王曉龍

西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院粉體工程研究所（710055）

0 引言

水泥是非常重要的建筑材料之一，其質(zhì)量與建筑的質(zhì)量安全息息相關(guān)。水泥作為一種人造水硬性膠凝材料，在與水發(fā)生物化反應(yīng)后，可從塑性漿體逐漸轉(zhuǎn)化為堅(jiān)硬的石狀體。整個(gè)過(guò)程既可以在空氣中進(jìn)行，也可以在水中進(jìn)行。工業(yè)技術(shù)的發(fā)展為提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)，我國(guó)也頒布了《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》以及《水泥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使我國(guó)水泥生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。但在水泥生產(chǎn)行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也應(yīng)看到在水泥生產(chǎn)過(guò)程中仍然存在一些問(wèn)題，需采取技術(shù)改造等措施不斷提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量。

文章結(jié)合某水泥廠技術(shù)改造工程，對(duì)其在提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量方面所采取的關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)行分析。

1 生產(chǎn)概況

某水泥廠的生產(chǎn)原料采用石灰石、頁(yè)巖、硫酸渣三組分配料，經(jīng)檢測(cè)，石灰石中Al2O3含量較高；頁(yè)巖中SiO2含量較低但堿量高。熟料的硅酸率較低、鋁氧率高，堿含量較高；熟料的3 d 強(qiáng)度高、28 d 強(qiáng)度較低，并且在標(biāo)準(zhǔn)稠度下需水量大。

技術(shù)改造工程的主要內(nèi)容包括：①調(diào)整原料配料方案； ②改善煅燒工藝及控制和改造粉磨系統(tǒng)等。

2 提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量的主要措施

2.1 調(diào)整原料配比

原料是生產(chǎn)高質(zhì)量熟料的基礎(chǔ)保證，對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量具有重大的影響。評(píng)定原料質(zhì)量不取決于某類(lèi)化學(xué)成分量，而是取決于生料率值。我國(guó)大部分水泥廠都采用三率值分析生料的化學(xué)特性，即飽和比（KH）、鋁率（IM）和硅率（SM）。保證這三個(gè)率值均勻、穩(wěn)定，是確保熟料質(zhì)量的基礎(chǔ)[1]。石灰質(zhì)原料可以為水泥提供鈣基氧化物；頁(yè)巖、黏土質(zhì)原料可以為水泥提供氧化物，如Al2O3、SiO2、Fe2O3等；硫酸渣原料用以補(bǔ)充氧化鐵質(zhì)的不足。

該水泥廠生產(chǎn)原料的硅率低、堿量高，導(dǎo)致熟料中的硅酸鹽礦物含量低，因而熟料的強(qiáng)度也不高。為了有效減少成本，充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，決定增加黏土硅質(zhì)校正料。調(diào)整后的熟料率值為：KH=0.894，SM=2.58，IM=1.63。調(diào)整后的生料化學(xué)成分對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 調(diào)整后生料化學(xué)成分對(duì)比

2.2 改造煅燒工藝設(shè)備

水泥熟料是生料粉在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中經(jīng)高溫煅燒，依次發(fā)生干燥、脫水、分解、固相反應(yīng)、燒結(jié)等物理化學(xué)反應(yīng)而形成的。熟料的主要組成礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF。礦 物 的 構(gòu) 成 受 生 料 中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種氧化物的比例關(guān)系影響，同時(shí)煅燒環(huán)節(jié)的反應(yīng)溫度、反應(yīng)速度等與其質(zhì)量?jī)?yōu)劣也有著重大的關(guān)系，因此改進(jìn)煅燒工藝設(shè)備是控制熟料質(zhì)量的重要措施。

經(jīng)檢測(cè)，分解爐錐體的結(jié)皮情況非常嚴(yán)重，最厚的部位達(dá)到了1.5 m 左右；這就導(dǎo)致分解爐的縮口減小，進(jìn)而頻繁造成停窯故障。雖然后來(lái)對(duì)后煤噴嘴進(jìn)行了改造，解決了分解爐錐體結(jié)皮的問(wèn)題，但隨之又出現(xiàn)了煤燃燒不充分的問(wèn)題，導(dǎo)致入窯物料分解率降低，熟料燒失量接近0.7，燒成的熟料顏色灰暗、無(wú)色澤，磨粉后的熟料顏色發(fā)黑發(fā)黃。為解決此問(wèn)題，決定對(duì)窯尾煤噴嘴進(jìn)行改造，以解決錐體結(jié)皮以及燃燒不完全的問(wèn)題。經(jīng)改造后，熟料燒失量降低到0.35 以?xún)?nèi)，熟料的色澤明顯變好、致密度也得到提高[5]。

具體的改造方案為：分解爐共有6 個(gè)噴嘴，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在上、中、下三個(gè)部位，根據(jù)煤質(zhì)和燃燒速率來(lái)調(diào)整噴嘴的生產(chǎn)參數(shù)。試生產(chǎn)期間用的是中等水平煤炭，使用中間位置的噴嘴。在第一次改造中，為了減少結(jié)皮現(xiàn)象，將噴煤管移動(dòng)到上端位置，以提高煤粉與物料混合的均勻度；運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)結(jié)皮位置向上移動(dòng)，雖然結(jié)皮面積相對(duì)較小，但依然無(wú)法保證正常投入使用。隨后又做了調(diào)整，維持噴嘴角度不變，將噴嘴上移200 mm，使兩個(gè)后噴嘴旋流的平行距離縮短，這有助于減少爐壁溫度；雖然錐體位置沒(méi)有結(jié)皮現(xiàn)象，但煤燃燒不充分，分解率提升難度大，五級(jí)旋風(fēng)筒存在燃燒情況，在分解率取樣中發(fā)現(xiàn)了粉煤灰存積情況。第二次改造中，將后噴嘴旋流平行位置設(shè)置在中間位置，與頂部的距離為800 mm；運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)雖然有少量結(jié)皮，但生產(chǎn)的連續(xù)性得到明顯的改善。

2.3 熟料煅燒工藝改進(jìn)

提高中尾溫的控制指標(biāo)，進(jìn)一步強(qiáng)化回轉(zhuǎn)窯煅燒性能；中溫指標(biāo)由600 ℃調(diào)整為700 ℃，尾溫指標(biāo)由160 ℃調(diào)整為170 ℃。同時(shí)提高升重，做好窯內(nèi)通風(fēng)工作；將之前的圓環(huán)擋料圈更換為月牙形擋料圈，以保證窯內(nèi)的通風(fēng)量。要做到熟料燒透、燒好，顆粒均勻、細(xì)小，早期強(qiáng)度滿(mǎn)足強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)；避免出現(xiàn)跑黃粉現(xiàn)象以及逼火“飛砂料”現(xiàn)象。

2.4 水泥磨改造

水泥的物理性能主要包括細(xì)度、安定性和強(qiáng)度。水泥的主要活性部分是粒徑為3～30 um 的顆粒，粒徑大于60 um 的顆粒主要起到填充作用。水泥細(xì)度決定了水泥顆粒程度、水泥分散度，會(huì)直接影響水泥的水化速率、放熱速率、和易性、強(qiáng)度等。安定性是一種表示水泥硬化后是否會(huì)出現(xiàn)體積不均勻現(xiàn)象的指標(biāo)。水泥在硬化過(guò)程中體積會(huì)發(fā)生變化，如果變化幅度較大，會(huì)造成構(gòu)件膨脹、變形、開(kāi)裂等問(wèn)題，影響水泥的使用質(zhì)量。強(qiáng)度指標(biāo)主要用于評(píng)價(jià)水泥的強(qiáng)度等級(jí)，也是水泥混凝土配合比的重要參數(shù)。水泥強(qiáng)度除了與水泥熟料礦物組成有關(guān)外，也與水泥細(xì)度有關(guān)，因此對(duì)水泥粉磨工藝設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)是非常必要的。

為了提高水泥的細(xì)度，改善水泥的水化性能，對(duì)水泥磨進(jìn)行了改造。具體方案為：調(diào)整水泥磨一倉(cāng)、二倉(cāng)的鋼球級(jí)配，降低球徑。將一倉(cāng)原球徑為100 mm 的鋼球更換成球徑為60～90 mm 的四級(jí)配鋼球，使平均球徑從之前的80 mm 降低到74 mm；在二倉(cāng)增加球徑為30 mm 的鋼球，使平均球徑從之前的46 mm 降低到40 mm。通過(guò)以上調(diào)整，水泥細(xì)度從原來(lái)的5.0%降低到3.0%，水泥比表面積提高到320 m2/kg，從而使水泥粒徑分布更加合理，使水泥強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。

2.5 調(diào)整水泥粉磨混合材摻入量

該廠使用的水泥粉磨混合材主要是石灰石和礦渣，在保證質(zhì)量的前提下，可以用石灰石替代部分礦渣。分別用3%、5%、7%、10%比例的石灰石替代礦渣開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，分析水泥質(zhì)量情況。試驗(yàn)結(jié)果為：石灰石加入比例不超過(guò)7%時(shí)，對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度有利，這是因?yàn)榧?xì)分散的石灰石可以更好地發(fā)揮C3S 水化結(jié)晶作用。由于石灰石顆粒表面上會(huì)大量生成C-S-H 和Ca(OH)2，降低了液相鈣離子濃度，提高了C3S 水化速率；這種顆粒表面更有助于與水化C3S 顆粒的黏結(jié)，提高了水泥的整體強(qiáng)度。另外，用部分石灰石替代礦渣，使入磨物硬度下降，既提高了磨的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，又降低了水泥研磨體的消耗量[2]。

2.6 加強(qiáng)生產(chǎn)全過(guò)程控制

在保證生料成本合理、均衡、易燒以及煤料對(duì)口的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化中控管理工作，要求定期組織技術(shù)人員召開(kāi)總結(jié)會(huì)，統(tǒng)一思想，重點(diǎn)強(qiáng)化“三班保一窯、三班統(tǒng)一”工作[3]。

制定規(guī)范的操作標(biāo)準(zhǔn)，將分解爐溫度控制在880℃～920 ℃，一級(jí)出口溫度控制在340 ℃～360 ℃，窯尾溫度控制在1050 ℃～1110 ℃。通過(guò)參數(shù)調(diào)整之后，入窯物料分解率提升到了92%～95%。強(qiáng)化煅燒效能，進(jìn)一步提升燒成帶溫度，從而保證化學(xué)反應(yīng)更加充分、完全。在滿(mǎn)足日常生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，盡可能地控制好摻風(fēng)量，避免能耗過(guò)高[4]。在確保回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行穩(wěn)定、滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的情況下，各個(gè)班組對(duì)總風(fēng)量、窯速、煤量、料量等參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)保持統(tǒng)一?？傊?，加強(qiáng)生產(chǎn)全過(guò)程控制應(yīng)從源頭抓起、從細(xì)節(jié)抓起，以減少不必要的操作失誤和生產(chǎn)事故。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影響水泥生產(chǎn)的因素眾多，為了保證水泥生產(chǎn)質(zhì)量，做好質(zhì)量問(wèn)題分析、技術(shù)改良工作有著重要意義。采用調(diào)整原料配比、改進(jìn)煅燒工藝、加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程控制等關(guān)鍵技術(shù)措施，可以有效提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量。某水泥廠經(jīng)過(guò)文章所述技術(shù)改造后，沒(méi)有出現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)故障或水泥質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。