低堿中熱、中抗硫酸鹽水泥的生產(chǎn)方法

許維芳，楊祥和

（南京中聯(lián)水泥有限公司，江蘇 南京 211123）

0 引言

因核電站建設(shè)需求，南京中聯(lián)水泥公司進(jìn)行了低堿中抗硫酸鹽水泥的研制與生產(chǎn)。核電專用的抗硫酸鹽水泥具有低堿、抵抗硫酸鹽侵蝕性能和水化熱較低的特點(diǎn)，主要用于受硫酸鹽侵蝕，同時伴有凍融和干濕作用的海港工程、水利工程及地下工程等。此水泥的主要特點(diǎn)：①抗硫酸鹽侵蝕好：中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥一般可抵抗硫酸根濃度2 500 mg/ L的侵蝕介質(zhì)。②水化熱較低：抗硫水泥熟料具有較低的C3A和C3S，具備中等水化熱的要求，因此水化熱較低，干縮小，適用于大體積混凝土工程。③其它性能：抗硫酸鹽水泥的脹縮、抗?jié)B、抗折、彈模、抗凍等性能優(yōu)于普通硅酸鹽水泥。

根據(jù)連云港田灣核電站3#、4#機(jī)組的施工技術(shù)質(zhì)量要求，研發(fā)生產(chǎn)了田灣核電站3#、4#機(jī)組專用的低堿中熱中抗硫酸鹽硅酸鹽42.5水泥 （以下簡稱“中抗水泥”）。為了滿足田灣核電站對水泥質(zhì)量性能的要求，南京中聯(lián)水泥公司對生產(chǎn)技術(shù)方案反復(fù)調(diào)整試驗(yàn)，利用鋼渣、硅石等低堿材料，歷時三個月最終由日產(chǎn)1000 t的1#窯完成此特種熟料的生產(chǎn)，并于2012年1月試制出一批水泥樣品，通過了國家水泥質(zhì)檢中心檢測，3月正式開始批量生產(chǎn)。南京中聯(lián)水泥公司申請并獲得了“中熱硅酸鹽水泥”和“中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥”的生產(chǎn)許可證。

表1 主要性能指標(biāo)

表2 原燃材料質(zhì)量要求

表3 生熟料過程控制指標(biāo)

1 核電水泥的主要性能指標(biāo)

連云港田灣核電站3#、4#機(jī)組所需中抗水泥的主要指標(biāo)見表1。

2 生產(chǎn)控制指標(biāo)的確定

熟料燒成是產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)，經(jīng)過充分考慮，采用日產(chǎn)1 000 t的1#窯進(jìn)行燒成，中抗水泥熟料的生產(chǎn)方案是經(jīng)過多次試驗(yàn)后確定的，控制KH：0.87±0.01；N：2.5±0.05；P：1.0±0.05，采用中飽和比和低鋁氧率進(jìn)行配料，出窯熟料中的C3S控制在53.0%左右，C3A控制在3.8%左右，堿含量則控制在0.4%～0.5%。

2.1 原燃材料質(zhì)量要求

為保證生料質(zhì)量，在生產(chǎn)前將生料庫清庫。同時使用鋼渣、硅石等材料作為輔料，滿足了三率值和堿含量的要求（表2）。

2.2 生產(chǎn)過程內(nèi)控指標(biāo)（表3）

細(xì)化控制要求，增加檢測頻次，跟蹤原燃材料、半成品以及成品的質(zhì)量狀況。

3 燒成過程控制

3.1 加強(qiáng)煅燒操作，穩(wěn)定窯的熱工制度

由于采用了硅石配料，質(zhì)地堅(jiān)硬，生料在煅燒過程中比較耐火，因此要適當(dāng)提高分解爐及窯內(nèi)溫度，分解爐出口溫度由880～900℃，二次風(fēng)溫由1 050℃提高至1 120℃。由于用煤量增加，必須嚴(yán)格控制窯內(nèi)及C1筒出口的CO含量，及時調(diào)整投入的煤量，控制好高溫風(fēng)機(jī)及尾排風(fēng)機(jī)的風(fēng)閥開度，使煤充分燃燒。由于高鐵低鋁配料，熟料燒成范圍變窄，需控制好熟料結(jié)粒，防止窯內(nèi)結(jié)蛋，窯速比平時加快0.3 r/min，同時加強(qiáng)熟料的冷卻，控制好篦冷機(jī)的料層和篦速，保證熟料得到冷卻充分。

3.2 嚴(yán)格控制出窯熟料的質(zhì)量

熟料升重≥1 250 g/L，f-CaO≤0.8%(最好控制在0.3%～0.6%)，為保持熟料成分符合要求，還要保證熟料的強(qiáng)度，應(yīng)對燒成的熟料進(jìn)行嚴(yán)格篩選，將熟料KH波動控制在0.01范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制入窯生料和出窯熟料的成分，檢測或預(yù)判出不合格的熟料并調(diào)入旁庫，因此配料要相當(dāng)穩(wěn)定，煤粉灰份及發(fā)熱量也需相當(dāng)穩(wěn)定。為了完善特種水泥的指標(biāo)控制，化驗(yàn)室增配了水化熱、線膨脹率、混凝土坍落度等檢測項(xiàng)目，每天對進(jìn)入成品庫的熟料進(jìn)行混凝土測試，對每批生產(chǎn)的熟料進(jìn)行水化熱和14 d線膨脹率檢驗(yàn)，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)滿足田灣核電站的相應(yīng)要求（表4、表5）。

4 水泥粉磨過程控制

表4 國家水泥質(zhì)檢中心水泥檢測結(jié)果

表5 特種水泥檢測項(xiàng)目

按標(biāo)準(zhǔn)要求，水泥組份由熟料與石膏組成，不允許摻入其他材料。水泥比表面積內(nèi)控指標(biāo)為300～320 m2/kg，SO31.8%～2.4%。水泥粉磨配料采用天然二水石膏，SO3含量達(dá)33%～35%。在粉磨過程中，采用Φ3.2×13 m磨機(jī)，帶Φ1400×400 mm輥壓機(jī)，配N2000高效渦流水平選粉機(jī)粉磨系統(tǒng)，成品細(xì)度一般在5%～7%，比表面積合格率達(dá)92.4%。由于比表面積高低直接影響水泥的水化熱，在出磨水泥中嚴(yán)格控制比表面積，使其小于340 m2/kg，經(jīng)過多次跟蹤測量，比表面積平均達(dá)342 m2/kg時，3 d水化熱平均達(dá)241 kJ/kg，7 d水化熱平均達(dá)290 kJ/kg，已接近標(biāo)準(zhǔn)的上限值。在制定的比表面積內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，該種熟料磨制的水泥，水化熱小于標(biāo)準(zhǔn)上限值達(dá)30～40 kJ/kg，效果比較理想。其他粉磨控制指標(biāo)，在水泥標(biāo)準(zhǔn)制定的范圍內(nèi)即可，與水化熱沒有關(guān)聯(lián)。

田灣核電站已使用4批次該特種水泥，使用效果尤其是混凝土工作狀態(tài)較以往有明顯提高，同時該水泥水化熱、抗硫酸鹽性符合要求，28 d強(qiáng)度基本穩(wěn)定在50 MPa以上，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。通過此次研發(fā)核電水泥，南京中聯(lián)水泥公司累積了大量技術(shù)力量與寶貴經(jīng)驗(yàn)，為今后生產(chǎn)G級油井水泥、高抗水泥等特種產(chǎn)品打好了基礎(chǔ)。