提高水泥生產質量的關鍵技術分析

王曉龍

西安建筑科技大學材料科學與工程學院粉體工程研究所（710055）

0 引言

水泥是非常重要的建筑材料之一，其質量與建筑的質量安全息息相關。水泥作為一種人造水硬性膠凝材料，在與水發生物化反應后，可從塑性漿體逐漸轉化為堅硬的石狀體。整個過程既可以在空氣中進行，也可以在水中進行。工業技術的發展為提高水泥生產質量奠定了基礎，我國也頒布了《水泥膠砂強度檢驗方法》以及《水泥產品質量標準》等國家及行業標準，使我國水泥生產質量達到了國際標準。但在水泥生產行業快速發展的同時，也應看到在水泥生產過程中仍然存在一些問題，需采取技術改造等措施不斷提高水泥生產質量。

文章結合某水泥廠技術改造工程，對其在提高水泥生產質量方面所采取的關鍵技術措施進行分析。

1 生產概況

某水泥廠的生產原料采用石灰石、頁巖、硫酸渣三組分配料，經檢測，石灰石中Al2O3含量較高；頁巖中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 強度高、28 d 強度較低，并且在標準稠度下需水量大。

技術改造工程的主要內容包括：①調整原料配料方案； ②改善煅燒工藝及控制和改造粉磨系統等。

2 提高水泥生產質量的主要措施

2.1 調整原料配比

原料是生產高質量熟料的基礎保證，對水泥產品質量具有重大的影響。評定原料質量不取決于某類化學成分量，而是取決于生料率值。我國大部分水泥廠都采用三率值分析生料的化學特性，即飽和比（KH）、鋁率（IM）和硅率（SM）。保證這三個率值均勻、穩定，是確保熟料質量的基礎[1]。石灰質原料可以為水泥提供鈣基氧化物；頁巖、黏土質原料可以為水泥提供氧化物，如Al2O3、SiO2、Fe2O3等；硫酸渣原料用以補充氧化鐵質的不足。

該水泥廠生產原料的硅率低、堿量高，導致熟料中的硅酸鹽礦物含量低，因而熟料的強度也不高。為了有效減少成本，充分利用當地資源，決定增加黏土硅質校正料。調整后的熟料率值為：KH=0.894，SM=2.58，IM=1.63。調整后的生料化學成分對比見表1。

表1 調整后生料化學成分對比

2.2 改造煅燒工藝設備

水泥熟料是生料粉在回轉窯系統中經高溫煅燒，依次發生干燥、脫水、分解、固相反應、燒結等物理化學反應而形成的。熟料的主要組成礦物為C3S、C2S、C3A、C4AF。礦 物 的 構 成 受 生 料 中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種氧化物的比例關系影響，同時煅燒環節的反應溫度、反應速度等與其質量優劣也有著重大的關系，因此改進煅燒工藝設備是控制熟料質量的重要措施。

經檢測，分解爐錐體的結皮情況非常嚴重，最厚的部位達到了1.5 m 左右；這就導致分解爐的縮口減小，進而頻繁造成停窯故障。雖然后來對后煤噴嘴進行了改造，解決了分解爐錐體結皮的問題，但隨之又出現了煤燃燒不充分的問題，導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、無色澤，磨粉后的熟料顏色發黑發黃。為解決此問題，決定對窯尾煤噴嘴進行改造，以解決錐體結皮以及燃燒不完全的問題。經改造后，熟料燒失量降低到0.35 以內，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 個噴嘴，對稱設置在上、中、下三個部位，根據煤質和燃燒速率來調整噴嘴的生產參數。試生產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，為了減少結皮現象，將噴煤管移動到上端位置，以提高煤粉與物料混合的均勻度；運行一段時間后，發現結皮位置向上移動，雖然結皮面積相對較小，但依然無法保證正常投入使用。隨后又做了調整，維持噴嘴角度不變，將噴嘴上移200 mm，使兩個后噴嘴旋流的平行距離縮短，這有助于減少爐壁溫度；雖然錐體位置沒有結皮現象，但煤燃燒不充分，分解率提升難度大，五級旋風筒存在燃燒情況，在分解率取樣中發現了粉煤灰存積情況。第二次改造中，將后噴嘴旋流平行位置設置在中間位置，與頂部的距離為800 mm；運行一段時間后，發現雖然有少量結皮，但生產的連續性得到明顯的改善。

2.3 熟料煅燒工藝改進

提高中尾溫的控制指標，進一步強化回轉窯煅燒性能；中溫指標由600 ℃調整為700 ℃，尾溫指標由160 ℃調整為170 ℃。同時提高升重，做好窯內通風工作；將之前的圓環擋料圈更換為月牙形擋料圈，以保證窯內的通風量。要做到熟料燒透、燒好，顆粒均勻、細小，早期強度滿足強度標準；避免出現跑黃粉現象以及逼火“飛砂料”現象。

2.4 水泥磨改造

水泥的物理性能主要包括細度、安定性和強度。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。水泥細度決定了水泥顆粒程度、水泥分散度，會直接影響水泥的水化速率、放熱速率、和易性、強度等。安定性是一種表示水泥硬化后是否會出現體積不均勻現象的指標。水泥在硬化過程中體積會發生變化，如果變化幅度較大，會造成構件膨脹、變形、開裂等問題，影響水泥的使用質量。強度指標主要用于評價水泥的強度等級，也是水泥混凝土配合比的重要參數。水泥強度除了與水泥熟料礦物組成有關外，也與水泥細度有關，因此對水泥粉磨工藝設備進行改進是非常必要的。

為了提高水泥的細度，改善水泥的水化性能，對水泥磨進行了改造。具體方案為：調整水泥磨一倉、二倉的鋼球級配，降低球徑。將一倉原球徑為100 mm 的鋼球更換成球徑為60～90 mm 的四級配鋼球，使平均球徑從之前的80 mm 降低到74 mm；在二倉增加球徑為30 mm 的鋼球，使平均球徑從之前的46 mm 降低到40 mm。通過以上調整，水泥細度從原來的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，使水泥強度得到進一步的提高。

2.5 調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展對比試驗，分析水泥質量情況。試驗結果為：石灰石加入比例不超過7%時，對水泥凝結時間、強度有利，這是因為細分散的石灰石可以更好地發揮C3S 水化結晶作用。由于石灰石顆粒表面上會大量生成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，提高了水泥的整體強度。另外，用部分石灰石替代礦渣，使入磨物硬度下降，既提高了磨的臺時產量，又降低了水泥研磨體的消耗量[2]。

2.6 加強生產全過程控制

在保證生料成本合理、均衡、易燒以及煤料對口的基礎上，進一步強化中控管理工作，要求定期組織技術人員召開總結會，統一思想，重點強化“三班保一窯、三班統一”工作[3]。

制定規范的操作標準，將分解爐溫度控制在880℃～920 ℃，一級出口溫度控制在340 ℃～360 ℃，窯尾溫度控制在1050 ℃～1110 ℃。通過參數調整之后，入窯物料分解率提升到了92%～95%。強化煅燒效能，進一步提升燒成帶溫度，從而保證化學反應更加充分、完全。在滿足日常生產需求的基礎上，盡可能地控制好摻風量，避免能耗過高[4]。在確保回轉窯運行穩定、滿足標準的情況下，各個班組對總風量、窯速、煤量、料量等參數的控制標準也應保持統一。總之，加強生產全過程控制應從源頭抓起、從細節抓起，以減少不必要的操作失誤和生產事故。

3 結語

綜上所述，影響水泥生產的因素眾多，為了保證水泥生產質量，做好質量問題分析、技術改良工作有著重要意義。采用調整原料配比、改進煅燒工藝、加強生產過程控制等關鍵技術措施，可以有效提高水泥生產質量。某水泥廠經過文章所述技術改造后，沒有出現生產系統故障或水泥質量不達標的情況。