淺談降低出廠水泥變異系數的技術措施

蔣林海 韋劍寧

（1.北海魚峰環保科技有限公司，廣西 北海 536000； 2.廣西河池國投魚峰水泥有限公司，廣西 河池 547000）

0 引言

影響出廠水泥的變異系數因素很多，從原材料的選點及進廠、熟料率值設計、出磨生料配料合格率、入窯生料均化效果、熟料燒成的參數控制及入窯生料秤和煤粉秤等設備的穩定性、水泥磨所用熟料庫的熟料搭配合理性、水泥磨操作參數的穩定性、混合材料的活性穩定性和混合材的配比波動等因素都會造成出廠水泥質量的波動變異系數Cv偏高。特別是入庫水泥的溫度高于70℃以上時會導致二水石膏脫水為半水石膏，嚴重的會脫水為無水石膏，石膏脫出來的水在庫里溫度高的情況下又和水泥快速發生水化反應，導致水泥在庫里強度損失。而且這個過程是動態的，隨時間的增長，庫里水泥強度不斷下降而且水泥結塊。入庫溫度高于90℃的水泥，一般1d和10d的強度相差有10MPa左右，也會造成連續20個編號出廠水泥強度的波動。

筆者認為，在影響水泥質量變異系數Cv的眾多因素中，熟料質量、水泥存儲溫度和水泥粉磨工藝的控制十分關鍵。本文僅從這三個方面進行討論。

1 熟料質量波動對出廠水泥變異系數的影響

出窯熟料質量的不穩定會影響水泥質量的穩定，會導致出廠水泥變異系數Cv變大，甚至超過4.1%。那么，影響熟料質量的因素有哪些呢？煅燒熟料的熱工制度、原料的穩定性、煤質的波動、操作員的控制水平等都是不可忽略的因素。本文僅從原燃料的化學成分鈣、硅的變化進行討論。

1.1 鈣質原料的影響

由于一個水泥企業的石灰石礦山基本確定，因此，做好進廠石灰石搭配均化工作，確保進廠石灰石CaO和MgO質量指標符合工藝設計要求，并盡量不要單獨使用SiO2含量高于2.0%的石灰石來配料。

1.2 硅質原料的影響

硅質原料的堿含量、硫含量及結晶硅含量對熟料質量的影響非常大，特別是硅質原料中的堿含量對熟料質量的影響最大。

科研人員根據試驗數據積累分析，得出熟料中的堿含量每降低0.1%,那么熟料28d抗壓強度相應會提高1MPa。另外，試驗表明：CaO在SiO2晶格中的擴散速率比SiO2在CaO晶格中高3～4倍。因此，SiO相往往是生料活性的決定性因素。經過研究，不同類型SiO2的活性（游離的或化合的）按如下次序降低：玻璃質礦渣中的SiO2＞黏土礦中的SiO2＞云母和角閃石中的SiO2＞長石中的SiO2＞α-鱗石英＞α-方石英＞蛋白石＞玉髓＞石英。

因每一個水泥企業的石灰石礦山基本定型，但硅質原料點可以優中選優。基于上述理論，找到堿含量低和SiO2活性高的又能滿足配料計算的硅質原料，從理論上是能提高熟料質量[1]。

我公司前幾年熟料的堿含量是0.7%～0.8%，通過使用低堿硅質原料以后，現在熟料的堿含量穩定在0.35%～0.45%，只是由于熟料堿含量的變化在其他相同的生產條件下熟料的28d抗壓強度從57.0MPa～59.0MPa提高到61.0MPa～63.0MPa。

表1是2021年4月份和5月份做的低堿原料使用與不使用的工業化對比試驗。4月份我們停用低堿黏土A,只使用石灰石、高硅黏土B、低硅黏土C、銅尾渣鐵質校正原料四組分配料；5月份使用石灰石、低堿黏土A、高硅黏土B、低硅黏土C、銅尾渣鐵質校正原料五組分配料。熟料率值都按KH：0.915±0.020；SM：2.35±0.10；IM：1.60±0.10設計。2021年4月、5月出窯熟料質量的對比見表2；使用不同比例低堿黏土熟料檢測數據見表3。

表1 低堿黏土和普通黏土化學全分析數據比對

表2 2021年4月、5月出窯熟料質量

表3 使用不同比例低堿黏土熟料檢測數據

從表3的實際生產數據看，在其他條件不變的情況下，穩定使用低堿原料可以有效提高熟料質量，每降低0.1%的熟料堿含量，可以提高熟料28d抗壓強度1MPa左右，這個和理論是一致的。因此，為了穩定熟料質量，必須穩定原材料的堿含量，特別是穩定硅質原料的堿含量。熟料質量的穩定對降低出廠水泥變異系數貢獻最大。

在實際生產中，影響熟料質量波動的因素很多，除了硅質原料堿含量的波動外，窯操作參數不到位，煤和料不匹配等等。但規劃好熟料進庫，使用時搭配好不同質量的熟料，使入磨熟料質量均勻就可以降低出廠水泥的變異系數。

2 入庫水泥溫度對出廠水泥變異系數的影響

入庫水泥溫度高，會造成水泥中的石膏在水泥庫內脫水，這樣不僅會使水泥在庫內水化，降低水泥的強度，還會造成水泥在庫內結塊，影響水泥出庫，最終導致水泥結庫而需要花大代價來清理。

為了獲取不同溫度下水泥在庫內密閉空間內強度下降的數據，我們采取采用模擬試驗的方式，用恒溫烘干箱模擬水泥庫內進行試驗。具體試驗方法是把同一水泥密閉在一個玻璃瓶中，在恒溫烘干箱內不同溫度下恒溫10d，然后進行全套物理檢驗。具體試驗布驟如下：取同一個出磨水泥樣，用容量瓶裝入，容量瓶口密封，分別放置于恒溫105℃、恒溫90℃、恒溫80℃和恒溫70℃的烘干箱內保存10d，10d后取出樣品分別進行物檢強度檢測，所得強度數據與出磨水泥強度數據進行比較，找出儲存溫度及儲存時間與強度損失的對應關系。具體數據對比見表4、表5所示。

從表4和表5數據看出，在不同試驗條件下同一水泥在恒溫烘干箱中密閉恒溫10d后，3d抗折強度損失不大，70℃恒溫10d后水泥3d 抗壓強度增長0.4MPa,增長1.4%,28d 抗壓強度增長0.8MPa,增長1.5%；80℃恒溫10d后水泥3d抗壓強度增長1.1MPa,增長4.8%,28d抗壓強度下降2.3MPa,下降4.8%;90℃恒溫10d后水泥3d抗壓強度下降2.0MPa,下降7.3%,28d抗壓強度下降7.4MPa,下降14.2%；105℃恒溫10d后水泥3d抗壓強度下降4.4MPa,下降16.1%，28d抗壓強度下降9.0MPa，下降17.2%。

表4 同一水泥不同溫度下密閉10d強度變化數據

表5 試樣密閉前后28d強度數據對比

試驗結果表明入庫水泥在庫內的強度損失隨入庫溫度的升高而逐漸增大，入庫溫度控制在70℃以下，可以解決水泥庫內水泥因溫度高而造成二水石膏脫水引起水泥水化強度損失的狀況發生。

因此，從出磨水泥溫度和入庫水泥溫度兩方面著手，盡量控制出磨水泥溫度不高于105℃，通過水泥降溫設備等技術措施嚴格控制入庫水泥溫度不高于70℃，低于70℃的水泥在庫內基本不會水化，不會造成水泥強度降低，可以極大地改善水泥結庫的狀況，能非常明顯地降低出廠水泥的變異系數。

我公司通過優化篦冷機操作參數來降低出篦冷機熟料溫度，確保入磨熟料溫度在95℃以下；另一方面出磨水泥到水泥庫輸送距離有130m左右，我們通過再增加一路空氣斜槽使入庫水泥從單路輸送升級到雙路輸送，利用空氣斜槽的冷風對水泥進行降溫。

3 水泥磨操作參數對出廠水泥變異系數的影響

穩定水泥磨操作參數可以降低出廠水泥變異系數。我公司水泥粉磨系統采用一套成都利君Ф1700mm×1200mm輥壓機加重力無動力V選和動態選粉機，組成閉路預粉磨系統，并與開路Ф3.8m×13m球磨串聯形成水泥粉磨系統。在水泥磨操作過程中，由于物料的變化，操作員的責任心及預判斷性不一樣，常會為避免穩流倉爆倉而大幅調整動態選粉機的轉籠轉速，這樣操作的后果是是直接快速地改變了入球磨物料的粒度和喂料量。而開路水泥磨入磨物料粒度和喂料量的改變，直接決定了出磨水泥的質量，從而使得水泥的變異系數偏高。

表6是2021年5月10日我們進行的在同一工藝配比條件下，只是改變動態選粉機的調速電機頻率來改變轉籠轉速，入磨物料細度和喂料量的大小變化對產品質量的影響程度的試驗數據。

表6 不同V選頻率的出磨水泥質量對比

從表6可以看出，大幅度地調整與開路水泥磨串聯的輥壓機系統的動態選粉機頻率，直接改變了入水泥磨的喂料量大小和改變了入磨粒度，最終降低了出磨水泥比表面積，也明顯降低了出磨水泥28d抗壓強度，最終影響到出廠水泥變異系數。因此，穩定水泥磨操作參數是降低水泥變異系數的有效措施。

4 結束語

當前水泥用戶對水泥質量穩定性的要求比對水泥強度的要求還要嚴格，因此降低出廠水泥變異系數，保證水泥質量的穩定性，有利于水泥用戶長期穩定混凝土的配比，從而提高施工效率，并提高水泥企業的市場競爭力。要使出廠水泥變異系數降低，則需要提高生產廠家技術人員的專業水平，并加強生產過程的控制，通過對熟料質量波動、入庫水泥溫度、水泥磨操作參數等幾方面加強控制，保證水泥生產及質量的穩定。