趙曉東
遼寧冀東水泥有限公司φ4.74m×74m生產(chǎn)線自2010年6月投產(chǎn)以來,一直使用礦渣配料生產(chǎn)水泥熟料與礦渣水泥,生產(chǎn)指標和經(jīng)濟效益比較理想,窯產(chǎn)量平均為4 236.25t/d;熟料3d抗壓強度平均為28.62MPa,28d抗壓強度平均為57.08MPa;熟料標準煤耗平均為110.43kg/t。2015年后,遼寧地區(qū)的礦渣資源日趨緊張,價格連年上漲,造成水泥成本逐年增高,因此尋求礦渣的替代原材料成為水泥生產(chǎn)企業(yè)的當務之急。
熔渣與礦渣都是煉鋼廠生產(chǎn)的高爐廢渣。盡管其化學成分十分相近,但因冷卻速率不同,礦物結構完全不同。熔渣沒有經(jīng)過水淬冷,其冷卻速率很緩慢,液相在漫長冷卻過程中產(chǎn)生結晶反應,其礦物晶體含量較礦渣多,玻璃相含量較礦渣少,表現(xiàn)出明顯的耐磨、耐火特性。使用熔渣作混合材生產(chǎn)水泥,水泥磨機的臺時產(chǎn)量會降低,單位電耗會增加;使用熔渣作配料成分生產(chǎn)水泥熟料,生料磨機的臺時產(chǎn)量會降低,單位電耗會增加,回轉窯的臺時產(chǎn)量也會降低,熟料標準煤耗會增加,影響生產(chǎn)經(jīng)濟效益。所以,水泥企業(yè)一直使用礦渣生產(chǎn)水泥,熔渣一直被廢棄,沒有得到充分利用。鞍山鋼鐵公司每年排放熔渣300余萬噸,本溪鋼鐵公司每年排放熔渣200余萬噸,撫順鋼鐵公司每年排放熔渣200余萬噸,如今遼寧地區(qū)的熔渣儲量已經(jīng)多達1.5億噸,而每年用于公路基石、鐵路基石等工程的僅有30余萬噸,其余的都廢置在農(nóng)田。這些廢棄的熔渣不僅占用大量耕地,而且還會污染土地和地下水。因此,研究熔渣用于水泥生產(chǎn),不但具有現(xiàn)實的生產(chǎn)意義,而且還具有利廢、環(huán)保的社會意義。
表1 熔渣和礦渣的化學成分,%
(1)化學成分分析
選取鞍山鋼鐵公司、本溪鋼鐵公司和撫順鋼鐵公司生產(chǎn)的熔渣及已生產(chǎn)使用多年的鞍鋼礦渣試樣,做化學成分分析,結果見表1。
由表1可知,鞍鋼、本鋼和撫鋼熔渣與鞍鋼礦渣的化學成分十分相近,就化學成分而言,均符合GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高爐礦渣》標準要求。
(2)活性分析
根據(jù)質量系數(shù)計算公式K=[CaO+Al2O3+MgO]/[SiO2+MnO+TiO2][2],分別計算鞍鋼礦渣、鞍鋼熔渣、本鋼熔渣、撫鋼熔渣的質量系數(shù),其數(shù)值分別為K1=1.50、K2=1.44、K3=1.41,K4=1.43,質量系數(shù)均>1.20,符合GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高爐礦渣》標準要求,適合作生產(chǎn)水泥的原料。
(3)巖相結構分析
選取鞍鋼、本鋼和撫鋼熔渣及鞍鋼礦渣試樣,做巖相結構分析,其結果見表2。
表2 熔渣和礦渣的巖相成分,%
由表2可知,鞍鋼、本鋼和撫鋼熔渣與鞍鋼礦渣的巖相結構差別很大,鞍鋼礦渣的玻璃相成分高達35.45%,比鞍鋼熔渣高13.66%,比本鋼熔渣高19.12%,比撫鋼熔渣高17.21%,其原因是礦渣經(jīng)過水淬冷處理,其冷卻速率相對較快,液相不容易發(fā)生結晶反應,礦物中玻璃相成分相對較高,晶相成分相對較低。熔渣沒有經(jīng)過水淬冷,其冷卻速率相對緩慢,液相容易發(fā)生結晶反應,礦物中的晶體成分比礦渣多,玻璃相成分比礦渣少。但熔渣的含水量較礦渣低4%~6%,粉磨時可以節(jié)省烘干能源。
(4)易磨性分析
分別稱取鞍鋼、本鋼和撫鋼熔渣及鞍鋼礦渣試樣6kg,各自分別在φ500mm×500mm的試驗小磨中粉磨10min、20min及30min,再測試其比表面積,結果見表3。
表3 熔渣和礦渣的比表面積測試,m2/kg
由表3可知,粉磨相同的時間,鞍鋼礦渣的比表面積大于鞍鋼熔渣的比表面積,鞍鋼熔渣的比表面積大于本鋼熔渣的比表面積,本鋼熔渣的比表面積大于撫鋼熔渣的比表面積,說明鞍鋼礦渣的易磨性優(yōu)于鞍鋼熔渣的易磨性,鞍鋼熔渣的易磨性優(yōu)于本鋼熔渣的易磨性,本鋼熔渣的易磨性優(yōu)于撫鋼熔渣的易磨性。熔渣和礦渣的易磨性試驗結果,與其巖相成分的分析結果完全吻合。
根據(jù)質量系數(shù)的計算、巖相結構分析及易磨性試驗的測試結果,選用鞍山鋼鐵公司生產(chǎn)的熔渣用于生產(chǎn)水泥熟料,并于2016年6月從鞍山鋼鐵公司購進8 000t熔渣連續(xù)7d進行生產(chǎn)試驗,試生產(chǎn)所用的原材料化學成分見表4,原料配比見表5,熟料率值及礦物組成見表6,生料磨機的主要技術指標見表7,回轉窯的主要技術指標見表8。
由表7可知,熔渣代替礦渣配料進行試生產(chǎn),生料磨機的產(chǎn)量降低了2.75t/h,生料分步電耗增加了0.71kWh/t,生料細度合格率降低了0.67%,其主要原因是熔渣的活性與易磨性都比礦渣差。
由表8可知,熔渣代替礦渣配料進行試生產(chǎn),窯的產(chǎn)量降低了4.87t/h,熟料標準煤耗增加了3.84kg/t,熟料3d抗壓強度降低了0.17MPa,28d抗壓強度降低了0.27MPa,熟料強度變化微小。就生料磨機與回轉窯的試生產(chǎn)技術指標而言,熔渣代替礦渣試生產(chǎn)效果比較理想。
借鑒熔渣代替礦渣生產(chǎn)水泥熟料的試生產(chǎn)經(jīng)驗,繼續(xù)選用鞍鋼熔渣用作水泥混合材進行生產(chǎn)試驗。2016年7月從鞍山鋼鐵公司購進5 000t熔渣,連續(xù)7d在φ4.2m×13m水泥磨中進行生產(chǎn)P·S42.5水泥試驗,水泥配比見表9,水泥磨機的主要技術指標見表10,水泥物理性能檢測結果見表11。
由表10可知,熔渣代替礦渣40%作為混合材生產(chǎn)水泥,水泥磨機的產(chǎn)量降低了3.07t/h,水泥分步電耗增加了2.49kWh/t,生料細度合格率降低了0.58%,其主要原因是熔渣的易磨性比礦渣差,在水泥磨機內(nèi)的粉磨時間相對較長。
表4 試生產(chǎn)的原材料化學成分,%
表5 熔渣與礦渣的生料配比,%
表6 熔渣與礦渣配料的礦物組成(%)及熟料率值
表7 熔渣與礦渣配料的生料磨機主要技術指標
表8 熔渣與礦渣配料的窯主要技術指標
表9 熔渣與礦渣的水泥配比,%
表10 熔渣與礦渣配料的水泥磨機主要技術指標
由表11可知,熔渣代替礦渣40%作為混合材生產(chǎn)水泥,其標準稠度、初凝時間、終凝時間、3d抗壓強度及28d抗壓強度等指標都比較理想,完全符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準的要求。
借鑒熔渣生產(chǎn)水泥熟料及用作水泥混合材的試生產(chǎn)經(jīng)驗,2016年8月,從鞍山鋼鐵公司批量采購熔渣用于水泥生產(chǎn):熔渣100%代替礦渣配料生產(chǎn)水泥熟料;熔渣40%代替礦渣配料生產(chǎn)P·S42.5水泥。經(jīng)過一年時間的生產(chǎn)實踐,取得了降低成本、增加效益的生產(chǎn)實效。使用熔渣生產(chǎn)水泥一年,其生料磨機、回轉窯及水泥磨機的主要生產(chǎn)技術指標分別見表12、表13、表14。
由表12可知,使用熔渣生產(chǎn)水泥熟料,生料磨機的產(chǎn)量降低了2.41t/h,生料分步電耗增加了1.32kWh/t,生料細度合格率降低了0.64%,其主要原因是熔渣的易磨性較礦渣差。
表11 熔渣與礦渣配料的水泥物理性能檢測
表12 熔渣配料前后生料磨機的主要生產(chǎn)技術指標
表13 熔渣配料前后窯的主要生產(chǎn)技術指標
表14 熔渣配料前后水泥磨機的主要生產(chǎn)技術指標
由表13可知,使用熔渣生產(chǎn)水泥熟料,窯產(chǎn)量降低了4.34t/h,標準煤耗增加了3.43kg/t熟料,3d抗壓強度降低了0.39MPa,28d抗壓強度降低了0.31MPa,其主要原因是熔渣的活性較礦渣差。
由表14可知,熔渣40%代替礦渣配料生產(chǎn)P·S42.5水泥,水泥磨機的產(chǎn)量降低了2.45t/h,水泥分步電耗增加了1.87kWh/t,水泥球耗增加了7.39g/t,生料細度合格率降低了0.92%,其主要原因是熔渣的易磨性較礦渣差。
使用熔渣代替礦渣生產(chǎn)水泥,生料磨、回轉窯及水泥磨等主機生產(chǎn)技術指標增量與取得的經(jīng)濟效益見表15。
由表15可知,使用廢棄閑置的熔渣生產(chǎn)水泥,年創(chuàng)經(jīng)濟效益509.70萬元。
遼寧冀東水泥有限公司使用熔渣代替礦渣生產(chǎn)水泥,在取得較好經(jīng)濟效益的同時,也取得了較好的社會效益,帶動了遼西渤海水泥有限公司、遼陽小屯水泥有限公司也使用熔渣生產(chǎn)水泥,解決了多年積存的熔渣對周邊地下水、土壤及環(huán)境的污染問題,極大地提高了公司的社會知名度。
[1]趙曉東.熔渣代替礦渣配料生產(chǎn)水泥熟料[J].新世紀水泥導報,2012,(2).
[2]GB/T 203-2008,用于水泥中的?;郀t礦渣[S].
[3]GB 175-2007,通用硅酸鹽水泥[S].■