水泥生产工艺及质量管理

水泥生产工艺及质量管理宗福斌水泥的起源和发展水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大、素有“建筑工业的粮食”之称。生产水泥虽需要较多的能源，但水泥与砂、石等材料的混泥土是一种低能耗新型建筑材料。例如，在相同荷载的条件下，混泥土柱的耗能量仅为钢柱的1/5-1/6,砖柱的1/4。根据预测，在未来的几十年内，水泥依旧是主要建筑材料。水泥具有较好的可塑性，与砂、石等胶合后的混和物具有较好的和易性，可浇注成多种形状及尺寸的构件，以满足设计上的不同要求；水泥的适应性较强，适用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种条件下；水泥还可与多种有机、无机材料制成多种用途的水泥复合材料；水泥耐久性较好，维修工作量小，不易生锈、耐腐朽。目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。原始水泥可追溯到5000年前，埃及的金字塔、古希腊和古罗马时代用石灰掺砂制成的混和沙浆，曾被用于砌筑石块和砖块，这种用来做砌筑用的胶凝材料被称为原始水泥。它为现代水泥的发明奠定了基础。1824年，英国泥水工J．阿斯普丁发明了一种把石灰石和粘土混和后加以煅烧来制造水泥的方法，并获得了专利权。这种水泥同英国附近波特兰小城盛产的石材颜色相近，故称为波特兰水泥。人类最早是利用间歇式土窑（后发展成土立窑）煅烧水泥熟料。1877年回转窑烧制水泥熟料获得了专利权，继而出现了单筒冷却机、立式磨及单仓钢球磨等，从而有效地提高了水泥的产量和质量。1905年湿法回转窑出现。1910年土立窑得到了改进，实现了立窑机械化连续生产。1928年德国的立列波博士和波利休斯公司在对立窑、回转窑综合分析研究后，创造了带回转炉箅子的回转窑，为了纪念发明者与创造公司，取名为“立波尔窑”。1950年，悬浮预热器由德国发明成功并开始应用，大幅度降低了熟料生产的热耗，极大地提高了生产规模。20世纪60年代初，日本将德国的悬浮预热器回转窑技术引进后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而揭开了现代水泥工业的新篇章，并且很快在世界范围内出现了各具特点的预分解窑，形成了新型干法生产技术。随着原料与均化、生料均化、高功能破碎和粉磨，环境保护技术和X射线荧光分析等在线检测方法的配套发展，加上电子计算机和自动化控制仪表等技术的广泛应用，使新型干法水泥生产的熟料质量明显提高，能耗明显下降，生产规模不断扩大。我国从上世纪70年代初研制新型干法水泥技术装备开始，在国家有关部门的支持和推动下，水泥行业科研创新与技术开发能力不断提高，技术装备已达到世界先进水平。目前日产2000吨新型干法水泥生产技术装备已全部国产化，日产4000吨、5000吨新型干法水泥生产技术装备国产化率达到90%以上，日产8000吨水泥熟料生产线和日产10000吨水泥熟料生产线已经投产。日产10000吨水泥熟料生产线全球只有7条，我国就拥有4条。新型干法水泥生产工艺正在逐步取代湿法、老式干法和立窑等生产工艺。基本概念胶凝材料在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏等。水泥广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。凡细磨材料加水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等适当材料，既能在空气中硬化又能在水中硬化的水硬性胶凝材料。水泥的品种和分类对水泥的分类通常有两种方法：一是按用途及性能分类，二是按其主要水硬性物质名称分类。1、按水泥用途分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥三大类。通用水泥：是指适用于大多数工业、民用建筑工程的硅酸盐系列品种水泥。主要有硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥以及复合硅酸盐水泥专用水泥:是指有专门用途的水泥，如油井水泥、中热硅酸盐水泥和砌筑水泥等。特性水泥：是指有某种特殊性能的一类水泥。如快硬硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥等。2、按其主要水硬性物质名称分为:硅酸盐水泥系列、硫铝酸盐水泥系列、铝酸盐水泥系列、铁铝酸盐水泥系列、氟铝酸盐水泥系列、其他系列六大类。普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%－20%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）,代号：P.O。复合硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的两种或两种以上规定的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P.C一、物料破碎•1、破碎的目的•破碎是利用外力克服物料的内聚力，使其由大变小的过程，常用机械方法来减小物料的粒度。•（1）有利于物料的输送和预均化；•（2）有利于配料的准确性；•（3）有利于物料的烘干；•（4）有利于粉磨过程的节能高产2、破碎分类按破碎后的产品粒度分：（1）粗碎：将物料破碎到100mm以下；（2）中碎：将物料破碎到30mm以下；（3）细碎：将物料破碎到3mm以下。3、破碎比（永远大于1）物料被破碎前后的尺寸之比称之为：破碎比。在破碎前物料尺寸相同的情况下，破碎后的物料尺寸越小，其破碎比越大。4、公称破碎比破碎机进料口宽度与出料口宽度之比称之为:公称破碎比。二、原料预均化•1、定义•(1)预均化:•使单一品种物料的化学组成、品位质量混合均匀的过程称之为预均化。•(2)均化:•使多品种物料的化学成分按一定比例、配合均匀、稳定的过程称之为均化。•2、预均化在水泥生产中的意义•(1)稳定工艺条件和热工制度：提高配料准确性、生料合格率、供热的稳定性；•(2)增加资源利用率、降低生产成本：搭配用料、延长矿山使用寿命、综合利用工业废渣。•(3)减少无组织排放、有利于环保、清洁生产。三、生料制备1、生料制备分类在干法水泥生产中，将石灰石为主的石灰质原料、粘土为主的硅铝质原料和以铁粉为主的校正原料分别经破碎、烘干后，按一定的比例配合、磨细，并调配为成分适当、质量均匀的粉状物质称之为：生料。由于各地资源条件、经济条件和建厂时采用的生产方法和主机设备不同，生料制备的方法和要求各有不同。制备方法一般分为三种：湿法、干法、半干法。•①湿法：生料粉磨过程中加水，不加煤，制成生料料浆，进湿法回转窑煅烧。由于热耗高，目前基本淘汰。•②干法：生料粉磨过程中不加水，不加煤，制成生料干粉，进干法回转窑煅烧。热耗低、质量好，新型干法水泥生产是当前先进生产力的代表。•③半干法：生料粉磨过程中不加水、加入适量的煤，制成黑色生料粉，然后，再加水制成生料球，进入立窑中煅烧。四、水泥生产原料及品质要求生产硅酸盐水泥熟料的原料主要是石灰质原料（主要提供CaO）和粘土质原料（主要提供SiO2、AL2O3、及少量Fe2O3），此外，还需要补充某些成分不足的校正原料。１、石灰质原料凡是以碳酸钙为主要成分的原料都属于石灰质原料。它可分为天然石灰质原料和人工石灰质原料（即工业废渣）两类，水泥生产中常用是含有CaCO3的天然矿石。石灰质原料使用最广泛的是石灰石，其主要成分是CaCO3，纯石灰石的CaO最高含量为５６％，其品位由CaO含量确定。水泥工业中不是CaO含量越高越好，还要看酸性组成含量，如SiO2、AL2O3、Fe2O3的含量是否满足配料要求。主要有害成分为MgO、R2O(Na2O+K2O)和游离SiO2，尤其注意MgO。2020年3月10日星期二石灰质原料的质量要求如下：成分CaOMgO游离SiO2SO3Na2O+K2O含量（％）≧48≦2≦4≦1≦0.62、黏土质原料粘土质原料系指含水铝硅酸盐物原料的总称。粘土质原料的主要化学成分是SiO2、，其次是AL2O3、Fe2O3和CaO。水泥生产中只有提供酸性氧化物（SiO2、AL2O3、Fe2O3）。粘土质原料的质量要求一般如下：品位npMgO（％）R2O（％）SO3（％）塑性指数一等品2.7-3.51.5-3.53.04.02.012二等品2.0-2.7或3.5-4.0不限3.04.02.012３、校正原料当石灰质原料和粘土质原料配合所得的生料成分不能符合配料方案要求时，需要根据所缺的组分掺加相应的原料，这种以补充某些组分不足为主的原料叫校正原料。校正原料有：铁质校正原料、硅质校正原料和铝质校正原料。我国的原料组成中氧化铁不足，需要补充氧化铁含量大于４０％铁质校正原料，常用的有铁粉及硫酸工业废渣硫铁渣等。校正原料的质量要求：SiO2Fe2O3AL2O3备注硅质校正原料80.0铁质校正原料40.0铝质校正原料30.0五、公司原燃材料及质量控制1、目前生产用原燃材料1.1生产熟料用原料石灰石、风积沙、铜渣、铁矿石、粉煤灰1.2生产熟料用燃料烟煤1.3生产水泥用混合材：粉煤灰、水渣、炉渣、石膏2、燃料的质量控制2.1质量要求2.2、质量管理分供方分批分堆存放；按批做煤的工业分析；煤灰化学全分析。搭配使用，注意均化合理存放，防止自燃。储存期：＞10d材料名称控制项目（％）控制标准进厂原煤分析基灰分月平均（％）≤28.0分析基挥发分月平均（％）25～35.0分析基发热量月平均（kJ/Kg）≥210000收到基水分月平均（％）≤8.0全硫月平均（％）≤1.23、原材料的质量控制材料名称控制项目控制标准要求储量质量指标合格率石灰石CaO月平均（％）≥48.0≥85≥7天MgO≤1.50≥85风积沙SiO2月平均（％）≥78.0≥85≥20天水分≤4.0≥90铁矿石Fe2O3月平均（%）≥38.0≥85≥20天水分≤2.0≥90粉煤灰Al2O3月平均（%）≥20.0≥85≥20天烧失量≤8.0≥903、原材料的质量控制材料名称控制项目控制标准要求储量质量指标合格率铜渣Fe2O3月平均（%）≥45.0≥85≥20天水分≤6.0≥90石膏SO3月平均（％）≥38.0≥85≥20天水分≤4.0≥90水渣质量系数月平均（%）≥1.2≥85≥7天水分≤12.0≥90炉渣水分月平均（%）≤8.0≥85≥20天烧失量≤8.0≥904、生料的质量控制物料名称取样地点检验项目控制指标合格率生料自动取样器KHK±0.20≥65%NK±0.10≥80%PK±0.10≥80%细度＜15.0%≥95%出磨水分＜1.0%≥95%2020年3月10日星期二入窑生料的质量控制：设有1个￠15m生料均化库，库底分6个区进行循环出库;出磨生料—储存均化—入窑，每2h取一次样。六、硅酸盐水泥熟料1、硅酸盐水泥熟料的煅烧熟料煅烧是硅酸盐水泥生产工艺过程的第二阶段。是指将生料制备过程中制得的生料送入煅烧窑，经高温煅烧，发生一系列物理的、化学的和物理化学变化后形成熟料的工艺过程。熟料的煅烧过程一般为：熟料煅烧物料可分为：干燥过程→粘土质原料的脱水→碳酸盐分解→固相反应→硅酸三钙的形成和烧结反应→熟料冷却过程。相应分为干燥带、预热带、分解带和放热带，烧成带和冷却带。一、干燥带（物料温度150℃）由于入窑生料水分小于1%，几乎没有干燥带。半干法窑的干燥过程在加热机上进行，在回转窑内无干燥带。预热器窑、窑外分解窑干燥在预热器内进行，因此回转窑内无干燥带。H20↑。二、预热带（物料温度150-750℃）承担粘土质等原料中化学水的分解脱水任务。当温度升到400-550℃时，粘土开始脱水分解出活性SiO2和Al2O3，当温度升到600-700℃时，MgCO3继续分解。带悬浮预热器的窑，预热都在窑外进行，回转窑内预热带很短或者没有。三、分解带（物料温度750-1000℃）主要承担MgCO3和CaCO3的分解任务。在预热带