高硫生料對煅燒及水泥強度的影響
1 問題的提出
很長一段時間，我廠熟料中C3S含量偏低，熟料和水泥早期強度均不理想。熟料在燒成過程中結窯、煉邊現(xiàn)象也非常嚴重。立窯燒燒停停，產量很低。
2 原因分析
我廠采用的是煤矸石全代粘土的生料配制方案，煤矸石的含硫量較高，且化學成分及熱值波動較大；燒成用煤屬高硫煤。因此，生料化學成分難控制，熟料含硫量高。我們采用固定煤矸石、煤炭、石灰石等幾種主要原燃材料的基地、進烘干機前的料場預均化以及多庫搭配等手段解決原燃材料成分和熱值波動等問題。雖然有一定效果，但問題最終未根本解決。為此，我們將思路集中在傳統(tǒng)的配料方案上。
1)由于生料中硫的含量較高，在熟料燒成過程中硫將奪取部分CaO生成CaSO4，而飽和系數(shù)控制在0.93±0.01，這使CaO的配入量相對較少。
2)生料中熔劑成分配量較高，熟料熱耗按5016kJ/kg配制，再加上SO3的礦化作用，致使燒成過程中液相量過高，熟料中致密性死燒料塊過多，立窯中部通風受阻，還原氣氛嚴重。
3)配煤過多，煤燃燒時間拉長，熟料冷卻不好，特別是致密性大塊熟料。
3 調整配方
我們將三個率值設計為:
KH:0.98±0.01；n:2.1±0.1；P:1.2±0.1。
原燃材料、生料化學成分分析見表1、表2。
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | St,ad | A ad | Qnet,ad/(kJ/kg) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 石灰石 | 41.71 | 1.08 | 0.04 | 0.28 | 53.27 | ||||
| 煤 | 56.67 | 12.32 | 15.03 | 9.57 | 1.23 | 5.83 | 24.39 | 28 411 | |
| 煤矸石 | 54.03 | 19.31 | 14.32 | 10.48 | 0.60 | 7.96 | 75.68 | 4 719 | |
| 黃砂 | 2.39 | 83.10 | 5.47 | 2.41 | 3.67 |
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | C3S | C2S | C3A | C4AF | KH | n | P | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 生料 | 40.1 | 12.54 | 3.14 | 2.58 | 40.62 | 0.98 | 2.19 | 1.22 | ||||
| 熟料 | － | 20.90 | 5.24 | 4.30 | 67.70 | 66.8 | 9.5 | 6.6 | 13.1 |
新設計方案于1997年8月中旬正式實施。生料磨出后，我們在生產現(xiàn)場取樣與過去生料進行了對比分析，見表3～5。我廠生料SO3含量多在2.6%～3.0%之間。
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | KH | n | P | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 調整前 | 40.04 | 12.48 | 3.64 | 2.75 | 38.86 | 0.91 | 1.95 | 1.32 |
| 調整后 | 38.48 | 12.86 | 2.83 | 2.77 | 41.41 | 0.99 | 2.30 | 1.02 |
| 時間 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | fCaO | C3S | C2S | C3A | C4AF | KH | n | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 調整前 | 4.78 | 19.48 | 5.39 | 4.38 | 60.60 | 4.9 | 36.27 | 28.48 | 6.90 | 13.32 | 0.92 | 1.99 | 1.23 |
| 調整后 | 1.12 | 20.62 | 4.57 | 5.01 | 65.31 | 4.6 | 52.50 | 19.51 | 3.61 | 15.23 | 0.97 | 2.15 | 0.91 |
| 篩余/% | 凝結時間/(h:min) | 抗折強度/MPa | 抗壓強度/MPa | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 28d | 1d | 3d | 28d | ||
| 調整前 | 4.8 | 1：05 | 2：05 | 4.0 | 5.5 | 8.9 | 15.6 | 27.3 | 57.9 |
| 調整后 | 7.0 | 1：50 | 2：50 | 4.6 | 6.4 | 9.6 | 20.3 | 36.5 | 60.6 |
從前述各表數(shù)據(jù)看，我們將飽和比作了較大幅度提高，礦物組成也相應發(fā)生了很大變化，液相量有所降低，熟料的1d、3d強度有了明顯的提高。
4 外摻石膏對水泥強度的影響
在生產實踐中，我們發(fā)現(xiàn)熟料中帶入的SO3在水泥水化過程中有惰性作用，對促進水泥各齡期強度的發(fā)揮有一定影響。于是，在實際生產中外摻少許石膏，其結果見表6。
| 試樣編號 | 配方/% | 比表面積 /(m2/kg) | 安定性 | 凝結時間 /(h:min) | 抗折強度 /MPa | 抗壓強度 /MPa | ||||||||||
| 熟料 | 沸騰爐渣 | 石灰石 | 石膏 | 硬石膏 | 激發(fā)劑 | 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 28d | 1d | 3d | 28d | |||
| J－1 | 98.5 | 1.5 | 306.1 | 合格 | 0:57 | 1:27 | 3.4 | 5.6 | 10.0 | 15.7 | 28.4 | 65.0 | ||||
| J－2 | 83.5 | 15 | 1.5 | 318.6 | 合格 | 0:59 | 1:32 | 4.1 | 6.6 | 10.5 | 15.1 | 33.1 | 64.4 | |||
| J－3 | 83.5 | 15 | 1.5 | 306.1 | 合格 | 0:57 | 1:34 | 3.8 | 6.6 | 10.3 | 17.1 | 32.8 | 63.6 | |||
| J－4 | 83.5 | 15 | 1.5 | 304.0 | 合格 | 0:50 | 1:36 | 3.9 | 5.8 | 10.2 | 17.4 | 31.5 | 64.0 | |||
| J－5 | 90 | 10 | 324.7 | 合格 | 0:55 | 1:58 | 3.2 | 5.8 | 10.4 | 14.3 | 29.4 | 65.0 | ||||
從表6數(shù)據(jù)看(我廠抗折強度數(shù)據(jù)與省質檢站數(shù)據(jù)對比偏高)，在水泥中外摻1%～1.5%的石膏比不摻效果要好得多。盡管在水泥中外摻了活性較差的沸騰爐渣15%，其強度發(fā)揮也很理想。
5 結論
1)從我廠生產實踐證明，煅燒高硫生料把飽和比提高到0.95～0.98較為適合。同時，要注意適當降低熔劑礦物含量，這對提高熟料產質量有好處。
2)熟料中帶入的SO3，由于多種原因，在水泥水化過程中作用不是十分積極。從我廠實驗數(shù)據(jù)可以看出:高硫熟料在水泥粉磨時外摻少許石膏，會對水泥強度，特別是早期強度的提高產生積極作用。不過，由于熟料中SO3含量已經很高，在外摻石膏時需特別慎重，以防SO3超標。
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