劉 成 何禮果 左明楊 楊 峰 胡家林

（綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川 綿陽 621010）

0 引言

水泥熟料強(qiáng)度的高低是由綜合因數(shù)決定的[1]，其中影響最大的因素是配料方案和煅燒操作。在實(shí)際生產(chǎn)中由于各種因素的影響，會(huì)出現(xiàn)重操作輕配料的現(xiàn)象，且配料方案的改變僅僅是為了適應(yīng)當(dāng)時(shí)的煅燒條件，而不是為了穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的熱工制度，導(dǎo)致熟料強(qiáng)度不高、質(zhì)量波動(dòng)大。

因此，本文結(jié)合校企合作的技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，闡述配料方案調(diào)整對熟料強(qiáng)度的影響。

1 影響熟料強(qiáng)度的因素

1.1 熟料礦物組成

1.1.1 C3S 和C2S

熟料強(qiáng)度主要是由C3S+C2S 含量決定的[2]，其中決定熟料28 天強(qiáng)度的絕對值和增進(jìn)率的礦物是C3S，C3S 含量決定水泥熟料28 天的抗壓強(qiáng)度，純的C3S 28d 強(qiáng)度大約可以達(dá)到50MPa；C2S 28d 強(qiáng)度只是C3S 的十分之一，但一年以后的強(qiáng)度可以趕上甚至超過C3S 的強(qiáng)度。所以，要想提高水泥28 天強(qiáng)度，就必須要提高熟料中C3S 的含量，降低C2S 含量，同時(shí)加強(qiáng)煅燒操作。

生產(chǎn)中，提高C3S 含量就需提高熟料的KH，在提高KH 時(shí)，需注意在保證CaO 含量的同時(shí)，石灰石中的Al2O3含量不要超過2.5%，否則將會(huì)影響粘土質(zhì)原料的配合；在提高KH 時(shí)，還要保證合適的SM 與之配合，煅燒出更多的硅酸鹽礦物；另外要注意粘土質(zhì)原料中SiO2含量與Al2O3、堿含量成反比，配料中盡量采用高品位砂巖，減少堿含量的增加對不同齡期熟料強(qiáng)度的不同影響。

1.1.2 C3A 和C4AF

此兩種礦物主要是影響熟料早期強(qiáng)度[2]，特別是C3A。

C3A 含量與3d 強(qiáng)度成正比，但后期強(qiáng)度不增加，反而要倒縮，含量超過一定后將嚴(yán)重降低熟料后期強(qiáng)度，配料中應(yīng)注意合理控制Al2O3含量，使熟料中C3A 含量小于9%，既可保證早期強(qiáng)度、不嚴(yán)重影響后期強(qiáng)度，還可減少煅燒過程中系統(tǒng)結(jié)皮、結(jié)圈現(xiàn)象。

C4AF 對熟料強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，但對熟料燒成影響很大，可以使CaO、SiO2和Al2O3在窯內(nèi)以較低的溫度進(jìn)行燒結(jié)，所以配料中適當(dāng)?shù)腇e2O3有利于熟料的燒成，保證熟料質(zhì)量。鐵質(zhì)原料的質(zhì)量相對穩(wěn)定、波動(dòng)范圍最小，但配料時(shí)含F(xiàn)e2O3原料摻量少，生產(chǎn)中要注意下料是否正常、計(jì)量是否準(zhǔn)確的問題。

1.2 微量元素

對熟料強(qiáng)度影響較大的主要微量元素是硫和堿[2]，資料顯示，每增加0.1%的Na2O 會(huì)使熟料28 強(qiáng)度下降1MPa，但可使早期強(qiáng)度增加0.5～1.5MPa；硫在煅燒過程中會(huì)生成CaSO4使熟料難以粉磨，也會(huì)影響礦物的水化、熟料強(qiáng)度的發(fā)揮。在配料方案的過程中，要重視硫和堿的影響，特別要將“硫堿比”控制在1～1.2 之間。堿主要是由粘土質(zhì)原料帶入，通常粘土質(zhì)原料中SiO2含量與堿含量成反比，因此，采用頁巖或粉煤灰配料有必要檢測堿含量高低，確定可否使用，或采取應(yīng)對措施，確保其對熟料質(zhì)量影響最低。

2 生產(chǎn)實(shí)踐

在為某企業(yè)的技術(shù)服務(wù)中，協(xié)議將水泥熟料28d 強(qiáng)度由53MPa 左右提高到58MPa 以上。為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)服務(wù)目標(biāo)，查閱分析了生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行了企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該企業(yè)在生產(chǎn)過程中，配料方案基本上是由煅燒操作決定的，而不是在穩(wěn)定配料方案的條件下逐步提高煅燒操作水平，僅僅為滿足煅燒“結(jié)果”經(jīng)常調(diào)整配料，造成惡性循環(huán)，使熟料質(zhì)量波動(dòng)大，且強(qiáng)度不高。

2.1 服務(wù)前數(shù)據(jù)

服務(wù)前熟料礦物及強(qiáng)度見表1。從表1 可以看出，熟料中C3A、C4AF含量基本合適，在正常控制范圍內(nèi)，但C3S 和C2S 含量明顯偏低，特別是C3S 含量平均為56.83，低于60%；3d 強(qiáng)度平均為31.46MPa，28d 強(qiáng)度平均為53.5MPa，表明熟料早期強(qiáng)度偏高而后期強(qiáng)度偏低。經(jīng)分析，造成28d強(qiáng)度偏低的主要原因是C3S 含量偏低，而3d 強(qiáng)度偏高可能與熟料中微量元素的含量有關(guān)，因?yàn)槭炝现蠧3S 和C3A 的含量均不足以使早期強(qiáng)度達(dá)到31MPa 以上。熟料化學(xué)分析數(shù)據(jù)顯示熟料中SO3含量為0.73%左右，在水泥粉磨過程中石膏摻量也比較合理，排除了SO3對早期強(qiáng)度的影響；而熟料堿含量達(dá)0.91%，比較高的堿含量使熟料3d 強(qiáng)度得以激發(fā)和增高，但降低了熟料28d 強(qiáng)度。

表1 服務(wù)前熟料礦物及強(qiáng)度

針對上述分析，提出增加C3S 含量，C3S 含量要達(dá)到60%以上，控制C2S 含量小于20%，控制堿含量小于0.6%的總體思路，來提高熟料28d 強(qiáng)度；適當(dāng)調(diào)整C3A 和C4AF 含量，保證熟料在煅燒過程有合適的液相量和液相粘度，使熟料順利燒成；培養(yǎng)并提高窯操作員的操作水平，盡快適應(yīng)新配料方案的操作要求，薄料快燒，提高熟料28d 強(qiáng)度。

2.2 方案制定

表2 為該企業(yè)服務(wù)前正在使用的原料化學(xué)成分，可以看出，石灰石中CaO 含量較高，SiO2和Al2O3含量低，滿足配料要求；銅礦渣Fe2O3含量高，也滿足配料要求；紅砂巖中SiO2含量達(dá)到80.49%、堿含量僅1.36%可用于配料；而頁巖中Al2O3含量偏低、堿含量達(dá)到2.80%，配料時(shí)必須多加頁巖來彌補(bǔ)紅砂巖Al2O3含量的不足，帶入更多的堿，進(jìn)一步使熟料中堿含量提高，需加以重視和調(diào)整。對企業(yè)周圍可利用資源進(jìn)行調(diào)查分析，建議用附近出產(chǎn)的鋁礬土替代頁巖進(jìn)行配料。鋁礬土化學(xué)成分見表3，其Al2O3含量達(dá)到25.75%，比頁巖高出差不多1 倍，而堿含量僅為0.52%，比頁巖降低2%以上，這樣既滿足配料對Al2O3含量的要求，又大幅降低了堿的含量。調(diào)整配料方案，由過去的=0.89±0.02、 =2.5±0.1、 =1.4±0.1 調(diào)整為=0.90±0.02、 =2.6±0.1、 =1.6±0.1，配料方案見表4。

表2 原料化學(xué)成分%

表3 鋁礬土化學(xué)成分%

表4 配料方案

表4 中熟料三率值均有所提高，按此方案，理論上四種礦物含量及堿含量均滿足預(yù)期要求。其中的提高，主要是針對經(jīng)常出現(xiàn)的預(yù)熱器結(jié)皮、窯內(nèi)結(jié)圈而適當(dāng)提高的。

2.3 實(shí)施及效果

方案開始實(shí)施階段窯操作員不能完全適應(yīng)，出現(xiàn)過游離氧化鈣超標(biāo)現(xiàn)象（個(gè)別達(dá)2.5%以上），為了在穩(wěn)定配料方案、保證熟料質(zhì)量、降低出窯熟料游離氧化鈣含量，使其在1.2%左右，將生料細(xì)度由14±2%降低到12%±2%，為煅燒過程中的物理化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行創(chuàng)造良好條件；同時(shí)將分解爐出口溫度控制指標(biāo)由原來的860℃提高到880℃，保證入窯物料表觀分解率提高到92%左右；針對中控操作員理論知識(shí)的欠缺，操作水平不高的問題，進(jìn)行了系統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝?yán)碚撝R(shí)的學(xué)習(xí)、操作示范與培訓(xùn)指導(dǎo)，統(tǒng)一操作思想，糾正了不正確的操作思路和方法，逐步提高了預(yù)判能力和操作水平，使系統(tǒng)熱工制度長期穩(wěn)定，保證了熟料質(zhì)量的穩(wěn)步提高，熟料產(chǎn)量穩(wěn)中有升。三個(gè)月后，進(jìn)行了項(xiàng)目考核驗(yàn)收，考核期月熟料平均質(zhì)量見表5。

表5 熟料礦物組成與強(qiáng)度

由表5 看出熟料堿含量降低到了0.42%，C3S 和C3A 含量增加，特別是C3S 的增加，使熟料3d 強(qiáng)度同比下降不大，且堿含量的降低，保證了熟料28d 強(qiáng)度的發(fā)揮，熟料28d 平均強(qiáng)度達(dá)到58.1MPa 以上，增加了4.6MPa，熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗由原來的118.61kg/t 降低到112.75kg/t, 降低了5.86kg/t,熟料產(chǎn)量也有所增加，經(jīng)濟(jì)效益顯著，預(yù)測年綜合經(jīng)濟(jì)效益增加3000 萬元左右。在當(dāng)年8、9、10 月份的回訪顯示，企業(yè)已經(jīng)適應(yīng)了穩(wěn)定配料方案、穩(wěn)定熱工制度的工藝管理及煅燒操作制度，減少了熟料質(zhì)量的波動(dòng)，28d 強(qiáng)度平均值分別為58.2MPa、58.3MPa 和58.3MPa，一年后再次回訪，企業(yè)水泥熟料28d 天強(qiáng)度平均在60MPa 以上，表明校企合作的技術(shù)服務(wù)是成功的。

3 結(jié)束語

（1）水泥生產(chǎn)配料方案的確定與穩(wěn)定，對水泥熟料強(qiáng)度影響比較大，工藝員特別要加以重視，要多方案對比，選擇最佳方案，為燒成優(yōu)質(zhì)熟料創(chuàng)造條件。

（2）配料時(shí)不僅要關(guān)注原料中主要氧化物含量的控制，還要對其中的微量元素給予足夠重視和應(yīng)對，采取合理措施將堿的危害降到最低，保證熟料強(qiáng)度。

（3）中控操作員的理論深度和操作水平是影響熟料產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵，有必要進(jìn)行系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)和操作培訓(xùn)，使其能用理論來指導(dǎo)操作，根據(jù)原燃料的變化、煅燒操作參數(shù)的變化進(jìn)行風(fēng)、煤、料的合理調(diào)整，逐步提高操作水平，保持系統(tǒng)熱工制度的穩(wěn)定，才能保證配料方案的實(shí)施，保證熟料產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定與提高。