CN1023557C - 添加晶种生产水泥的方法 - Google Patents

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Abstract

一种添加晶种生产水泥的方法，主要是在现有的水泥煅烧工艺中以水泥熟料或硅酸盐水泥，经过单独粉磨后掺入磨细的生料粉中混匀入窑或入生料磨磨头同生料一起磨细并随生料一起入窑煅烧，从而达到提高水泥煅烧效能的作用。晶种的添加量为生料用量的3～10%。

Description

一种添加晶种生产水泥的方法，属于水泥煅烧工艺领域，用于提高水泥窑的煅烧效能。
硅酸盐水泥熟料的煅烧，无论是用旋窑还是立窑作煅烧设备，都要经历干燥脱水、碳酸盐分解、固相反应、熟料烧成、熟料冷却等物理化学反应过程。影响水泥窑煅烧效能发挥的最薄弱的环节就是碳酸盐分解带，因为碳酸盐分解的吸热占熟料形成的理论吸热量的近50%，其次就是熟料烧成带，熟料的烧成在1300-1450-1300℃的温度范围内，在存在25～30%的高温熔体的条件下进行，虽然所需热量甚少，但却包含着溶解、扩散、结晶和晶体生长等一系列物理化学过程，它们之间既互相影响，又互相制约，并在一定条件下达到动态平衡。
七十年代问世的水泥窑外分解技术开辟了水泥生产的新纪元，把碳酸盐分解移到窑外进行，大大减轻了水泥窑的热负荷，使旋窑产量得以增加（与同规格窑对比）。但如果能进一步从技术途径上加速熟料烧成反应，缩短窑的烧成带，则能更有效地发挥水泥窑的煅烧效能。
在熟料煅烧过程中引入助熔剂和矿化剂是加速熟料形成的一条有效的途径，研究和实践均表明，采用氟化物和硫酸盐复合矿化剂更为有效，但是由于采用复合矿化剂一方面对配料要求较高-配料的均匀性和矿化剂组分掺入量的准确性均要求严格，而且由于矿化剂组分的引入导致水泥凝结性能的不稳定，有的产生快凝，有的则出现缓凝，影响了其推广应用及其应用效果。
在我国，量大面广的立窑水泥生产中存在的一个最突出的问题就是熟料中游离氧化钙（f-CaO）偏高、熟料质量不均匀、水泥质量不稳定，究其原因，主要是熟料在煅烧过程中的通风不均和上火不匀所致，因此立窑煅烧的薄弱环节主要在熟料烧成带。
有关添加晶种对硅酸盐水泥及对水泥窑煅烧效能的影响，尚未见国内外资料报导。
本发明的目的是为提高现有水泥窑的煅烧效能，寻找一条加速熟料烧成反应的技术途径，增加窑的产量，降低能耗，提高熟料质量及其稳定性。
根据添加晶种（亦称核化剂）使结晶在非均态下进行可以明显地降低核化势垒、提高结晶速率，尤其当晶种与晶核有着相似的原子排列时其效果最佳的基本物理化学原理，我们提出在熟料煅烧过程中添加少量所需要的矿物作为晶种，以加速熟料矿物形成，提高水泥窑煅烧效能的新的技术构思。实际实施中，可用已烧成的硅酸盐水泥熟料作晶种，即：把出窑熟料的一部分作为晶种，按一定比例返回生料磨磨头同生料一起磨细，并随生料一起入窑煅烧，如此反复循环，构成水泥窑的部分闭路煅烧。当然，把作为晶种的熟料单独粉磨至同生料粉大至相同的细度，按一定比例掺入磨细生料粉中并经混料装置混匀，或者在磨细生料粉中添加一定量的硅酸盐水泥经混料装置混匀，亦可起到同样的作用。晶种的添加量为生料用量的3～10%。
添加晶种提高结晶速率的基本原理，在一般的晶体生长和微晶玻璃的生产工艺中已被成功地采用，但对于烧成温度下液相较少（25～30%）的硅酸盐水泥熟料形成的作用效果，则从未有人涉及。而上述添加部分熟料作晶种，加速熟料形成的新的构思首先为我们的实验室结果所验证，实验室试验采取在生料中添加部分已烧成熟料作晶种，在实验电炉中试验了不同煅烧温度和高温下不同保温时间煅烧时，添加晶种对熟料形成的影响，试验熟料和用作晶种的熟料由同一生料制得，其化学成分如表1所示，试验结果如表2所示。
（表1、表2见文后）
由表2可见，生料中添加部分已烧成的熟料作晶种可以明显地促进熟料形成，改善生料的易烧性，在较低温度下的煅烧效果更是显而易见。掺5%熟料在1400℃保温30分钟的效果几乎和1450℃保温30分钟不掺晶种时的效果相当，在相 同温度下煅烧时添加晶种可使保温时间缩短20分钟左右。
根据上述实验室结果，生料中添加部分熟料作为晶种的作用效果在于缩短了熟料矿物形成过程中的晶体成核时间，加速了结晶速率，从而不断打破熟料烧成过程中溶解、扩散、结晶等分过程之间的动态平衡，而起到加速熟料烧成的作用。因此，对于旋窑来说，添加晶种的效果主要表现在能进一步提高窑的产量，而对于立窑来说，由于晶种的引入能使熟料烧成温度降低并能大大加速熟料矿物的形成，因而对于解决因立窑的通风不均造成的熟料质量不均匀的问题有其特殊的作用。
为进一步验证这一新的技术构思的可行性，我们曾在广西灵山县水泥厂φ2.5×7M的短粗立窑上进行了为期三天的工业性试验。试验工作在该厂原有条件下进行，用作晶种的熟料暂由人工从生料磨头加入（晶种加入量为生料的5～8%）。生料化学成分对比见表3。试验效果见表4，试验前后三天的熟料物理力学性能见表5。（表3、表4、表5见文后）。
从表4可见，添加熟料晶种后，出窑熟料的烧失量由1.00～1.97%降至0.05～0.55%，熟料的游离氧化钙含量也降低1.00%以上，明显地促进了熟料的形成。此外，窑的台时产量由4.10吨/小时增加到4.80吨1小时，增产17%，不难看出，用作晶种的一部分熟料不仅完全可以通过提高窑的台时产量来收回，而且还大有增产的余地。另从表5的数据看，添加晶种后，熟料质量从整体上显著提高，二十八天耐压强度提高3～7MPa，可以稳定在57MPa以上。而且在实施中，从窑上的操作来看，未加晶种时，操作较为被动，但在添加晶种的几天试验中，情况发生了转机，窑内通风得以改善，边、中火的上火速度趋于均匀，卸料也能做到稳定，出窑熟料的质量均齐，这正是熟料质量从整体上得以较大幅度提高的进一步保证。
从这一具体的实施例来看，本发明对提高水泥窑煅烧效能具有较明显的综合技术经济效益。
本发明具有如下特点和优点：
1.在旋窑上采用，可进一步提高窑的产量：
2.在立窑上采用，除增加窑的产量外，更重要的是能提高熟料质量及其均匀性;
3.采用本技术具有投资少，上马快，工艺上易于实施的特点。
表1熟料化学成分及率值
编    化学成分（%）    率值
号 SiO3Al2O3Fe2O3CaO MgO KH n P
Z-1    21.16    5.99    4.88    65.56    1.07    0.913    2.02    1.34
表2添加晶种对熟料形成的影响
晶种添加量    0%    5%    8%
时间（分）
f-Cao（%）    10    30    50    10    30    50    10    30    50
煅烧温度
1300℃    7.03    4.76
1350℃    1.92
1400℃    4.13    2.41    1.83    3.00    1.39    0.80    0.96
1420℃    2.03    2.76    1.24    0.52
1450℃    2.13    0.92    0.79    1.66    0.93    1.76
表3试验前后生料化学成分对比
化学成分（%）    率值
烧失量 SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO KH n P
试验前  38.04  12.24  3.52  2.62  39.62    1.47    0.960    1.99  1.34
试验后  37.84  12.51  3.57  2.58  39.19  1.51    0.925    2.03  1.38
表4工业试验效果
熟料的烧失量    熟料中f-CaO    窑的台时
（%）    （%）    产量（吨/时）
试验前    1.00～1.97    3.00～4.71    4.10
试验后    0.05～0.55    2.12～2.72    4.80
表5熟料物理力学性能对比
序    0.08号    标准稠    凝结时间    安    耐压/抗折强度（MPa）
号    筛筛余    度用水    定
（%）    量（%）    初凝    终凝    性    三天    七天    二十八天
试    01    4    24.25    2∶25    2∶55    合格    29.3/5.00    39.5/6.4  53.7/7.7
验    02    5    23.75    2∶00    2∶30    合格    28.4/5.3    37.7/6.7  54.3/8.2
前    03    2    24.00    2∶20    2∶50    合格    30.0/4.9    40.5/6.2  52.7/8.2
试    04    4    24.00    3∶15    3∶52    合格    28.9/5.1    39.5/6.4  57.3/8.2
验    05    3    23.75    1∶48    2∶20    合格    30.7/5.3    44.1/6.9  59.6/8.5
后    06    4    23.75    2∶30    2∶50    合格    27.9/4.5    39.9/6.1  58.1/8.0

Claims (3)

1、一种添加晶种生产水泥的方法，其特征在于：所述的晶种为水泥熟料或硅酸盐水泥，其添加量为生料用量的3～10%。
2、根据权利要求1所述的添加晶种生产水泥的方法，其特征在于：所述水泥熟料或硅酸盐水泥的添加可单独粉磨后掺入磨细的生料粉中混匀入窑;
3、根据权利要求1所述的添加晶种生产水泥的方法，其特征在于：所述水泥熟料或硅酸盐水泥的添加可入生料磨磨头同生料一起磨细，并随生料一起入窑。
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