水泥熟料質(zhì)量的提升途徑

郭鵬祥

晉能控股煤業(yè)集團有限公司水泥廠（037000）

0 前言

水泥是一種較為重要的建筑材料，主要用于各類工程建設(shè)中，因而水泥的性能需要適應(yīng)混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量要求。在土木工程當中，對于混凝土的要求不僅體現(xiàn)在強度上，還要具備有良好的和易性，在硬化之后也要有較好的耐久性。為了達到這些要求，水泥需要具備足夠的早期強度，確保質(zhì)量均勻和穩(wěn)定，具有良好的和易性，和減水劑之間具有較好的適應(yīng)性[1-2]。只有這樣，才能確保水泥具有較高的強度、較低的水化熱，同時降低用水量。在水泥成分中，熟料是其中的重要組成部分，如果想要制備高質(zhì)量的水泥，就需要保證水泥熟料的質(zhì)量，因而對于水泥熟料質(zhì)量提升途徑進行分析，有一定的現(xiàn)實意義。

1 水泥熟料質(zhì)檢和管理對策分析

水泥和其他產(chǎn)品不同，受到檢驗度量和遲滯性的影響，在目前的技術(shù)條件下無法實現(xiàn)即檢即知，因而需要開展各種質(zhì)量控制和質(zhì)量管理工作，從而實現(xiàn)對水泥熟料產(chǎn)品的品質(zhì)管理。具體來說，應(yīng)當從以下幾點采取對策[3-4]。

1.1 人員管理

人作為第一生產(chǎn)要素，在熟料質(zhì)量的提升當中作用極為關(guān)鍵。人員管理具有一定的復(fù)雜性，而從事水泥生產(chǎn)的工作人員可能在技術(shù)能力上參差不齊，這就需要開展統(tǒng)一的技術(shù)培訓(xùn)，并進行考核，出臺相關(guān)激勵機制，促進工作人員提高自身的業(yè)務(wù)能力。由管理制度和績效考核來克服工作人員的惰性，避免出現(xiàn)作假和投機行為。與此同時，也要用人文關(guān)懷來激發(fā)工作人員的潛能和積極性，加強員工對自身工作的認同感。

現(xiàn)階段水泥行業(yè)檢驗人員素質(zhì)還存在著一定的差異，部分檢驗人員的專業(yè)知識無法達到相關(guān)規(guī)程的要求。水泥行業(yè)制造智能化也對于創(chuàng)新性人才提出了新的要求。因此需要工作人員具備學(xué)習(xí)能力，能夠有計劃性和前瞻性地進行理論和實操學(xué)習(xí)，以適應(yīng)未來專業(yè)領(lǐng)域在信息化和智能化發(fā)展中的需求。

1.2 硬件設(shè)備

在試驗室儀器設(shè)備的采購配備的過程中，應(yīng)當高于國家和行業(yè)標準，其原因在于設(shè)備的配備和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展運營之間的關(guān)系非常密切。當前的建筑材料使用者不僅重視水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，而且對產(chǎn)品服務(wù)提出了更高的要求。作為專職進行水泥質(zhì)量檢驗和管理的部門，需要在儀器配置和采購上具備一定的超前性。設(shè)備儀器工作狀態(tài)正常與否也在質(zhì)量管理中占據(jù)重要地位，這就需要定期對設(shè)備進行維修養(yǎng)護，從而確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息的準確性和可靠性。

1.3 原材料質(zhì)量

水泥熟料質(zhì)量的提升離不開穩(wěn)定的工序，而質(zhì)量合格的原材料是確保各項工序穩(wěn)定開展的重要前提。在石灰石質(zhì)量管理中，就應(yīng)當從資料入手進行分析和統(tǒng)計，尤其在問題地段要開展加密勘探，歸納品質(zhì)分布情況，科學(xué)地指導(dǎo)開采工作。還要開展炮前鉆孔樣分析、炮后樣驗證，從而保證石灰石的質(zhì)量。在石灰石產(chǎn)品的進廠控制方面，應(yīng)當在礦山和廠區(qū)分別進行取樣進行檢驗，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題就要及時解決。這樣的工作目的在于保證樣品具有足夠的代表性。其他原料也應(yīng)當采取類似方法來開展質(zhì)量管理，從而確保實現(xiàn)質(zhì)量目標。

1.4 檢測方法的使用

試驗方法和標準的應(yīng)用應(yīng)當具備一定的超前性，做到與時俱進。目前信息化和智能化技術(shù)已經(jīng)給水泥質(zhì)量檢測工作帶來了一定的改變，這也需要檢測人員積極改變觀念，提高機器設(shè)備的利用率，發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢。人工檢測和儀器設(shè)備檢測相比，產(chǎn)生誤差的概率較高。儀器設(shè)備出現(xiàn)系統(tǒng)性誤差也可采用對比法來實現(xiàn)防范，從而提高檢測準確性。

1.5 環(huán)境因素的影響

在確保工作人員的技術(shù)水平、配備了相應(yīng)的設(shè)備之后，環(huán)境因素的影響也較為關(guān)鍵，需要合理進行試驗室布局，優(yōu)化試驗室環(huán)境。需要注意的是，環(huán)境因素不僅僅包括技術(shù)環(huán)境和試驗環(huán)境，而且包括了人文環(huán)境。水泥行業(yè)作為傳統(tǒng)行業(yè)，對年輕技術(shù)人員缺乏吸引力，這就需要配置和諧的人文環(huán)境，以提高對技術(shù)人員的吸引力，為水泥行業(yè)的發(fā)展提供充足的后備動力。

2 原材料及燃料

近年來在房屋建設(shè)中，白水泥具有較好的水硬性、強度和白度，而得到了使用者的青睞。下面就以白水泥為例，探討一些質(zhì)量提升對策。

白水泥和普通水泥在礦物組成上基本相同，以硅酸三鈣為主，鐵鋁酸鈣成分較少，因而白水泥熟料大多應(yīng)用石灰質(zhì)原料和硅質(zhì)原料進行配料。這兩種原料可以提供充足的CaO、SiO2、Al2O3，其中石灰石當中的Fe2O3含量需要小于0.1%，CaO 含量要大于54%。高嶺石中的SiO2含量要在70%以上，F(xiàn)e2O3則不大于0.5%。

加入總量少于0.6%的螢石來實現(xiàn)礦化，其原因在于白水泥生料中缺乏氧化鐵，因而熟料的煅燒難度較高，需要借助礦化劑來控制熟料燒成溫度，提高液相量，進而形成熟料C3S。大多數(shù)白水泥生產(chǎn)廠在生料制備的過程中，都會加入部分螢石作為礦化劑，在摻入量適當?shù)那闆r下，熟料白度也會有所提升。但是螢石總量超過0.6%之后，部分學(xué)者認為，光的吸收區(qū)會發(fā)生一定的變化，其原因可能是氟的極性小于氧，配位場能力較弱，光的吸收區(qū)向長波方向移動，從而導(dǎo)致白度下降。

在配料的過程中，石灰飽和比系數(shù)較高，而熟料在煅燒的過程中液相量較少，從而提高了煅燒難度，不利于C3S 的形成。為了降低煅燒溫度，提高液相量，在配料的過程中，需要加入礦化劑，起到礦化作用。如果原材料控制不當，就會導(dǎo)致熟料早期強度和白度不足，影響其成品質(zhì)量。

隨著燃料的不同，煅燒過程會產(chǎn)生區(qū)別，配料設(shè)計也會有所不同。在氣體和液體燃燒的過程中，由于著火速度快，燃燒時間短，熱力集中，并且燃燒的過程中熟料中沒有摻入石灰，因而飽和比、硅率這兩項參數(shù)都會和熟料的設(shè)計大致相同。如果采用固體燃料，如煙煤，其產(chǎn)生的揮發(fā)分為固體炭，隨著揮發(fā)分總量的增加，黑火頭縮短，燃燒部分也會延長，導(dǎo)致出現(xiàn)熱力分散的問題。在熟料中也會落入部分灰分，這樣就會導(dǎo)致熟料質(zhì)量受到影響。煤灰落入熟料中的分布并不均勻，大多集中于熟料表面，這樣就會影響熟料顆粒顏色。在多數(shù)情況下，燃料選用重油和天然氣。熟料的石灰飽和系數(shù)和硅酸率可以適當提高，如果采用煙煤作為燃料，則需要考慮煤灰對于白石灰熟料質(zhì)量的影響。

3 生料易燒性

生料易燒性就是指生料在特定條件下，經(jīng)過物理、化學(xué)反應(yīng)，最終變成熟料過程的難易度。一般來說，生料易燒性主要通過在煅燒條件下所形成的熟料中游離氧化鈣含量多少進行判斷。如果熟料當中游離氧化鈣含量較少，說明其易燒性較強。

生料易燒性對于窯內(nèi)煅燒熟料的質(zhì)量有著決定性作用。生料易燒性的影響因素也較多，如生料成分均勻性、細度、三氧化二鐵含量和礦化劑的摻入量等。生料成分均勻性一方面會對窯熱工制度穩(wěn)定性造成影響，一方面也會對生料當中的氧化物反應(yīng)效率、生成熟料的質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。如果想要提高生料成分均勻性，首先要控制配料，尤其要控制TCaCo3的加入量。在生料粉輸送點和入窯煅燒的過程中，也要進行嚴格控制，避免出現(xiàn)離析現(xiàn)象。生料成分出現(xiàn)局部波動，會對生料易燒性、煅燒制度穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進而影響熟料的質(zhì)量。

生料細度會直接影響熟料的質(zhì)量。一般來說，生料細度控制在制定的閾值內(nèi)。生料細度越高，表面積就越大，和固體之間能夠?qū)崿F(xiàn)充分接觸，因而形成充分的固相反應(yīng)，進而提高熟料質(zhì)量。白水泥熟料的溶劑礦物成分較為單一，以C3A 為主，其余則為C4AF、MgO、R2O。生料當中如果三氧化二鐵含量較少，熟料難以燃燒，也會對熟料的強度造成影響。

4 熟料煅燒

在白水泥熟料當中，F(xiàn)e2O3的含量較少。在煅燒之后，熟料最終礦物以C3S、C2S、C3A 以及C4AF 為主。煅燒溫度較高，在生料當中往往需要加入礦化劑來控制煅燒溫度，促進液相量的形成。

燃燒內(nèi)的氣氛也應(yīng)當為還原氣氛，這在以下三個方面得到了體現(xiàn):第一，其可以阻礙鋁酸鹽融入鐵鋁酸鈣，從而生成高鐵態(tài)鐵鋁酸鈣；第二，所形成的樣品具有較大量游離無色氯酸鈣，游離無色氯酸鈣有助于提升水泥的白度；第三，原有的著色能力較強的Fe3+經(jīng)過還原之后，形成了著色能力較差的Fe2+。

隨著氣氛介質(zhì)燃燒和冷卻方式的不同，熟料的白度和強度都會發(fā)生一定的變化。只有在還原氣氛、投水劇冷的條件之下，才能讓熟料的白度和強度都達到較高的水平。需要在配料上采用高飽和比、高硅酸比，并且穩(wěn)定熱工制度，對還原氣氛進行控制，縮短冷卻帶，才能生產(chǎn)出質(zhì)量較高的白水泥熟料。目前很多企業(yè)在燃料選擇上傾向于精洗煤，這些燃料并不會導(dǎo)致熟料當中的Fe2O3含量增加，和白水泥熟料煅燒特點較為符合。

5 熟料漂白

當前應(yīng)用最為廣泛的熟料漂白工藝為噴水急冷。在熟料出料端下布置漂白筒，在漂白筒內(nèi)安裝噴水管，直接向出窯熟料噴水來達到冷卻效果。這種漂白具有一定的優(yōu)勢，如熟料噴水之前可以保持較高溫度，這樣有助于增加漂白效果。在窯內(nèi)也會產(chǎn)生大量水蒸氣，提高了總熱耗。為了控制熱耗，就需要減少噴水量。如果噴水量過過低，又會對漂白效果造成影響。在噴水管上安裝抽風(fēng)罩，將水蒸氣排除，從而提高急冷溫度，改善漂白效果。如果沒有水蒸氣、空氣和高溫來進行漂白，漂白效果就會較差，也會導(dǎo)致顆粒度較大的問題。熟料在淋水漂白和烘干的過程中，早期強度會隨著漂白殘余水分的增加而下降。隨著存放時間的延長，熟料早期強度也會下降，因而熟料儲存期限也會對熟料的強度和白度造成影響。一般來說，熟料儲存期控制在4～5天為宜。

6 高溫煅燒措施分析

6.1 提高煤粉質(zhì)量

一般來說，水泥熟料加工最為常見的窯為回轉(zhuǎn)窯，想要提高回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度，首先要從提高火焰溫度入手，而選用優(yōu)質(zhì)煤則是有效措施。相關(guān)研究證實，部分預(yù)分解窯所采用的煤發(fā)熱量為25 000 kJ/kg 以上。要提高煤粉制備質(zhì)量，需要對煤粉的水分和細度進行控制。

一般來說，煤粉含有1%左右的水分可以促進燃燒，避免煤粉發(fā)生爆炸和自燃。如果水分過量就會對燃燒造成阻礙，且降低火焰溫度，提高廢氣溫度。一般認為，煤粉當中的水分提高1%，就會導(dǎo)致火焰溫度15 ℃的下降，并且在廢氣中損失3%左右的熱能，因而可以認為，煤粉當中的水分對于燃燒溫度的影響要大于灰分。需要對煤粉中的水分進行嚴格控制，煤粉中的水分一般不高于1.5%。

還要提高煤粉細度。如果煤粉顆粒太大，就會導(dǎo)致黑火頭較長，延長燃盡時間。未燃盡煤粉也容易掉落到熟料當中，形成還原氣氛，導(dǎo)致熟料結(jié)塊現(xiàn)象，對于熟料質(zhì)量造成嚴重影響。因而在回轉(zhuǎn)窯當中，需要提高煤粉質(zhì)量，控制煤粉細度和水分。

6.2 提高二次風(fēng)溫度

提高二次風(fēng)溫度也可以在一定程度上提高火焰的溫度。由于煤炭需要空氣來燃燒，而溫度較高的二次風(fēng)會帶來更大的熱量?？刹捎皿魇嚼鋮s機，這種冷卻劑設(shè)備和單筒冷卻機、多筒冷卻機相比具有明顯的優(yōu)勢。篦式冷卻機二次風(fēng)溫度大多數(shù)高于1 000 ℃，遠高于單筒冷卻機的700 ℃。

還需要做好噴煤管的選型工作。一般來說，需要選用一次風(fēng)用量較少的噴煤管，從而降低一次風(fēng)用量，提高二次風(fēng)用量。由于一次風(fēng)溫度較低，僅有50 ℃左右。采用篦式冷卻機，二次風(fēng)可達到1 000℃，可以顯著提高煤粉燃燒溫度。

還要對內(nèi)外風(fēng)和煤風(fēng)進行調(diào)整，確保火焰形狀適應(yīng)于窯內(nèi)物料煅燒的需求。在一般情況下，應(yīng)當維持短粗火焰，這種焰形可以較好地保持火焰溫度。

7 總結(jié)

對于水泥熟料的生產(chǎn)而言，配料的選擇以及配比極為關(guān)鍵。如果配料環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，即便煅燒技術(shù)應(yīng)用合理，也不會生產(chǎn)出高質(zhì)量水泥熟料。在實現(xiàn)合理配料之后，還要提高煅燒技術(shù)，這樣才能進一步提高水泥熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。還要在高溫煅燒和快速冷卻等工藝上提高技術(shù)水平，在實際生產(chǎn)中不斷摸索經(jīng)驗，才能讓水泥熟料的生產(chǎn)質(zhì)量得到不斷提升。