水泥熟料快速燒成的最佳配方研究

　　1、引言

　　熟料速燒是水泥工業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑,國內(nèi)外眾多學(xué)者〔1～4〕的研究都主要集中在高熱力梯度上,一般要求熱力梯度在600～1500℃/min,甚至更高。現(xiàn)有的工業(yè)條件顯然無法滿足。本文旨在探討如何利用現(xiàn)有水泥工藝設(shè)備,從調(diào)整熟料配方的角度出發(fā)實現(xiàn)熟料的快速燒成。 

　　2、熟料速燒回歸方程的建立 

　　2.1  因素及位級表

　　采用二次正交回歸設(shè)計。因素及位級見表1。 

表1  因素及位級  

　　2.2  試驗方案及結(jié)果

　　根據(jù)表1的因素及位級,選用五因子二次回歸正交表〔5〕安排試驗方案。采用分析純化學(xué)試劑配料,配好的生料混勻后,壓成Φ5cm×5mm的生料片。在400℃溫度下先將料片預(yù)熱30min,然后送入已升溫至1450℃的高溫爐內(nèi),經(jīng)8min爐溫重新升至1450℃,在該溫度下保溫10min后取出急冷并測定其fCaO含量。試驗方案及結(jié)果見表2所示。

　　2.3  回歸方程

　　由表2結(jié)果計算得到熟料fCaO與熟料率值及礦化劑摻量的二次回歸方程如下:

　　fCaO=-37.50KH 2-0.033SM 2-1.44IM 
　　2-1.94CaF22-0.39SO32+29.97KH ·SM -1.00KH ·IM +7.50KH 
　　·CaF2-2.00KH ·SO3+2.13SM ·IM-1.08SM ·CaF2-0.22SM ·SO3+1.10IM 
　　·CaF2+0.32IM ·SO3+21.73KH -24.94SM -1.23IM 
　　-3.34CaF2+2.7SO3+6.49

表2  二次回歸正交試驗方案及結(jié)果  

　　為了能直觀地得出在速燒條件下,熟料的最佳配比方案以及熟料KH、SM、IM對fCaO的影響,利用上述回歸公式繪制成fCaO等高線圖,結(jié)果如圖1和圖2所示。  

圖1  KH-SM等高線

　　L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;
　　L4—fCaO=3%;L5—fCaO=4%;L6—fCaO=5% 

圖2  KH-SM等高線

　　L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;L4—fCaO=3% 

　　由圖1和圖2可見,在相同的KH和SM條件下,IM變化對fCaO含量變化影響不大;而在相同的IM條件下,變化SM或KH都將引起fCaO含量大的變化。

　　增大KH或SM,都將增大fCaO含量。因此,采用高KH,必須選擇低SM方案,而采用高SM,則必須選擇低KH方案。

　　從圖1中選取KH=0.90、0.93、0.95、0.97的值作平行于橫軸的直線,就可得到fCaO含量為1%、2%、3%和4%條件下允許的最大SM值。結(jié)果見表3所示。 

表3  允許的最大SM值

　　注:IM=1.2,SO3=1.5%,CaF2=0.8%。 

　　3、最佳配方實驗驗證

　　為了驗證回歸方程的可靠性,同時進一步探討熟料速燒的最佳配方。重新配制了一批試樣進行對比實驗研究。

　　3.1  實驗方法及配比

　　按表4的實驗方案進行配料,所得生料在1450℃下煅燒,分別保溫5min、10min、20min、35min、50min。其余實驗方法同上。 

表4  驗證實驗方案  

　　3.2  實驗結(jié)果

　　按表4實驗方案進行實驗,所得結(jié)果見表5。 

表5  1450℃時不同保溫時間下fCaO含量(%) 

　　3.3  實驗結(jié)果討論 

　　根據(jù)表5的實驗結(jié)果,可得出fCaO含量與KH、SM及保溫時間的關(guān)系圖,見圖3和圖4。

　　從圖3和圖4可知,隨著保溫時間的延長,fCaO含量均有所下降,但下降趨勢越來越緩。同時結(jié)合水泥生產(chǎn)控制我們知道,在立窯生產(chǎn)中,熟料fCaO含量?？刂圃?%或更高,回轉(zhuǎn)窯的fCaO含量一般控制在1%～1.5%左右。因此,對應(yīng)不同的fCaO控制指標,分析圖3我們就可得到在SM=2.2、IM=1.2條件下,對應(yīng)不同fCaO控制值和不同保溫時間時允許的最大KH,如表6所示。 

圖3  不同保溫條件下KH與fCaO的關(guān)系 

圖4  不同保溫條件下SM與fCaO的關(guān)系 

表6  允許的最大KH  

　　同樣對圖4分析可知:對應(yīng)于不同的fCaO、時間控制指標,得到允許的最大SM值如表7所示(KH=0.93、IM=1.2)。 

表7  允許的最大SM值  

　　從表6和表7的數(shù)據(jù)可清楚地看到:在相同的fCaO控制指標下,燒成速度(保溫時間)對KH和SM的選擇有較大的影響,不合適的配比選擇將引起fCaO過高,難以達到快速燒成的目的。燒成速度越快,KH和SM的選擇應(yīng)略為降低。同時將表7中保溫10min條件下,SM的選擇方案與表3的結(jié)果對比也可看到,驗證實驗的結(jié)果與回歸公式給出的結(jié)果基本一致,表明回歸方程有較好的重現(xiàn)性和較高的可靠性。

　　4、結(jié)論

　　(1)利用現(xiàn)有的工藝設(shè)施,在較快的升溫速度下可實現(xiàn)熟料的快速燒成。熟料在高溫帶停留時間不同,KH和SM的選擇也有所不同。

　　(2)影響熟料速燒的主要因素是KH和SM,IM影響較小。

　　(3)在速燒條件下,KH和SM的降低都將顯著降低熟料fCaO含量。采用高KH時,應(yīng)選擇低SM方案;采用高SM時,應(yīng)選擇低KH方案。 

　　參考文獻

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