水泥工艺生产-硅酸盐水泥的原料及配料计算

第四章生料制备技术1、生料易烧性2、配料方案的选择3、生料的配料及计算4、生料粉磨工艺技术5、立式磨在生料粉磨中的应用6、生料粉磨系统的调节控制生料易烧性1．定义易烧性：水泥生料在固、液、气相环境下，通过的物理化学变化，形成熟料的难易程度。2．方法原理按一定的煅烧制度对水泥生料试体进行煅烧后，测定其f-CaO含量，用该f-CaO含量表示该生料的煅烧难易程度。f-CaO含量愈低，易烧性愈好。生料易烧性愈好，生料煅烧的温度愈低；易烧性愈差，煅烧温度愈高。通常熟料的煅烧温度为1420～1480℃。生料易烧性3．检测方法：JC/T735-2019水泥生料易烧性试验方法4．易烧性指数或易烧性值的表示易烧性如：BI2=C3S/(C4AF+C3A+M+K+Na)Bth=55.5+11.9R+90um+1.58(LSF-90)2–0.43LC2C3S：生料的潜在矿物R+90um：生料中90um筛上余量Lc：1350℃时的液相量生料易烧性5．影响生料易烧性的主要因素①．生料的潜在矿物组成。②．原料的性质和颗粒组成：原料中石英和方解石含量多，难烧，易烧性差；结晶质粗粒多，易烧性差。③．生料中次要氧化物和微量元素：含少量，有利于熟料形成，易烧性好，但含量过多，不利于煅烧。④．生料的均匀性和生料粉磨细度：生料均匀性好。粉磨细度细，易烧性好。⑤．矿化剂：掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。生料易烧性5．影响生料易烧性的主要因素⑥．生料的热处理：生料的易烧性差，就要求烧成温度高，煅烧时间长。生料煅烧过程升温速度快，有利于提高新生态产物的活性，易烧性好。⑦．液相：生料煅烧时，液相出现温度低，数量多，液相粘度小，表面张力小，离子迁移速度大，易烧性好，有利于熟料的烧成。⑧．燃煤的性质：燃煤热值高、煤灰分少、细度细，燃烧速度快，燃烧温度高，有利于熟料的烧成。⑨．窑内气氛：窑内氧化气氛煅烧，有利于熟料的形成。4.1.2配料计算4.1.2.1配料的目的和基本原则配料：根据水泥品种，原料的物理化学性能及具体的生产条件，确定所有原料的配合比，称为生料的配合，简称配料。配料包括原料的选择、熟料组成设计与配料计算。配料是为了确定各原料的数量比例，以保证生产出符合要求的水泥熟料，达到优质、高产、低消耗。适合的配料方案既是工艺设计的依据，又是正常生产的保证。4.1.2配料计算配料：根据水泥品种，原料的物理化学性能及具体的生产条件，确定所有原料的配合比，称为生料的配合，简称配料。熟料矿物组成的选择(也即配料方案的选择)，一般应根据水泥的品种和强度等级、原料和燃料的品质、生料制备和熟料煅烧工艺综合考虑，以达到优质、高产、低消耗和设备长期安全运转的目的。基本原则：配制的生料易磨易烧，生产的熟料优质，充分利用矿山资源，生产过程易于操作控制和管理，并尽可能简化工艺流程。4.1.2.3配料方案的选择●生产某种水泥即是想得到什么样的矿物组成也即是确定什么样的化学成分也即是确定各原料按什么样的比例配合，使化学成分满足要求。这就是确定熟料的率值(也即组成)。以下介绍确定熟料率值的依据(即是如何确定配料方案)常见的配料方案有高KH、高铝p、高铁(低p)、高硅n、低硅(低n)等。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)硅酸盐水泥：成分可在一定范围波动(CaO:62～67%、SiO2：20～24%、Al2O3：4～7%、Fe2O3：2.5%～6.0%)，只要生产出的水泥能满足GB规定且能保证顺利生产即可。即应该具有正常的凝结时间、良好的安定性与符合相应等级的强度等基本性能，因而可以采用各种配料方案，如低铁、高铁、低硅、高饱和系数等多种方案，但要注意三个率值配合适当，不能过分强调某一率值，当组成偏离过大，会给生产带来较大的困难。合适的配料方案要根据工厂实际情况，在多次实践总结的基础上进行优化。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)快硬早强水泥：应提高早强，即需a)提高C3S、C3A含量，即高KH、高p。此时难烧，应降低n，以增加液相量；b)若提高C3A困难(增A，必增SiO2，均由粘土提供，因而配料可能困难)，可再提高C3S含量，此时液相粘度未增(未增A)，即不一定难烧，n不需要过分降低。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)大坝水泥：防水化热，应降C3S、C3A，但C3S降得过多，必影响强度等，所以应先考虑降C3A，即低p，再适当降C3S。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)抗硫酸盐水泥：分中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥–C3A的水化产物会与硫酸盐反应形成钙矾石，体积膨胀94%，造成膨胀开裂以至毁坏。因此需降C3A，此时应提高C4AF量，以保证有足够的熔剂矿物，有利于烧成。即需低p。–C3S水化产物中有较多CH，它会与硫酸盐(除硫酸钡)反应形成硫酸钙，体积膨胀124%，同样会导致安定性不良。因而需低KH，一般在0.80～0.85。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)抗硫酸盐水泥：分中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥–中抗硫酸盐硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为中抗硫酸盐硅酸盐水泥。简称中抗硫酸盐水泥。–代号P·MSR。其C3S＜55.0C3A＜5.04.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据1、水泥品种(以下列举几种水泥)抗硫酸盐水泥：分中抗硫酸盐水泥、高抗硫酸盐水泥–高抗硫酸盐硅酸盐水泥：以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成的具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料，称为高抗硫酸盐硅酸盐水泥。简称高抗硫水泥。–代号P·HSR。其C3S＜50.0C3A＜3.04.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据2、原料品质必须根据原料的资源情况、物理性质、化学成分及有害成分的含量，决定是否可以使用或将不同品种原料进行搭配。如粘土含Al2O3低时，往往配成C3A低的熟料，如要配成C3A高的熟料，必须用Al2O3高的粘土或其它原料进行搭配；如粘土含SiO2太低，则需搭配含硅高的硅质原料，为样就要提高成本，并使生产工艺复杂；一般粘土质原料应尽量选择含有非晶态SiO2的风化粘土，含微晶石英的粘土质原料次之，尽量不用含有粗大颗粒石英的砂岩和河砂。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据2、原料品质又如石灰石中含燧石、粘土中含砂量多，则要适当降低KH来适应原料的要求。一般石灰石以含有微晶方解石矿体、结晶不良、杂质含量较少的矿体资源为好，即使SiO2等杂质稍多，如果为无定形结构，分布较匀，也不会产生过多的不利影响。当原料资源较好时，KH值可稍高些，否则应低些。等等。因而在一般情况下，为了简化工艺流程，便于生产控制，即使熟料组成略为偏离理想要求，也仍然采用两种或三种原料的配料方案。画图说明由三原料配料改为四原料配料库低配料布置的困难。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据3、燃料品质各厂实际使用煤作燃料时，其灰分都可能在一个较大范围波动，因而完全进入熟料成分后，占熟料成分也有很大范围，如占熟料成分的2%～8%。煤灰波动会对熟料化学成分、矿物组成和煅烧制度有很大影响。见前介绍控制措施：加强入厂原煤管理，入厂原煤按灰分不同分类堆放；按配料要求配煤，入磨前均化；均化后取样作灰分分析，如有偏差，两度搭配，直到符合要求为止。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据4、生料成分的均匀性未经均化或未达到规定均化指标的生料，其化学成分的分布是不均匀的。生料中高钙硅区需要较高的烧成温度，而高熔剂性组分区要较低的烧成温度，均匀性好的生料只需要正常的烧成温度。因此，在某一温度上是无法适应上述三种烧成温度的。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据4、生料成分的均匀性未经均化或未达到规定均化指标的生料，其化学成分的分布是不均匀的。因而在正常烧成温度下，高钙硅区则会导致f-CaO增多，高熔剂性组分区则浪费能源。因而生料成分均匀性差的水泥厂，在配料时，熟料KH值通常比生料成分均匀性好的要低一些，否则反而会使熟料的f-CaO增加，熟料质量变差。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据5、窑型与规格见前，不同窑型率值的一般取值范围。6、生料的易烧性生料易烧性(形成熟料的难易程度)好，可采用高KH、高n、高p，否则配低一些。影响易烧性的因素很多，如生料的潜在矿物组成、原料的性质和颗粒组成、生料中的次要氧化物和微量元素、生料的均匀性和粉磨细度、矿化剂、液相、燃煤的性质等。4.1.2.3配料方案的选择确定熟料率值的依据7、三率值间的相互影响：见前。综合考虑以上条件的基础上，配料方案应满足以下几方面的要求：–保证获得一定要求的水泥熟料；–要求熟料在煅烧过程中，易于烧成，所得熟料易于粉磨；–生产上易于控制，易于操作，优质高产，燃料消耗低等。总之，影响熟料组成设计的因素是多方面的。设计一个合理的配料方案，应根据水泥品种和质量要求，原料资源的情况及各厂的具体条件，不能只强调某一方面。4.1.2.2配料计算的依据熟料组成确定后，即可根据所用原料进行配料计算，求出符合熟料组成要求的原料配合比。配料计算的依据是物料平衡，即反应物的量应等于生成物的量。随着温度的升高，生料煅烧成熟料经历以下过程：生料干燥蒸发物理水；粘土矿物分解放出结晶水；有机物质的分解挥发；碳酸盐分解放出二氧化碳；液相出现使熟料烧成。因为有水分、二氧化碳以及某些物质逸出，所以，计算时必须采用统一基准。4.1.2.2配料计算的依据1．干燥基准：以干燥状态(蒸发掉物理水后)质量作为计算基准。用于计算干燥原料配合比和干燥原料的化学成分。干生料=干石灰石+干粘土+干铁粉----不考虑生产损失2．灼烧基准：不考虑煤灰掺入。以灼烧状态(去掉烧失量----结晶水、CO2、挥发物等)质量作为计算基准。用于计算灼烧原料配合比和熟料的化学成分。灼烧生料=灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉----不考虑生产损失----不考虑煤灰掺入4.1.2.2配料计算的依据2．灼烧基准：不考虑煤灰掺入。以灼烧状态(去掉烧失量----结晶水、CO2、挥发物等)质量作为计算基准。用于计算灼烧原料配合比和熟料的化学成分。灼烧生料=灼烧石灰石+灼烧粘土+灼烧铁粉----不考虑生产损失----不考虑煤灰掺入3．灼烧基准：考虑煤灰掺入。则灼烧生料与掺入熟料的煤灰之和应与熟料的质量相等。即熟料=灼烧生料+煤灰(掺入熟料中的)----不考虑生产损失----考虑煤灰掺入4.1.2.2配料计算的依据4．湿基准：用含水物料作计算的基准。计算出干基的质量配比后，根据原料水分，即可计算湿原料的质量配合比，并最终计算出湿原料百分比。煤灰掺入量计算煤灰掺入量1．煤灰掺入量计算式式中GA----熟料中煤灰的掺入量，%；q----单位熟料热耗，kJ/kg熟料；Qnet,ar----煤的收到基低位热值；kJ/kg煤；Aar----煤的收到基灰分含量，%；S----煤灰沉落率，%；p----煤耗，kg煤/kg熟料。2．煤灰沉落率S：见书P58表4.1。100SpA100QSqAGararnet,arA4.1.2.4配料计算方法生料配料的计算方法繁多，先介绍应用比较广泛的尝试误差法(包括递减试凑法)。以下仍称第一种方法为尝试误差法，第二种方法为递减试凑法。(一)、尝试误差法先假定原料配合比，计算出熟料组成，看是否符合要求，若不符合，则调整配合比，再重新计算熟料组成，再至合格为止。过程如下三原料配料—尝试误差法例：假设用窑外分解窑以三种原料配合进行生产，要求熟料的三个率值为：KH=0.89±0.01、SM=2.1±0.1、IM=1.3±0.1，单位熟料热为3350kJ/kg熟料，试计算原料的配合比。(题目同P61例4.2)原料与煤灰的化学成分名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总和石灰石42.662.420.310.19