提高熟料強度的實踐

劉 成 何禮果 左明楊 楊 峰 胡家林

（綿陽職業技術學院， 四川 綿陽 621010）

0 引言

水泥熟料強度的高低是由綜合因數決定的[1]，其中影響最大的因素是配料方案和煅燒操作。在實際生產中由于各種因素的影響，會出現重操作輕配料的現象，且配料方案的改變僅僅是為了適應當時的煅燒條件，而不是為了穩定整個系統的熱工制度，導致熟料強度不高、質量波動大。

因此，本文結合校企合作的技術服務項目，闡述配料方案調整對熟料強度的影響。

1 影響熟料強度的因素

1.1 熟料礦物組成

1.1.1 C3S 和C2S

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

生產中，提高C3S 含量就需提高熟料的KH，在提高KH 時，需注意在保證CaO 含量的同時，石灰石中的Al2O3含量不要超過2.5%，否則將會影響粘土質原料的配合；在提高KH 時，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度[2]，特別是C3A。

C3A 含量與3d 強度成正比，但后期強度不增加，反而要倒縮，含量超過一定后將嚴重降低熟料后期強度，配料中應注意合理控制Al2O3含量，使熟料中C3A 含量小于9%，既可保證早期強度、不嚴重影響后期強度，還可減少煅燒過程中系統結皮、結圈現象。

C4AF 對熟料強度貢獻較小，但對熟料燒成影響很大，可以使CaO、SiO2和Al2O3在窯內以較低的溫度進行燒結，所以配料中適當的Fe2O3有利于熟料的燒成，保證熟料質量。鐵質原料的質量相對穩定、波動范圍最小，但配料時含Fe2O3原料摻量少，生產中要注意下料是否正常、計量是否準確的問題。

1.2 微量元素

對熟料強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 會使熟料28 強度下降1MPa，但可使早期強度增加0.5～1.5MPa；硫在煅燒過程中會生成CaSO4使熟料難以粉磨，也會影響礦物的水化、熟料強度的發揮。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。堿主要是由粘土質原料帶入，通常粘土質原料中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，或采取應對措施，確保其對熟料質量影響最低。

2 生產實踐

在為某企業的技術服務中，協議將水泥熟料28d 強度由53MPa 左右提高到58MPa 以上。為了實現技術服務目標，查閱分析了生產歷史數據，進行了企業現場調研，發現該企業在生產過程中，配料方案基本上是由煅燒操作決定的，而不是在穩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“結果”經常調整配料，造成惡性循環，使熟料質量波動大，且強度不高。

2.1 服務前數據

服務前熟料礦物及強度見表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，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 強度平均為31.46MPa，28d 強度平均為53.5MPa，表明熟料早期強度偏高而后期強度偏低。經分析，造成28d強度偏低的主要原因是C3S 含量偏低，而3d 強度偏高可能與熟料中微量元素的含量有關，因為熟料中C3S 和C3A 的含量均不足以使早期強度達到31MPa 以上。熟料化學分析數據顯示熟料中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對早期強度的影響；而熟料堿含量達0.91%，比較高的堿含量使熟料3d 強度得以激發和增高，但降低了熟料28d 強度。

表1 服務前熟料礦物及強度

針對上述分析，提出增加C3S 含量，C3S 含量要達到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 強度；適當調整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；培養并提高窯操作員的操作水平，盡快適應新配料方案的操作要求，薄料快燒，提高熟料28d 強度。

2.2 方案制定

表2 為該企業服務前正在使用的原料化學成分，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、堿含量達到2.80%，配料時必須多加頁巖來彌補紅砂巖Al2O3含量的不足，帶入更多的堿，進一步使熟料中堿含量提高，需加以重視和調整。對企業周圍可利用資源進行調查分析，建議用附近出產的鋁礬土替代頁巖進行配料。鋁礬土化學成分見表3，其Al2O3含量達到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。調整配料方案，由過去的=0.89±0.02、 =2.5±0.1、 =1.4±0.1 調整為=0.90±0.02、 =2.6±0.1、 =1.6±0.1，配料方案見表4。

表2 原料化學成分%

表3 鋁礬土化學成分%

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期要求。其中的提高，主要是針對經常出現的預熱器結皮、窯內結圈而適當提高的。

2.3 實施及效果

方案開始實施階段窯操作員不能完全適應，出現過游離氧化鈣超標現象（個別達2.5%以上），為了在穩定配料方案、保證熟料質量、降低出窯熟料游離氧化鈣含量，使其在1.2%左右，將生料細度由14±2%降低到12%±2%，為煅燒過程中的物理化學反應充分進行創造良好條件；同時將分解爐出口溫度控制指標由原來的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的欠缺，操作水平不高的問題，進行了系統的水泥生產工藝理論知識的學習、操作示范與培訓指導，統一操作思想，糾正了不正確的操作思路和方法，逐步提高了預判能力和操作水平，使系統熱工制度長期穩定，保證了熟料質量的穩步提高，熟料產量穩中有升。三個月后，進行了項目考核驗收，考核期月熟料平均質量見表5。

表5 熟料礦物組成與強度

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 強度同比下降不大，且堿含量的降低，保證了熟料28d 強度的發揮，熟料28d 平均強度達到58.1MPa 以上，增加了4.6MPa，熟料標準煤耗由原來的118.61kg/t 降低到112.75kg/t, 降低了5.86kg/t,熟料產量也有所增加，經濟效益顯著，預測年綜合經濟效益增加3000 萬元左右。在當年8、9、10 月份的回訪顯示，企業已經適應了穩定配料方案、穩定熱工制度的工藝管理及煅燒操作制度，減少了熟料質量的波動，28d 強度平均值分別為58.2MPa、58.3MPa 和58.3MPa，一年后再次回訪，企業水泥熟料28d 天強度平均在60MPa 以上，表明校企合作的技術服務是成功的。

3 結束語

（1）水泥生產配料方案的確定與穩定，對水泥熟料強度影響比較大，工藝員特別要加以重視，要多方案對比，選擇最佳方案，為燒成優質熟料創造條件。

（2）配料時不僅要關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對，采取合理措施將堿的危害降到最低，保證熟料強度。

（3）中控操作員的理論深度和操作水平是影響熟料產質量的關鍵，有必要進行系統的理論學習和操作培訓，使其能用理論來指導操作，根據原燃料的變化、煅燒操作參數的變化進行風、煤、料的合理調整，逐步提高操作水平，保持系統熱工制度的穩定，才能保證配料方案的實施，保證熟料產質量的穩定與提高。