1、高強熟料的配料及煅燒中國建筑材料科學研究總院中國建筑材料科學研究總院 王文義王文義2013年5月目目 錄錄一、引言二、高強熟料的設(shè)計依據(jù)三、高強熟料在水泥企業(yè)應(yīng)用效果四、高強熟料的配料五、高強熟料的煅燒六、結(jié)語一、引言一、引言 2002年2006年以我院為主承擔了國家科技部下達的“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”項目（973計劃），其中含高阿利特的高強熟料研究是一項重要內(nèi)容。高強熟料在實驗室研究基礎(chǔ)上，在一些新型干法窯生產(chǎn)線上應(yīng)用，取得一定效果。 目前,我國新型干法窯熟料強度相差很大,如山東省統(tǒng)計,R2857MPa約占40%(個別超60MPa), 57MPa約占60%(個別小于50MPa)。提

2、高熟料強度對很多廠具有重要意義。二、高強熟料的設(shè)計依據(jù)二、高強熟料的設(shè)計依據(jù)阿利特與晶體結(jié)構(gòu)阿利特與晶體結(jié)構(gòu) 高阿利特是提高熟料強度的有效途徑 改善阿利特的晶體結(jié)構(gòu)也是提高熟料強度的一個途徑 不同溫度下阿利特晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變： 10703 10602 9901 9803 9202 6201三方晶體單斜晶體三斜晶體RMMMTTT 表表1 阿利特含量與晶體結(jié)構(gòu)對熟料強度的影響阿利特含量與晶體結(jié)構(gòu)對熟料強度的影響編號C3S含量（%）C3S晶體結(jié)構(gòu)R3(MPa)R28(MPa)晶體結(jié)構(gòu)影響(MPa)C3S含量影響(MPa)123472727272MMRR31.335.834.336.465.464.570

3、.970.6/+5+5+11+10+7+11567545454MRR23.233.029.253.763.658.6/+10+5/2. 摻雜對阿利特晶體結(jié)構(gòu)的影響摻雜對阿利特晶體結(jié)構(gòu)的影響表表2 摻雜對阿利特晶體結(jié)構(gòu)的影響摻雜對阿利特晶體結(jié)構(gòu)的影響編號摻雜物晶體結(jié)構(gòu)1純C3S三斜（T）2Al2O3+Fe2O3以單斜為主（M），混部分三斜（T）3Al2O3+Fe2O3+MgO單斜（M）4Al2O3+Fe2O3+Z3單斜（M）和三方（R）混合體5Al2O3+Fe2O3+Z2三方（R）為主，部分單斜（M）6Al2O3+Fe2O3+Z2+Z3三方（R）為主，部分單斜（M）7Al2O3+Fe2O3+Mg

4、O+Z2+Z3單斜（M ）為主，部分三方（R）注：Z2、Z3為陰離子物質(zhì)。3. 雜離子對熔體雜離子對熔體與與的影響的影響圖1 元素外層電子的負電性對熟料熔體粘度和表面張力的影響 1 2 3 4 元素外層電子的負電性（按Pauling)帶p-電子的元素帶s-的電子的元素0.180.160.140.120.550.500.45ClBaF MgBBaAlKS PBS NaClP NaMgSr KSr表面張力（N/m） 粘度（Pas）Al三、高強熟料在水泥企業(yè)應(yīng)用效果三、高強熟料在水泥企業(yè)應(yīng)用效果1. 上海某新型干法窯試燒效果上海某新型干法窯試燒效果 陳益民教授曾在南京某廠和上海某廠進行過高阿利特高強

5、熟料的工業(yè)化試燒，均取得良好效果。 在上海某新型干法窯生產(chǎn)線試燒系采用石灰石、砂巖、粉煤灰及雜離子配料，熟料化學成分，礦物組成及性能列于表3、表4中。表表3 上海某廠高強熟料化學成分及組成上海某廠高強熟料化學成分及組成SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgOfCaOKH n PC3S C2S C3A C4AF21.76 5.06 3.31 67.65 1.250.270.954 2.61 1.6170.53 9.58 7.82 10.00表表4 上海某廠高強熟料的物理性能上海某廠高強熟料的物理性能比面積(m2/kg)稠度(%)安定性凝結(jié)時間(h:min)抗折(MPa)抗壓(MPa)初凝

6、終凝3d28d3d28d33626.5合格1:453:236.810.941.170.62. 寧波科環(huán)高強熟料應(yīng)用效果寧波科環(huán)高強熟料應(yīng)用效果 寧波科環(huán)是一條2500t/d新型干法窯窯生產(chǎn)線，自2007年摻加含雜離子的工業(yè)廢渣、廢泥以來，熟料3d強度由過去的3033MPa，提高到35 40MPa，28d強度保持在57 59MPa。熟料產(chǎn)量由過去的2800t/d提高到3300t/d。熟料的三率值KH 0.950、n 2.50、P 1.55、C3S在66%，C2S在10%，C3A 8%，C4AF10%。3. 云南蒙自高強熟料應(yīng)用效果云南蒙自高強熟料應(yīng)用效果 蒙自是一條2500t/d新型干法窯生產(chǎn)線

7、，采用石灰石、砂巖、粘土和帶陽離子，陰離子的工業(yè)廢渣配料，采用當?shù)匕l(fā)熱量低（4500KCal/kg），灰份大（38%左右）的煤煅燒熟料。自2010年生產(chǎn)至今，一直采用摻雜離子和高阿利特煅燒技術(shù)，取得了高產(chǎn)、低煤耗，高強熟料的效果，見表5、表6。表表5 蒙自熟料化學成分及礦物組成（年平均值）蒙自熟料化學成分及礦物組成（年平均值）時間化學成分（%）率值礦物組成（%）Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH KH n PC3S C2S C3A C4AF fCaO 2010年2011年2012年0.21 20.78 5.32 3.23 66.66 1.87 0.930.

8、27 20.55 5.30 3.54 66.49 1.70 0.990.32 20.45 5.28 3.54 66.15 1.78 1.400.965 0.947 2.41 1.600.969 0.950 2.33 1.500.964 0.946 2.32 1.5066.32 9.04 8.44 10.13 1.0166.4 8.4 8.0 10.77 1.0865.0 9.10 8.0 10.75 1.07表表6 蒙自熟料物理性能及窯產(chǎn)量、煤耗（年平均值）蒙自熟料物理性能及窯產(chǎn)量、煤耗（年平均值）時間比面積(m2/kg)稠度(%)凝結(jié)時間(h:min)抗折(MPa)抗壓(MPa)窯產(chǎn)量(t/

9、d)窯標煤耗(kg/t)初凝終凝3d28d3d28d2010年2011年2012年34634934922.622.522.31:461:501:482:362:352:335.76.06.09.49.39.330.733.633.566.966.767.7248727242800122.0117.9113.6四、高強熟料的配料四、高強熟料的配料1. 生料均勻穩(wěn)定是高強熟料生產(chǎn)的前提生料均勻穩(wěn)定是高強熟料生產(chǎn)的前提 這就要求高度重視原料、燃料的予均化、均化工藝條件。2. 熟料率值與礦物組成的關(guān)系熟料率值與礦物組成的關(guān)系 nKHAFAS C C C SC 4323P nKHAFAS C C C S

10、C 4323P3. 提高提高C3S含量含量 目前新型干法窯煅燒熟料中C3S大多在5060%之間，相應(yīng)KH值在0.88 0.91之間，為了提高熟料強度，C3S應(yīng)控制在60 70%之間，相應(yīng)KH值在0.94 0.96之間。4. 在高在高KH的條件下，適當調(diào)整的條件下，適當調(diào)整n、P兩個率值兩個率值 高KH、高n、高P的三高率值好，如德國高強熟料KH 0.95，n 2.8，P 1.8，但熟料燒成熱值高，煅燒困難。 高KH，中n，中P的一高二中方案較好，如 KH 0.940.96，n 2.3 2.5 ， P 1.4 1.6 ，熟料易燒性好。 當n值低于2.3時，C3S+C2S含量低于75%，熟料強度下

11、降。 表表7 70MPa和和75MPa熟料化學成分、礦物組成熟料化學成分、礦物組成時間化學成分（%）率值礦物組成（%）Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH KH n PC3S C2S C3A C4AF fCaO 7月平均8月平均7月9日8月18日8月28日0.29 20.575.32 3.34 67.02 1.51 1.050.29 20.745.21 3.24 66.88 1.66 1.000.30 20.47 5.51 3.34 66.97 1.55 1.060.15 20.13 5.46 3.31 66.92 1.85 0.740.28 20.79 5

12、.29 3.08 67.49 1.52 0.860.978 0.963 2.38 1.590.973 0.956 2.46 1.610.976 0.963 2.31 1.650.998 0.980 2.30 1.650.981 0.971 2.48 1.7269.41 6.27 8.42 10.16 0.8868.40 7.46 8.31 9.84 0.9369.15 6.52 8.94 10.15 0.7871.90 3.47 8.86 10.06 1.0272.13 5.19 8.79 9.36 0.57表7續(xù) 70MPa和和75MPa熟料物理性能熟料物理性能 日期 比表 稠度 初凝 終凝

13、 抗折MPa 抗壓MPa 3d 28d 3d 28d 7月 345 24.1 2:20 3:07 5.8 9.131.570.2 8月 346 23.5 1:59 2:44 5.8 9.334.671.37月9日 351 23.6 1:58 2:50 6.7 10.140.177.28月18日 340 23.8 2:07 2:55 5.2 9.334.876.58月28日 355 23.4 1:59 2:44 6.3 9.539.075.7表8 高強熟料礦物組成與強度關(guān)系 強度強度 ( MPa)取值取值 范圍范圍 KH_NPC3SC2SC3AC4AFfCaOC3S +C2SC3A +C4AF

14、67年平年平均均0.9482.351.5365.98.88.110.61.0574.718.7 70月平月平均均0.9602.421.6068.96.98.410.00.9175.818.4 75日平日平均均0.9712.361.6771.15.18.99.90.7976.218.85. 選擇適宜的雜離子選擇適宜的雜離子 純的C3S，只含CaO、SiO2，燒成的C3S晶體為三斜（T），對稱性差，內(nèi)部缺陷少，活性差。 當C3S在Al2O3、Fe2O3、MgO條件下燒成，C3S內(nèi)熔有Al2O3 、Fe2O3、MgO。稱阿利特，晶體為單斜（M），對稱性提高，內(nèi)部缺陷增多，活性明顯提高。 當C3S在A

15、l2O3、Fe2O3、MgO條件下，再摻加適宜雜離子時，晶體為三方（R）和單斜（M）混合體，對稱性提高，內(nèi)部缺陷多，活性更高。 為了降低熟料成本，摻用含有陽離子、陰離子的工業(yè)廢渣、廢料煅燒熟料是最佳方案。五、高強熟料的煅燒五、高強熟料的煅燒 優(yōu)化熟料煅燒是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的窯形、原燃材料、摻加雜離子等狀況，調(diào)整、穩(wěn)定煅燒各個工藝參數(shù)。這里強調(diào)幾點1. 強化燒成強化燒成 強化燒成是指阿利特形成的燒成帶，應(yīng)集中火力、高熱力強度、短時間完成阿利特的燒成，使阿利特晶體發(fā)育完整、尺寸較小（在2040m），活性最高。 為此，多風道噴煤管、噴煤管調(diào)節(jié)和操作者主導(dǎo)思想尤為重要。 熱力強度 采用開大內(nèi)風

16、，關(guān)小外風，適量中風，合理控制一次風機風量和窯頭用煤風量，使窯頭火焰形狀規(guī)則、有力。 熱交替 采用垂直方向壓低噴煤管頭部，水平方向噴煤管向料帶靠攏，以縮短火焰長度，保證火焰的熱力強度及料、氣的熱交替，使主窯皮控制在一定距離內(nèi)。 二次風溫 適當提高二次風溫，有益于燒成帶熱力強度。 窯頭用煤量 在不產(chǎn)生還原氣氛的前提下，適當加大窯頭用煤量，有益于燒成帶熱力強度。2. 薄料快轉(zhuǎn)薄料快轉(zhuǎn) 薄料快轉(zhuǎn)是窯控的一條經(jīng)驗。通過加快窯速，增加窯內(nèi)物料的帶起高度，加大物料與高溫氣體的接觸面積，提高熱傳導(dǎo)效率，使窯物料受熱均勻，出窯熟料致密，粒徑勻稱。3. 液相量及液相特征液相量及液相特征 摻加雜離子煅燒對高溫物料

17、的液相量及特征有一定影響，應(yīng)引起重視。 摻加雜離子煅燒的目的不是為了降低熟料燒成溫度，而是在正常1450燒成條件下，提高阿利特含量和改善阿利特晶體結(jié)構(gòu)。在1450燒成條件下的液相量L1450計算：L1450=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+R2O+SO3在CSAF體系， 液相出現(xiàn)溫度為1338 在CSAF M體系，液相出現(xiàn)溫度為1301 在CSAF M K N體系， 液相出現(xiàn)溫度為1280 在CSAF M K N體系，再有S、P、F等離子的條件下，液相出現(xiàn)溫度還會低，同時液相量增加，液相、也會發(fā)生變化。 液相出現(xiàn)溫度低，液相量增加、液相、 變化，應(yīng)特別關(guān)注窯尾部、分解爐、予熱器的

18、結(jié)皮、堵塞。 K、Na含量增加，液相增大，不利于阿利特形成。液相減小，易飛砂。 Mg含量增加，液相、變化不大，但MgO含量過多，CaO含量減少，不利于阿利特形成。 陰離子S、F、P、Cl含量增加， 液相減小，有利于阿利特形成 液相減小，易飛砂。 因此，應(yīng)根據(jù)液相量、液相粘度、液相表面張力 ，調(diào)整窯控工藝參數(shù)。4. 熟料快速冷卻熟料快速冷卻快冷作用 提高熟料質(zhì)量和易磨性 快冷可阻止阿利特晶體大，但不能改變晶體結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定貝利特晶體結(jié)構(gòu)；使液相形成玻璃體，特別是C3A、MgO固溶在玻璃體內(nèi)。快冷熟料使顆粒中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和裂紋，提高易磨性。 盡可能的把熟料中顯熱回收進燒成系統(tǒng)，提高二次風、三次風溫度。 快冷使熟料溫度低，有益于輸送、貯存和水泥粉磨要求