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        熔渣用于生產(chǎn)水泥的試驗(yàn)研究與生產(chǎn)實(shí)踐

        2018-06-09 07:50:16趙曉東
        水泥技術(shù) 2018年3期
        關(guān)鍵詞:熔渣鞍鋼生料

        趙曉東

        1 前言

        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(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益比較理想,窯產(chǎn)量平均為4 236.25t/d;熟料3d抗壓強(qiáng)度平均為28.62MPa,28d抗壓強(qiáng)度平均為57.08MPa;熟料標(biāo)準(zhǔn)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(jià)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(dāng)務(wù)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(xué)成分十分相近,但因冷卻速率不同,礦物結(jié)構(gòu)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(jié)晶反應(yīng),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(jī)的臺時(shí)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(jī)的臺時(shí)產(chǎn)量會降低,單位電耗會增加,回轉(zhuǎn)窯的臺時(shí)產(chǎn)量也會降低,熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗會增加,影響生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)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(dá)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(shí)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(xué)成分,%

        2 熔渣用于水泥生產(chǎn)的可行性研究

        (1)化學(xué)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(xué)成分分析,結(jié)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(xué)成分十分相近,就化學(xué)成分而言,均符合GB/T 203-2008《用于水泥中的?;郀t礦渣》標(biāo)準(zhǔn)要求。

        (2)活性分析

        根據(jù)質(zhì)量系數(shù)計(jì)算公式K=[CaO+Al2O3+MgO]/[SiO2+MnO+TiO2][2],分別計(jì)算鞍鋼礦渣、鞍鋼熔渣、本鋼熔渣、撫鋼熔渣的質(zhì)量系數(shù),其數(shù)值分別為K1=1.50、K2=1.44、K3=1.41,K4=1.43,質(zhì)量系數(shù)均>1.20,符合GB/T 203-2008《用于水泥中的?;郀t礦渣》標(biāo)準(zhǔn)要求,適合作生產(chǎn)水泥的原料。

        (3)巖相結(jié)構(gòu)分析

        選取鞍鋼、本鋼和撫鋼熔渣及鞍鋼礦渣試樣,做巖相結(jié)構(gòu)分析,其結(jié)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(jié)構(gòu)差別很大,鞍鋼礦渣的玻璃相成分高達(dá)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(jié)晶反應(yīng),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(jié)晶反應(yīng),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(shí)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(yàn)小磨中粉磨10min、20min及30min,再測試其比表面積,結(jié)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(shí)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(yàn)結(jié)果,與其巖相成分的分析結(jié)果完全吻合。

        3 熔渣用于水泥熟料的生產(chǎn)試驗(yàn)

        根據(jù)質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算、巖相結(jié)構(gòu)分析及易磨性試驗(yàn)的測試結(jié)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(jìn)8 000t熔渣連續(xù)7d進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn),試生產(chǎn)所用的原材料化學(xué)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(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)見表7,回轉(zhuǎn)窯的主要技術(shù)指標(biāo)見表8。

        由表7可知,熔渣代替礦渣配料進(jìn)行試生產(chǎn),生料磨機(jī)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(xì)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(jìn)行試生產(chǎn),窯的產(chǎn)量降低了4.87t/h,熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加了3.84kg/t,熟料3d抗壓強(qiáng)度降低了0.17MPa,28d抗壓強(qiáng)度降低了0.27MPa,熟料強(qiáng)度變化微小。就生料磨機(jī)與回轉(zhuǎn)窯的試生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)而言,熔渣代替礦渣試生產(chǎn)效果比較理想。

        4 熔渣用作水泥混合材的生產(chǎn)試驗(yàn)

        借鑒熔渣代替礦渣生產(chǎn)水泥熟料的試生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),繼續(xù)選用鞍鋼熔渣用作水泥混合材進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。2016年7月從鞍山鋼鐵公司購進(jìn)5 000t熔渣,連續(xù)7d在φ4.2m×13m水泥磨中進(jìn)行生產(chǎn)P·S42.5水泥試驗(yàn),水泥配比見表9,水泥磨機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)見表10,水泥物理性能檢測結(jié)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(jī)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(xì)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(jī)內(nèi)的粉磨時(shí)間相對較長。

        表4 試生產(chǎn)的原材料化學(xué)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(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

        表8 熔渣與礦渣配料的窯主要技術(shù)指標(biāo)

        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(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

        由表11可知,熔渣代替礦渣40%作為混合材生產(chǎn)水泥,其標(biāo)準(zhǔn)稠度、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間、3d抗壓強(qiáng)度及28d抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)都比較理想,完全符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        5 熔渣用于水泥生產(chǎn)的實(shí)踐

        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(yàn),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(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐,取得了降低成本、增加效益的生產(chǎn)實(shí)效。使用熔渣生產(chǎn)水泥一年,其生料磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯及水泥磨機(jī)的主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)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(jī)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(xì)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(jī)的主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

        表13 熔渣配料前后窯的主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

        表14 熔渣配料前后水泥磨機(jī)的主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

        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(biāo)準(zhǔn)煤耗增加了3.43kg/t熟料,3d抗壓強(qiáng)度降低了0.39MPa,28d抗壓強(qiáng)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(jī)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(xì)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。

        6 取得的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益

        使用熔渣代替礦渣生產(chǎn)水泥,生料磨、回轉(zhuǎn)窯及水泥磨等主機(jī)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)增量與取得的經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)效益的同時(shí),也取得了較好的社會效益,帶動(dòng)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(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2012,(2).

        [2]GB/T 203-2008,用于水泥中的粒化高爐礦渣[S].

        [3]GB 175-2007,通用硅酸鹽水泥[S].■

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