新型干法水泥生產中熟料的質量分析與控制

李威威

（河南省豫鶴同力水泥有限公司， 河南 鶴壁 458000）

0 前言

水泥生產需要經過多個環節，主要包括生料制備、預熱分解、熟料燒成以及水泥粉磨包裝。通過在以上環節中做好生產控制，才能保證產出的水泥質量。其中熟料的質量決定了水泥成品質量的好壞，前者的必需原材料是生料，其配比比例的科學性，決定了熟料的質量。其中生料配料要注意三個方面的問題，即精確計算配料比例、原材料種類選擇、熟料礦物組成設計。

1 熟料組成選擇以及化合物成分含量質量分析

水泥由多種礦物組成，根據不同比例、種類的礦物，所制成的水泥發揮的作用和功效也不一樣，選取何種礦料須根據工程的水泥實際需要而制備。例如根據工程某施工部位對強度和抗硫酸鹽侵蝕度的要求，會制取硅酸鹽水泥和地熱水泥。前一種水泥滿足了工程對于硬度的要求，熟料組成中C3S和C2S的含量較高，使其具有更高的強度；后一種水泥提升C2S和C4AF的含量，以此實現水泥更高的抗硫酸鹽侵蝕度。需要特別注意的是，熟料控制體現在游離氧化鈣、氧化鎂和率值三個方面的控制。

1.1 率值控制

率值主要有SM、KM、IM三種，針對KH率值的控制，應關注生產環節的操作水平以及生料均化性，并確保礦化劑的使用在正確條件下使用，如此才能有效提高KH率值。值得注意的是，KH值越高那么C3S值也越高，這是提升熟料強度的關鍵。率值SM、IM在使用方面需與KH保持適當的比例，如此才能保證熟料制取符合相應要求。例如，SM與KH的比例，前者過高則容易造成熟料粉化，后者過低則使得熟料強度不夠高；但是SM和KH都過高那么熟料會被燒成結，由此水泥中的氧化鈣含量超標；SM和KH都過低，使溶劑液相量多，熟料不易被燒結，影響制成的水泥質量。同樣KH與IM在比例的關系變化，也會造成產出水泥質量上的變化，例如當KH量增高，C3S則隨之降低。鑒于以上原因，需要在生產水泥過程中，重視對率值比例的控制[1]。

1.2 減少熟料煅燒中游離氧化鈣含量

熟料質量的檢驗標準，就是觀察游離氧化鈣在其的含量，主要是通過它確認生料煅燒氧化鈣以及其他氧化物的結合剩余程度。根據熟料中的游離氧化鈣含量，判定熟料煅燒程度，以及生料配料的合理性，由此明確熟料的安全性與質量。鑒于此，要在熟料煅燒中盡最大可能降低其游離氧化鈣含量，此為提升熟料質量基本前提。為了實現水泥更多的功效，還需要在熟料煅燒中做好其他方面的工作。

熟料中游離氧化鈣過高則會影響其安全性、穩定性，除此之外混凝土外加劑的相容性，也與游離氧化鈣存在負相關關系。當然這并非建議生產混凝土要減少外加劑的使用劑量，而是熟料制取過程中對于游離氧化鈣有明確要求，其必須小于1%才能質量合格。因此在生產水泥過程中要注意熟料中游離氧化鈣的控制，使其的比例始終控制在1%以下，要通過各種手段降低游離氧化鈣的含量，從而減少對熟料質量的影響[2]。

1.3 減少熟料煅燒中氧化鎂含量

氧化鎂也是水泥成分含量第二高的成分，對于熟料鍛造造成較大的影響。它被視為影響水泥安全穩定性的關鍵成分，因此生產水泥對于氧化鎂的含量也有著具體規定，最高不能超過5%。

熟料煅燒過程中氧化鎂含量過高，后者有一部分會與熟料礦物結合形成新的物質——固溶體。根據大量的實踐和研究，過高的氧化鎂則會直接降低液相表面張力、液相溫度和增高液相相量。氧化鎂含量的高低影響著熟料煅燒，當氧化鎂含量過高則降低了煅燒溫度，不利于氧化鈣吸收與晶體發育，縮小熟料煅燒范圍，產出的熟料結粒細小；當氧化鎂含量提升到更高程度，則直接導致水泥土質量不合格。只有保持適中的氧化鎂含量，熟料中的C2S才能有效吸收氧化鈣，在保證質量的前提下，始終保持著較為理想的煅燒速度。

2 熟料均化以及煅燒操作注意事項

2.1 熟料均化

之所以在生產水泥時進行均化處理，是保證入窯的生料質量均勻、礦物以及其他化學物質得到有效控制，從而實現更加精準的配料。鑒于此需要在磨生料時，先在生料庫內完成調配和攪拌均化。采用新型干法水泥生產法，也需要將生料在預均化堆場內預先進行均化。

進行均化操作時，先用多庫再用圓庫儲存熟料，然后運行各庫型熟料進行科學、合理配料，確保其質量均勻，在此基礎上再采用分層堆放法。需要特別注意的是，在此操作過程要保證熟料質量處于均勻的狀態[3]。

考慮到生料中石灰、石礦成分波動大，因此要設置預均化堆場；針對黏土質、鐵質原料，由于其成分質量波動小通常不需要均化處理。由此可見生料成分是否均勻影響著熟料質量，間接對窯產量、熱耗、運轉率等消耗產生影響。

2.2 熟料煅燒操作注意事項

堿性氧化物在熟料煅燒中的應用，主要用于降低液相粘度和液相溫度，由此間接影響了熟料產出質量，如果其成分過高則不利于熟料煅燒質量。因此，要盡可能在煅燒過程中減少堿性氧化物的成分，以此促進C2S吸收CaO并生成C3S，通過這樣的過程有效減少f-Cao。

生產硅酸鹽水泥對于煅燒有較高的要求，首先要保證其優良的熟料，其次C3S、C2S礦物含量需占到一定的比例，同時為了加強煅燒效果需要礦物細小化、均勻化處理，如此才能保證硅酸鹽礦物的活性。

以硅酸鹽水泥煅燒為例，在其生料加熱過程須經過干燥→黏土礦物脫水→碳酸鹽分解→固相反應→熟料燒結、冷卻。

首先是干燥環節，在這階段里生料還有一定的含水量，采用相應工藝排除生料自由水分，需要將溫度升高至100~150℃。脫水環節，是指將生料中的化合水分解出去，層間水和配位水的分解溫度需分別達到100℃、400~600℃。碳酸鹽分解環節，根據分解溫度的600℃、890℃、1100~1200℃，它們的分解速度呈現著慢、加快、迅速的反應，同時要注意分解過程保持通風情況。碳酸鈣分解過程，其中有兩個傳熱過程，熱氣流向顆粒表面傳熱、物料表面向分界面傳熱；一個化學反應過程，由分界面CaCO3分解放出CO2；兩個傳質過程，CO2向分界面、表面在對其中擴散。固相反應環節，主要分解熟料中的碳酸鈣，將出現的游離氧化鈣與生料的SiO2、AI2O3、Fe2O3進行固相反應，從而得到熟料礦物。最后是熟料燒結與冷卻環節，當燒結溫度達到1250~1280℃，出現氧化鋁、氧化鐵的液相，在溫度升高下形成發育良好的阿利特晶體，物料也從疏松狀態轉向致密熟料。在冷卻環節，為便于熟料運輸、貯存，需要對其進行冷卻處理，采用平衡冷卻的方法使固液相反應充分進行。

3 結論

綜合上述，采用新型干法水泥生產方式，要特別注重熟料的質量分析和控制，它是決定產出水泥質量的關鍵。在熟料煅燒過程中，要盡可能減少游離氧化鈣、氧化鎂、堿性氧化物的成分，同時還要做好熟料均化處理，如此才能提高水泥生產效率和質量。

[1]馬文華,莫偉健,朱樹海.新型干法水泥熟料生產環節節能減排技術研究[J].河南科技,2017(21):114-115.

[2]汪泳.新型干法電石渣生產水泥熟料工藝的淺析[J].四川水泥,2015(05):1.

[3]柴友海,王永梅,王廣樂,等.新型干法水泥熟料生產過程節能減排技術應用[J].水泥工程,2014(06):19-21+27.