提高水泥熟料28天抗压强度优化方案解读

提高水泥熟料28天抗压强度优化方案解读

2012-12-17 14:45:41 中国建材报 海螺水泥 陈永波

公司5000t/d水泥熟料生产线建成投产初期，窑工艺运行稳定。但受原燃材料资源较差等因素的影响，出窑熟料28天抗压强度一直偏低，2007年全年出窑熟料28天抗压强度平均只有57MPa，最低时只有54.6MPa,给水泥质量控制及混合材掺量带来困难。2008年始,公司成立技术攻关小组，对出窑熟料28天抗压强度进行技术攻关，攻关小组根据熟料28天抗压强度偏低的现象，通过多种数理统计方法的综合应用，探索熟料28天抗压强度降低的原因，结合分析结果，优化原材料结构与生料配料方案，达到了提高熟料28天抗压强度的目的。通过一季度的运行，取得了较好的效果，出窑熟料28天抗压强度明显提升，现已超过60Mpa，产品实物质量较好，水泥磨混合材掺入量相对前期得到有效提高，水泥生产成本下降，给公司正常生产经营及降本增效创造了有利条件，现将相关调整过程及经验介绍如下。 影响熟料28天抗压强度偏低的原因分析

我公司刚投产以来出窑熟料质量数据表明，出窑熟料自投产起28天抗压强度基本上在56-58Mpa之间，为探索影响熟料28天抗压强度偏低的原因，笔者对公司投产以来的熟料质量数据进行全面系统分析，总结出可能影响熟料28天抗压强度的因素，现将影响出窑熟料28天抗压强度偏低的原因分析总结如下：

（1）原燃材料品质较差，有害成份含量偏高。 A.石灰石品位低，MgO、SiO2含量偏高。

我公司下山石灰石品位整体较低，有一段时间入库石灰石CaCO3含量只有79.32%，生料不得不两组份（另加Fe2O3含量＞60%的高品位铁粉）配料，加之当时进厂无烟煤质量差，灰份高，入窑煤灰份达35%，造成熟料KH值偏低，严重影响熟料质量的正常控制。期间下山石灰石MgO含量平均在1.72%左右,出窑熟料MgO含量平均值为1.92%,出窑熟料28天抗压强度平均仅57.5Mpa,9~10月份出窑熟料MgO含量平均超过2.0%，28天抗压强度平均仅56.5Mpa。由此可见，MgO对熟料28天抗压强度的负面影响不可低估。

B.配料用粘土碱含量偏高,不利于熟料后期强度正常发挥。 ①碱含量偏高将导致熟料安定性不良，后期强度降低，对高碱熟料的岩相分析发现，碱对熟料矿物，特别是阿利特形貌具有明显影响。生产实践也表明，碱含量偏高给设备的正常运转和生产的顺利进行也带来了危害。

②碱对熟料标准稠度用水量和凝结时间也存在一定影响。

③投产初期火焰光度计尚未采购到位，碱含量无法检测，为表明粘土掺量对熟料28天强度的影响，在日常过程中我们通过粘土掺入量与熟料28天抗压强度进行了对应分析，在熟料率值相对稳定的前提下，生料配料中粘土掺加量与熟料后期强度成反比，且粘土配比超过8.0%时后期强度异常偏低。

综上所述,因我公司粘土质原料中碱含量偏高，日常生料配料粘土掺入量参数与出窑熟料28天抗压强度对应关系较为明显，成反比例关

系，即粘土掺入量增加，熟料中碱含量上升，熟料28天抗压强度下降，反之，熟料28天抗压强度相对上升。

C.高硅砂岩SiO2含量过高，活性较差。

因公司自备砂岩矿修建圭江桥未投入使用，砂岩采用外购形式，进厂砂岩SiO2含量偏高，熟料在煅烧过程中SiO2与CaO是在900℃～1200℃以上的高温开始反应的，此时CaCO3中的CO2逸出后，所生成的CaO表面孔隙率多且疏松，而SiO2颗粒密实，因此SiO2在CaO晶格中扩散速率比CaO在SiO2晶格中低3～4倍，可以说SiO2相是煅烧过程中决定生料活性的主要因素。

另外，高SiO2砂岩易磨性差，难于粉磨，所磨制的生料中细度较粗，造成原料磨台产过低，经济指标较差，同时粗颗粒SiO2生成的粉状熟料在煅烧过程中对C2S和CaO转换率较低，易使熟料中的f-CaO值偏高，砂岩矿石中SiO2含量越高，其活性越差。

D.无烟煤质量差，100%使用时不利于窑工况稳定及熟料烧成。 由于煤炭供应紧张且价格较高，公司逐步加大使用无烟煤，廉价的无烟煤灰份高，高灰份的煤粉燃烧后煤灰掺入量过多，灰粉全部沉落在烧成带的熟料颗粒表面上，造成熟料颗粒表面富硅化，从而改变熟料表层矿物成份与化学成份，C3S含量下降，从而影响熟料质量。 （2）熟料矿物中溶剂矿物多，硅酸盐矿物相对偏少。

由于我公司原材料有害成份偏高，造成熟料煅烧过程中液相偏多，硅酸盐矿物相对较少。

通过对影响熟料强度可以量化的因素进行回归分析，发现数据变化较大的因素有熟料KH、SM，利用数理统计方法算出熟料28天强度对上述因素的回归分析方程及回归相关系数，以确认上述因素对28天强度的相关性及影响程度大小。由于f－CaO跟三率值及窑况联系较大，而熟料的C3S、（C3S＋C2S）又与熟料的三率值相关联，故仅具体针对熟料的三率值进行分析对比，以总结出熟料强度及水泥适应性最好的熟料三率值的最佳配伍组合。

根据我公司投产以来出窑熟料率值与28天抗压强度统计分析，三率值对熟料28天强度的影响程度，根据KH、SM、IM、（C3S＋C2S）与熟料28天强度存在正相关关系，其中C3S、KH对熟料28天强度的相关系数较高，SM次之，IM最小。

（3）窑工况及操作对熟料质量的影响

当生料化学成份、有害成份等保持稳定的情况下，回转窑的煅烧热工制度对熟料煅烧质量产生重要影响。

①无烟煤灰份高，挥发份偏低，火焰形状难以控制，影响熟料中C3S矿物的晶粒发育大小和活性，而窑内火焰温度取决于两部份因素：一是煤粉热值、灰分和细度，二是取决于二次风温。

②烧成温度及窑速的影响。因石灰石中MgO含量偏高，熟料在烧成时烧成范围变窄，加之双高（高KH、高SM）配料，要求控制烧成带长度比正常情况偏长一些，煅烧温度高一些，要求窑内过渡带升温阶段要求快速升温，即\高温长带\煅烧，同时要求快烧急冷。

③窑内还原气氛的影响。二次风不足且温度偏低，导致还原气氛产生，产生CO气体，熟料中Fe2O3成份被CO还原成FeO，影响熟料液相成分和黏度，影响熟料烧结，产生大量黄心熟料，从而影响熟料质量的提高。

优化原材料结构，调整配料方案

经过对影响我公司熟料28天抗压强度偏低原因的细致、综合的分析，采取了如下措施：

（1）外购部分配料用低碱粘土，降低熟料中碱含量。 （2）适当提高石灰石品位。

（3）加强砂岩开采管理，降低高硅砂岩SiO2含量。 （4）采用高SM配料，增加熟料中硅酸盐矿物含量。

水泥熟料质量较好的主要特征是（C3S+C2S）矿物含量高，由于公司原材料有害成份偏高，造成熟料煅烧过程中液相偏多，硅酸盐矿物较少，针对此情况，公司积极调整配料方案，根据KH、SM、IM、（C3S＋C2S）与熟料28天强度存在正相关关系，故将熟料三率值的控制目标值分别调整为：KH：0.900、SM：2.65、IM：1.65。

5）熟料煅烧采用薄料快烧方式，加大窑内通风，减少窑内还原气氛。

①合理控制篦冷机各段篦床上的料层厚度，提高二次风温度，使煤粉燃烧完全、迅速，降低煤灰沉降量，减少还原气氛的产生，同时提高火焰温度，有利于碱份的充分挥发,从而提高熟料质量。

②坚持\薄料快转\的煅烧原则，依据喂料量与窑速相匹配的方法来控制窑内的物料填充率，提高窑速，加大灼烧生料翻滚频次，缩短过渡带长度，延长烧成带长度，促进熟料的矿物形成和烧结。

③生产操作上控制好煤粉的制备，细度、水份严格控制在要求的范围内；在燃烧器的调整方面，掌握合理的喷煤管位置，使火焰顺畅，煤粉有足够的燃烧空间；控制好系统风、煤、料的合理搭配，保持窑内的通风顺畅、稳定热工制度，防止黄心料的产生。

④强化一室、二室高压风风量篦冷机操作，要求快烧急冷，强化冷风对高温熟料的冷却效果。 熟料28天强度明显提高

经过系统调整，出窑熟料28天抗压强度明显提高，现已平均达到60-61Mpa,现将调整前后数据统计（如下表）。

经过调整，我公司出窑熟料28天抗压强度自2月下旬开始上升明显，3月份、4月份平均值已连续超过60Mpa。最高时达到62Mpa产品实物质量明显变好，取得了预期的效果。 结论

（1）石灰石中MgO与熟料28天强度的负面影响不可低估，正常情况下成反比例关系。

（2）在熟料率值相对稳定的前提下，碱含量对熟料后期强度影响对应关系较为明显。

（3）高含量SiO2的砂岩是煅烧过程中决定生料活性的主要因素，砂岩矿石中SiO2含量越高，其活性越差。

（4）水泥熟料质量较好的主要特征是（C3S+C2S）矿物含量高，KH值对熟料强度贡献较大。

（5）熟料煅烧采用薄料快烧方式，加大窑内通风，减少窑内还原气氛，稳定窑的热工制度，同时加强一段冷却效果，提高熟料强度。

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