工艺技术_硅酸盐水泥的原料及配料计算培训课件

第四章硅酸盐水泥的原料及配料计算 4 1 水泥生产用主要原料4 2 水泥生产用辅助原料4 3 水泥生料易烧性4 4 配料方案的选择4 5 生料的配料计算 硅酸盐水泥原材料种类 水泥熟料的质量主要取决于生料率值的控制和成分的均齐 制备合适的生料 并适应煅烧设备的性能 对原料就有一定的要求 需正确合理地选择和控制原料质量 原料必须满足一定的要求 1 化学成分满足要求 否则配料困难 甚至无法配料2 含杂质少 以免影响煅烧 水泥质量3 应具有良好的工艺性能 如易磨性 易烧性 易混合性等 4 1水泥生产用主要原料4 1 1石灰质原料 凡是以碳酸钙 氧化钙 氢氧化钙为主要成分的原料都叫石灰质原料 如石灰岩 泥灰岩 白垩 贝壳等 一般生产1t熟料约用1 3 1 5t石灰质干原料 在生料中约占原料总量的80 以上 一 种类1 天然的 石灰岩 泥灰岩 白垩 贝壳等 我国水泥工业生产中应用最普遍的是石灰岩 俗称石灰石 泥灰岩次之 个别小厂采用白垩和贝壳 4 1 1石灰质原料 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 方解石 CaCO3 微粒常含有白云石 CaCO3 MgCO3 石英 结晶SiO2 燧石 又称玻璃质石英 火石 主要成分为SiO2 属结晶SiO2 粘土质及铁质等杂质 结构致密 呈块状 性脆 莫氏硬度3 4 4 1 1石灰质原料 方解石晶体的大小对生料易烧性的影响 CaC03晶体愈小 分解出的Ca0颗粒也愈小 分散度愈大 在相等量熔体条件下 Ca0颗粒与熔体的接触面愈大 故Ca0溶解及参与烧成反应的数量愈多 因此其易烧性越好 CaC03晶体愈大 分解温度愈高 4 1 1石灰质原料 石英 燧石 以石英为主要矿物 对生料易磨性 易烧性的影响 化学成分均为SiO2 呈稳定的结晶状态 石英 燧石莫氏硬度7 质地坚硬 难磨 难烧 煅烧时SiO2要与原料中的CaO等起反应 生成矿物 首先必须破坏它原来的结构 使它活化 破坏结晶SiO2的结构 需要的能量大 4 1 1石灰质原料 泥灰岩是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩 易采掘 它是一种由石灰石向粘土过渡的岩石 泥灰岩是一种极好的水泥原料 其中石灰岩和粘土混合均匀 易烧性好 有利于提高窑的产量 降低燃料消耗 4 1 1石灰质原料 白垩是由海生生物外壳与贝壳堆积而成 主要由隐晶或无定形细粒疏松的碳酸钙所组成的石灰岩 其中常夹有粘土 碳酸钙含量在90 以上 白垩结构疏松 易于粉磨和煅烧 是水泥生产的优质原料 2 人工的 工业废渣 电石渣 糖滤泥 碱渣 白泥等 4 1 1石灰质原料 二 生产质量要求用作生产硅酸盐水泥原料的石灰岩和泥灰岩 其质量要求如下表GB50295 2008 水泥工厂设计规范 4 1 1石灰质原料 新型干法水泥生产过程中 采用了石灰石预均化 生料均化等措施 为低品位石灰石的利用提供了保证 使C含量在42 左右 M含量在3 5 之间的低品位石灰石 也能达到生产要求 延长了矿山服务年限 有效利用了资源 低品位石灰石具有易烧 易磨 共熔温度低 晶格有缺陷和碳酸钙分解温度低等优点 但低品位石灰石成分波动大 R2O等有害成分含量高 对配料煅烧有一定影响 4 1 1石灰质原料 三 石灰质原料的选择根据配料要求 石灰石中的CaO不能低于48 但是 为了矿山的开发 原料的综合利用 低品位的石灰石也应利用起来 这样 就需要和一级品搭配使用 但搭配以后的石灰石CaO仍需大于48 氧化镁如果含量太高 会影响到水泥的安定性 而石灰石中的白云石 CaCO3 MgCO3 是氧化镁的主要来源 为使熟料中MgO小于5 0 则石灰石中的MgO小于3 0 碱含量过高 会影响到熟料的煅烧和熟料的质量 4 1 1石灰质原料 三 石灰质原料的选择石灰石中夹杂呈结核状或透镜状的燧石 结晶SiO2 称为燧石结核 它以石英为主要矿物 这种物质难磨 难烧 从而影响到窑 磨的产量及熟料的质量 重结晶的大理石与方解石结构致密 结晶粗大 完整 虽化学成分较纯 CaCO3含量较高 但不易磨细与燃烧 4 1 2粘土质原料 粘土质原料指提供水泥熟料中的SiO2 Al2O3 Fe2O3等成分的原料的总称 一般生产1t熟料约用0 3t 0 4t粘土质原料 在熟料中约占11 17 硅铝质原料 一 种类1 天然的 黄土 粘土 页岩 粉砂岩 河泥等 2 人工的 工业废渣 煤矸石 粉煤灰 煤渣 磷渣等 一般均只代替部分粘土 我国水泥工业中使用较多的是粘土和黄土 随着国民经济的发展以及水泥广大型化的趋势 为保护耕地 不占农田 近年来多采用页岩 粉砂岩等为粘土质原料 4 1 2粘土质原料 4 1 2粘土质原料 二 硅铝质原料主要质量指标产品方案中对氧化镁或碱含量有限量要求时 应相应变更 在资源条件允许时 应首选岩石状硅铝质原料 如页岩类 粉砂岩类 砂矿类等 4 1 2粘土质原料 三 衡量粘土质原料质量的因素粘土的化学成分 硅率 铝率 含砂量 含碱量以及粘土的可塑性 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 黏粒多寡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 根据主导矿物不同 可将粘土分成高岭石类 蒙脱石类及水云母类等 一般水泥生产中粘土质原料以高岭土居多 为层状结构的二氧化硅 4 2水泥生产用辅助原料 校正原料 外加剂 燃料 缓凝剂和混合材料等本章仅介绍校正原料 燃料 4 2 1校正原料 在生产中只用石灰质和粘土质两种原料 往往不能满足生产优质熟料 尤其是特种水泥熟料的要求 有的是Fe2O3含量不足 有的则是SiO2 Al2O3的含量不足 为了弥补这些成分的不足 一般选用铁质 硅质和铝质三种校正原料 4 2 1校正原料 一 铁质校正原料1 种类 天然的 低品位铁矿石工业废渣 硫铁矿渣 硫铁矿煅烧脱硫后排出的一种粉状残渣 Fe2O3 50 在我国用得较多 俗称铁粉 炼铁厂尾矿 铜矿渣 铅矿渣等 2 质量要求Fe2O3 40 MgO 3 R2O 2 需要说明的是 一些铁质校正原料还会含有某些有益于熟料煅烧或不利于煅烧的微量成分 在使用中需予以注意 P37表4 5几种铁质校正原料的化学成分 4 2 1校正原料 二 硅质校正原料1 种类 硅藻土 硅藻石 蛋白石 含SiO2高的粘土 硅质渣 砂岩 粉砂岩等 但要注意 砂岩是结晶SiO2 对粉磨 煅烧都不有利的影响 故非特殊情况 一般不予采用 2 质量要求n 4 0SiO2 70 90 R2O 4 0 P38表4 6几种硅质校正原料的化学成分 4 2 1校正原料 三 铝质校正原料1 种类 含Al2O3比较多的炉渣 煤矸石 铁矾石和铝矾土等 2 质量要求Al2O3 30 MgO 3 R2O 2 4 2 2燃料 水泥工业是消耗大量燃料的工业 燃料按其物理状态不同可分为固体 液体和气体三种 4 2 2燃料 一 固体燃料煤的种类固体燃料煤 可用无烟煤 烟煤和褐煤 回转窑一般用烟煤 立窑采用无烟煤或焦煤末 1 无烟煤 无烟煤是一种碳化程度最高 干燥无灰基挥发分含量小于10 的煤 其收到基低热值一般为20900 29700kJ kg 5000 7000kcal kg 无烟煤结构致密坚硬 含碳量高 着火温度为600 700 燃烧火焰短 是立窑煅烧熟料的主要燃料 4 2 2燃料 一 固体燃料煤的种类固体燃料煤 可用无烟煤 烟煤和褐煤 回转窑一般用烟煤 立窑采用无烟煤或焦煤末 2 烟煤 烟煤是一种碳化程度较高 干燥灰分基挥发分含量为15 40 的煤 其收到基低热值一般为20900 31400kJ kg 5000 7500kcal kg 烟煤结构致密 着火温度为400 500 是回转窑煅烧熟料的主要燃料 4 2 2燃料 一 固体燃料煤的种类固体燃料煤 可用无烟煤 烟煤和褐煤 回转窑一般用烟煤 立窑采用无烟煤或焦煤末 3 褐煤 褐煤是一种碳化程度较浅的煤 有时可清楚地看出原来的木质痕迹 其挥发分较高 干燥灰分基挥发分可达40 60 灰分20 40 热值为8374 1884kJ kg 褐煤中自然水分含量较大 性质不稳定 易风化或粉碎 4 2 2燃料 二 煤的组成及分析煤的分析方法通常有二种 元素分析和工业分析 1 元素分析法用化学分析方法 分析燃料的主要元素百分数 即碳 C 氢 H 氧 O 氮 N 硫 S 及灰分 A 和水分 M 等 这种分析方法可用于精确地进行燃烧计算 碳 C 是燃料中最主要组分 在煤中的含量为55 99 是固体燃料的主要热能来源 4 2 2燃料 二 煤的组成及分析 氢 H 是燃料中的一种可燃成分 对燃料的性质的影响较大 在煤中有两种存在形式 一种与碳 硫化合 称可燃氢 另一种与氧化合 不能参加燃烧 氢含量越多 燃料的挥发分越高 越容易着火燃烧 燃烧的火焰也越长 在固体煤料中一般不超过4 5 氧 O 氮 N 不参与燃烧 不能放出热量 固体燃料中含量约为1 3 4 2 2燃料 1 元素分析法 硫 S 有三种形态 有机硫化物 金属硫化物 无机硫化物 前两种可挥发并参与燃烧 放出热量 称为可燃硫或挥发硫 硫燃烧后放出热量 且会形成SO2气体 对人体有害 污染环境 腐蚀设备 影响产品质量 是燃料中的有害成分 一般含量在2 以下 灰分 燃料燃烧后剩下的不可燃烧的杂质称为灰分 成分多为硅酸盐等无机化合物 如S F A C M等 其中S及A占大多数 4 2 2燃料 灰分是燃料中的有害成分 灰分越多 燃料品质越低 其影响如下 灰分的存在 降低了燃料中可燃成分含量 同时燃烧过程中灰分升温吸热 消耗热量 降低燃料的发热量 灰分过高时 热值低 影响燃料的燃烧速度和燃烧温度 使燃烧达不到工艺要求 影响熟料的产 质量 由于煤灰增加 在烧成温度下物料液相量增多 粘性增大易结圈 影响窑系统的通风 增加排风机电耗 4 2 2燃料 煤灰增加 相应地增加煤粉用量 改变工厂的物料平衡 同时会影响煤磨产量 有时需要放宽煤粉细度 这样容易产生不完全燃烧 出现恶性循环 煤的灰分还影响熟料的化学成分 若煤的来源多 又未能均化 其灰分的波动必然导致熟料化学成分及质量的波动 一般对窑外分解窑 要求煤粉的灰分 27 4 2 2燃料 水分 M 燃料中的水分是指自然水分 不包括化合结晶水 一般是机械地混入燃料的非结合水和吸附在毛细孔中的吸附水 煤粉水分高 使燃烧速度减慢 且汽化时要吸收大量汽化热 降低火焰温度 但少量水分的存在能促进碳和氧的化合 并且在发火后能提高火焰的辐射能力 因此水分一般控制在 2 0 最好控制在0 5 1 0 4 2 2燃料 2 工业分析法煤的工业分析能够较好地反映煤在窑炉中的燃烧状态 而且分析手续简单 因而一般只做工业分析 工业分析包括对水分 W 挥发分 V 固定炭 C 灰分 A 的测定 四项总量为100 在四项量以外还需测定硫分 作为单独的百分数提出 对煤的灰分应该作全分析 包括SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO等化学成分以及煤的热值 发热量以每公斤煤能发出多少千焦的热量表示 单位为kJ kg 分析基准有 4 2 2燃料 2 工业分析法 收到基 指工厂实际使用的煤的组成 原称 应用基 在各组成的右下角以 ar 表示 原 y 空气干燥基 指实验室所用的空气干燥煤样的组成 将煤样在20 和相对温度70 的空气下连续干燥1h后质量变化不超过0 1 即可认为达到空气干燥状态 此时煤中的水分与大气达到平衡 在各组成的右下角以 ad 表示 原f 4 2 2燃料 2 工业分析法空气干燥状态下留存在煤中的水分称为空气干燥基水分或内在水分Wad 在空气干燥过程中逸出的水分称为外在水分War f 收到基水分为总水分 即内在水分与外在水分之和 4 2 2燃料 2 工业分析法 干燥基 指绝对干燥的煤的组成 不受煤在开采 运输和贮存过程中水分变动的影响 能比较稳定地反映成批贮存煤的真实组成 在各组成的右下角以 d 表示 原g 干燥无灰基 指假想的无灰无水的煤组成 由于煤的灰分在开采 运输或洗煤过程中会发生变化 所以 除去灰分和水分的煤组成 或排除外界条件的影响 在各组成的右下角以 daf 表示 原r 煤的各种成分的换算关系如下表 4 2 2燃料 1 收到基 指工厂实际使用的煤的组成 ar2 空气干燥基 指实验室所用的空气干燥煤样的组成 ad3 干燥基 指绝对干燥的煤的组成 d4 干燥无灰基 指假想的无灰无水的煤组成 adf煤的各种成分的换算关系如下表 4 2 2燃料 三 回转窑对燃煤的质量要求新型干法水泥生产采用了多风道燃烧器 篦式冷却机等 提高了二次风温度 对燃料要求相对较低 用低质煤煅烧水泥熟料技术已成熟 低质煤就是指挥发分Vad 20 灰分Aad 30 热值Qnet ad 20935kJ kg的煤 显然低挥发分煤 贫煤 半无烟煤 无烟煤均属此列 1 热值 对燃煤的热值希望愈高愈好 这可以提高发热能力的煅烧温度 热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加 同时使窑的单位产量降低 一般要求煤的低位发热量Qnet ad 23000kJ kg煤 4 2 2燃料 三 回转窑对燃煤的质量要求2 挥发分 煤在隔绝空气的条件下加热时 有机质分解释放出气态和蒸气状物质所占质量百分率减去水分就是挥发分 它是碳元素同氢 氧元素组成的有机化合物 煤粉在燃烧过程中 首先是挥发分从煤粒中析出并在一定的温度下着火燃烧 随着挥发分析出燃烧 在煤粒中形成许多孔隙 煤粒表面的空气向内扩散与煤粒中部的固定碳被点燃 反过来又进一步加快了挥发分的析出和燃烧 4 2 2燃料 三 回转窑对燃煤的质量要求煤的挥发分和固定炭是可燃成分 挥发分低的煤 着火温度高 窑内会出现较长的黑火头 高温带比较集中 一般要求煤的挥发分 35 当煤的挥发分不恰当时 应该采用配煤的方法 用高挥发分和低挥发分的煤搭配使用 煤的着火温度随挥发分增加而降低 挥发份含量高的煤着火早 而且使煤的发热过程持续较长的距离 因此火焰长 挥发分低的煤 绝大部分的热能在很短的距离内部能被释放出来 这样使火焰集中火焰短 有时会出现局部高温现象 挥发分对煤粉的燃尽也有直接影响 一般挥发分较高的煤形成的焦炭疏松多孔 它的化学反应也较强 4 2 2燃料 三 回转窑对燃煤的质量要求1 热值2 挥发分3 灰分4 水分5 细度 回转窑用烟煤作燃料时 须将块煤磨成煤粉再行入窑 煤粉细度太粗 则燃烧不完全 增加燃料消耗 同时 煤粉太粗 则煤灰落在熟料表面 使熟料成分不均匀 因此会降低熟料的质量 而且燃烧不完全的煤粉落入熟料时由于氧气不足 不能继续燃烧 形成还原焰 使熟料中Fe2O3还原成FeO 造成黄心料 黄皮料 因此 煤粉细度最好控制在88 m 筛余小于15 若烟煤挥发分 15 则煤粉细度应控制在6 0 以下 4 2 2燃料 三 回转窑对燃煤的质量要求1 热值2 挥发分3 灰分4 水分5 细度但煤粉磨得过细 既增加能耗 又容易引起煤粉自燃和爆炸 对正常运转的回转窑 在燃烧温度和系统通风量基本稳定的情况下 煤粉的燃烧速度与煤粉的细度 灰分 挥发分和水分含量有关 一般水泥厂水分控制在1 0 以下 这时挥发分含量越高 细度越细 煤粉就越容易燃烧 当水泥厂选定某矿点的原煤作烧成用煤时 挥发分 灰分基本固定 只有改变煤粉细度才能满足煅烧工艺要求 4 2 2燃料 为何要用无烟煤 我国幅员辽阔 煤炭储量及品种分布极不平衡 烟煤主要分布在我国北方地区 广大南方地区埋藏着以低挥发分为主的无烟煤 在传统的水泥生产工艺中 回转窑生产线必须使用烟煤 这些烟煤主要来自北方的一些大煤矿 影响 一 是增加北方烟煤的消耗量 二 是增加了铁路运力 三 是对煤炭未能做到物尽其用 使煤炭的利用率大大降低 4 2 2燃料 为何要用无烟煤 四 是南方水泥厂大量使用北方产烟煤 由于运费消耗 煤价上扬 水泥生产成本大大提高 且由于交通运输紧张 为保证水泥连续生产 水泥工厂必须建大的贮煤场来贮煤 既增加了水泥厂基建投资和占地面积 也使生产成本提高 影响工厂经济效益 若能就地取材 用当地低挥发份的无烟煤作燃料 既可减少基建投资降低生产成本 又可减轻运输压力 合理利用煤炭资源 经测算 在福建地区 根据煤的来源不同 用无烟煤比外购煤每吨熟料可降低成本25 40元 如果按日产2000吨熟料计算 仅燃料一项每年就可增加净利润1500万 2400多万元 现福建地区普遍采用挥发分在3 5 的无烟煤 也能正常生产 4 2 3低品位原料和工业废渣的利用 低品位原料的应用低品位原料 指那些化学成分 杂质含量与物理性能不符合一般水泥生产要求的原料 4 3水泥生料易烧性 一 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 二 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 4 3水泥生料易烧性 三 检测方法 JC T735 2005水泥生料易烧性试验方法四 易烧性指数如 BI1 C3S C4AF C3A BI2 C3S C4AF C3A M K Na BF1 LSF 10Ms 3 M K Na BF2 LSF 6 Ms 2 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 时的液相量生料的最高煅烧温度与生料成分也就是熟料潜在矿物组成的关系如下列回归方程所示 4 3水泥生料易烧性 五 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 4 3水泥生料易烧性 五 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 4配料方案的选择 一 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 4配料方案的选择 对确定的配料方案的要求保证获得特定要求的水泥熟料 要求熟料在烧成过程中 化学反应完全 且易于烧成 所得熟料易于粉磨 生产上易于控制 易于操作 如不结圈 不结球 易于形成坚固的窑皮 燃料消耗低等 综合以上要求 配料方案的要求是为煅烧水泥熟料提供高强 易烧 易磨的生料 以达到优质 高产 低消耗和设备长期安全运转的目的 并充分利用矿山资源 生产过程易于操作控制和管理 并尽可能简化工艺流程 选定适应工厂特定条件的配料方案是全面完成生产任务 保持正常生产的重要保证 4 4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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 4配料方案的选择 二 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 这样就要提高成本 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 4配料方案的选择 二 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 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 4 4配料方案的选择 二 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 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 4配料方案的选择 二 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 如以碳酸钙含量的标准偏差作为生料均匀性指标要求时 生料碳酸钙含量的标准偏差应为 0 2 4 4配料方案的选择 二 确定熟料率值的依据4 生料成分的均匀性按数理统计 标准偏差S可用下式计算 式中xi 生料中碳酸钙的各次测定值 n 测定次数 S值愈小 表示生料成分愈均匀 均化效果H可按下式计算 熟料组成的均匀性要求见下表 4 4配料方案的选择 二 确定熟料率值的依据4 生料成分的均匀性在正常烧成温度下 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 熟料的率值 特别是KH值应和生料的均匀性相适应 预分解窑生产线的生料制备系统工艺条件一般都比较完善 又加强了原料的预均化和生料的均化 入窑生料CaO的合格率都在80 以上 有些甚至达到100 对于那些采用率值控制出磨生料的企业 生料质量更稳 因此熟料可选择较高的KH值 4 4配料方案的选择 二 确定熟料率值的依据5 窑型与规格即使生产同一品种水泥 不同窑型KH值也不同 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 4配料方案的选择 二 确定熟料率值的依据7 操作条件操作条件并不能作为具体的因素在配料时考虑 但由于操作习惯和操作水平的高低 往往会影响配料方案的实施 因此必须不断提高操作水平 以适应配料方案的要求 4 4配料方案的选择 二 确定熟料率值的依据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 实例 吉林亚泰双阳水泥有限公司水泥厂为2000t d预分解窑生产线 为了获得较高的熟料强度 良好的物料易烧性 以及易于控制生产 他们逐日统计了1996 1997 1998共3年的有关KH f CaO 升重 熟料强度 物料烧成特点 结粒情况等数据资料 首先观察KH在何范围内熟料强度较好 通过统计发现随着KH的增加 R3 R28基本上是递增趋势 但当KH 0 91时 虽然R3较高 但R28已呈下降趋势 说明此时熟料煅烧已经困难了 f CaO不易控制 对强度有较大影响 因而选取KH 0 86 0 90为熟料最佳控制范围 由于f CaO控制在 1 0 为好 故相应的熟料理论KH值为0 88 0 92 实例 熟料理论KH值为0 88 0 92 熟料的三率值是相互关联的 KH值确定后 熟料能否易于煅烧且强度高 还需要选择适宜的n p值 当KH 0 88 0 92时 统计n p值及f CaO分布情况 最后得出n 2 3 0 1 p 1 6 0 1时合格率最高 因而最后选定KH 0 88 0 92 n 2 3 0 1 p 1 6 0 1为该厂的配料方案指标 通过实践检验 他们确实找到了一个合适的配料方案 达到了预期目标 4 5生料配料的计算4 5 1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 原料配比 原料化学成分 熟料化学成分 熟料率值随着温度的升高 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 5 1配料计算的依据 一 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 不考虑生产损失二 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 5 1配料计算的依据 三 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 考虑煤灰掺入四 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 4 5 2煤灰掺入量计算 一 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 二 煤灰沉落率S 有电收尘和立窑均为100 其他见书P44表4 10 4 5 3生料配料的计算方法 生料配料的计算方法繁多 介绍应用比较广泛的尝试误差法和包括递减试凑法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 原料与煤灰的化学成分 4 5 3生料配料的计算方法 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 可以加上其它一项补足为100 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 煤的工业分析 4 5 3生料配料的计算方法 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 计算干原料配比 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 计算干原料配比 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 作业 1 水泥生产用主要原料的种类和质量要求 2 水泥生料易烧性的表示方法 3 影响生料易烧性的主要因素 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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 4 5 3生料配料的计算方法 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