CN1027971C - 高铁多功能水泥熟料 - Google Patents

Abstract

一种用低质原燃料生产高铁多功能水泥熟料方法，系用低品位石灰石(CaO含量46-50)含砂量＞4%-10%粘土矿和低热值无烟煤(发热量3800-4300大卡/kg)生产具有早强快硬耐磨性和抗硫酸盐性好的多用途水泥。其率值选择和矿物组成方面完全不同于普通硅酸盐水泥，采用以高铁(P≤0.90)和高饱和比(KH＝0.980±0.03)和适当的复合矿化剂配料方案，烧成以硅酸三钙(C₃S)、氟铝酸四钙(C₄AF)为主、含有适量硫铝酸钙(C₄A₃S)、氟铝酸钙(C₁₁A₇CaF₂)的熟料，其液相粘度小，烧成温度低、以中散料为主，易磨节能，台时产量可提高10-15%，煤耗下降10-15%。

Description

本发明涉及到一种生产高铁硅酸盐水泥熟料，特别是一种用低质、低品位原燃料生产高铁多功能水泥熟料。

在水泥行业也存在产品更新换代和结构调整问题，其特点表现在三个方面。1、向高标号发展。过去的325^＃水泥已被现在的425^＃、525^＃或625^＃水泥所代替;2.向早期强度发展。由普通水泥发展为早强（R）型水泥;3.向专用水泥发展。近年来，随着市场的需求，“道路水泥”、“抗硫酸盐水泥”等专用水泥相继问世，尽管国家尚无该品种水泥标准。据广西科技情报研究所“科技成果检索查新”报告（用微机终端），对《全国报刊杂志》等（附1页检索查新结果表明，没有查出用低质、低品位原燃料生产高铁硅酸盐多功能水泥熟料方法的报道。只查出了由广东科技报1989年6期刊登的，“高铁硅酸盐水泥”（早强型）的报道（见附2页），但这个技术也是发明人钟兴彪同志所先期研制的属本发明的前期成果，其技术工艺流程配料方案等技术资料没有向社会公开。

本发明的目的在于提供一种发明人钟兴彪同志在其原来研制成功“高铁硅酸盐水泥”（早强型）的基础上更进化一步利用低质、低品位原燃料生产高铁硅酸盐多功能水泥熟料方法。该水泥熟料具有早强快硬、抗硫酸盐腐蚀和耐磨性能好等多种性能，可配制多功能水泥，替代“普通水泥”、“早强水泥”、“道路水泥”和“抗硫酸盐水泥”等。用高铁多功能水泥熟料生产的水泥包括“高铁硅硫酸盐水泥”“高铁硅酸盐水泥”（早强型）和“高铁普通硅酸盐水泥”和“高铁普通硅酸盐水泥”（早强型）。也可以用高铁多功能水泥熟料生产矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥或生产快硬水泥、（只有一、三天强度）道路水泥、水工水泥等专用水泥。该品种不泥熟料液相粘度小，不易粘结，降低窑面操作劳动强度，提高台时产量10-15%，铁相是低温液相矿物，降低液相温度获得了比较好的节能效果，可降低煤耗10-15%;铁相具有较好的耐磨性和抗硫酸盐性，是生产“道路水泥”和“抗硫酸盐水泥”的重要矿物;该品种水泥熟料适应性强，一般工艺条件比较好的水泥厂均可组织生产，无需要增加设备投资，为我国水泥产品更新换代创立了一条新路。

本发明的应用原理：高铁硅酸盐多功能水泥熟料的配方设计与率值选择与现行普通硅酸盐水泥熟料差别很大，其＜0.90采用高饱和比和适量的复合矿化剂，其矿物组成以硅三钙（C₃S）、铁铝酸四钙（C₄AF）为主，适量的硫铝酸钙（C₄A₃S）、氟铝酸钙（C₁₁A₇CaF₂）为辅，排除或减少了常规水泥带入的强度极低的硅酸二钙（C₂S）后期倒退的铝酸三钙（C₃A），采用高铁配料方案，选择适当的熟料三个率值（饱和比系数、硅率、铁率）和适当复合矿化剂掺入量（主要控制氟硫比0.15-0.6），使物料在煅烧上时液相的出现温度降低至1200℃左右（传统为1250-1280℃），而且由于氧化铝含量相应减少，使液相的粘度减少，烧成温度也稍降为1300℃左右，有利于烧成，由于采用了高铁高饱和比和适当的煤的掺量降低了液相粘度和液相温度，使物料在煅烧过程中避免了结大块，结圈、粘边等不良现象，促进了硅酸三钙（主要硅酸盐矿物）和氟铝酸钙、硫铝酸钙（早强矿物）的形成， 从而达到早强的目的。经过煅烧后所得的高铁水泥熟料，无论是从化学成分、矿物组成、岩相结构、物理-力学性能等都与传统的熟料是不同的。

一、实际生产的高铁水泥熟料的形成过程大致如下：

1.预烧过程（包括干燥、预热和分解反应）

湿料球进入窑后、受到热气流加热、水分蒸发、随着物料向下运动，物料湿度继续升高，当达500-600℃时，高岭土进行脱水反应，至1000℃时，碳酸盐大量分解，并进行了部分固相反应。

2.煅烧过程

当温度达1000-1200℃时，物料发生固相反应生成大量C₄AF和C₂S当温度达1200℃时，开始出现液相，当湿度达1300-1350℃物料进入熟料烧结过程，C₂S大量吸收游离石灰石形成C₃S，化学反应完成。

3.冷却过程

熟料从1300-1350℃开始冷却至200℃左右。

二、高铁多功能水泥熟料配料方案一般的控制范围：

熟料率值：

饱和比：KH＝0.980±0.030;

硅率：n＝1.60±0.20;

铁率：P＝0.80±0.10;

化学成分：

CaO：63.50～65.50

F^-/SO₃＝0.15～0.60

SiO₂：18.50～19.50

Al₂O₃：5.00～6.00

Fe₂O₃：6.00～700

MgO＜4.0

矿物组成：

C₃S：55～70%

C₂S：0～5%

C₃A：2～6%

C₄A⁰ ₂F：18～24%

C₄A₃S+C₁₁A₂·CaF₂：2-8%

三、立窑煅烧操作方法采用压边部，提中火的规程进行以稳定底火为目的，实行浅暗火操作，多成球轻压料面，让料球自然滚到中部，以利于整个窑面的通风。只有勤于判断底火，确保上火速度，加料速度和卸料速度平衡，操作时注意把边部的大块料（φ30厘米左右）用钢钎搬到中间，就能保证窑的热工温度稳定。

四、方案实施举例：

配料方案：

（1）原燃材料的化学成分：

（表见文后）

本地低质煤的工业分析：（%）

挥发份    灰份    固定碳    低位热值    水

（千卡/公斤）    份

7.82    43.30    48.88    4008    4.00

熟料耗煤控制为≤150公斤标煤/吨熟料

（2）、原料配比（应用基）

物料名称    石灰石    粘土    铁粉    煤

配比（重量%）    70.01    10.68    3.45    15.86

出磨生料C₂CO₃滴定值控制为：69.00±0.5;Fe₂O₃滴定值控制为：3.80±0.20;

（3）、生料化学成分

烧失量 SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO 总计

38.78    11.58    3.45    3.98    38.85    0.62    97.26

生料中含氟化钙（CaF₂）：0.30～1.00%含石膏（CaSO₄）：0.50-1.00%

（4）、熟料化学成分、矿物组成及其率值

SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO SO₃总计 fcao

18.91    5.64    6.50    63.46    1.01    1.25    96.67    2.00

$\mathrm{饱和比KH\; ＝}\frac{{\mathrm{CaO\; -\; 1.65Al}}_2{O}_3{\mathrm{-\; 0.35Fe}}_2{O}_3{\mathrm{-\; 0.7}}_{{\mathrm{SO}}_3}}{{\mathrm{2.8SiO}}_2}$

                                    ＝0.980

$\mathrm{硅率n\; =}\frac{{\mathrm{SiO}}_2}{}\mathrm{=\; 1.56}$

铁率p＝Fe₂O₃/Al₂O₃＝0.87

C.S＝3.8（3KH-2）SiO₂＝67.44%

C.S＝8.61（1-KH）SiO₂＝3.25%

C.A＝2.65（Al₂O₃-0.64Fe₂O₃）%＝3.90%

C.Af＝30.4Fe₂O₃＝19.76%

3、实施方案分析：

1、采用高铁配料方案所得的高铁水泥熟料，具有早期强度高，耐磨性能和抗硫酸盐性能优良等特点：

（1）甲期强度高（下表为工厂实际生产数据）

高铁多功能熟料强度指标值

（表见文后）

（石膏掺入量为6%，比表面积3000±1000m²/g

（2）耐磨和抗硫酸盐性能优良

高铁水泥熟料试件在硫酸盐溶液（浓度：K₂SO₄9.0克/毫升）中浸泡6个月后的强度为：抗压673kg/cm²，抗折91kg/cm²，而在水中养护的同样试件抗压强度为：659kg/cm²，抗折强度83kg/cm²，这说明了高铁水泥熟料的抗硫酸盐性能优良，再者高铁水泥熟料磨耗为2.79g/cm²，而华新水泥厂的高铝熟料磨耗为3.02g/cm²，这也说明了高铁水泥熟料耐磨性能良好。

（3）应用本发明的优点是使立窑产量提高10～15%，降低煤耗10～15%;可控制在150公斤标煤，吨熟料以下，熟料强度达60%以上，对原燃材料无特别要求，可在原有的工艺基础上改用本方法。采用高铁配方使熟料在煅烧过程中避免了结大块、结圈、粘边等现象，便于控制底火的稳定，特别是物料一经烧结后，出现收缩脱离窑壁的现象，有利于操作和判断，减轻了工人的劳动强度。生产的高铁普通硅酸盐水泥（早强型）经上海第七建筑公司海南分公司、海口市石料厂、海口市房产公司等有关单位在海口市马村火电厂和海南乐东水电站的建设用了近10万吨该品种水泥中证明了该品种水泥性能优良，早期强度高，色泽美观、和易性好，可在一般工艺条件较好的机立窑厂推广应用。其工艺设备流程见附图。

物料 烧失量 SiO₂Al₂O₃Fe₂O₃CaO MgO 总

名称    计

石灰石    40.38    1.31    0.05    0.36    54.69    0.55    97.34

粘土    11.78    53.74    18.61    9.35    0.49    0.80    94.71

铁粉    4.24    30.15    8.03    50.53    2.90    1.47    97.72

煤灰    57.73    17.10    15.15    5.45    0.70    96.16

编号    时间    抗压强度（MPa）    抗折强度（MPa）

八九年    1天    3天    7天    28天    1天    3天    7天    28天

十一月

19.1    35.9    45.7    59.2    4.1    5.7    6.5    7.7

平均

1＝

十二月

平均    20.4    37.2    48.3    60.3    4.2    5.8    6.8    8.0

十一月

19.5    35.7    45.8    59.2    4.2    5.9    6.6    7.6

平均

2＝

十二月

20.7    37.5    48.3    60.4    4.2    5.9    6.8    8.0

平均

Claims (4)

1、一种高铁多功能水泥熟料，其特征在于熟料化学成分(重量%)：

SiO₂18.50-19.50

Al₂O₃5.00-6.00

Fe₂O₃6.50-7.00

CaO   63.46-65.50

MgO   小于4%

2、按照权利要求1所述的高铁多功能水泥熟料，其特征在于高铁多功能水泥熟料对KH值的控制是0.95-1.01。

3、按照权利要求1所述的高铁多功能水泥熟料，其特征在于熟料的复合矿化剂的含量：CaF₂小于2%，SO₃小于3%，即CaF₂+SO₃小于5%，F-/SO₃＝0.15-0.60。

4、按照权利要求1所述的高铁多功能水泥熟料，其特征在于熟料矿物组成（重量%）：

硅酸三钙（C₃S） 55-70

硅酸二钙（C₂S） 0-5

硅酸三钙（C₃A） 2-6

铁铝酸四钙（C₄AF） 18-24

硫铝酸钙（4AF）+氟铝酸钙（C₁₁A₇CaF₂） 2-8。

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