CN109354423A - 一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法 Download PDF

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CN109354423A CN201811316736.4A CN201811316736A CN109354423A CN 109354423 A CN109354423 A CN 109354423A CN 201811316736 A CN201811316736 A CN 201811316736A CN 109354423 A CN109354423 A CN 109354423A
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程启翱
汤轩
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Abstract

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法，由以下重量百分比的原材料制成:孰料76.50～81.50％,燃煤炉渣0.00～6.50％，脱硫石膏1.30～6.00％，粉煤灰1.00～6.20％，石灰石粉0.50～8.50％，水渣0.00～8.30％，孰料由以下重量百分比的原材料制成：石灰石74.50～81.75％，粘土14.50～21.65％，铜渣0.00～4.30％，燃煤炉渣0.50～2.55％，经生料制备、孰料制备和添加料研磨工序制成，孰料制备的原材料使用燃煤炉渣代替部分粘土，并严格控制燃煤炉渣添加比例，配料不仅降低了孰料的热耗，燃煤炉渣含有较高的Mgo,在较多的MgO作用下有效降低了孰料制备时液相的粘度，促进C2S吸收CaO形成C3S，弥补燃煤炉渣相对黏土硅元素含量偏低引起水泥孰料中C3S含量偏低，使得出场水泥强度偏低，安定性降低的问题。

Description

一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
水泥作为水硬性粘合剂是重要的建筑工业产品，为推动现代社会进程起到不可或缺的作用，水泥其发展基本上由波特兰水泥熟料构成。熟料通过在约1450℃下烧结由石灰、砂、粘土和校正材料构成的混合物而制得。在高温反应之后存在如下外来含氧相：阿利特(Ca3SiO5，也被称为C3S)、贝利特(Ca2SiO4，也被称为C2S)、铝酸盐(Ca32O6，也被称为3A)和铁素体(Ca2(AlxFe1-X)2O5，也被称为C4AF)。
针对成品水泥四组外来含氧相，对多种水泥原材料进行化学成分分析后，化学分析结果显示成品水泥四组外来含氧相中的Ca元素主要存在于石灰石等天然矿石原料中，Si和Al元素主要存在于粘土原料中，Fe元素主要由铜渣或钢铁厂冶炼渣提供。
水泥孰料生产中需要用到大量的能量，这些能量主要由煤炭提供，煤炭经燃烧后产生大水泥孰料生产中需要用到大量的能量，这些能量主要由煤炭提供，煤炭经燃烧后产生大量的燃煤炉渣，产生的燃煤炉渣清运将产生高昂的运输费，从而增加生产成本；对燃煤炉渣进行化学分析后，发现其含有成品水泥四组外来含氧相的全部化学元素，与粘土原料相比，燃煤炉渣除Si元素含量低于粘土外，其余成品水泥孰料四组外来含氧相中的其他元素均高于粘土原料；而且对粘土和燃煤炉渣分别进行热值分析，发现燃煤炉渣的热值只有粘土热值的41％左右，因此，采用部分燃煤炉渣替代粘土原料进行水泥制备在化学成分分析是可行的，还可对燃煤炉渣进行垃圾回收利用，燃煤炉渣热值也较低，从而有利于降低水泥生产单位能耗。
中国CN105254193A专利文献公开了一种以废弃物为原料的水泥及水泥熟料的制备方法，该方法以转炉渣、粉煤灰、玻璃渣和生石灰为原料，各原料按重量百分比的配比为：转炉渣8.3～9.5％、粉煤灰13.5～18.8％、玻璃渣14.6～20％、生石灰57～58.3％；经原料预均化、生料粉磨、成球、熟料煅烧、粉磨过程，制成水泥熟料，再将熟料、石膏和转炉渣或粉煤灰混合，制成水泥，本发明的水泥既可作为水泥原料，也可作为掺合料使用，降低了水泥的生产成本，并且制备工艺简单，减少相关的天然资源的利用，更有利于水泥产品的推广；
CN103833241A专利文献公开了一种利用转炉渣制备水泥熟料的方法，由以下重量份的原料组成生料：石灰石87.75～89.75份、砂岩2.9～4.9份、页岩2.75～4.75份、转炉渣2.6～4.6份，转炉渣代替硫酸渣使用，配料降低了熟料的热耗，转炉渣中含有较高的CaO，降低了石灰石的配比量，使生料中的CaCO3减少，从而减少了预分解的热量供给，生料的易烧性得到改善，降低了烧成温度，又提高了熟料的质量；
CN103755172A专利文献公开了一种水泥熟料的低成本生产方法，采用的干基原料配比为石灰石79.89～82.47份，湿排灰3.11～5.4份，黄河淤泥2.13～7.47份，转炉渣2.86～4.42份，铁尾矿2.81～6.17份，砂岩1.24～2.31份，充分利用黄河淤泥、转炉渣、电厂湿排灰等废弃物。
上述专利文献中均描述了利用废弃燃煤炉渣做为水泥孰料部分原材料来取代部分粘土原材料，在废物利用、节能和经济效果上均起到一定的有益效果。但是，对粘土和燃煤炉渣的化学成分分析后，可得知燃煤炉渣相比粘土中Si元素含量少了四分之一以上，而Si元素是水泥孰料成品四组外来含氧相中的阿利特C3S、贝利特C2S形成必不可缺的化学元素，随着燃煤炉渣添加比例的提高势必导致水泥孰料中阿利特C3S、贝利特C2S的降低，而水泥孰料中阿利特C3S含量与水泥强度有密不可分的关系，因此，确定燃煤炉渣添加比例，才能在原料成本、废物利用以及出场产品强度间取得平衡；此外，燃煤炉渣添加超过比例会使煅烧回转窑内生产工况变差，产生飞料，从而会使水泥成品品质进一步变差。
发明内容
针对上述现有技术中燃煤炉渣作为水泥孰料制备原材料之一，燃煤炉渣添加超量引起的水泥强度明显降低、煅烧回转窑工况变差及水泥成品品质变差的问题，本发明提供一种炉渣硅酸盐水泥及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料76.50～81.50％,燃煤炉渣0.50～6.50％，脱硫石膏1.30～6.00％，粉煤灰1.00～6.20％，石灰石粉0.50～8.50％，水渣0.00～8.30％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成：
石灰石74.50～81.75％，粘土14.50～21.65％，铜渣0.00～4.30％，燃煤炉渣0.50～2.55％；
所述粘土中SiO2的重量百分比为64.55～68.35％,Al2O3的重量百分比为10.50～18.30％，Fe2O3的重量百分比为5.15～6.35％，CaO的重量百分比为1.50～2.35％，MgO的重量百分比为1.65～3.45％，SO3的重量百分比0.30～4.50％；
所述燃煤炉渣中SiO2的重量百分比为45.50～53.55％，Al2O3的重量百分比为14.30～19.65％，Fe2O3的重量百分比为16.15～19.50％，CaO的重量百分比为5.45～7.75％，MgO的重量百分比为2.15～4.75％，SO3的重量百分比0.50～1.25％；
所述水渣是混合材，为钢铁厂的冶炼废渣。
本发明的有益效果在于：本发明提供的炉渣硅酸盐水泥及其制备方法，由于燃煤炉渣组分中MgO含量高于粘土，在较多的MgO作用下有效降低了孰料制备时液相的粘度，促进C2S吸收CaO形成C3S，因严格控制了燃煤炉渣的添加量，确保了孰料组成中Si元素的含量，也就是有效规避了燃煤炉渣过量添加引起的孰料组成中Si元素的急剧下降，进而确保生成的孰料中C3S的含量，保证了出场水泥成品的强度；此外以该孰料燃煤炉渣添加量，可有效避免窑内结圈和产生飞料，从而提高水泥成品品质。
本发明提供的炉渣硅酸盐水泥及其制备方法，利用燃煤炉渣代替部分粘土使用并严格控制燃煤炉渣添加比例，由于燃煤炉渣热耗只有粘土原料的41％左右，因而，该配料降低了熟料的热耗，燃煤炉渣相比粘土含有较高的CaO，从而也间接降低了石灰石的配比量，使生料中的CaCO3减少，从而减少了预分解的热量供给，降低了烧成温度，改善了生料的易烧性。
本发明提供的炉渣硅酸盐水泥及其制备方法，确定燃煤炉渣添加量2.28％时，燃煤炉渣相比粘土原料节约3.18元/吨，熟料煤耗节约4.64kg/t，经济效果显著；
本发明提供的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，燃煤炉渣相比粘土中CaO、Fe2O3、MgO、Al2O3的含量相对较高，用其部分替代粘土原料生产水泥可加强水泥强度和耐久性，同时减少资源消耗，减轻环境负荷。
本发明提供的炉渣硅酸盐水泥及其制备方法，在水泥熟料的研磨混合料中加入燃煤炉渣，替代部分粉煤灰或石灰石粉作为混合料，不仅实现了对废料的回收利用，降低混合料价格，还节约了燃煤炉渣清运费。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.00～81.00％,燃煤炉渣1.50～5.50％，脱硫石膏2.00～5.50％，粉煤灰2.00～4.50％，石灰石粉1.50～7.50％，水渣1.50～6.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石76.50～80.50％，粘土16.00～20.50％，铜渣0.10～3.20％，燃煤炉渣1.00～2.45％。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.50～80.00％,燃煤炉渣3.00～5.00％，脱硫石膏3.00～5.00％，粉煤灰2.50～3.50％，石灰石粉2.50～6.50％，水渣3.50～5.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石78.50～79.50％，粘土16.50～18.50％，铜渣0.30～1.50％，燃煤炉渣1.80～2.40％。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料79.50％,燃煤炉渣4.00％，脱硫石膏4.50％，粉煤灰3.00％，石灰石粉4.00％，水渣5.00％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石79.00％，粘土17.50％，铜渣1.22％，燃煤炉渣2.28％。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)生料制备：将石灰石等大块硬质原材料经破碎机破碎至大小25mm左右的块料，将块料水分压滤至≤25％，燃煤炉渣进场水分控制在≤16％，粘土等含水原材料送入烘干机烘干，然后将石灰石、粘土、铜渣和燃煤炉渣按照所述重量百分比进行混合，送入球磨机内，研磨成较细的生料粉，随即输入至搅拌库，在库中用压缩空气搅拌,并调整成分至合格的生料粉；
(2)孰料制备：将步骤(1)中均化的生料粉送入水泥回转窑进行煅烧并冷却，制得水泥孰料；
(3)水泥制成：向步骤(2)中制得的水泥孰料中按所述重量百分比加入燃煤炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、石灰石粉、助磨剂和水渣，混合均匀后进行研磨制成水泥成品。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，步骤(1)中，生料粉的细度要求为80微米筛筛余15～20％。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，步骤(2)制得的孰料率值为：KH＝0.90～0.94，N＝2.4～2.7，P＝1.2～1.5；以该配方生产的水泥孰料率值KH符合国家标准0.87～0.96间，既保证了水泥强度，又不会产生过多的游离CaO从而水泥安定性能也得到保证；N也完全符合行业标准范围2.4～2.7，N在这个范围中既保证了水泥的强度，对熟料的易烧性和操作有利，又不会造成窑内结圈和结大块等问题，p值落入行业标准范围0.64～3.0间，平衡了C3S易形成液相范围和窑内煅烧范围，保证了水泥成品强度，又使得窑内煅烧容易。
进一步，上述的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，步骤(3)中，研磨磨粉控制比表面积为360±10m2/kg，相同材料的水泥比表面积越大则强度越高。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
一种炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料76.50～81.50％,燃煤炉渣0.50～6.50％，脱硫石膏1.30～6.00％，粉煤灰1.00～6.20％，石灰石粉0.50～8.50％，水渣0.00～8.30％；
孰料由以下重量百分比的原材料制成：
石灰石74.50～81.75％，粘土14.50～21.65％，铜渣0.00～4.30％，燃煤炉渣0.50～2.55％；
粘土中SiO2的重量百分比为64.55～68.35％，Al2O3的重量百分比为10.50～18.30％，Fe2O3的重量百分比为5.15～6.35％，CaO的重量百分比为1.50～2.35％，MgO的重量百分比为1.65～3.45％，SO3的重量百分比0.30～4.50％；
燃煤炉渣中SiO2的重量百分比为45.50～53.55％，Al2O3的重量百分比为14.30～19.65％，Fe2O3的重量百分比为16.15～19.50％，CaO的重量百分比为5.45～7.75％，MgO的重量百分比为2.15～4.75％，SO3的重量百分比0.50～1.25％；
水渣是一种混合材，为钢铁厂的冶炼废渣。
粘土选自新疆阿勒泰地区富蕴县本地出产的粘土，生产水泥用燃煤炉渣采用新疆昌吉地区五彩湾宜化煤矿出产的燃煤燃烧后产生的炉渣，对粘土和燃煤燃烧后产生的燃煤炉渣进行化学全分析，分析结果如下表所示：
表(1)：粘土和燃煤炉渣化学全分析
从表(1)中，可以分析出如下结果：燃煤炉渣相比粘土SiO2含量少了近27.00％，燃煤炉渣中Si元素同程度也将降低27％，那么将燃煤炉渣替代部分粘土作为制作水泥熟料原料后，水泥熟料中的四大外来含氧相中的阿利特Ca3SiO5(C3S)和贝利特Ca2SiO4(C2S)含量也将同步降低，而水泥强度与阿利特Ca3SiO5(C3S)含量呈正比关系；因此，为了水泥出厂强度考虑，那么必定存在一个生产硅酸盐水泥使用燃煤炉渣的较优的添加范围；燃煤炉渣中MgO含量较粘土中高出50％，在水泥回转窑内烧制时，当MgO含量在过度区间范围时，在较多的MgO作用下有效降低了孰料制备时液相的粘度，促进C2S吸收CaO形成C3S，可弥补燃煤炉渣Si元素含量偏低引起阿利特Ca3SiO5(C3S)骤降，此外燃煤炉渣中Al2O3和Fe2O3含量较粘土中含量偏高，因此，在制备熟料的过程中，可减少水渣的添加量，有利于降低原料成本。
优选一：一种炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.00～81.00％,燃煤炉渣1.50～5.50％，脱硫石膏2.00～5.50％，粉煤灰2.00～4.50％，石灰石粉1.50～7.50％，水渣1.50～6.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石76.50～80.50％，粘土16.00～20.50％，铜渣0.10～3.20％，燃煤炉渣1.00～2.45％。优选二：一种炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.50～80.00％,燃煤炉渣3.00～5.00％，脱硫石膏3.00～5.00％，粉煤灰2.50～3.50％，石灰石粉2.50～6.50％，水渣3.50～5.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石78.50～79.50％，粘土16.50～18.50％，铜渣0.30～1.50％，燃煤炉渣1.80～2.40％。
优选三：一种炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料79.50％,燃煤炉渣4.00％，脱硫石膏4.50％，粉煤灰3.00％，石灰石粉4.00％，水渣5.00％；
孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石79.00％，粘土17.50％，铜渣1.22％，燃煤炉渣2.28％。
在燃煤炉渣替代粘土制备水泥时，准备一组对照实验组:对照实验组生产的硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成：
孰料79.50％,燃煤炉渣4.00％，脱硫石膏4.50％，粉煤灰3.00％，石灰石粉4.00％，水渣5.00％；
孰料由以下重量百分比的原材料制成：
石灰石79.00％，粘土19.78％，铜渣1.22％。
对照例各项检测数据如表(2)所示：
表(2)
表(2-1)：对照实验组热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
对照例 34.51 14.2 3.27 2.16 43.08 0.54 0.922 2.61 1.51
检测设备：采用EX-2500型X-射线衍射仪，用于分析水泥熟料的物相组成，以及各水泥原料的全化学分析，WDW3100－微控电子万能试验机，用于测试水泥样品的抗压强度和抗折强度。
水泥强度判断标准：(低强判断标准，抗压强度：26.0MPa≤3d＜27.5MPa，抗压强度52.5MPa≤28d＜54.0MPa，抗折强度5.0MPa≤3d＜5.4MPa，抗折强度8.0MPa≤28d＜8.5MPa；中强判断标准：抗压强度：27.5MPa≤3d＜28.5MPa,抗压强度54.0MPa≤28d＜55.0MPa，抗折强度5.4MPa≤3d＜5.8MPa，抗折强度8.5MPa≤28d＜9.0MPa；高强判断标准：抗压强度3d≥28.5MPa,抗压强度28d≥55.0MPa，抗折强度3d≥5.8MPa，抗折强度28d≥9.0MPa；强度不合格标准，抗压强度3d＜26.0MPa,抗压强度28d＜52.5MPa，抗折强度3d＜5.0MPa，抗折强度28d＜8.0MPa。)
在以对照实验组作为对照实验的基础上，以炉渣负荷硅酸盐水泥的熟料燃煤炉渣添加量做变量，进行15组实施例实验，具体实施例如下：
实施例1：
表1：实施例1各项参数
表1-1：实施例1热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例1 35.10 14.05 3.30 2.17 43.20 0.50 0.928 2.58 1.49
与对照例相比，实施例1各项参数均有微弱的变动，其中抗折强度和抗压强度均有小幅度的下降，但属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗也开始降低。
实施例2：
表2：实施例2各项参数
表2-1：实施例2热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例2 35.10 14.00 3.40 2.19 43.20 0.50 0.930 2.57 1.49
与对照例1相比，实施例2各项参数也有一定的变化，但依旧不明显，其中抗折强度和抗压强度较实施例1均有小的下降，但属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗也开始降低。
实施例3：
表3：实施例3各项参数
表3-1：实施例3热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例3 35.10 13.90 3.43 2.20 43.20 0.50 0.945 2.47 1.56
与实施例2相比，该实施例各项参数开始显现一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例2均有小量的下降，但属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗也开始降低，也就是说以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出抗压强度和抗折强度均较高的水泥产品。
实施例4：
表4：实施例4各项参数
表4-1：实施例4热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例4 34.25 13.85 3.45 2.25 43.00 0.57 0.955 2.46 1.48
与实施例3相比，该实施例各项参数开始显现一定的波动变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例3均有小量的波动，属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，也就是说以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出抗压强度和抗折强度均较高的水泥产品。
实施例5：
表5：实施例5各项参数
表5-1：实施例5热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例5 34.80 13.65 3.50 2.31 43.00 0.60 0.960 2.43 1.47
与实施例4相比，该实施例各项参数开始显现一定的波动变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例4均有小量的升高，属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出抗压强度和抗折强度均较高的水泥产品。
实施例6：
表6：实施例6各项参数
表6-1：实施例6热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例6 34.65 13.55 3.61 2.33 42.88 0.60 0.965 2.41 1.43
与实施例5相比，该实施例各项参数显现一定的波动变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例5均有一定的升高，其原因在于随着熟料制备燃煤炉渣添加量的升高，原料成分中MgO和CaO逐渐升高，而MgO含量达到过度含量，MgO过度含量为0.60～0.65％，这时在较多的MgO作用下有效降低了孰料制备时液相的粘度，促进C2S吸收CaO形成C3S，最终水泥成品抗折和抗压强度的微量提高，属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出抗压强度和抗折强度均较高的水泥产品。
实施例7：
表7：实施例7各项参数
表7-1：实施例7热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例7 34.25 13.90 3.63 2.36 42.88 0.63 0.935 2.48 1.41
与实施例6相比，该实施例各项参数显现一定的波动变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例6均有一定的升高，原因在于随着熟料制备燃煤炉渣添加量的升高，原料成分中MgO和CaO逐渐升高，而MgO含量依旧在0.60～0.65过度含量范围中，这时在较多的MgO作用下有效降低了孰料制备时液相的粘度，促进C2S吸收CaO形成C3S，最终水泥成品抗折和抗压强度的微量提高，属于高强抗压和高强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出高强抗压和高强抗折的水泥产品。
实施例8：
表8：实施例8各项参数
表8-1：实施例8热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例8 34.03 14.10 3.68 2.39 43.07 0.67 0.940 2.45 1.42
与实施例7相比，该实施例各项参数开始显现一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例7均有小幅度的降低，原因在于随着熟料制备燃煤炉渣添加量的升高，原料成分中MgO和CaO逐渐升高，而MgO含量超过0.60～0.65过度含量范围中，这时过量的MgO作用下开始抑制孰料制备时液相粘度的降低，抑制C2S吸收CaO形成C3S，这时，由于孰料制备燃煤炉渣添加量具有一定比例，孰料化学成分上Si元素含量偏低，加之过量MgO抑制C2S吸收CaO形成C3S，使得水泥制品强度呈明显降低，水泥制品属于中强抗压和中强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，既以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出中强中耐久性的水泥产品。
实施例9：
表9：实施例9各项参数
表9-1：实施例9热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例9 34.15 14.24 3.71 2.41 43.00 0.60 0.942 2.44 1.42
与实施例8相比，该实施例各项参数开始显现一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例8均有一定的降低，水泥制品则属于中强抗压和中强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出中强抗压和中强抗折的水泥产品。
实施例10：
表10：实施例10各项参数
表10-1：实施例10热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例10 34.04 14.21 3.69 2.40 42.91 0.62 0.945 2.46 1.43
与实施例9相比，该实施例各项参数均有一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例9均有一定的降低，水泥制品则属于低强抗压和低强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，既以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出低强抗压和低强抗折的水泥产品。
实施例11：
表11：实施例11各项参数
表11-1：实施例11热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例11 34.10 14.23 3.68 2.42 42.50 0.63 0.948 2.47 1.43
与实施例10相比，该实施例各项参数有一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例10均有一定的降低，水泥制品则属于低强抗压和低强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，既以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出低强抗压和低强抗折的水泥产品。
实施例12：
表12：实施例12各项参数
表12-1：实施例12热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例12 33.80 13.97 3.72 2.45 42.87 0.58 0.953 2.45 1.41
与实施例11相比，该实施例各项参数有一定的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例11均有大幅的降低，水泥制品则属于低强抗压和低强抗折范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，可生产出低强抗压和低强抗折的水泥产品。
实施例13：
表13：实施例13各项参数
表13-1：实施例13热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例13 33.40 13.52 3.95 2.85 43.55 0.60 0.960 2.41 1.40
与实施例12相比，该实施例各项参数有较大的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例12均有较大的降低幅度，而抗压强度和抗折强度则首次出现低于合格线标准的情况，由于3d抗压强度和3d抗折强度在合格线水平以下，可认定为孰料制备时燃煤炉渣添加量在3.00～3.50％存在一个产品强度合格与否的燃煤炉渣临界添加线；以该实施例燃煤炉渣添加量生产的水泥制品则属于强度不合格范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，生产出的水泥产品抗折强度和抗压强度将低于合格水平线下，导致水泥不能达到出场标准。
实施例14：
表14：实施例14各项参数
表14-1：实施例14热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例14 32.80 13.10 4.05 2.95 43.75 0.65 0.973 2.35 1.36
与实施例13相比，该实施例各项参数有较大的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例13均有较大的降低幅度，而抗压强度和抗折强度则继续低于且不断远离合格线标准，该实施例水泥制品属于不合格范围内，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，生产出的水泥产品抗折强度和抗压强度将低于合格水平线下，导致水泥不能达到出场标准。
实施例15：
表15：实施例15各项参数
表15-1：实施例15热值及化合物含量表
LOSS SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO KH SM AM
实施例15 32.10 13.80 4.25 3.12 44.15 0.68 0.982 2.30 1.32
与实施例14相比，该实施例各项参数有较大的变化，其中抗折强度和抗压强度较实施例14均有较大的降低幅度，而抗压强度和抗折强度则继续低于且不断远离合格线标准，生产水泥热值消耗则在逐步降低，即以该实施例的燃煤炉渣添加量，生产出的水泥产品抗折强度和抗压强度将低于合格水平线下，导致水泥不能达到出场标准。
在进行各实施例配比实验时，为使试验过程顺行，减少生产过程造成波动，先用0.30％的炉渣代替粘土进行配料，操作人员能够稳定驾驭生产后，再逐步加大燃煤炉渣用量；使得燃煤炉渣从0.30％提到4.50％。
燃煤炉渣配比添加到1％窑内煅烧有细微变化，投料195t/h，二次风温1050-1150度左右，窑速3.6r/min窑电流350A-450A，五级下料管温度在830-860度，一级筒出口温度330-340度。
燃煤炉渣配比在2％时.窑内煅烧稳定，投料195t/h，二次风温1080-1150度左右，窑速3.6r/min窑电流320A-400A，五级下料管温度在810-830度，一级筒出口温度320度以下。
燃煤炉渣配比添加到3％窑内工况变差，投料190t/h，二次风温1000-1100度左右，窑速3.6r/min窑电流350A-450A，五级下料管温度在830-860度，一级筒出口温度330-340度，飞沙料增多。
将对照例和实施例1～实施例15各项参数进行详细分析，符合出厂水泥强度标准的是：对照例和实施例1～实施例12，即孰料制备中燃煤炉渣添加量在0.00％～3.00％符合产业标准，但是鉴于实际生产中燃煤炉渣添加至3.00％时，窑内工况变差，二次风温不稳定，飞沙料增多，产生烧结，因此在产业上也是应该剔除的；不符合出厂水泥强度标准的是：实施例13～实施例15，也就是孰料制备燃煤炉渣添加量在3.50％～4.50％是不符合产业标准的；其中，水泥强度高强的为对照例和实施例1～实施例7，水泥强度中强的为实施例8和实施例9，水泥强度低强的为实施例10～实施例12；综合考虑水泥强度、耐久性以及原料替代成本，实施例7综合效果最优，即孰料制备时，燃煤炉渣替代粘土添加量为2.28％时，在水泥原料成本、燃烧热值、出厂水泥强度和耐久性取得了平衡，综合效果最佳。
制备上述炉渣硅酸盐水泥的方法，包括以下步骤：
(1)生料制备：将石灰石等大块硬质原材料经破碎机破碎至大小25mm左右的块料，将块料水分压滤至≤25％，燃煤炉渣进场水分控制在≤16％，粘土等含水原材料送入烘干机烘干，然后将石灰石、粘土、铜渣和燃煤炉渣按照所述重量百分比进行混合，送入球磨机内，研磨成较细的生料粉，随即输入至搅拌库，在库中用压缩空气搅拌,并调整成分至合格的生料粉；
(2)孰料制备：将步骤(1)中均化的生料粉送入水泥回转窑进行煅烧并冷却，制得水泥孰料；
(3)添加料研磨：向步骤(2)中制得的水泥孰料中按所述重量百分比加入燃煤炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、石灰石粉、助磨剂和水渣，混合均匀后进行研磨制成水泥成品。
本实验采用小磨实验，破碎机选择常规原石破碎机，球磨采用SM500*500型试验磨，焙烧设备采用SX-12-16高温箱式电阻炉取代水泥回转窑进行烧焙。
对进厂燃煤炉渣进行化验，化验结果如下：
表(3)进厂燃煤炉渣化验结果
时间 外水分％ 内水分％ 灰份％ 挥发份％ 固定碳％ 干燥热值KJ/kg 收到基热值KJ/kg
20 16.00 2.41 5.60 5.80 16.20 5375.86 4258.37
21 13.98 1.82 72.23 4.74 21.21 6817.91 5645.02
22 14.20 2.00 75.80 4.40 17.80 5465.77 4453.92
23 12.00 3.65 67.17 7.59 21.59 7950.48 7000.39
合计 14.05 2.47 72.70 5.63 19.20 6402.51 5339.43
从表(3)可获知，进厂燃煤炉渣各项数据符合生产标准，比如燃煤炉渣进场水分平均控制在≤14.05％，燃煤炉渣最大进厂水分16％，最高值和平均值均小于燃煤炉渣进厂水分≤16％的标准，符合生产要求；生料粉的细度焙烧要求为80微米筛筛余15～20％，可避免生料粉在箱式电阻炉内烧结的情况。
步骤(2)制得的孰料率值为：KH＝0.90～0.94，N＝2.4～2.7，P＝1.2～1.5，孰料液相粘度和稳定性较佳。研磨磨粉时控制比表面积360±10m2/kg，水泥比表面积(细度)是影响水泥一系列建筑性质的重要物理指标，同样成分的水泥，颗粒越细，与水接触的面积越大，水化反应速度越快，并且水化反应更充分，其强度特别是早期强度会越大；但是颗粒越细，硬化时收缩大，易发生裂纹，对混凝土会产生很大的影响，同时加工成本也会相应增大，所以水泥也不能过细，符合研磨磨粉控制比表面积≥350m2/kg的行业标准。
采用上述水泥制备方法及严格按照上述各生产条件进行生产，可生产出各实施例检测的水泥。

Claims (8)

1.一种炉渣硅酸盐水泥，其特征在于：由以下重量百分比的原料制成:
孰料76.50～81.50％,燃煤炉渣0.50～6.50％，脱硫石膏1.30～6.00％，粉煤灰1.00～6.20％，石灰石粉0.50～8.50％，水渣0.00～8.30％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成：
石灰石74.50～81.75％，粘土14.50～21.65％，铜渣0.00～4.30％，燃煤炉渣0.50～2.55％；
所述粘土中SiO2的重量百分比为64.55～68.35％，Al2O3的重量百分比为10.50～18.30％，Fe2O3的重量百分比为5.15～6.35％，CaO的重量百分比为1.50～2.35％，MgO的重量百分比为1.65～3.45％，SO3的重量百分比0.30～4.50％；
所述燃煤炉渣中SiO2的重量百分比为45.50～53.55％，Al2O3的重量百分比为14.30～19.65％，Fe2O3的重量百分比为16.15～19.50％，CaO的重量百分比为5.45～7.75％，MgO的重量百分比为2.15～4.75％，SO3的重量百分比0.50～1.25％；
所述水渣是混合材，为钢铁厂的冶炼废渣。
2.根据权利要求1所述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.00～81.00％,燃煤炉渣1.50～5.50％，脱硫石膏2.00～5.50％，粉煤灰2.00～4.50％，石灰石粉1.50～7.50％，水渣1.50～6.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石76.50～80.50％，粘土16.00～20.50％，铜渣0.10～3.20％，燃煤炉渣1.00～2.45％。
3.根据权利要求1所述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料77.50～80.00％,燃煤炉渣3.00～5.00％，脱硫石膏3.00～5.00％，粉煤灰2.50～3.50％，石灰石粉2.50～6.50％，水渣3.50～5.50％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石78.50～79.50％，粘土16.50～18.50％，铜渣0.30～1.50％，燃煤炉渣1.80～2.40％。
4.根据权利要求1～3任一所述的炉渣硅酸盐水泥，由以下重量百分比的原料制成:
孰料79.50％,燃煤炉渣4.00％，脱硫石膏4.50％，粉煤灰3.00％，石灰石粉4.00％，水渣5.00％；
所述孰料由以下重量百分比的原材料制成；
石灰石79.00％，粘土17.50％，铜渣1.22％，燃煤炉渣2.28％。
5.根据权利要求1～4任一所述的炉渣硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)生料制备：将石灰石等大块硬质原材料经破碎机破碎至大小25mm左右的块料，将块料水分压滤至≤25％，燃煤炉渣进场水分控制在≤16％，粘土等含水原材料送入烘干机烘干，然后将石灰石、粘土、铜渣和燃煤炉渣按照所述重量百分比进行混合，送入球磨机内，研磨成较细的生料粉，随即输入至搅拌库，在库中用压缩空气搅拌,并调整成分至合格的生料粉；
(2)孰料制备：将步骤(1)中均化的生料粉送入水泥回转窑进行煅烧并冷却，制得水泥孰料；
(3)添加料研磨：向步骤(2)中制得的水泥孰料中按所述重量百分比加入燃煤炉渣、脱硫石膏、粉煤灰、石灰石粉和水渣，混合均匀后进行研磨制成水泥成品。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，生料粉的细度要求为80微米筛筛余15～20％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(2)制得的孰料率值为：KH＝0.90～0.94，N＝2.4～2.7，P＝1.2～1.5。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，研磨磨粉控制比表面积为360±10m2/kg。
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