原、燃材料及工艺对熟料率值的影响

原、燃材料及工艺对熟料率值的影响

曾子航 ,高长羽 ,阮瑾

重庆电子工程职业学院，重庆，401331

重庆理工大学管理学院，重庆，401135

信阳农林学院，河南，信阳，464399

摘要

在水泥的制成过程中，熟料率值与熟料质量、生料易烧性有较好的相关性，熟料的率值是水泥生产企业的核心，关系到窑的运转率、热工制度以及熟料的产出率，熟料的三率值使用KH、SM、IM来表示（石灰饱和系数、硅率、铝率）。KH对应硅酸盐矿物中C3S的含量，SM对应熟料中硅酸盐矿物、熔剂矿物的相对含量，IM对应熟料中C3A、C4AF的相对含量，反应液相性质（C3A产生的液相粘度大，C4AF产生的液相粘度小）。对于熟料率值的而言，原料化学成分、燃料燃尽产生的灰分、生料的均化、设备工艺的使用对熟料率值产生着巨大的影响，且这些因素之间的关系错综复杂，环环相扣，因此本文对其中一些较大的影响因素进行了探讨分析，同时介绍了若干重要因素的调整方法，避免对原、燃材料的过度浪费以及能源的大量损耗。

关键词：率值、影响因素、煅烧、安定性

一、新型干法水泥生产熟料率值一般范围

SM值大表示硅酸盐矿物多，熔剂矿物少，对熟料的强度有利，但会给煅烧造成困难，随SM值降低，液相量增加，对熟料的易烧性和操作有利，但过低，熟料中的熔剂性矿物过多，煅烧时易出现结大块，结圈等现象，且熟料强度低，操作困难，以日产熟料5000吨新型干法水泥生产线为例，根据《水泥生料制备工艺及操作》论述，新型干法水泥生产率值一般范围：KH：0.87-0.96  SM:1.7-2.7   IM:0.9-1.7

二、影响熟料率值的主要因素

1.水泥品种及强度等级

不同品种的水泥，其矿物组成是不同的，即使是生产同一品种的水泥，其矿物组成也可能不同，而矿物组成影响着混合材的掺量，也影响着企业的经济效益。混合材的掺量一般为6%-20%。

在强度等级相同的条件下，品种不同，混合材掺量不同，对熟料强度的要求也不一样，实际生产中，由于被煅烧物料的性质、煅烧温度、液相量、液相量黏度等因素的限制，理论和实际情况并不完全一致，为使熟料顺利形成，又不致产生过多的游离氧化钙，KH值越大，则C3S含量越高，但煅烧难度大，对煅烧温度的要求也会升高,成本上升，煅烧不充分时熟料中会含有较多的游离氧化钙，影响熟料的安定性。KH过低时，C3S含量低过低，水泥强度发展缓慢，早期强度低，不利于施工。

2.原料品质

原料的化学成分与工艺性能极大的影响着熟料矿物组成的设计，有时原料的某种成分或性能不能够满足工艺要求需要另找原料或者进行校正原料来补充相应元素的短缺。当K2O、Na2O等化学组分含量过高时必须要另找原料或者采取旁路放风或冷凝放灰的措施。因此协调KH、SM、IM三者的关系至关重要。

当KH过大时，则C3S含量越高，会增加煅烧难度，煅烧不充分则游离氧化钙的生成量增多，影响熟料安定性，KH过低时，C3S含量低过低，水泥强度发展缓慢，早期强度低不利于施工。

当SM过大时，硅酸盐矿物增加，强度提高，熔剂矿物少，液相量会降低，生料的易烧性会降低，燃料消耗大，热辐射强烈，使窑皮的形成困难，SM过低时，熟料中硅酸盐矿物含量少，水泥强度降低，且由于熔剂性矿物过多，易出现结大块、结圈等现象，影响操作。

当IM过大，则C3A增多，液相的黏度大，不利于C3S的形成，易引起熟料快凝，而IM过低，则C4AF量相对较多，液相黏度低，对C3S形成有利，但窑内烧结温度窄，易使窑内结大块，对煅烧不利。所以KH、SM、IM的值都要在一定范围内，三者相匹配。

3.燃料品质

燃烧品质通过影响自身的燃烧过程，继而影响熟料的煅烧过程，即燃料品质既影响煅烧过程，又影响熟料质量，固体燃料煤由挥发分、固定碳和灰分组成，其中煤燃烧的热值对水泥的煅烧有着重要的作用，煤的热值决定着煅烧温度，其火焰的温度高易于煅烧，热值较低的煤使煅烧熟料的单位热耗增加，同时使窑的单位产量降低，成本上升，一般要求煤的低位发热量≥23000KJ/Kg煤，因此热值越高，放出的热量多，有利于高强度的水泥煅烧。

煤的挥发分是影响火焰程度以及温度的重要指标，煤的挥发分和固定碳是可燃成分，挥发分含量高的煤着火早，且使煤的发热过程持续较长的距离，火焰长度长，而挥发分低的煤，着火温度高，窑内会出现较长的黑火，高温带比较集中。

灰分是煤燃尽后的残存物，灰分多则会降低了燃料中可燃成分含量，在燃烧过程中灰分升温吸热，会降低燃料的发热量，灰分的大量掺入是会降低熟料的石灰饱和系数、降低硅率、提高铝率，在烧成时，物料的液相量增多，黏性增大易结圈，影响窑系统的通风，并且煤灰的掺入是不均匀的，煤灰沉落多的部位熟料的KH值降低幅度大，沉落少的部位降低幅度小，会造成熟料矿物组成不均匀、岩相结构不好。

最后影响煤的燃烧因素是工艺中煤粉研磨的细度，煤粉细度太粗，则燃烧不完全，增加燃料的热耗且部分为完全燃烧的煤灰落在熟料表面，使熟料成分不均匀，会降低熟料的质量，并且燃烧不完全的煤粉落在熟料时由于氧气不足，不能继续燃烧，会形成还原焰，使熟料中的Fe2O3还原成FeO，造成黄心料。但煤粉磨的过细，粉磨时的电耗增加，又容易引起煤粉自燃和爆炸，极大影响了生产的安全性。

因此煤粉研磨的细度要适中，才能既保证燃烧速度快，又使煤粉的燃烧温度高，有利于烧成熟料。

4.生料质量及易烧性

原料预均化和生料均化是生料制备过程中最重要的部分，生料均匀性好，窑内热工制度越稳定越有利于煅烧，加速生料各组分之间的反应，保证熟料质量。

第一，生料粉末的细度影响煅烧的难易程度，若生料粒度粗，化学反应难以进行，导致煅烧困难， KH应适当降低，如果生料过粗，生料过细生料颗粒越细，其表面积越大，烧结越容易，烧成的温度就越低。

第二，原料易烧性好坏与生料的化学成分有关，其中石英、方解石、游离氧化钙的含量越低其易烧性越好，当原料杂质含量低，原料的易烧性好，可适当提高KH或SM，有利于提高熟料强度;若原料杂质含量较高则易烧性差,KH或SM就不可太高，否则熟料f-CaO含量可能会太高，影响水泥的安定性。

第三，物料混合的均匀程度，均匀性越好，会促进生料各组分之间的反应，有利于正反应的进行，KH可取较高的值。

5.煅烧工艺及设备

目前国内生产大部分采用的窑型是先进的预分解窑，其设置了分解炉，入窑分解率高，窑内容积大且热耗低对物料的煅烧有关键性的作用。使用性能良好的煤粉燃烧器，促进煤粉的完全燃烧，保证了窑内的热工的稳定，减少了窑内结皮和结圈，同时冷却熟料采用第三代篦式冷却机，出窑熟料冷却快，既保障了熟料的质量又能够提高对余热的回收，且由于冷凝熟料较快游离氧化钙的含量会降低，对水泥的安定性影响不大。

三、参考同类型同规格其它水泥厂的率值

水泥率值与熟料质量及生料易烧性有较好的相关性，以日产熟料5000吨新型干法水泥生产线为例，确定新型干法水泥生产率值一般范围，根据企业实际情况，参考即同类型同规格其它水泥厂,如表1.1国内部分水泥厂熟料率值

表1.1  日产熟料5000吨新型干法水泥生产线国内部分水泥厂熟料率值

所以根据上述分析，结合同类型同规格其它水泥厂的率值数据，确定设计方案率值。

四、结论：

本文论述了影响熟料率值的主要因素，实际的合理的配料方案必须根据企业的实际情况，在多次实践总结的基础上确定。其选择的主要依据首先按企业生产水泥品种、等级要求进行选择，从配料方案要适应预分解窑的热工特点和工厂工艺条件，并结合企业原材料性能和资源供应情况进行选择，同时进行易烧性实验，取得企业原（燃）料的配料设计依据，最后通过生产统计，优化企业的配料方案。

五、参考文献：

[1]高建容、李文宇、芋艳梅.水泥生料制备工艺及操作[M]. 武汉：武汉理工大学出版社，2015

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[3]张仁寿. 水泥工业用固体燃料的选择及其控制[J]. 建材发展导向， 1993.

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