水泥熟料质量过程控制

水泥熟料质量过程控制水泥分厂化验室 水泥生产中的原 燃材料及配料 一 化验室四个组分别检验的项目二 主要原燃材料技术要求三 原燃材料质量控制四 生料质量控制五 硅酸盐水泥熟料中的主要矿物六 硅酸盐水泥熟料的率值及其意义七 配料方案设计八 熟料质量控制 一 化验室四个组分别检验的项目 控制组检测项目 窑的立升重 游离钙 出磨细度 入窑细度 煤灰份 煤粉细度 烧失量 滤饼水份 浓缩水分 分解率 水泥的细度 比表面积 三氧化硫 烧失量 游离钙 分析组 检测项目 烧失量 CO3 不溶物 二氧化硅 SiO2 三氧化二铁 Fe2O3 三氧化二铝 Al2O3 硫酸盐 三氧化硫含量 二氧化钛 TiO2 一氧化锰 MnO 氧化钾 K2O 氧化钠 NaO 氧化镁 MgO 氧化钙 CaO 氯离子 Cl 等 物检组 检测项目 水泥的物理性能 细度 比表面积 安定性 密度 凝结时间 初凝和终凝 熟料的龄期 强度 抗折和抗压 出磨水泥的龄期 强度 抗折和抗压 出厂水泥的龄期 强度 抗折和抗压 配料组 检测项目 出磨和入窑的三率值 KH SM IM 熟料的三率值 KH SM IM 配料的关键是严格控制生料中的CaO SiO2 Al2O3和Fe2O3在规定的范围内 通过控制生料三率值来实现 即 KH 1 06 0 02SM 2 45 0 1IM 1 30 0 1当然 煤料对口 也十分重要 只有生料成份合理 才能通过煅烧实现熟料矿物组成的合理 即C3S C2S C3A和C4AF的比例合适 最终实现熟料的强度和性能 当 多组分配料方案 确定好了 最终形成熟料产品要靠煅烧 二 主要原燃材料技术要求 1 石灰石石灰石主要是碳酸盐矿物 常用的天然石灰质原料有白云石 燧石 泥灰岩 贝壳等 外购石灰石的企业在签订供货合同前 化验室应先了解该矿山的质量情况 同时按不同的外观特征取样检验 制成不同质量品位的矿石标本 化验室根据本厂生产水泥熟料的配料要求 制定出石灰石的质量指标 圆形堆场 长形堆场 2 硅质原料天然粘土质原料的种类很多 有粘土 黄土 页岩 粉砂岩 泥岩 河泥等 3 铁粉校正原料 用以补充配合生料中氧化铁不足的原料 Fe2O3 40 目前使用较多的是硫酸渣 Fe2O3 红色 其次是铁尾渣 铁矿石 铜矿渣黑色带光泽等 4 原煤 煤作为水泥熟料烧成的燃料 供给熟料烧成所需的热量 但是其中所含的灰分 绝大部分落入水泥熟料中 而影响水泥熟料的成份和性质 从这一点讲 煤又是生产水泥的一种 原料 因此对于水泥厂用煤的质量有一定的要求 5 粉煤灰 从煤粉炉烟道气体中收集的粉末称为粉煤灰 水泥生产中作为活性混合材料的粉煤灰应满足下表要求 放射性应符合GB6566标准要求 碱含量用于砼中小于0 6 三 原燃材料质量控制 生 熟料质量控制应以配料为纲 从原燃材料的质量抓起 强化过程均化 原材料质量是制备成分合适 均匀稳定的生料基础条件 生料质量是熟料质量的基础 1 石灰石的质量控制 依据资源状况及配料要求 确定石灰石控制指标 日常检测品位 水份 粒度 全面掌握矿山石灰石质量状况及变化规律 做好不同质量石灰石的台段搭配 确保进厂石灰石品位 易磨性对原料磨产能影响 我厂石灰石资源来自附近的马脊山 属优质石灰石 为了综合效益可搭配边坡料 虽说是优质石灰石 但岩也夹杂着少量的隧和石英硅 因此搭配需谨慎 2 1 石灰石的质量要求 我厂石灰石基本能满足质量要求 但对有害成份难以预知 有时煅烧会出现 飞砂料甚至 跑黄粉 我们厂石灰石总体质量优良 为了使成分更加稳定 资源开发实行 多台段搭配 由于石灰石中镁和碱含量很低 因此对其他校正原材料中的镁和碱的含量要求条件可以放宽 生产中堆取料机故障停车时有发生 石灰石料位跟不上造成 装载机加料 和 人工放料 均化效果欠佳 生料成份出现波动 在 热工弹性 不大的情况下会影响熟料煅烧 2 硅质原料质量控制 日常控制项目 化学成份 水份 卵石粒度 依据实际生产质量情况确定卵石掺加比例 掺加卵石对磨机产质量的影响 抓好对卵石粒度及卵石比例的监控 以稳定配料 我厂高低硅砂岩资源来自巢湖周边地带 储量丰富但有开采资质的矿山较少 造成资源的不稳定性 高硅的硅含量一般在70 85 低硅的铝含量一般在14 22 低硅的碱含量时常超过4 高低硅水分波动在3 13 因此高低硅成分的波动难以避免 但是高硅属页岩 低硅属粉砂岩 晶体结构小 利于粉磨和煅烧 2 1 高低硅砂岩资源在生产中的利用 我厂高低硅砂岩总体成份波动大 时有碱超标 为了防止有害成份 每开发一个新资源都要到矿区采样预检 合格后允许进厂 为了减小成份波动 对进厂每批砂岩实行定点堆放 待检测结果出来后方可使用 使用时也考虑不同批次的搭配 由于砂岩的干湿受天气影响 库棚的储量又较小 难以避免潮湿砂岩结库断组分 当务之急是对砂岩库的改造 或用空气喷堵 或库内加钢衬板 2 2 高低硅砂量要求 低硅砂岩时常出现碱超标 此时应慎用低硅配料方案 有时采用高低硅和粉煤灰以及炉渣混合搭配 以降低生料的碱含量 3 铁质原料质量控制 我厂铁粉资源来自马鞍山 庐江 繁昌等地区的选铁厂和选硫厂 现代选铁工艺较先进 因此铁尾砂的品位较低 一般铁30 左右 如果选硫不充分 就会造成铁尾砂含硫高 如果使用影响窑尾结皮 影响熟料质量 铁矿石 实际上铁矿石尾矿 经过市场调研筛选 最终确定繁昌牛岭矿适合我厂使用 品位稳定 铁32 左右 含泥量少 不易结库 颗粒适中均匀 赤铁含量丰富 有利于煅烧 3 1 铁粉铁矿石的质量要求 3 2 铁粉铁矿石资源在生产中的利用 我厂铁粉采购渠道较多 品质难以稳定 时常出现有害成份 为此 对每批铁粉实行进厂前预检 合格后进厂 实行定点堆放 定点取料 或者搭配使用 外观控制以 流动性 好为标准 粒径不能小于1mm 铁粉铁矿石结库现象很少 4 原煤资源的特点和选择 4 1 燃料质量控制 燃料种类 烟煤 无烟煤等 进厂原煤质量控制工业分析 水份 入窑煤粉质量控制细度 水份 工业分析 抓好原煤均化 我厂原煤资源主要来自淮化集团 国投新集和贸易煤 品质中低 发热量20000KJ Kg左右 属有烟煤 灰份波动大一般在22 32 之间 煤的燃烧首先是挥发份的燃烧 挥发份是由烃类的CO O2 N2等组成的混合气体 固定碳发热量大约是挥发份的1 5倍 二者共同构成火焰形态 灰份大则燃烧慢火焰长 适当的水份可提高煤粉燃烧的辐射热 4 2原煤的质量要求 进厂煤要原则上应按供应产地分批对方 搭配使用 以稳定烧成用煤的灰分与热值 同时采取必要的预均化措施 储存量要保证至少10天以上 做到先进先用 当进厂煤质量发生较大变化时 一般通知供应部门查明原因 必要时暂停进场 并采取应急措施 调整控制指标 以适应其变化情况 我厂和热电分厂共用一个原煤堆场 全公司日均用煤约1600吨左右 堆场容量约2万吨 场地有限 没有预均化设施 加上采购渠道多 窑用煤成份波动难以避免 造成配料频繁调整和操作频繁调节 窑 热工制度 难以稳定 为此 我厂对每批进厂原煤及时预检 明确每批堆放位置和使用期限 以确定近期配料方案和操作手段 煤质的好坏对窑的产量及热耗有重大意义 高热值得煤能够强化煅烧 增加产量 降低热耗 煤的灰分绝大部分掺入熟料中 所以煤质的波动不但影响发热量的变化 同时影响熟料的化学成分 对熟料质量产生直接影响 因此尽可能稳定燃料的灰分波动幅度一般控制在目标值 2 4 3 煤粉质量对入窑煅烧及熟料质量的影响 影响窑热工稳定 煤灰参与配料 灰份对熟料化学成份的影响 低灰份 高热值最好 煤灰组分对熟料质量的影响 煤灰中的各组分直接参与熟料的化学反应 据新型干法窑优点是可使用劣质煤 但对原煤中的硫含量必须限制 一般全硫控制在小于1 0 以防止预热器结皮 统计 由于煤灰的掺入 使熟料KH 降低0 04 0 16 SM 降低0 05 0 20IM 提升0 05 0 30 因此稳定原煤灰分是熟料率值稳定的基础 进厂原煤必须要求采取均化措施 5 粉煤灰炉渣的选择和利用 我厂粉煤灰炉渣资源主要来自热电分厂 也有部分粉煤灰来自周边电厂 二者都是煤的燃尽物 成份大体相同 是铝质校正原料 5 1粉煤灰和炉渣的质量要求 5 2粉煤灰和炉渣资源在生产中的利用 我厂 粉煤灰 通过空气输送和出磨生料一起参加在线配料 由于粉煤灰仓下料稳定性较差 时常会造成出磨生料成份波动 现在正着手技术改造或加气管吹堵或增加风送压力 炉渣 在配料站参加在线配料 稳定性较好 但资源有限 一般阴雨天不能使用 避免堵料 6 电石渣资源的特点 我厂电石渣是乙炔站利用电石生产乙炔的废渣 主要成份是Ca OH 2 由于采购电石的渠道不同 因此电石渣成份有波动 有时CL离子超标 影响熟料质量 电石渣中Ca OH 2较石灰石中CaCO3分子量小 分解温度低 但Ca OH 2分解产物是水份 水份过多容易造成生料粉结球和预热器热交换效率低 因此生产中电石渣加量不宜过大 我厂 渣水平衡 环保任务重 因此电石渣的浓缩和压滤没有充分时间 水份控制难度大 必要时可采用新型絮凝剂和新型滤布 适当提高泵压 6 1电石渣的质量要求 6 2电石渣资源在生产中的利用 我厂每天约消化400t电石渣干基 经浓缩压滤后的电石渣滤饼加入生料立磨参加在线配料 配合比约7 左右 因此加渣的稳定性至关重要 滤饼粘连滤布和下料口都会影响配料 针对如何降低滤饼水份 减少粘连和改变输送方式 正在进行探讨 摸索和尝试 四 生料质量控制 1 生料均化链 矿山搭配开采 工厂内原料预均化 磨内粉磨过程均化 生料均化库均化2 控制项目 生料化学成份及三个率值 细度 细度对煅烧影响大 细度越细比面积越大 反应快 但要求过细会影响磨机产能且使电耗增加 水份 水份小生料流动性良好 确保均化效果 3 入磨物料粒度 从石灰石粒度及卵石粒度入手 粒度对产质量影响 a 粒度大 影响磨机产量 b 粒度大 致使喂料量产生较大波动 使各种物料配合比不能按要求均匀喂料 另外粒度大切不均齐的硬质物料在磨头仓中离析 磨内平衡被破坏使生料成份 细度不易控制 4 生料均化库均化 5 生料成份波动的原因及防范措施 原因 a 原燃材料成份波动 b 各种物料配比的波动 工艺设备不能满足配料要求 粒度不均齐 或粒度过大 计量设备精度差 计量不准确 磨头仓容量小 造成断料及物料压力难以稳定 影响下料量准确 均匀 物料水份波动 c 磨机工况影响d 生料化学分析不正确 误导配料 取样代表性差稳定原材料质量 运用可靠计量准确的配料设备 采用几何形状合理磨头仓 保持仓内物料压力稳定即控制好仓料位或小磨物料粒度 严掺控制入磨物料水份 加强岗位操作人员责任心 提高操作水平 通过抽查对比等措施确保检验数据准确 五 硅酸盐水泥熟料中的主要矿物 硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种 C3S C2S C3A C4AF 另外还有少量的f CaO 方镁石 含碱矿物 玻璃体 通常 熟料中C3S C2S含量75 左右 C3A C4AF含量22 左右 1 C3S含量通常占熟料的50 以上 其特点 水化较快 早期强度高 强度增进就率大 干缩性 抗冻性较好 但水化热较高 抗水性差 抗硫酸盐浸蚀能力较差 C3S形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间 含量过高 烧成困难 易导致f CaO增多 熟料质量下降 2 C2S含量通常分熟料的20 左右 其特点 水化较慢 早期强度低 水化热低 体积干缩小 抗水性和抗硫盐日浸蚀能力好 后期强度增加 3 C3AC3A水化速度 凝结硬化很快 放热多 硬化快 早期强度较高 但绝对值不高 后期几乎不再增长 甚至倒缩 C3A干缩变形大 抗硫酸盐性能差 脆性大 耐磨性差 4 C4AFC4AF水化速度早期介于C3A与C3S之间 早期强度类似于C3A但后期还能不断增长 水化热低 干缩变形小 耐磨 抗冲击 抗硫酸盐浸蚀能力强 5 f CaO MgOf CaO在高温下死烧形成 水化很慢 一般加水3天后才反应有尽有 反应体积膨胀97 9 产生应力 造成水泥石破坏 MgO少量可与熟料矿物固溶 对降低烧成温度 增加液相数量 改善熟料色泽有好处 但超过一定量后 未固溶部分水化很慢 要几个月甚至几年才与水反应 生产Mg OH 2 体积膨胀148 导致水泥安定性不良 这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分 它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的 配比不恰当 都会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量 如熟料中若CaO含量过高 则CaO不能充分与硅酸性氧化物化合 部分呈现游离状态存在于熟料中 成 死烧状态 这种 死烧状态 的氧化钙 其水化作用非常缓慢 常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中 致使水泥石膨胀变形 破裂 如氧化铝和氧化铁 它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物 如果它们的含量过高 则产生的液相量过多 使物料易结大块而影响操作 如果含量过低 则产生液相量过少 使烧成困难 熟料易于 粉化 所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算 作出科学合理的配料方案 指导熟料生产 六 硅酸盐水泥熟料的率值及其意义 水泥性能主要来源于熟料的性能 决定熟料性能的是水泥熟料的矿物组成 硅酸盐水泥熟料矿物由四种主要氧化物化合而成 在一定条件下 各氧化物的含量和彼此之间的比例 是水泥生产质量控制的基本要素 因此 人们就想出了表示水泥中各氧化物含量及彼此之间的关系 称为率值 率值可以简明扼要地表示水泥熟料性能及其对水泥煅烧的影响 我国目前一般采用 石灰饱和系数 KH 硅酸率 SM 铝率 IM 一 石灰饱和系数 水硬率和石灰系数 1 饱和比 表示水泥熟料中氧化钙总量减去饱和酸性氧化物 Al2O3 Fe2P3 SO3 所需的氧化钙后 剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量 与理论上二氧化硅与氧化钙全部化合生成硅酸三钙所需要氧化钙含量的比例 简言之 KH表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和生产硅酸三钙的程度 KH CaO f CaO 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 0 7SO3 2 8SiO2当IM 0 64时KH CaO 1 65Al2O3 0 35Fe2O3 2 8SiO2当IM 0 64时KH C 1 10A 0 7A 2 8SiO2水硬率 HM CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3石灰系数LSF CaO 2 8SiO2 1 18Al2O3 0 65Fe2O3 二 硅酸率又称硅率 以n表示 欧美以SM表示 表示熟料硅酸盐圹物与熔剂矿物的比值 SM SiO2 Al2O3 Fe2O3SM高 则硅酸盐矿物多 对水泥熟料强度有利 但熔剂矿物少 液相量少 会给煅烧造成困难 SM过低 则对塾料强度不利 且熔剂矿物多 易结圈等 不利于煅烧 三 铝氧率又称铝率或铁率 以P表示 欧美以IM表示 熟料中C3A与C4AF之间比值 IM Al2O3 Fe2O3IM过高 意味C3A多 C4AF少 液相粘度增加 对煅烧及水泥性能都造成较大的影响 如IM过低 则C4AF多 液相粘度小 易结大块等 四 矿物组成及换算当IM 0 64C3S 3 8SiO2 3KH 2 C2S 8 6SiO2 1 KH C3A 2 65 A 0 64F C4AF 3 04Fe2O3 熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙 CaO 一般范围为62 67 二氧化硅 SiO2 一般范围为20 24 三氧化二铝 Al2O3 一般范围为4 7 三氧化二铁 Fe2O3 一般范围为2 5 6 这四种氧化物组成通常在熟料中占95 以上 同时含有5 以下的少数氧化物 如氧化镁 MgO 三氧化硫 SO3 氧化钛 TiO2 氧化磷 P2O5 以及碱 K20 Na20 等 七 配料方案设计 配料 根据水泥品种 原料的物理化学性能 与具体生产条件 确定所用原料配合比 以得到煅烧水泥熟料所需要适当成份的生料 称为生料的配料 简称配料 合理的配料方案即是工艺设计的依据 又是正常生产的保证 配料包括原料的选择 熟料的设计与生料配料计算 一 配料设计 1 配料设计的目的和基本原则 目的 1 根据原料资源情况 确定矿山的可用程度 并尽可能利用矿山资源 2 根据原料 燃料特性和水泥品种等要求 决定原料 燃料种类 配比 选择合适的生产方法 3 计算全厂物料平衡 作为全厂工艺设计及主机造型的依据 原则 1 烧出的熟料具有较高的强度和良好的物理化学性能 2 配制的生料易于粉磨和煅烧 3 生产过程中易于控制和管理 便于生产操作 以及结合工厂生产条件 经济合理地利用矿山资源 二 熟料组成的选择及注意的问题 合理的配料方案 表现在熟料矿物成份的选择上 即对三个率值的确定 为获得优质熟料 应以以下几方面考虑 1 水泥品种 为满足不同品种水泥的要求 应选择不同矿物组成 如生产快硬硅酸盐水泥 需要较高