優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)技術(shù)

　　隨著我國水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整， 新型干法窯生產(chǎn)線已逐步成為水泥生產(chǎn)工藝的主體。但由于各新型干法窯企業(yè)之間在設(shè)備選型、工藝配置及技術(shù)人員對(duì)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)等方面(如無煙煤煅燒、分解爐爐型、生料磨及水泥磨工藝及設(shè)備選型、產(chǎn)質(zhì)量與消耗目標(biāo)等) 仍存在著差異， 各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量亦參差不齊， 或性能上存在著較大的差距。在《優(yōu)質(zhì)水泥的評(píng)價(jià)》[1]一文中， 作者論述了對(duì)優(yōu)質(zhì)水泥性能的要求， 即標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低； 良好及穩(wěn)定的外加劑相容性； 合理或較低的早期強(qiáng)度， 較高的后期和遠(yuǎn)齡期強(qiáng)度； 抗沖擊、耐磨性好； 低收縮性； 低水化熱。并從熟料礦物組成和水泥顆粒組成等方面提出了具體目標(biāo)。本文將結(jié)合作者對(duì)優(yōu)質(zhì)水泥的研究及在水泥生產(chǎn)實(shí)踐中的體會(huì)闡述優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)技術(shù)。 

　　1 熟料率值的設(shè)定與調(diào)整為了使水泥具有優(yōu)質(zhì)的性能， 熟料中礦物組成應(yīng)實(shí)現(xiàn)低 C3a， 較高的 C2S、C4af， 適中的 C3S 含量。這種熟料率值設(shè)定為高硅酸率、中飽和系數(shù)、低鋁氧率， 即kH＝0．89￣0．91， n＝2．5～2．8， P＝0．9～1．2。與常規(guī)熟料率值： kH＝0．90￣0．92， n＝2．5～2．8， P＝1．6～1．8 相比， 飽和系數(shù)略有降低， 鋁氧率降幅較大。由于 P 值較低， 這給新型干法窯的煅燒帶來一定的困難， 會(huì)出現(xiàn)結(jié)粒大小不一、飛砂、“堆雪人”、熟料冷卻效果較差、早強(qiáng)較低等問題。因此， 在該配方的實(shí)施過程中， 要合理制定熟料升重及早期強(qiáng)度的考核要求， 此外， 還需減少熟料中 k、na、Cl等有害組分及對(duì)熟料質(zhì)量不利的 SO3 及MgO 的含量。按該率值燒成的熟料應(yīng)具有更好的外加劑相容性， 更低的水化熱和更好的抗腐蝕、抗沖擊和耐磨性[2]。 

　　由于各廠生料的易燒性、窯燒成帶的熱力強(qiáng)度及操作水平都存在差異， 可根據(jù)自身的實(shí)際情況對(duì)推薦配方進(jìn)行調(diào)整： ①生料易燒性較差、窯的燒成熱力不足或臺(tái)時(shí)產(chǎn)量要求較高時(shí)， 可適當(dāng)降低 n 值； ②設(shè)備配置及操作水平難以適應(yīng)這種燒成范圍較窄的配料，可適當(dāng)提高 P 值， 逐漸過渡； ③當(dāng)施工要求水泥早期強(qiáng)度較高 ( 如 P·O42．5 水泥， 3d 強(qiáng)度要求 30MPa 以上)， 可適當(dāng)提高 kH 和 P 值， 降低 n 值。但上述調(diào)整都不利于水泥品質(zhì)的優(yōu)化。

　　2 熱工制度的優(yōu)化熟料各種礦物的實(shí)際含量和發(fā)育狀況與燒成溫度、冷卻速度及燒成氣氛緊密相關(guān)， 良好的熱工制度是燒成優(yōu)質(zhì)熟料的又一關(guān)鍵因素。隨著熟料燒成溫度提高， 硅酸鹽礦物固溶 al2O3、fe2O3 的含量增多， a  礦晶軸比減小， 邊棱清晰， 這既提高了硅酸鹽礦物的活性， 又減少了熔劑礦物的含量， 對(duì)熟料強(qiáng)度及外加劑相容性均有利； 加快熟料的冷卻速度， 中間體(C3a、C4af) 析晶減少， 對(duì)水泥與外加劑的相容性有利； 窯內(nèi)還原氣氛嚴(yán)重時(shí)， 由于 feO 的作用會(huì)使窯內(nèi)物料結(jié)皮及結(jié)粒加劇， 熟料升重增大， 并降低熟料的燒成溫度， 此時(shí) a 礦發(fā)育不良， B 礦晶型不理想， 形成黃心料后 C3a 含量明顯增多， 暗色中間體析晶嚴(yán)重， 這將導(dǎo)致水泥強(qiáng)度下降， 需水量增大， 外加劑相容性變差。因此， 熟料在合理的率值條件下， 為使礦物發(fā)育良好， 具有較高的固溶量及活性， 獲得低需水量、良好外加劑相容性、良好的膠凝性， 就要求提供良好的熱工制度， 使物料實(shí)現(xiàn)快燒、急冷。

　　優(yōu)質(zhì)熟料的燒成應(yīng)控制好如下工藝參數(shù)： ①實(shí)現(xiàn)薄料快燒。正常條件下窯速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的 90%左右， 這樣有利于獲得均勻及較快的傳熱速度， 實(shí)現(xiàn)快燒。②調(diào)整火焰形狀， 加強(qiáng)煤風(fēng)混合能力。這有利于提高窯頭的熱力強(qiáng)度， 提高熟料煅燒質(zhì)量。用無煙煤煅燒時(shí)， 燃燒器的選擇及調(diào)整十分重要。③在確保安全的前提下， 煤粉細(xì)度宜控制細(xì)些， 煙煤在5%～8%， 無煙煤在 1%以下， 水分低些(＜1．5%)。目的是加快煤粉的燃燒， 確保熱力集中及煤灰沉降的均勻性。④減少一次風(fēng)量， 提高二、三次風(fēng)溫， 控制合適的燒成帶長度(15～20M 左右， 避免長焰低溫)， 煙室 nOｘ＞1600PPM，O2 含量在 1%～3%， CO 含量為零， 頭煤比例不宜小于總煤量的35%。⑤盡量消除窯內(nèi)冷卻帶， 增大冷卻機(jī)前端用風(fēng)量， 加快高溫熟料的冷卻速度。⑥熟料升重控制指標(biāo)宜根據(jù)礦物發(fā)育狀況及熟料的各項(xiàng)性能( 如外加劑相容性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量等)來設(shè)定， 它往往與熟料率值、生料易燒性、熱工制度及破碎顆粒的狀況有關(guān)。fCaO 含量多少只反映燒成反應(yīng)完成的程度， 并不完全代表礦物生長狀況及熟料的質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)熟料僅依靠 fCaO 含量的多少及其合格率來評(píng)價(jià)是不全面的。

　　3 水泥顆粒分布及其它因素的影響

　　3．1 水泥的顆粒分布

　　水泥顆粒分布對(duì)性能的影響研究表明[3]： ①相同比表面積的同品種水泥， 顆粒分布越窄， 其堆積空隙率越大， 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大， 凝結(jié)時(shí)間越長， 1d 膠砂強(qiáng)度越低， 且隨比表面積增大， 1d 膠砂強(qiáng)度增幅不大。②相同比表面積的同品種水泥， 顆粒分布越窄， 其MarSH 曲線的飽和點(diǎn)越大， 對(duì)應(yīng)的 MarSH 時(shí)間越長，即外加劑相容性越差。配制混凝土達(dá)到同等工作度時(shí)， 總水量及膠凝材料總量均要增大， 混凝土生產(chǎn)成本明顯提高， 收縮增大。水泥顆粒分布較寬時(shí)， 外加劑相容性較好， 隨比表面積增大飽和點(diǎn)增大， 但對(duì)應(yīng)的MarSH 時(shí)間變化不大； 水泥顆粒分布較窄時(shí)， 隨比表面積增大飽和點(diǎn)增大， 對(duì)應(yīng)的 MarSH 時(shí)間顯著延長。由此可見， 顆粒分布較寬的水泥， 堆積密度較大， 水泥漿體流動(dòng)性較好， 水泥比表面積增大時(shí)其流動(dòng)性變化不大。

　　優(yōu)化水泥的顆粒組成是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥必不可少的步驟。實(shí)現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施有：

　　1)粉磨工藝流程的選擇及改進(jìn)

　　優(yōu)質(zhì)水泥追求的是 3～5μM以下的顆粒含量較小、顆粒分布較寬、堆積密度較大的顆粒組成。經(jīng)多家企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐及顆粒的檢驗(yàn)結(jié)果證明，管理較好、粉磨效率較高的高細(xì)磨粉磨出的水泥顆粒組成能滿足上述要求， 水泥性能較好。而傳統(tǒng)的開流磨系統(tǒng)雖然水泥顆粒分布也較寬， 由于過粉磨較嚴(yán)重， 3～5μM 以下的顆粒比例較多， 對(duì)外加劑相容性不利。閉路系統(tǒng)粉磨出的水泥由于過粉磨現(xiàn)象減少， 水泥的顆粒分布較窄， 堆積密度較小， 用 O－ SePa 等高效選粉機(jī)的閉路系統(tǒng)由于選粉效率高， 會(huì)使水泥顆粒分布更加集中。雖然它可以提高水泥的強(qiáng)度， 但對(duì)水泥其它性能不利[4]。在閉路磨系統(tǒng)上可通過改變選粉效率與循環(huán)負(fù)荷的關(guān)系在一定程度上來調(diào)整水泥的顆粒分布， 或利用粉磨物料易磨性的差異來調(diào)整顆粒分布， 但所得效果遠(yuǎn)不如高細(xì)磨的好。

　　2)比表面積與篩余的控制

　　由配制混凝土的綜合性能情況來看， 42．5 強(qiáng)度等級(jí)的水泥比表面積宜控制在 360～380M2／kg， 80μM 篩余宜控制在 1%～2%， 45μM 篩余宜為 10%～16%。在相同比表面積條件下， 45μM 篩余過小， 則顆粒分布越集中， 水泥早期強(qiáng)度低， 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大， 流動(dòng)性差， 與外加劑相容性差， 凝結(jié)時(shí)間長， 干燥收縮大；45μM篩余過大， 則顆粒分布過于分散， 28d 強(qiáng)度較低， 流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失較大， 粉磨電耗高， 對(duì)資源是一種浪費(fèi)。

　　3．2 石膏的品種與摻量

　　石膏在水泥中的作用不僅是調(diào)整凝結(jié)時(shí)間， 越來越多的研究表明， 石膏的品種與摻量對(duì)水泥的外加劑相容性、膠砂強(qiáng)度、收縮率都有顯著影響[5，6]。粉磨優(yōu)質(zhì)水泥時(shí)， 石膏的選擇應(yīng)注意： 

　?、龠x擇結(jié)晶水含量較高(13%以上) 的優(yōu)質(zhì)石膏。這種石膏的溶解速度較快，對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利， 同時(shí)可避免帶入過多的泥質(zhì)， 影響水泥的性能。②在滿足凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度性能的要求下， 適當(dāng)提高水泥中 SO3 含量有利于改善水泥與外加劑的相容性， 減少流動(dòng)性能的經(jīng)時(shí)損失， 降低水泥凈漿或砂漿的收縮率。③硬石膏、二水石膏和工業(yè)石膏對(duì)水泥性能有不同的影響， 應(yīng)根據(jù)水泥膠砂強(qiáng)度、外加劑相容性及生產(chǎn)成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。有研究表明，  陶瓷工業(yè)廢棄的石膏模作緩凝劑對(duì)水泥的外加劑相容性及強(qiáng)度均較有利[6]。

　　3．3 混合材的品種與摻量

　　水泥的外加劑相容性與混合材自身的性能密切相關(guān)。需水量小， 又有利于改善水泥顆粒分布的混合材對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利。燒黏土、燒頁巖及較低溫度燒成的煤渣雖然火山灰活性較高， 但其需水性很大， 顆粒表面電價(jià)高， 使水泥的外加劑相容性變差， 這類材料不宜作優(yōu)質(zhì)水泥的混合材。石灰石作混合材能促進(jìn)硅酸鹽礦物的水化， 自身需水量小， 且易磨性好， 有利于改善水泥的顆粒分布， 降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量， 改善水泥的外加劑相容性， 是優(yōu)質(zhì)水泥首選的混合材； 礦渣的化學(xué)活性高， 玻璃體含量多， 需水量小， 易磨性差， 摻入少量礦渣與熟料共同粉磨時(shí)對(duì)改善水泥顆粒組成、提高水泥膠砂 28d 及遠(yuǎn)齡期強(qiáng)度、改善外加劑相容性均有利； 粉煤灰的品質(zhì)差異很大， 需水量大、燒失量高、活性差的粉煤灰應(yīng)慎用， 而優(yōu)質(zhì)的粉煤灰也是優(yōu)質(zhì)水泥較好的混合材。

　　4 水泥的溫度

　　為改善水泥與外加劑的相容性， 降低混凝土拌合物的入模溫度， 減少混凝土的開裂， 在氣溫較高的季節(jié)， 應(yīng)控制出廠水泥溫度(＜65℃)。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的企業(yè)應(yīng)增設(shè)水泥冷卻設(shè)備， 在夏季或使用單位有要求時(shí)(如高速公路)， 控制出廠水泥的溫度。 

　　5 結(jié)束語

　　生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥是混凝土技術(shù)發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的需要。新型干法窯工藝從硬件方面為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料創(chuàng)造了良好的條件， 水泥生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)從混凝土綜合性能方面去認(rèn)識(shí)水泥的品質(zhì)， 掌握生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的關(guān)鍵技術(shù)， 調(diào)整好各環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)， 充分發(fā)揮生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)， 生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水泥供給社會(huì)。本文衷心地希望我國水泥工業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)， 水泥的品質(zhì)也有長足的進(jìn)步與提高！ 

參考文獻(xiàn)：
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