專利名稱：立窯低熱耗生產高強度水泥的方法
技術領域：
本發明涉及一種用立窯生產高強度水泥的方法。
為了提高用立窯生產水泥的質量和降低能耗，長期以來，人們在研究其燒成過程的固液相變化及配料方面做了大量的工作，使立窯的熱耗從最初的1400kcal/公斤熟料下降到800kcal左右。我國自七十年代也開始通過使用含氟、硫原料的復合礦化劑，以降低液相生成溫度和液相粘度，使立窯生產的水泥質量得到了提高，熱耗值也逐漸下降，尤其是廣西北流水泥廠呂健行等人70年代末采用了高氟化鈣、高飽和比、低硅酸率、含硫配料的工藝，并由此工藝總結和推導出了水泥燒成過程中各種物質的固液相反應理論，使熟料在形成過程中形成大量A礦固溶體，熟料強度大幅度得以提高，這一工藝和理論解決了我國許多立窯小水泥長期以來存在的低標號難題，使立窯水泥質量躍上了新臺階，但這一工藝還存在熱耗較高，一般在1000-1100kcal/公斤熟料左右，窯內溫度不好控制，燒成過程容易結大塊，工人勞動強度大等不足之處，特別是使用劣質煤時，對操作過程和產品都存在許多問題，其根本的原因有如下兩方面，(1)未能深入了解氟化鈣CaF2在參與反應時熟料形成的反應的影響;(2)對C3S形成過程中有效降低液相溫度和粘度的理論未完善。所以在控制(SO3/CaF2)的比值上一般控制在0.4-0.6左右，雖然熟料標號有了較大提高，但熟料熱耗降低幅度有限，產量提高也有所限制。
據《國家建材》1992年第5期報道，目前國內外立窯生產熱耗的水平如下
我國立窯熱耗指標水平
注山東棲霞水泥廠為91年全國煤耗最低的廠，其熟料熱耗為756.4kcal/公斤熟料，熟料平均標號為537＃，生產425＃普通水泥。
某些廠近年來通過加入某些金屬尾礦，也使熱耗值有所下降，但金屬尾礦，特別是有色金屬尾礦來源不廣，很難在眾多的立窯水泥廠中推開使用。
本發明的目的是提供一種立窯生產的原料配比及與該原料配比相對應的工藝，使大幅度降低水泥熟料的煤耗，生產出625＃高強度水泥來，此工藝可使原來的產量提高30%以上，不受煤種限制，并可減輕工人的勞動強度。
本發明是這樣實現的根據現有復合礦化劑的不足之處，使其原料配比更適合于熟料燒成過程的A礦固溶物生成，最大可能地降低其液相溫度和粘度，經過實驗和生產現場分析，我們認為當生料中存在較大量的CaF2，可使液相較早出現，同時相適應的S可使液相粘度下降，利用CaF2降低液相溫度和S降低液粘度這種相輔相成的關系，我們對生料中的CaF2、SO3以及它的比值進行調整，使SO3/CaF2比值由原來的0.4-0.6提高到0.8-1.15。并考慮熟料中要獲得較多的A礦，要保持較高的KH值。從一般情況來說，高鈣料需要較高的溫度，設計的熱耗較低，又顯然和高鈣料有矛盾，但當加入大量礦化劑，并以適當的氟硫比值出現時，就可解決了大量CaF2存在而使液相粘度變稠的矛盾，同時配以較低的n值和p值，不但可以解決高鈣料較高溫的矛盾，并可使熟料熱耗大幅度下降，同時可獲得大量的A礦，使熟料保持較高的強度。
以下為本發明全黑生料化學成份的控制范圍(重量%)Loss37.8-38.7 SiO210.8-12.5FeO32.7-3.3 Al2O33.1-4.0CaO39.5-41.0 MgO＜2.5CaF20.8-2.2 SO31.0-2.5SO3/CaF2＝0.8-1.15率值控制范圍KH＝0.96-1.06，n＝1.70-1.90P＝1.1-1.2按上述生料化學組成及率值控制范圍，配合相應的操作工藝，可使熱耗值下降至680-700kcal/公斤熟料的范圍，其機理解釋如下在較高的SO3/CaF2比值存在下，物料中首先能大大降低碳酸鹽的分解溫度和提高其速度，因為生料中的CaF2在高溫水蒸汽水解的CaO活性很大，易于反應，而水解產生的HF，(CaF2+2H2O→Ca(OH)2+HF)與CaCO3反應重新生成CaF2，這樣促使CaCO3分解速度增加一倍左右，其反應如下
眾所周知，在普通生料中，600℃以上，生料的碳酸鹽開始分解，900℃時碳酸鹽分解才激烈進行，一直到1050℃以上碳酸鹽分解結束，在進行摻加以CaF2為主的礦化劑生料中在進行高溫X射線測定中，存在CaF2的生料720℃時碳酸鹽分解已激烈進行，820℃時碳酸鹽已分解結束，比不摻加CaF2的生料要提前200℃左右。這對降低熟料熱耗是十分有利的，當溫度達800℃時，CA和C2A開始形成C2F，同時生成2·C2S·CaCO3低溫過液相
800℃以上2C2S·CaCO3很快消失
C11A7開始形成
900℃-1000℃C2S大量生成，含F-和S的硅酸鈣過度相大量生成，同時由于CaF2和CaSO4的作用進一步形成C11A7·CaF2和C4A3S
C12A7+9CaO→7C3A，但與CaF2作用C3A是不穩定的，C3A和CaF2作用產生下列反應
在大量CaF2作用下，多余的CaF2和C3A與C4A3S接觸時C4A3S被CaF2破壞，反應如下
從上述反應可知，物料中CaF2量較大時C4A3S可存在的可能性就較少。
1050℃-1100℃時
1100℃時鐵相大量生成同時α′-C2S也大量生成，食F-和S的硅酸鹽低溫過渡相分解，出現含F-和S的液相，分解產物CaO·α′-C2S·SO3和CaF2，溶于液相之中，于1100℃提早生成C3S
隨著溫度的升高，過渡相的分解，含F-和S液相的出現，C3S大量生成，C4A3S基本消失，C11A7·CaF2也開始分解
在較高CaO存在的條件下，也可促進C11A7CaF2向C3A轉化。
因此在配料時保持較高的KH是必要的，如CaF2量較大，而KH又較低，沒有足夠的CaO促使C11A7·Ca下轉化為C3A，大量的C11A7·CaF2存在，此一礦物初凝和終凝相差只有7分鐘，此時水泥就可能出現急凝現象，并使水泥強度下降。從上面一系列的反應中可知，含礦化劑的物料在1100℃時，水泥強度來源的主要礦物C3S就可以提前生成，此普通生料C3S形成溫度要下降200℃，因此可使熟料熱耗大幅度下降。同時，由于C3S在1100℃即可生成，這實際就延長了立窯中燒成帶的長度，增加了物料的反應時間，如保證燒成時間不變，即可以提高產量，這就是使用此配方之后，立窯產量能提高30%以上的主要原因。
要把熟料熱耗降下，就要把熟料C3S形成溫度下降到一定程度，這就需要能使C3S形成溫度大幅度下降的CaF2保持較高的量。但CaF2量較多時，液相粘度反而變稠，這就減少了C2S和CaO的碰撞的時間和機會，C3S的形成就較困難，因此，在礦化劑中保持較高的SO3是必要的。S的作用在降低液相溫度方面，比起F-就不那么顯著，但其能有效地降低液相粘度，據有關試驗資料證明，當熟料中存在20%的SO3時，在1400℃時，液相粘度可由4泊下降至2泊。因此，SO3的存在能形成低粘度熔體，其和CaF2一起作用，一方面可以大幅度降低液相溫度，一方面可以有效降低液相粘度，形成相輔相成的關系，促使C3S在較低熱耗的情況下大量生成。
在較低熱耗的情況下，除了保持較大量的F-和S之外，采取較低的n和p值是十分必要的，這可以保證有足夠的液相量，也可以保證液相有較好的流動度，也就保證了高鈣料的易燒性及最終有較大量的C3S順利生成。
除了保證按上述全黑生料化學成份的原料外，在操作工藝上也要作相應的改進，其具體過程如下1、提高生料的分散度實踐證明，不同的生料細度，對生料燒成中的化學反應有較大影響，因此確定生料細度的范圍是十分重要的，特別是900孔篩余值對熟料形成速度和固相反應的程度有很大的影響，900孔篩余量越不易完全，熟料中fCaO越高。所以在生產上我們控制0.08mm孔篩篩余在10%以下，0.20mm孔篩(900孔篩)篩余量控制在0.3%以內。2、選擇合理的料球技術參數料球的技術參數包括粒度，水份，強度，孔隙率等，這些技術參數對煅燒過程的相變，通風，碳的燃燒完全與否有著十分重要的關系，經試驗，我們將料球的技術參數指標控制如下(1)水份12-24%(2)濕球強度600-700g;(3)料球內部孔隙率33-38%;(4)最大料球與最小料球球經之比為1.5-3.0。
3、提高立窯斷面風速為了減少窯內的C和CO2接觸時間，防止CO造成的化學不完全熱損失，必須要提高氣流速度，在生產實踐中，我們堅持全風壓操作，使斷面風速得以提高，從而降低了熱耗。
4、實行暗火操作，降低廢氣帶走熱廢氣帶走熱高達占熱總量的10-20%，這是熟料熱耗增高的原因之一，降低廢氣帶走的熱量，暗火操作是行之有效的辦法，一般濕料層保持在40-50公分，窯面防止露火，在操作上應精心，防止窯面露火，同時也要防止底火拉得過深，特別是中火深和偏火現象出現，這些不正常現象均被迫采取提火措施，以使廢氣溫度升高，增加熟料熱耗。而且實行暗火操作還可以起到防止氟、SO3等氣體的帶出，減輕環境污染。
本發明的應用效果按上述的全黑生料化學成份配方及其采用相應的操作工藝后，不僅可以大幅度降低熟料熱耗，而且使立窯產量大幅度得到提高，以下為熱耗情況及產量質量的比較廣西廖平水泥廠設備φ2.76×10m盤塔機窯，設計能力8-10噸/時，1、采用配方熱耗前后對比情況
注上表中91年1月-92年3月是按舊配方，92年4月-10月是應用本發明的上述配方。
2、產品質量情況
3、熟料物理性能(92年10月
上面各表的數字可見，廣西廖平水泥廠采用此配方之后，在熟料熱耗，熟料質量方面已達到超過國家，國外最好水平，采用此配方之后立窯產量能提高30%以上(目前廖平廠是φ2.76×10m盤塔機窯，設計能力8-10噸/時)達到和超過窯的設計能力也是區內外少有的，更可觀的是，低熱耗能生產525＃普通水泥，這是國內外的一個重大突破。采用此方法之后，立窯基本沒有打錘現象，大大減輕了操作工的勞動強度。從經濟效益角度看，廖平廠只是一個年產8萬噸水泥的小廠，但采用此配方后，每噸熟料可節約標煤50公斤以上，折合實物煤70-100公斤，全年可約用煤5000噸以上，為工廠節約了60萬元以上的支出，如加上提高產量發生的效益，每年可多盈利100萬元以上。我國是世界上水泥產量最多的國家，立窯水泥產量占全國總產量的三分之二以上，立窯生產的熟料全年1.3億萬噸以上，如每噸熟料均節約實物煤50公斤以上，可使我國每年增加6億元以上的收入。同時，我國能源緊張應用此方法，更有現實意義，其將會帶來巨大的社會效益。
實施例生料的化學成份如下LOSS38.2 SiO211.5Fe2O33.0 Al2O33.5CaO40.2 MgO1.7CaF21.2 SO31.1SO3/CaF2＝0.92率值KH＝0.98 n＝1.80 p＝1.10煤的分析數據如下(廣西羅城煤礦煤)Wf2.0-3.0%，Af38-47%，Vf6.0-8.0，C54-52%，S4-5.0%熱值3600-4600kcal/kg將上配方的黑生料磨碎到0.08mm孔篩余10%以下，0.2mm孔篩余量0.2%以下，放入窯內煅燒，得到的水泥熟料標號大于625＃，其它的物理性能如下表所示
從上述實施例看出，雖然使用劣質煤，未添加其它尾礦或含碳的輔料，仍能以低熱值生產出高強度水泥。
權利要求
1.一種用立窯生產高強度水泥的方法，使用復合礦化劑作為水泥生料的輔助成份，其特征是根據物料的化學成份適當提高SO3和CaF2的量及它們的比值，其工藝及配比如下(1)全黑生料的化學成份(重量%)LOOS38.0-38.7 SiO210.8-12.5Fe2O32.7-3.3 Al2O33.1-4.0CaO39.5-41.0 MgO＜2.5CaF20.8-2.2 SO31.0-2.5SO3/CaF2=0.8-1.15(2)率值控制范圍KH=0.96 n=1.70-1.90 p=1.1-1.2(3)采取與之相應的防熱損失的操作工藝。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所采取相應的防熱損失的操作工藝為(1)生料的細度為0.08mm孔篩余量小于10%，0.20mm孔篩余量小于0.3%;(2)控制合適的料球參數;(3)采用全風壓操作;(4)實行暗火操作。
全文摘要
本發明提供了一種用立窯低熱耗生產高強度水泥的方法，該方法是在現有采用復合礦化劑作生料的基礎上進行調整氟和硫的比例并相應改變其它原料的組成，采用這種原料可大大降低燒成過程中液相形成的溫度和粘度，熱耗值可降低到680—700kcal/公斤熟料，生產能力提高30％以上，熟料標號可有效控制在62文檔編號C04B7/44GK1075941SQ9310196
公開日1993年9月8日 申請日期1993年2月16日 優先權日1993年2月16日
發明者呂健行, 盧醒泉 申請人:廣西壯族自治區廖平水泥廠