立窑水泥实现新国标达标生产的综合措施.doc

立窑水泥实现新国标达标生产的综合措施(一)邹伟斌广州军区黄石水泥厂 435006赵慰慈中国建筑材料科学研究院 100024杨杰武汉市建材产品质检站 430051摘要我国六大通用水泥新标准和ISO强度检验方法的实施，使立窑水泥面临着生存与发展的严峻挑战。文章探讨了立窑水泥企业实现新国际达标生产的系列措施采用高硅酸率配料、强化均化措施和加强水泥粉磨工艺综合改造等方案。关键词：高硅配料、均化措施、粉磨系统改造1实施ISO胶砂强度检验方法对立窑水泥的影响我国六大水泥新标准正在试行，其强度检测方法采用GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）代替原GB177-85。从实验和现行资料看，采用ISO法测定水泥强度，新型干法窑水泥强度降低少，而立窑、湿法窑、立波尔窑水泥强度下降幅度高达10MPa15MPa左右，甚至更多。这是由于两种检测方法在灰砂比、水灰比、受压面积和标准砂、振实方法等试验条件的不同所致。因此，采用ISO法，可改变GB法水泥强度测定值“虚高”的状况，使我国水泥的实物质量与国际接轨；其次ISO法使用了级配标准砂，测得的水泥强度更为真实，能够确切反映砼的内在质量。此外，六大通用水泥新标准中取消了原7d强度龄期，全部改为3d、28d两个龄期，且早期强度进一步提高（约2MPa4MPa）。因此新标准的试行对立窑水泥而言，的确面临着生存与发展的严峻挑战。2提高立窑熟料煅烧质量的综合措施2.1采用高硅酸率配料生产2.1.1机立窑采用高硅酸率配料的可行性20世纪80年代以来，由于复合矿化剂技术的推广应用，我国大多数立窑企业长期采用高饱和系数（KH=0.950.98）、低硅酸率（SM=1.601.80）、高铁（熟料中w(Fe2O3)4.5%）、高液相量（L145028%32%）的“三高一低”的配料方案。此方案煅烧的熟料外观色泽虽好看，但其中硅酸盐矿物含量偏少w(C3S)+w(C2S)总量约为70%，加之fCaO含量较高，采用ISO法检验时熟料抗压强度明显偏低。而我国新型干法回转窑则多采用中饱和系数（KH=0.870.89）、高硅酸率（SM2.50）配料方案，其熟料中w(C3S)+w(C2S)总量约为75%左右。国外同类窑型则更高，SM2.70、w(C3S)+w(C2S)77%。据国内一些大中型回转窑水泥生产企业采用ISO法及GB法进行胶砂强度对比检验时发现：相同KH值时，高SM的水泥强度降低幅度较小，而SM低、熔剂矿物高的水泥强度降低幅度明显偏大。由此可见：要使立窑水泥实物质量适应ISO胶砂强度检验方法，必须改变现行配料方案，努力提高熟料的SM，增加硅酸盐矿物的含量。目前，国内已有为数不少的立窑企业，长期采用高硅酸率配料方案进行生产，其水泥实物质量几何与新型干法生产线相当。根据笔者所收集的立窑水泥技术数据来看，大多工艺条件较好的立窑企业，通过调整配料方案、强化煅烧操作，并配套水泥粉磨系统的改造，可以在较短的时间内适应ISO检测法并可实现新国标的达标生产。立窑煅烧过程中，其料球间的传热是以对流和传导方式为主，料层间的传热速度快，其窑温尤其是中心部位温度高（达14001500），且物料在烧成带的停留时间长，这将有利于获得高活性的C3S和C2S。笔者曾多次试验，将本厂2.4m8.5m机窑强化煅烧的高硅酸率（SM2.30）、外观呈致密石状体的熟料进行小磨试验，其28d抗压强度一般均65MPa，多数在68MPa72Mpa之间。甘油酒精法测得其fCaO含量1.50%，安定性合格率达100%，一年抗压强度可达90MPa。20世纪70年代，济南水泥厂曾用SM=2.66的配料方案，烧制的熟料强度达62.2Mpa；1997年10月我厂采用SM2.35配料方案生产，烧制的熟料月均强度高达72.2MPa。表1、2列举了国内部分立窑厂采用高硅酸率方案烧制的熟料化学成份及物理性能。由表1、2知，当饱和系数相对稳定时，熟料SM越高，则生成的C3S+C2S总量越多，抗压强度亦随之提高，强度发展规律与硅酸盐矿物总量呈现出良好的线性关系。其中常山建材厂虽是硬练强度值，但也能看出其熟料中w(C3S)+w(C2S)=77.3%，28d抗压强度达71.9MPa。湖南临澧某厂w(C3S)+w(C2S)达77.48%及76.00%，28d强度分别为71.8MPa和74.9MPa。笔者技术服务过的某厂，原用高铁低硅配料w（Fe2O3）5.5%、SM=1.601.80生产，其熟料fCaO量高、28d抗压强度平均只有48MPa。1996年改烧高硅低铁w（Fe2O3）4.0%、SM=2.2方案生产，其水泥安定性合格率由45%提高到93%，全年熟料28d抗压强度平均达60MPa，从而使#425水泥产量实现翻番。综上所述，立窑厂采用高硅酸率配料，煅烧高强熟料是完全可行的。2.1.2采用高硅酸率配料及提高生料易烧性生产过程中，采用高SM配料生产可采用两种方法：一是配料中单独调整铁质校正原料比例，以降低铁质原料掺入量，可得到低铁高硅料（IM1.38）；二是引入w(SiO2)/w(Al2O3)4.5的原料调整，使得生料中Al2O3、Fe2O3含量基本相当（IM1.38）。应注意，生产中不管采用那种方法，熟料中熔剂矿物（C3A+C4AF）含量宜控制在20%以下。必须指出的是，采用高硅酸率配料必须有与之相适应的KH，以获得较好的生料易烧性。一般应以钙硅比w（CaO）/w（SiO2）3.0，熟料中KH0.87为宜。否则会因CaO含量不足而显著降低KH，引起熟料粉化并降低强度。实际生产过程中，采用高硅酸率配料，生料易烧性变差、液相量降低、烧结困难等。此时，可采取降低生料粉磨粒度、提高生料比表面积来改善生料易烧性，并适当提高燃烧温度等措施以获得高质量的熟料。在不使用矿化剂的条件下，生料0.20mm筛余应0.20%（先进立窑厂应为0），0.080mm筛余5.0%为宜。为此，可采用磨前预破碎技术和选用高效选粉技术；并可根据入磨物料粒度，对细磨仓衬板进行活化处理，同时调整研磨体级配和装载量等，以显著降低0.080mm和0.20mm筛余值。综上所述，立窑采用高硅酸率方案，熟料三个率值的选择范围可为KH=0.870.93、SM=2.302.60、IM=1.401.70。其中控制w（Al2O3）+w（Fe2O3）9.0%、L1450液相量在22%25%1范围内即可。2.2做好均化工作，稳定工序质量提高进厂原燃料质量，提高各工序质量，确保入窑生料均质性是立窑企业提高立窑熟料质量的又一措施。国内一些生产高质量水泥的立窑企业有一共同点：就是对进厂原燃料质量管理非常严格，同时注重各个工序物料的均化措施，使入窑物料化学成份稳定、标准偏差小，从而实现了优质、高产、低耗的目标。由此可见，做好均化工作对稳定窑内工况，提高水泥实物质量至关重要。有关水泥专家已发明将一般圆库改造为均化库的方法（见本刊2000年第四期第26页编者注），且效果良好，立窑企业应积极采用。2.3优化扩大口尺寸及配套相关设备随着立窑技术的不断发展，上部扩大口已逐步向小倾角、高深度演变。采取这一措施后，不仅降低了物料下移过程中的向心挤压力，消除上部卡料现象而造成的事故隐患；同时也减少了扩大口内的氧损失，促进煅烧过程良性循环。较小的扩大口角度和较深的高度，更适用于高硅酸率配料方案的煅烧。为克服煅烧过程中的料层阻力，在选择供风设备时，应优先选用具有硬风特性、风量适宜、风压39kPa的高压罗茨风机。卸料装置可采用多角度组合出风口、大通风面积的大爪齿高塔篦，塔篦最低高度应1300mm，塔篦顶部中心通风孔直径应100mm120mm，以减少压力损失和通风死角，降低窑内还原气氛，增加中部通风效果。此外，应配用偏火调整自控装置，以始终保持底火稳定和良好的煅烧状态。2.4采用工业废渣配料及小料球快烧技术粒化高炉矿渣、钢渣、电炉还原渣等工业废渣，均是具有较高潜在活性的低钙高硅物料。配入一定比例的工业废渣，能够显著改善生料易烧性，加速硅酸盐矿物的大量形式，降低熟料热耗。笔者在某厂采用含铁w(Fe2O3)=30%的钢渣(掺入量为4.5%)配制生料，窑面上火速度比原来明显加快，熟料外观呈深黑色，致密烧结块状达90%以上，该熟料SM=2.37、w（C3S）55%，w（Fe2O3）=3.5%3.8%、w（C3S）+w（C2S）74%，28d抗压强度达66MPa。此外，采用粒度均齐（5mm7mm）的小料球技术可降低料球的高温爆破率，改善窑内通风状况，且料球易被烧透，能够实现快烧。浙江应店街水泥厂使用金属尾矿配料及小料球快烧技术，达到“625烧625”水平。2.5 采取熟料堆放冷却措施通常立窑熟料出窑后立即被送往圆库中储存，因而其冷却速度较慢、冷却效果差。由此，高温熟料中的C3S在1250时会分解出C2S及二次fCaO，降低了早期强度，并危害水泥安定性；其次慢冷会使C3S等矿物晶体尺寸长大而削弱其水化活性；第三C2S会向C2S转化而引起熟料粉化。此外，慢冷熟料与采用冷却机冷却的熟料相比，具有较高的韧性，易磨性差，并导致磨内温度升高，恶化粉磨环境，甚至造成部分石膏脱水引起水泥凝结时间不良。因此立窑熟料的冷却效果将直接影响熟料质量及最后水泥成品质量。已有许多立窑企业采用熟料堆放冷却的简易措施，替代出窑熟料直接入圆库的传统工艺。实践证明，这一措施，可改善熟料的冷却效果，从而能改善其易磨性，提高水泥比面积并能降低粉磨电耗。 同时，熟料堆放冷却过程中，可以大量吸收空气中的水分，消解fCaO，提高出磨水