水泥配料.doc

电子课件4.生料制备技术 4.1 生料的配料及计算 本节主要概念：生料 配料的目的和基本原则 配料方案 配料计算4.1.1 基本概念4.1.2 配料计算4.1.1.1 生料4.1.2.1 配料的目的和基本原则4.1.1.2 配料4.1.2.2 配料计算的依据4.1.2.3 配料方案的选择4.1.2.4 配料计算的方法 4.1 生料的配料及计算4.1.1基本概念4.1.1.1 生料由石灰质原料、黏土质原料、少量校正原料(有时还加入适量的矿化剂、晶种等，立窑生产时还会加入一定量的煤)按比例配合，粉磨到一定细度的物料，称为生料。原料可以采用天然矿山开采，也可采用工业废渣。生料化学成分随产品品种、生产方法、原燃材料品质、窑型及其他生产条件等不同而有所差异。生料形态有生料粉、生料浆两种。(1)生料粉干法生产用的生料为生料粉，其水分含量一般不超过1。根据生料中是否配煤及配煤方式的不同，又可分为白生料、全黑生料、半黑生料、差热料等。白生料是将各种原料按比例配合后粉磨而得。出磨生料因不含煤，故称白生料。干法回转窑、采用白生料煅烧法的立窑所用生料均属白生料。全黑生料将各种原料和煅烧所需的全部用煤一起配合入磨，所制得的生料称为全黑生料，即黑生料。适合立窑生产使用。半黑生料将煅烧所需煤总量的一部分和原料配合共同粉磨，所制得的生料称为半黑生料。另一部分煤在生料粉磨后成球以前外加。适合立窑生产使用。差热料根据立窑的煅烧特点，在窑的中心和周边分别布置含煤量不同的生料，故仅立窑生产使用。(2)生料浆湿法生产所用的生料为生料浆。是由各种原料掺入适量水后共同磨制而成的含水3240%的料浆。4.1.1.2 配料根据水泥品种、原燃材料品质、工厂具体生产条件等选择合理的熟料矿物组成或率值，并由此计算所用原料及燃料的配合比，称为生料配料，简称配料。4.1.2配料计算4.1.2.1 配料的目的和基本原则配料计算是为了确定各种原料、燃料的消耗比例和优质、高产、低消耗地生产水泥熟料。在水泥厂的设计和生产中，都必须进行配料。合理的配料方案既是工厂设计的依据，又是正常生产的保证。设计水泥工厂时配料，是为了判断原料的可用性及矿山的可用程度和经济合理性，决定原料种类及配比，并选择合适的生产方法及工艺流程，计算全厂的物料平衡，作为全厂工艺设计及主机选型的依据。在工厂组织生产的过程中，因各种条件已确定，则配料是为了更加合理地利用矿山资源，得到成分合格的生料和熟料以保证产品的质量。配料的基本原则是：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。4.1.2.2 配料计算的依据配料计算的依据是物料平衡。任何化学反应的物料平衡是：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着生料干燥蒸发物理水、黏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、二氧化碳以及挥发物的逸出，所以计算时必须采用统一基准。(1)干燥基准物料中的物理水分蒸发后处于干燥状态，以干燥状态质量所表示的计量单位，称为干燥基准，简称干基。干基用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量等于生料的质量，即干石灰石+干黏土+干铁粉=干生料(2)灼烧基准去掉烧失量(结晶水、二氧化碳与挥发物质等)以后，生料处于灼烧状态。以灼烧状态质量所表示的计算单位，称为灼烧基准。灼烧基准用于计算灼烧原料的配合比和熟料的化学成分。如不考虑生产损失，在采用有灰分掺人的煤作燃料时，则灼烧生料与掺入熟料中的煤灰的质量之和应等于熟料的质量，即灼烧生料+煤灰(掺入熟料中的)=熟料(3)湿基准用含水物料作计算基准时称为湿基准，简称湿基。各基准之间的换算如下。已知某物质干基化学成分与烧失量，则该物料的灼烧基成分()为灼烧基成分= (4.1)物料的干基用量与灼烧基用量可按下式换算：灼烧基用量= (4.2)干基用量 (4.3)湿基成分 (4.4)式中A干基物料成分，；L干基物料烧失量，；，W一物料水分含量，。1.2.3 配料方案的选择配料方案，即熟料的矿物组成或熟料的三率值。配料方案的选择，实质上就是选择合理的熟料矿物组成，也就是对熟料三率值KH、n、p的确定。确定配料方案，应根据水泥品种、原料与燃料品质、生料质量及易烧性、熟料煅烧工艺与设备等进行综合考虑。不同品种的水泥，其用途和特性也不同，所要求的熟料矿物组成也不同，因而熟料率值就不同。例如用于紧急施工或生产预制构件的快硬硅酸盐水泥，需要较高的早期强度，应提高熟料中硅酸三钙与铝酸三钙的含量；又如生产低热水泥，则应降低熟料中的硅酸三钙与铝酸三钙的含量。原料和燃料的品质，对熟料组成的选择有很大影响。熟料率值的选取应与原料化学组成相适应。要综合考虑原料中四种主要氧化物的相对含量，尽量减少校正原料的品种，以简化工艺流程，便于生产控制。如石灰石品位低而黏土氧化硅含量又不高，则无法提高KH和n值，而应适当降低KH值以适应原料的实际情况。又如燃料煤质量差，灰分高，发热量低，一般烧成温度低，因而熟料的KH值不宜选择过高。熟料率值的选取要与生料成分的均匀性、细度及易烧性相适应。生料成分均匀性差或粒度较粗时，选取KH值低一些，否则熟料中的游离氧化钙会增加，熟料质量变差。生料易烧性好，可以选择较高石灰饱和系数、高硅率、高铝率(或低铝率)的配料方案；反之，只能配低一些。由于生产窑型和生产方法的不同，即使生产同一种水泥，所选的率值也应该有所不同。对于湿法窑、新型干法窑，由于生料均匀性较好，生料预烧性好，烧成带物料反应较一致，因此KH值可适当高些。预分解窑的生料预烧性好，分解率高，窑内热工制度稳定，窑内气流温度高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋向于低液相量的配料方案。中国大型预分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案。如宁国水泥厂的配料方案中KH0.87O.89，n2.32.5，P=1.41.6；而冀东水泥厂的配料方案曾是KH=0.870.88，n =2.5，P=1.6。立窑煅烧、通风都不均匀，因此，不掺加矿化剂时熟料的KH值要适当低些。在实际生产中，由于总有生产损失，且飞灰的化学成分不可能等于生料成分，煤灰的掺人量也并不相同。因此，在生产中应以生熟料成分的差别进行统计分析，对配料方案进行校正。熟料中的煤灰掺入量可按下式计算：式中 GA熟料中的煤灰掺入量，%；q单位熟料热耗，kJ(kg熟料)；QY煤的应用基低热值，kJ(kg煤)；煤的应用基灰分含量，；S煤灰沉落率，；P煤耗，kg(kg熟料)。煤灰沉落率因窑型而异，见表4.1。表4.1不同窑型的煤灰沉落率 单位：窑 型无电收尘有电收尘 = 1 * GB3 窑 型无电收尘有电收尘 = 1 * GB3 湿法长窑(LD=3050)有链条湿法短窑(LD30)有链条湿法短窑带料浆蒸发机干法短窑带立筒、旋风预热器100807090100100100100窑外分解窑立波尔窑立窑9080100100100100电收尘窑灰不入窑者，按无电收尘器者计算。4.1.2.4 配料计算的方法生料配料计算方法很多，有代数法、图解法、尝试误差法(包括递减试凑法)、矿物组成法、最小二乘法等。随着计算机技术的发展，计算机配料已代替了人工计算，使计算过程更简单，计算结果更准确。下面主要介绍应用较广泛的尝试误差法(包括递减试凑法)及其用计算机编程的计算方法。(1)尝试误差法这种计算方法很多，但原理都相同。其中一种方法是从熟料化学成分中依次递减假定配合比的原料成分，试凑至符合要求为止，又称递减试凑法。另一种方法是先按假定的原料配合比计算熟料组成，若计算结果不符合要求，则调整配合比重新计算，直到符合要求为止。现举例如下。【例4.1】试以尝试误差法计算原料的配合比。已知原燃料的有关分析数据见表4.2及表4.3，假设用窑外分解窑以四种原料配合进行生产，要求熟料的三率值为：KH=0.900.02，SM=：=2.60.1，IM=-1.7O.1，单位熟料热耗为3053kJ(kg熟料)730kcal(kg熟料)，试计算原料的配合比。表4.2原料与煤灰的化学成分 单位：名称烧失量Si02Al203Fe203CaOMgOS03K20Na20Cl- 总和石灰石砂页岩粉煤灰铁矿石煤灰42.862.723.702.651.6889.5947.5749.9652.550.602.8228.145.5l28.78O.391.678.9532.516.3051.621.774.182.566.492.210.740.521.951.450.050.070.502.20O.250.361.131.OOO.030.06O.21O.40.44O.019O.01599.7199.8294.9095.5999.2l表4.3原煤的工业分析 单位：(kJkg)1.7028.0026.1044.2022998表4.2中化学分析数据总和往往不等于100，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，可以加上其他一项补足为100。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Fe等，经分析时灼烧后，被氧化为Fe203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。解：(1)确定熟料组成根据题意，已知熟料率值为：KH0.90，SM2.6，IM1.7(2)计算煤灰掺入量据式(4.5)，得(3)计算干燥原料配合比通常，四组分配料为：石灰石配合比例80左右；砂页岩(砂岩)10左右；铁矿石4左右；粉煤灰10左右。据此，设定干燥原料配合比为：石灰石81，砂岩9,铁矿石3.5，粉煤灰6.5，以此计算生料的化学成分。单位：名 称烧失量SiO2A1203Fe203Ca0MgOS03K20Na20Cl石灰石砂页岩粉煤灰铁矿石生料灼烧生料34.720.240.240.0935.291.368.063.091.7514.2622.050.490.251.83O.192.764.270.320.150.581.1382.193.3841.810.160.27O.0942.3365.421.790.070.0380.071.963.030.040.0060.03250.00000.0793O.12260.200.03240.07350.00000.3084O.4765O.020.00540.01370.01580.05910.09130.01540.00140.00000.00000.01670.0259煤灰掺入量GA=3.46，则灼烧生料配合比为1003.46一96.54。按此计算熟料的化学成分。单位：名 称配合比SiO2A1203Fe203CaOMgOS03K20Na20Cl一灼烧生料煤灰熟料96.543.4610021.281.8223.104.121.005.123.260.223.4863.160.2263.382.920.052.97O.11830.07620.19450.46000.03460.49470.08820.01520.10340.02500.00000.0250则熟料的率值计算如下：KHw(CaO)一1.65w(AI2O3)-0.35w()-0.7w(S03)-1.w(SiO2)0.83SMIM式中、分别代表熟料中各氧化物的含量()。由上述计算结果可知，KH值过低，SM值较接近，IM值较低。为此，应增加石灰石配合比例，减少铁石，增加粉煤灰量，又因粉煤灰中含有大量SiO2，为保证SM值相对恒定，应适当减少砂岩的量。根据经验统计，每增减1石灰石(相应减增适当砂岩)，约增减KH=0.05。据此，调整原料配合比为：石灰82.3，砂岩8.1，铁矿石2.6，粉煤灰7。重新计算结果如下：单位：名称烧失量SiO2Al203Fe203CaOMgOS03K2oNa20Cl一石灰石砂页岩粉煤灰铁矿石生料灼烧生料35.270.220.260.06935.821.387.263.331.3013.2720.670.490.231.970.142.844.420.320.140.630.851.933.0042.480.140.290.0742.9966.981.820.060.0360.051.973.06320.04120.00570.03500.00000.08180.12750.20580.02920.07910.00000.31400.48930.02470.00490.01470.01170.05600.08720.01560.OOl20.00000.000O0.01690.0263名称配合比SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OCl一灼烧生料煤灰熟料96.543.4610019.961.8Z21.784.261.OO5.262.900.223.1264.660.2264.882.960.053.010.12310.07620.19930.47230.03460.50700.08420.01520.09940.02530.00000.0253则熟料的率值计算如下：KHw(CaO)一1.65w(Al2O3)-0.35w(Fe203)一0.7w(SO3)2.8w(Si02)0.由上述计算结果可知，KH、SM值达到预先要求，IM值略低，但已十分接近要求值，因此，可按此配料进行生产。考虑到生产波动，熟料率值控制指标可定为：KH0.900.02，SM2.60.1，IM1.70.1。按上述计算结果，干燥原料配合比为：石灰石82.3，砂岩8.1，铁矿石2.6，粉煤灰7。(4)计算湿原料的配合比设原料操作水分为：石灰石1，砂岩3，铁矿石4，粉煤灰0.5。则湿原料质量配合比为：湿石灰石83.13 湿砂岩8.35湿铁矿石2.71 湿粉煤灰7.04将上述质量比换算为百分比：湿石灰82.12湿砂岩=8.25湿铁矿石2.68%湿粉煤灰6.95【例4.2】试以递减试凑法计算原料的配合比。已知原燃料的有关分析数据见表4.4及表4.5，假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三率值为：KH0.89，SM2.1，IM1.3，单位熟料热耗为3350kJ(kg熟料)，试计算原料的配合比。表4.4原料与煤灰的化学成分 单位：名称烧失量SiO2A12O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石黏士铁粉煤灰42.665.272.4270.2534.4253.52O.3114.721l.5335.340.195.4848.274.4653.131.413.534.790.570.920.09l.1999.2898.0597.8499.30表4.5原煤的工业分析 单位：水分挥发物灰分固定碳热值(kJkg)O.622.4228.5649.0220930解：计算煤灰掺入量用由熟料率值计算化学成分的公式计算所要求熟料的化学成分。设 97.5则以100kg熟料为基准，列表递减如下： 单位：计算步骤SiO2A1203Fe203CaO其他备 注所要求熟料组成一4.57kg煤灰21.742.455.851.624.500.2065.41O.222.500.09差一122kg石灰石19.292.954.23o.384.300.2365.1964.822.411.57干石灰石=差一23kg黏土16.3416.163.853.394.071.260.370.320.84O.66干黏土=差一6kg铁粉0.182.060.46O.692.812.890.05O.21O.180.14干铁粉=差+2.6kg黏土一1.881.820.23O.380.080.14一O.160.040.040.07干黏土配多干黏土=和一O.060.15O.06一O.12O.11偏差不大，不再重算表中53.13、70.25、48.27分别为石灰石中CaO、黏土中SiO2与铁粉中Fe2O3的含量计算结果表明，熟料中A12O3和Fe2O3的含量略为偏低，但若加黏土和铁粉，则SiO2又过多，因此不再递减计算，其他一项差别不大，说明w设定值合适。按上表干原料质量比换算为百分配合比：干石灰石=干黏土= 干铁粉=用递减法计算出配合比后，计算生料和熟料组成过程与例4.1完全相同，故从略。(2)用微型计算机计算按递减法编制数学模型求解，现举例如下。数学模型熟料的三个率值及计算允许的波动范围为：KH= （4.6）SM= （4.7）IM= （4.8）式中，CC、AC、SC、FC分别代表熟料中各氧化物的含量()。由三个率值的计算式式(4.6)式(4.8)可得 (4.9) (4.10) (4.11)由于三个率值允许在一定范围内波动，因此，符合率值要求的熟料中各成分也可在一定范围内波动。设满足上述熟料中各成分含量()为C0、SO、AO、F0，为便于计算和编制数学模型，令FO，作为基准。则AoAc +AIM+A (4.12)式中A的推导如下：由式(4.9)，因为Fc=1，所以Ac=IM两边微分得dAc=dIM所以Ac=IM因铝率IM允许波动0.1，故Ac10.1。So=Sc+SSM(Ac+1)+S (4.13)式中S可按式(4.10)推导得Sc=SM(Ac+1)两边微分得dSc=SMdAc+(Ac+1)dSM所以SSMAc+(Ac+1) SM因为SM允许波动0.1，所以S=SMAc