高硫生料對煅燒及水泥強(qiáng)度的影響
1 問題的提出
很長一段時(shí)間，我廠熟料中C3S含量偏低，熟料和水泥早期強(qiáng)度均不理想。熟料在燒成過程中結(jié)窯、煉邊現(xiàn)象也非常嚴(yán)重。立窯燒燒停停，產(chǎn)量很低。
2 原因分析
我廠采用的是煤矸石全代粘土的生料配制方案，煤矸石的含硫量較高，且化學(xué)成分及熱值波動(dòng)較大；燒成用煤屬高硫煤。因此，生料化學(xué)成分難控制，熟料含硫量高。我們采用固定煤矸石、煤炭、石灰石等幾種主要原燃材料的基地、進(jìn)烘干機(jī)前的料場預(yù)均化以及多庫搭配等手段解決原燃材料成分和熱值波動(dòng)等問題。雖然有一定效果，但問題最終未根本解決。為此，我們將思路集中在傳統(tǒng)的配料方案上。
1)由于生料中硫的含量較高，在熟料燒成過程中硫?qū)Z取部分CaO生成CaSO4，而飽和系數(shù)控制在0.93±0.01，這使CaO的配入量相對較少。
2)生料中熔劑成分配量較高，熟料熱耗按5016kJ/kg配制，再加上SO3的礦化作用，致使燒成過程中液相量過高，熟料中致密性死燒料塊過多，立窯中部通風(fēng)受阻，還原氣氛嚴(yán)重。
3)配煤過多，煤燃燒時(shí)間拉長，熟料冷卻不好，特別是致密性大塊熟料。
3 調(diào)整配方
我們將三個(gè)率值設(shè)計(jì)為:
KH:0.98±0.01；n:2.1±0.1；P:1.2±0.1。
原燃材料、生料化學(xué)成分分析見表1、表2。
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | St,ad | A ad | Qnet,ad/(kJ/kg) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 石灰石 | 41.71 | 1.08 | 0.04 | 0.28 | 53.27 | ||||
| 煤 | 56.67 | 12.32 | 15.03 | 9.57 | 1.23 | 5.83 | 24.39 | 28 411 | |
| 煤矸石 | 54.03 | 19.31 | 14.32 | 10.48 | 0.60 | 7.96 | 75.68 | 4 719 | |
| 黃砂 | 2.39 | 83.10 | 5.47 | 2.41 | 3.67 |
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | C3S | C2S | C3A | C4AF | KH | n | P | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 生料 | 40.1 | 12.54 | 3.14 | 2.58 | 40.62 | 0.98 | 2.19 | 1.22 | ||||
| 熟料 | － | 20.90 | 5.24 | 4.30 | 67.70 | 66.8 | 9.5 | 6.6 | 13.1 |
新設(shè)計(jì)方案于1997年8月中旬正式實(shí)施。生料磨出后，我們在生產(chǎn)現(xiàn)場取樣與過去生料進(jìn)行了對比分析，見表3～5。我廠生料SO3含量多在2.6%～3.0%之間。
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | KH | n | P | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 調(diào)整前 | 40.04 | 12.48 | 3.64 | 2.75 | 38.86 | 0.91 | 1.95 | 1.32 |
| 調(diào)整后 | 38.48 | 12.86 | 2.83 | 2.77 | 41.41 | 0.99 | 2.30 | 1.02 |
| 時(shí)間 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | fCaO | C3S | C2S | C3A | C4AF | KH | n | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 調(diào)整前 | 4.78 | 19.48 | 5.39 | 4.38 | 60.60 | 4.9 | 36.27 | 28.48 | 6.90 | 13.32 | 0.92 | 1.99 | 1.23 |
| 調(diào)整后 | 1.12 | 20.62 | 4.57 | 5.01 | 65.31 | 4.6 | 52.50 | 19.51 | 3.61 | 15.23 | 0.97 | 2.15 | 0.91 |
| 篩余/% | 凝結(jié)時(shí)間/(h:min) | 抗折強(qiáng)度/MPa | 抗壓強(qiáng)度/MPa | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 28d | 1d | 3d | 28d | ||
| 調(diào)整前 | 4.8 | 1：05 | 2：05 | 4.0 | 5.5 | 8.9 | 15.6 | 27.3 | 57.9 |
| 調(diào)整后 | 7.0 | 1：50 | 2：50 | 4.6 | 6.4 | 9.6 | 20.3 | 36.5 | 60.6 |
從前述各表數(shù)據(jù)看，我們將飽和比作了較大幅度提高，礦物組成也相應(yīng)發(fā)生了很大變化，液相量有所降低，熟料的1d、3d強(qiáng)度有了明顯的提高。
4 外摻石膏對水泥強(qiáng)度的影響
在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)熟料中帶入的SO3在水泥水化過程中有惰性作用，對促進(jìn)水泥各齡期強(qiáng)度的發(fā)揮有一定影響。于是，在實(shí)際生產(chǎn)中外摻少許石膏，其結(jié)果見表6。
| 試樣編號 | 配方/% | 比表面積 /(m2/kg) | 安定性 | 凝結(jié)時(shí)間 /(h:min) | 抗折強(qiáng)度 /MPa | 抗壓強(qiáng)度 /MPa | ||||||||||
| 熟料 | 沸騰爐渣 | 石灰石 | 石膏 | 硬石膏 | 激發(fā)劑 | 初凝 | 終凝 | 1d | 3d | 28d | 1d | 3d | 28d | |||
| J－1 | 98.5 | 1.5 | 306.1 | 合格 | 0:57 | 1:27 | 3.4 | 5.6 | 10.0 | 15.7 | 28.4 | 65.0 | ||||
| J－2 | 83.5 | 15 | 1.5 | 318.6 | 合格 | 0:59 | 1:32 | 4.1 | 6.6 | 10.5 | 15.1 | 33.1 | 64.4 | |||
| J－3 | 83.5 | 15 | 1.5 | 306.1 | 合格 | 0:57 | 1:34 | 3.8 | 6.6 | 10.3 | 17.1 | 32.8 | 63.6 | |||
| J－4 | 83.5 | 15 | 1.5 | 304.0 | 合格 | 0:50 | 1:36 | 3.9 | 5.8 | 10.2 | 17.4 | 31.5 | 64.0 | |||
| J－5 | 90 | 10 | 324.7 | 合格 | 0:55 | 1:58 | 3.2 | 5.8 | 10.4 | 14.3 | 29.4 | 65.0 | ||||
從表6數(shù)據(jù)看(我廠抗折強(qiáng)度數(shù)據(jù)與省質(zhì)檢站數(shù)據(jù)對比偏高)，在水泥中外摻1%～1.5%的石膏比不摻效果要好得多。盡管在水泥中外摻了活性較差的沸騰爐渣15%，其強(qiáng)度發(fā)揮也很理想。
5 結(jié)論
1)從我廠生產(chǎn)實(shí)踐證明，煅燒高硫生料把飽和比提高到0.95～0.98較為適合。同時(shí)，要注意適當(dāng)降低熔劑礦物含量，這對提高熟料產(chǎn)質(zhì)量有好處。
2)熟料中帶入的SO3，由于多種原因，在水泥水化過程中作用不是十分積極。從我廠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出:高硫熟料在水泥粉磨時(shí)外摻少許石膏，會(huì)對水泥強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度的提高產(chǎn)生積極作用。不過，由于熟料中SO3含量已經(jīng)很高，在外摻石膏時(shí)需特別慎重，以防SO3超標(biāo)。
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