混合材復(fù)合優(yōu)化降低水泥生產(chǎn)成本的試驗

  引言

  福建水泥煉石水泥廠是福建水泥股份有限公司的生產(chǎn)基地之一，已有2000t/d、2300t/d、2500t/d 3條生產(chǎn)線，年熟料產(chǎn)能可達230萬噸，本部有2條水泥粉磨生產(chǎn)線，年水泥產(chǎn)能120萬噸。2014年熟料產(chǎn)量212萬噸，水泥產(chǎn)量122萬噸。而2015年熟料產(chǎn)量只有120萬噸，水泥產(chǎn)量只有98萬噸。水泥行業(yè)已經(jīng)產(chǎn)能過剩，企業(yè)之間競爭越來越激烈，需求量和銷量都在減少，利潤在不斷下滑。在這種情況下，切實有效地降低水泥生產(chǎn)成本，提高效率，提高企業(yè)競爭力顯得尤為重要。摻加混合材是降低水泥生產(chǎn)成本的有效途徑之一，本文通過不同品種混合材的對比試驗，找出對水泥強度影響最小，綜合效益最佳的混合材組合方式。2015年混合材綜合成本較2014年下降了18.78元/t，水泥配比成本下降了6.76元/t。

  1、不同品種混合材的水泥強度比試驗

  通過對福建水泥煉石水泥廠周邊的混合材資源情況進行調(diào)查，選取有一定供應(yīng)量的混合材進行取樣試驗，最后只選取了4種混合材：轉(zhuǎn)爐渣（鋼渣與礦渣的復(fù)合粉）、電爐渣、煤矸石和石灰石進行試驗。

  1.1 試驗方法

  混合材的強度比試驗按照GB/T12957—2005《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性試驗方法》進行。

  1.2 樣品的制備

  硅酸鹽水泥（對比樣品）就是用正常生產(chǎn)的熟料進行小磨試驗的樣品，比表面積在(350±10) m²/kg，SO₃含量在(2.0±0.5)％。

  各種混合材按照GB/T12957—2005規(guī)定的步驟制備樣品，取約5kg的混合材在105～110 ℃下烘干至水分＜1%，然后用化驗室統(tǒng)一試驗小磨磨細至80μm篩篩余為1%～3%。

  混合材和對比樣品的化學(xué)分析見表1。

表1 混合材和對比樣品的化學(xué)分析%

  1.3 試驗結(jié)果

  混合材細粉比例為30％，其余為硅酸鹽水泥。通過外摻適量石膏，調(diào)整試驗樣品與對比樣品SO3含量相同，相差不大于0.3％，樣品經(jīng)過充分混勻。水泥膠砂強度試驗方法按GB/T17671—1999進行，分別測定試驗樣品和對比樣品（硅酸鹽水泥樣品）的28d抗壓強度。試驗結(jié)果見表2。

表2 不同混合材水泥樣品抗壓強度比試驗結(jié)果%

  從表2中可以看出，摻轉(zhuǎn)爐渣的水泥抗壓強度比最好，摻電爐渣和摻煤矸石的相近，摻石灰石的7d抗壓強度比最好，28d抗壓強度比最差。

  2、不同質(zhì)量混合材的抗壓強度比試驗

  2.1 煤矸石

  焙燒煤矸石質(zhì)量的好壞，燒失量是一個衡量指標(biāo)，一般燒失量＜3%以下為焙燒較好的煤矸石，并且絕大部分呈紅色狀，我們選取了燒失量2.59%呈紅色狀的煤矸石與燒失量5.29%呈黑色狀的煤矸石進行對比試驗。試驗結(jié)果見表3。

從表3中可以看出，紅色煤矸石比黑色煤矸石28d抗壓強度比更好。

表3 摻不同質(zhì)量煤矸石試驗結(jié)果

  2.2 石灰石

  摻不同質(zhì)量石灰石的水泥抗壓強度試驗結(jié)果見表4。

表4 摻不同質(zhì)量石灰石的水泥抗壓強度比試驗結(jié)果

  從表4可見，當(dāng)混合材用的石灰石CaO含量越高，其28d抗壓強度比越好，特別是摻入石灰石更有利于水泥的早期強度發(fā)揮。

  3、多品種混合材混摻的正交試驗

  3.1 混合材種類的確定

  對混合材的價格進行排序，轉(zhuǎn)爐渣：195元/t，電爐渣：51.5元/t，煤矸石：49.8元/t，石灰石：18.8元/t。由于轉(zhuǎn)爐渣價格太高，已經(jīng)接近熟料的成本，在水泥供不應(yīng)求時，可增加水泥產(chǎn)量以增加企業(yè)的利潤。而在當(dāng)前水泥銷售困難，銷量大幅下降的情況下，轉(zhuǎn)爐渣則不適合使用。因此只選用了電爐渣、煤矸石和石灰石3種混合材來進行正交試驗，以找出各品種混合材的最佳組合方式，實現(xiàn)成本效益的最大化。

  3.2 試驗的設(shè)計

  選用石灰石、煤矸石和電爐渣作為試驗的3個因子。經(jīng)分析研究，試驗中采用的水平見表5，正交試驗結(jié)果見表6。

表5 因子水平表

表6 正交試驗結(jié)果

  從表6可見，既符合公司內(nèi)控質(zhì)量指標(biāo)要求，配料成本又最低的最佳組合為：強度等級P·C32.5R水泥的最佳生產(chǎn)成本的配比為：熟料61%、石膏5％、石灰石11%、煤矸石15%、電爐渣8%，配比成本為154.30元/t。雖然這個組合的3d、28d強度略為偏低，可在生產(chǎn)過程中進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。參考表6中1～4組的試驗結(jié)果，P·O42.5水泥混合材總量控制在20%以內(nèi)，3d、28d強度都能符合公司內(nèi)控質(zhì)量指標(biāo)要求，經(jīng)測算并考慮到生產(chǎn)的實際情況，P·O42.5水泥最佳配比成本為熟料75%，石膏5%，石灰石8%，煤矸石8%，電爐渣4%，配比成本為179元/t。

  4、實際生產(chǎn)中降低成本的效果

  將上述試驗用于指導(dǎo)2015年的生產(chǎn)，通過調(diào)整混合材的配比，3月份以后停用了價格高的轉(zhuǎn)爐渣， P·O42.5水泥中將石灰石比例調(diào)整到7%~8%，煤矸石8%~9%，電爐渣3%~4%。P·C32.5R水泥中石灰石比例調(diào)整到8%~11%，煤矸石13%~16%，電爐渣5%~8%。通過這樣的調(diào)整，各品種水泥質(zhì)量都達到公司內(nèi)控質(zhì)量指標(biāo)的要求，2015年混合材綜合成本46.21元/t，比2014年64.99元/t下降了18.78元/t，水泥配比成本下降了6.76元/t，取得了較好的經(jīng)濟效益。

  5、結(jié)論

  1）轉(zhuǎn)爐渣的28 d抗壓強度比最好，對水泥的后期強度影響較小。但是，轉(zhuǎn)爐渣價格太高，在當(dāng)前水泥銷售困難的情況下，不適合使用。

  2）煤矸石和電爐渣性能相近，這兩種混合材28 d抗壓強度比比轉(zhuǎn)爐渣差，但比石灰石好，3d強度下降較大，而28d強度下降較小。價格也較為合適，在我廠附近有一定的供應(yīng)量，適合作為混合材使用。

  3）石灰石的28d抗壓強度比最差，3d強度較好，28d強度下降較大，但石灰石由廠內(nèi)自產(chǎn)，供應(yīng)量充足，價格最低，適合作為混合材使用。

  4）將煤矸石、電爐渣和石灰石通過正交試驗得出強度等級P·C32.5R水泥的最佳生產(chǎn)成本的配比為：熟料61%、石膏5%、石灰石11%、煤矸石15%、電爐渣8%，配比成本為154.30元/t。

  5）通過2015年的生產(chǎn)驗證，水泥配比成本下降了6.76元/t。