高强熟料的配料及煅烧

1、高强熟料的配料及煅烧中国建筑材料科学研究总院中国建筑材料科学研究总院 王文义王文义2013年5月目目 录录一、引言二、高强熟料的设计依据三、高强熟料在水泥企业应用效果四、高强熟料的配料五、高强熟料的煅烧六、结语一、引言一、引言 2002年2006年以我院为主承担了国家科技部下达的“高性能水泥制备和应用的基础研究”项目（973计划），其中含高阿利特的高强熟料研究是一项重要内容。高强熟料在实验室研究基础上，在一些新型干法窑生产线上应用，取得一定效果。 目前,我国新型干法窑熟料强度相差很大,如山东省统计,R2857MPa约占40%(个别超60MPa), 57MPa约占60%(个别小于50MPa)。提

2、高熟料强度对很多厂具有重要意义。二、高强熟料的设计依据二、高强熟料的设计依据阿利特与晶体结构阿利特与晶体结构 高阿利特是提高熟料强度的有效途径 改善阿利特的晶体结构也是提高熟料强度的一个途径 不同温度下阿利特晶体结构转变： 10703 10602 9901 9803 9202 6201三方晶体单斜晶体三斜晶体RMMMTTT 表表1 阿利特含量与晶体结构对熟料强度的影响阿利特含量与晶体结构对熟料强度的影响编号C3S含量（%）C3S晶体结构R3(MPa)R28(MPa)晶体结构影响(MPa)C3S含量影响(MPa)123472727272MMRR31.335.834.336.465.464.570

3、.970.6/+5+5+11+10+7+11567545454MRR23.233.029.253.763.658.6/+10+5/2. 掺杂对阿利特晶体结构的影响掺杂对阿利特晶体结构的影响表表2 掺杂对阿利特晶体结构的影响掺杂对阿利特晶体结构的影响编号掺杂物晶体结构1纯C3S三斜（T）2Al2O3+Fe2O3以单斜为主（M），混部分三斜（T）3Al2O3+Fe2O3+MgO单斜（M）4Al2O3+Fe2O3+Z3单斜（M）和三方（R）混合体5Al2O3+Fe2O3+Z2三方（R）为主，部分单斜（M）6Al2O3+Fe2O3+Z2+Z3三方（R）为主，部分单斜（M）7Al2O3+Fe2O3+Mg

4、O+Z2+Z3单斜（M ）为主，部分三方（R）注：Z2、Z3为阴离子物质。3. 杂离子对熔体杂离子对熔体与与的影响的影响图1 元素外层电子的负电性对熟料熔体粘度和表面张力的影响 1 2 3 4 元素外层电子的负电性（按Pauling)带p-电子的元素带s-的电子的元素0.180.160.140.120.550.500.45ClBaF MgBBaAlKS PBS NaClP NaMgSr KSr表面张力（N/m） 粘度（Pas）Al三、高强熟料在水泥企业应用效果三、高强熟料在水泥企业应用效果1. 上海某新型干法窑试烧效果上海某新型干法窑试烧效果 陈益民教授曾在南京某厂和上海某厂进行过高阿利特高强

5、熟料的工业化试烧，均取得良好效果。 在上海某新型干法窑生产线试烧系采用石灰石、砂岩、粉煤灰及杂离子配料，熟料化学成分，矿物组成及性能列于表3、表4中。表表3 上海某厂高强熟料化学成分及组成上海某厂高强熟料化学成分及组成SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgOfCaOKH n PC3S C2S C3A C4AF21.76 5.06 3.31 67.65 1.250.270.954 2.61 1.6170.53 9.58 7.82 10.00表表4 上海某厂高强熟料的物理性能上海某厂高强熟料的物理性能比面积(m2/kg)稠度(%)安定性凝结时间(h:min)抗折(MPa)抗压(MPa)初凝

6、终凝3d28d3d28d33626.5合格1:453:236.810.941.170.62. 宁波科环高强熟料应用效果宁波科环高强熟料应用效果 宁波科环是一条2500t/d新型干法窑窑生产线，自2007年掺加含杂离子的工业废渣、废泥以来，熟料3d强度由过去的3033MPa，提高到35 40MPa，28d强度保持在57 59MPa。熟料产量由过去的2800t/d提高到3300t/d。熟料的三率值KH 0.950、n 2.50、P 1.55、C3S在66%，C2S在10%，C3A 8%，C4AF10%。3. 云南蒙自高强熟料应用效果云南蒙自高强熟料应用效果 蒙自是一条2500t/d新型干法窑生产线

7、，采用石灰石、砂岩、粘土和带阳离子，阴离子的工业废渣配料，采用当地发热量低（4500KCal/kg），灰份大（38%左右）的煤煅烧熟料。自2010年生产至今，一直采用掺杂离子和高阿利特煅烧技术，取得了高产、低煤耗，高强熟料的效果，见表5、表6。表表5 蒙自熟料化学成分及矿物组成（年平均值）蒙自熟料化学成分及矿物组成（年平均值）时间化学成分（%）率值矿物组成（%）Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH KH n PC3S C2S C3A C4AF fCaO 2010年2011年2012年0.21 20.78 5.32 3.23 66.66 1.87 0.930.

8、27 20.55 5.30 3.54 66.49 1.70 0.990.32 20.45 5.28 3.54 66.15 1.78 1.400.965 0.947 2.41 1.600.969 0.950 2.33 1.500.964 0.946 2.32 1.5066.32 9.04 8.44 10.13 1.0166.4 8.4 8.0 10.77 1.0865.0 9.10 8.0 10.75 1.07表表6 蒙自熟料物理性能及窑产量、煤耗（年平均值）蒙自熟料物理性能及窑产量、煤耗（年平均值）时间比面积(m2/kg)稠度(%)凝结时间(h:min)抗折(MPa)抗压(MPa)窑产量(t/

9、d)窑标煤耗(kg/t)初凝终凝3d28d3d28d2010年2011年2012年34634934922.622.522.31:461:501:482:362:352:335.76.06.09.49.39.330.733.633.566.966.767.7248727242800122.0117.9113.6四、高强熟料的配料四、高强熟料的配料1. 生料均匀稳定是高强熟料生产的前提生料均匀稳定是高强熟料生产的前提 这就要求高度重视原料、燃料的予均化、均化工艺条件。2. 熟料率值与矿物组成的关系熟料率值与矿物组成的关系 nKHAFAS C C C SC 4323P nKHAFAS C C C S

10、C 4323P3. 提高提高C3S含量含量 目前新型干法窑煅烧熟料中C3S大多在5060%之间，相应KH值在0.88 0.91之间，为了提高熟料强度，C3S应控制在60 70%之间，相应KH值在0.94 0.96之间。4. 在高在高KH的条件下，适当调整的条件下，适当调整n、P两个率值两个率值 高KH、高n、高P的三高率值好，如德国高强熟料KH 0.95，n 2.8，P 1.8，但熟料烧成热值高，煅烧困难。 高KH，中n，中P的一高二中方案较好，如 KH 0.940.96，n 2.3 2.5 ， P 1.4 1.6 ，熟料易烧性好。 当n值低于2.3时，C3S+C2S含量低于75%，熟料强度下

11、降。 表表7 70MPa和和75MPa熟料化学成分、矿物组成熟料化学成分、矿物组成时间化学成分（%）率值矿物组成（%）Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH KH n PC3S C2S C3A C4AF fCaO 7月平均8月平均7月9日8月18日8月28日0.29 20.575.32 3.34 67.02 1.51 1.050.29 20.745.21 3.24 66.88 1.66 1.000.30 20.47 5.51 3.34 66.97 1.55 1.060.15 20.13 5.46 3.31 66.92 1.85 0.740.28 20.79 5

12、.29 3.08 67.49 1.52 0.860.978 0.963 2.38 1.590.973 0.956 2.46 1.610.976 0.963 2.31 1.650.998 0.980 2.30 1.650.981 0.971 2.48 1.7269.41 6.27 8.42 10.16 0.8868.40 7.46 8.31 9.84 0.9369.15 6.52 8.94 10.15 0.7871.90 3.47 8.86 10.06 1.0272.13 5.19 8.79 9.36 0.57表7续 70MPa和和75MPa熟料物理性能熟料物理性能 日期 比表 稠度 初凝 终凝

13、 抗折MPa 抗压MPa 3d 28d 3d 28d 7月 345 24.1 2:20 3:07 5.8 9.131.570.2 8月 346 23.5 1:59 2:44 5.8 9.334.671.37月9日 351 23.6 1:58 2:50 6.7 10.140.177.28月18日 340 23.8 2:07 2:55 5.2 9.334.876.58月28日 355 23.4 1:59 2:44 6.3 9.539.075.7表8 高强熟料矿物组成与强度关系 强度强度 ( MPa)取值取值 范围范围 KH_NPC3SC2SC3AC4AFfCaOC3S +C2SC3A +C4AF

14、67年平年平均均0.9482.351.5365.98.88.110.61.0574.718.7 70月平月平均均0.9602.421.6068.96.98.410.00.9175.818.4 75日平日平均均0.9712.361.6771.15.18.99.90.7976.218.85. 选择适宜的杂离子选择适宜的杂离子 纯的C3S，只含CaO、SiO2，烧成的C3S晶体为三斜（T），对称性差，内部缺陷少，活性差。 当C3S在Al2O3、Fe2O3、MgO条件下烧成，C3S内熔有Al2O3 、Fe2O3、MgO。称阿利特，晶体为单斜（M），对称性提高，内部缺陷增多，活性明显提高。 当C3S在A

15、l2O3、Fe2O3、MgO条件下，再掺加适宜杂离子时，晶体为三方（R）和单斜（M）混合体，对称性提高，内部缺陷多，活性更高。 为了降低熟料成本，掺用含有阳离子、阴离子的工业废渣、废料煅烧熟料是最佳方案。五、高强熟料的煅烧五、高强熟料的煅烧 优化熟料煅烧是一个系统工程，应结合企业的窑形、原燃材料、掺加杂离子等状况，调整、稳定煅烧各个工艺参数。这里强调几点1. 强化烧成强化烧成 强化烧成是指阿利特形成的烧成带，应集中火力、高热力强度、短时间完成阿利特的烧成，使阿利特晶体发育完整、尺寸较小（在2040m），活性最高。 为此，多风道喷煤管、喷煤管调节和操作者主导思想尤为重要。 热力强度 采用开大内风

16、，关小外风，适量中风，合理控制一次风机风量和窑头用煤风量，使窑头火焰形状规则、有力。 热交替 采用垂直方向压低喷煤管头部，水平方向喷煤管向料带靠拢，以缩短火焰长度，保证火焰的热力强度及料、气的热交替，使主窑皮控制在一定距离内。 二次风温 适当提高二次风温，有益于烧成带热力强度。 窑头用煤量 在不产生还原气氛的前提下，适当加大窑头用煤量，有益于烧成带热力强度。2. 薄料快转薄料快转 薄料快转是窑控的一条经验。通过加快窑速，增加窑内物料的带起高度，加大物料与高温气体的接触面积，提高热传导效率，使窑物料受热均匀，出窑熟料致密，粒径匀称。3. 液相量及液相特征液相量及液相特征 掺加杂离子煅烧对高温物料

17、的液相量及特征有一定影响，应引起重视。 掺加杂离子煅烧的目的不是为了降低熟料烧成温度，而是在正常1450烧成条件下，提高阿利特含量和改善阿利特晶体结构。在1450烧成条件下的液相量L1450计算：L1450=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+R2O+SO3在CSAF体系， 液相出现温度为1338 在CSAF M体系，液相出现温度为1301 在CSAF M K N体系， 液相出现温度为1280 在CSAF M K N体系，再有S、P、F等离子的条件下，液相出现温度还会低，同时液相量增加，液相、也会发生变化。 液相出现温度低，液相量增加、液相、 变化，应特别关注窑尾部、分解炉、予热器的

18、结皮、堵塞。 K、Na含量增加，液相增大，不利于阿利特形成。液相减小，易飞砂。 Mg含量增加，液相、变化不大，但MgO含量过多，CaO含量减少，不利于阿利特形成。 阴离子S、F、P、Cl含量增加， 液相减小，有利于阿利特形成 液相减小，易飞砂。 因此，应根据液相量、液相粘度、液相表面张力 ，调整窑控工艺参数。4. 熟料快速冷却熟料快速冷却快冷作用 提高熟料质量和易磨性 快冷可阻止阿利特晶体大，但不能改变晶体结构；稳定贝利特晶体结构；使液相形成玻璃体，特别是C3A、MgO固溶在玻璃体内。快冷熟料使颗粒中产生内应力和裂纹，提高易磨性。 尽可能的把熟料中显热回收进烧成系统，提高二次风、三次风温度。 快冷使熟料温度低，有益于输送、贮存和水泥粉磨要求