量（ KZO Na20) 应不大于 1 0 。 如果粘土中含有过多的石英砂，不但使生料难以磨细，还会给锻烧带来困难，因为 a- 石英不易与氧化钙化合。同时含砂量大则粘土的塑性差，对生料的成球不利，所以应限制其含量，一般要求 0. 08mm 方孔筛筛余不超过 10 0. 2mm 方孔筛筛余不超过 5 。 粘土的可塑性对生料成球的质量影响很大，成球质量又直接影响立窑和立波尔窑加热机内的通风和锻烧均匀程度，要求生料球在输送和加料过程中不破裂，锻烧过程中仍有一定强度和热稳定性好，才能保证窑的正常生产，否则会恶化窑内的锻烧。通常可塑性好的粘土，生料易于成球，料球强度高，入窑后不易炸裂，热稳定性好。立窑和立波尔窑用的粘土的可塑性指数应不小于 12 。 粘土可塑性大小与它的粘粒（小于 51im) 含量、所含的主导矿物及杂质有关。粘粒含量多，分散度高，则可塑性好。立窑或立波尔窑水泥厂应使用可塑性与热稳定性良好的高岭石、多水高岭石、蒙脱石等为主导矿物的粘土，避免采用可塑性差、热稳定性不良的水云母或伊利石为主导矿物的粘土。 校正原料 当石灰质原料和粘土质原料配合所得的生料成分不能符合配料方案要求时，必须根据所缺少的组分，掺加相应的校正原料。氧化铁不够时，应掺加氧化铁含量大于 40 的铁质校正原料，常用的有低品位铁矿石，炼铁厂尾矿以及硫酸厂工业渣硫酸渣（硫铁矿渣等）。硫铁矿渣主要成分为 Fe203 ，含量大于 50 ，红褐色粉末，由于含水量较大，对贮存、卸料均有不利的影响。常用的硅质校正原料有砂岩、河砂、粉砂岩等，一般要求硅质校正原料的氧化硅含量为700o-90 ，大于 90 时，由于石英含量过高，难以粉磨与缎烧，故很少采用。 当粘土中氧化铝含量偏低时，可掺入煤渣、粉煤灰、煤研石等高铝原料校正，铝质校正原料要求 A1 2 0 3 。一般不小于 30 。第二节 物料的破碎物料破碎的目的生产水泥的部分物料如石灰石、砂岩、煤、熟料、石膏等都要预先破碎，以便粉磨、烘干、输送和储存。大多物料经破碎后可以提高磨机和烘干机的效率，因为破碎后的物料烘干过程中受热面积增大，能加速物料的烘干过程。在整个破碎过程中，破碎机的效率要比磨机高得多，在粉磨前物料破碎，使入磨物料粒度减小，就能显著提高磨机的粉磨效率，同时，也就降低了粉磨的电耗。经破碎后的物料，便于输送，并有利于计量和储存，所以破碎是水泥生产的基本工艺过程之一。破碎就是依靠外力（主要是机械力），克服固体物料内聚力而将其大块分裂为小块的过程。根据破碎后物料粒度的大小，将破碎分为粗碎、中碎和细碎，如表1-4-4所示。 表1-4-4粗、中、细碎的划分 入料粒度（口匕）出料粒度（）粗碎300-900100-350中碎100-35020-100细碎50-1005-15二、破碎的方法在水泥工业中，目前物料的破碎主要是通过机械力来完成，由于物料的大小和性质不同，所用的破碎方法也不同，利用机械力破碎的方法有以下几种：（一）压碎物料在两坚硬平面之间受到逐渐增加的压力而被破碎。此法适用于破碎大块物料。（二）折碎物料受弯曲应力作用而破碎。被破碎物料承受集中载荷作用的两支点或多支点梁。当物料的弯曲应力达到或超过抗折强度时，物料被折断而破碎。（三）冲击破碎物料在瞬间受到外来力的冲击而破碎这种冲击力的产生是由于：运动的工作体对物料的冲击；高速运动的物料向固定的工作体冲击；高速运动的物料互相撞击。这种破碎力是瞬间作用的，对于脆性物料，其破碎效率高，破碎比大。（四）劈碎物料由于受到楔状工作体的作用而破碎。（五）磨碎物料受到工作面的摩擦所产生的剪切方，以及物料相互间的摩擦剪切力而被粉碎。此法适用于小块物料的细磨。三、破碎比及破碎的工艺流程（一）破碎比物料破碎前后粒度之比称为破碎比。破碎比是衡量破碎程度的重要参数，是破碎机计算生产能力和动力消耗的重要依据。破碎比通常用以下几种方法表示： 平均破碎比 iDm/ dm（1-4-1）式中：i破碎比；Dm-破碎前物料的平均粒径(mm)；dm破碎后物料的平均粒径(mm)。2.公称破碎i=B/b（用于破碎机）式中：B破碎机最大进料口宽度(mm）；b破碎机最大出料口宽度（）。公称破碎比通常比平均破碎比高100o-30，在破碎机选型时要特别注意。水泥厂常用的破碎机的破碎比见表1-4-5,表1-4-5常用破碎机的破碎比 破碎机类型领式圆锥式单辊式锤式（单转子）反击式（单转子）破碎比3-53-64-810-251025物料破碎的级数，是根据物料总破碎比来确定。物料总破碎比是根据原料的块度与下一道工序所要求的物料粒度来确定。根据总破碎比来选择破碎机。采用一种破碎机就能满足破碎要求时，即为单级破碎系统；如果选择两种或三种破碎机进行分级破碎才能满足总破碎比的要求时，即为两级破碎或三级破碎系统。物料破碎的级数越多，系统越复杂，不仅占地面积大，而且劳动生产率低，扬尘点多。因此要力求减少破碎的级数。近年来，破碎系统正向大型化、单段化，兼有破碎与烘干性能的多功能化等方向发展。四、破碎机的类型1颗式破碎机它是水泥厂广泛应用的粗碎和中碎机械，它是依靠活动颗板作周期性的往复运动，把进入两颗板间的物料压碎。颗式破碎机具有结构简单、管理和维修方便、工作安全可靠、适用范围广等优点。它的缺点是：工作间歇式，非生产性的功率消耗大，工作时产生较大的惯性力，使零件承受较大的负荷，不适合破碎片状及软质粘性物质。破碎比较小等。2.锤式破碎机料块受高速运转的锤头的冲击和物料块本身以高速向固定衬板撞击而破碎，在锤式破碎机的下部装有卸料蓖条，被破碎到符合要求的物料通过蓖条间的缝隙经机壳卸料口卸出。锤式破碎机的优点是：结构简单而紧凑，外形体积小，破碎比较大，生产能力高，单位质产量电耗低，操作维修简便，其缺点是：锤头和蓖条等部件磨损较快，不适宜用于破碎潮湿或粘性物料，因为蓖条容易堵塞而影响正常生产。锤式破碎机在水泥厂中常用作中碎（二次破碎），也有用于粗碎。我国从德国O/K公司引进的新型高效锤式破碎机，可用于破碎石灰石、石膏、煤等物料出料粒度小于25mm，故属于一次完成型破碎机，其技术性能见表1-4-6，这就使破碎车间的工艺布置大为简化，破碎机占地面积减小，辅助设备减少，并使破碎车间的操作费用降低，劳动生产率提高。表1-4-6MB型锤式破碎机技术性能表 型号喂料口尺寸（mm)最大喂料长度(mm)产量t/ 11）装机容量Kw）MB28/451100 X 1250900100-150190MB36/501320X200260MB44/751500 X450600MB56/751500 X 23301500500-600900MB70/901780 X 248018006008001200MB84/1351860 X 28001900800 100015003.反击式破碎机物料被固定在转子上的板锤打击到反击板上，受反击板的反击而落下与转子连续打击一料块互相撞击，如此多次反复而使物料破碎，当物料粒度被破碎到小于反击板与板锤间的缝隙时就被排出而成为产品。反击式破碎机的主要优点是：由于它比锤式破碎机更多地利用了冲击和反击作用进行选择性破碎，料块自击粉碎强烈。其破碎效率高，生产能力大，动力消耗低，对物料适应性较强，破碎比较大，一般可为40左右，最高可达150，因此可减少破碎段数，简化生产流程，节约投资。反击式破碎机的结构简单，制造容易，操作维修方便。其缺点是：打击板锤与反击板磨损快，运转时噪音大。反击式破碎机在水泥厂的应用较广泛，可用于粉碎石灰石、水泥熟料、石膏和煤等。4.反击一锤式破碎机由丹麦史密斯公司研制的EV型破碎机，是将反击式和锤式破碎机结合在一起的新型高效率破碎机，它可以喂入1-2m的岩石，在单程操作中可被破碎到95的物料粒径转速(r/min)机重(c)(m)(m)EV-200X 200600-7701。01. 500-1120375125EV-200 X 300775-12001 52. 01300-1700375160EV-250 X 3001200-15002. 02. 020002500300220 第三节 物料的均化技术水泥厂物料的均化包括原料、燃料的预均化和生料、水泥的均化。生料成分是否均匀，不仅影响熟料质量，而且影响窑的产量、热耗、运转率及耐火材料的消耗由于矿山开采的层位及开采地段的不同，原料成分波动是在所难免的。此外为了充分利用矿山资源，常采用高低品位的原料搭配使用。因此必须对原料及生料采取有效的均化措施，满足生料成分均匀的要求。以煤为原料的工厂，由于煤的水分、灰分的波动，对窑的热工制度的稳定和产量、质量有一定影响。对于煤质波动大的水泥厂，煤的预均化也是必要的。出厂水泥的质量直接影响建筑工程的质量和人民生命财产的安全。即使水泥质量符合国家标准，但由于水泥质量的波动，也会产生超标号现象，对工厂的效益有一定影响。因此，进行水泥的均化有利于稳定水泥质量和提高工厂的经济效益。为制备成分均匀的生料，从原料的矿山开采直至生料入窑前的生料制备的全过程中可分为四个均化环节。1.矿山的原料按质量情况计划开采和矿石搭配使用。2.原料预均化堆场及储库内的预均化。3.生料在粉磨中的配料与调节。4.生料入窑前在均化库内的均化。这四个均化环节组成一条完整的均化链。以保证入窑生料成分的稳定。一、标准偏差和均化效果物料成分的均匀性，以物料某主要成分含量的波动大小来衡量，常用的衡量物料均匀性的指标是某主要成分的标准偏差S。其计算式如下：S（1-4-2）式中:xi-物料中某成分的各次测量值；-各次测量值算术平均值；n-测量的次数。标准偏差愈小，则表示物料愈均匀。均化设施的衡量指标是均化效果，通常指均化设施进料和出料的标准偏差之比，即为：HS进S出（1-4-3）式中:H-均化设施的均化效果；S进,S出分别为进入和卸出均化设施某成份的标准偏差。H值愈大，均化效果愈好。 原然料的均化 原料的均化技术1905年就在美国的冶金工业部门应用，其后在电力、化工、煤炭等工业部门获得推广，但在水泥工业的应用则始于50年代，目前的应用已较广泛并已取得较好的效果。原料预均化，常用于石灰石，当干法水泥厂矿山成分波动较大，地质构造复杂时，通常考虑设置预均化堆场。粘土质原料和铁质原料通常成分比较均匀，一般不需要进行预均化，以降低投资及运行费用。在预均化堆场内，经破碎后的物料用专门的堆料设备沿纵向以薄层平铺迭堆，层数可达400-500层，取料时则用专门的取料设备在横向以垂直料层而切取，即“薄层相迭成堆，垂直取切而混”，物料就是在堆、取、运的过程中得到均化。预均化堆场的均化效果原则上与取料时同时切取的总层数有关，总层数越多，则其均化效果越好，一般均化效果H为5-8.目前，国内外水泥厂预均化堆场采用的堆料方式有多种，但最常用的是单人字型堆料，见图1-4-1所示。因为它只要求下料点沿料堆中心线往返运动，所以堆料设备简单，常用设备为车式悬臂胶带堆料机和设置于料堆顶部上方的胶带输送机。取料机械亦有多种，通常使用的是刮板取料机。预均化堆场的布置形式有矩型和圆形两种，见图1-4-2和图1-4-3所示。矩形预均化堆场内设置两个堆料区，一个区在堆料，另一个区在取料，两区交替使用。圆形预均化堆场具有连续堆料和取料的条件，其占地面积比矩形预均化堆场约少40，运输设备数量较少而且运输距离也短，设备费用和维护费用均较低。但实际有效的储量较少，均化效果亦比矩形者略差。由于有出料隧道，当地下水位较高时也有不利之处。图1-4-2矩形预均化堆场原料预均化堆场具有以下作用：储存作用，其储量为5-7d，可作为矿山和生产工艺线之间的缓冲；均化作用，一般均化效果为5-8；预配料作用，进入堆场的两种物料，可按质量比例预先配合成具有一定要求的混合料。近年来，小型立窑厂采用断面切取差速卸料的预均化库进行预均化。该均化库分左右两个，轮流进料和卸料，相当于矩形预均化堆场的两个料堆。如图1-4-4所示利用电磁振动给料机轮流卸料时，物料靠重力下降切割所有料层，达到预均化目的。其均化效果H可以达到3-5，能满足小型水泥厂的配料需要。生料的均化:干法生料的均化可采用多库搭配、机械倒库和压缩空气搅拌库等。（一）多库搭配多库搭配是根据各库的生料碳酸钙