CN110104971B - 一种水泥熟料加工工艺及水泥熟料 - Google Patents

一种水泥熟料加工工艺及水泥熟料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水泥熟料加工的技术领域，具体涉及一种水泥熟料加工工艺，其包括如下操作步骤：（1）生料的预处理：配制生料、均化生料、生料预热及预分解；（2）熟料烧成：向回转窑内喂入混合燃料，将窑内温度控制在1100‑1300℃；将步骤（1）中预分解后的生料送入回转窑，烧结10‑20min，经篦冷机冷却后生成熟料；所述混合燃料包括重量配比为（0.2‑0.5）：（1‑1.5）：（2‑5）的竹屑、木屑和煤粉；采用本发明的加工工艺，可以降低熟料的烧结温度、缩短烧结时间、相对减少了煤粉用量，降低了能耗；本发明还涉及用该工艺加工得到的水泥熟料，其各项性能均达标，并且28d的抗压强度最高可达63.7MPa。

Description

一种水泥熟料加工工艺及水泥熟料
技术领域
本发明涉及水泥熟料加工的技术领域，具体涉及一种水泥熟料加工工艺及水泥熟料。
背景技术
水泥熟料是以石灰石、粘土和铁质原料为主要原料，按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品，用于水泥的生产加工中。目前，将生料烧结为熟料多是在回转窑内完成：通过向回转窑内通入循环热风、生料和燃料，在1000℃以上的烧结温度下将生料烧结为熟料。
目前，多采用单独的煤粉作为向回转窑内提供热量的燃料，每生产1吨熟料大约需要140kg的煤粉，能耗较大。煤粉的着火点一般为500-700℃，若回转窑内的热工制度不平衡，极易延迟煤粉的燃烧起点，并且使煤粉达到最大燃烧速度时的温度范围偏高，从而造成回转窑内烧结温度的升高；传统的窑温有些高达1400-1500℃，并且烧结时间长达1h以上，煅烧效率低，能耗大。由于我国目前优质煤炭资源紧缺，价格较高，因此实际生产中的煤粉细度难以达标(8％-15％内为达标)；而煤粉细度不达标会导致煤粉燃烧不充分，使燃烧后的灰分沉落在烧成带的熟料颗粒表面，造成熟料颗粒表面富硅化，从而改变熟料表层矿物成分，使C3S(硅酸三钙)的含量下降，C2S的含量上升；然而，C3S的含量多少与熟料的强度呈线性正相关，故C3S的含量下降将直接导致熟料的强度降低，影响熟料的质量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种水泥熟料加工工艺，可以降低烧结温度、缩短烧结时间、相对减少了煤粉用量，降低了能耗。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种水泥熟料加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的预处理：配制生料、均化生料、生料预热及预分解；
(2)熟料烧成：向回转窑内喂入混合燃料，将窑内温度控制在1100-1300℃；将步骤(1)中预分解后的生料送入回转窑，烧结10-20min，经篦冷机冷却后生成熟料；
所述混合燃料包括重量配比为(0.2-0.5)∶(1-1.5)∶(2-5)的竹屑、木屑和煤粉。
通过采用上述技术方案，木屑颗粒，主要以松木，杉木，桦木、杨木及果木为原料加工而成，用于燃烧取热中，其燃烧效率超过80％以上(超过普通煤燃烧约60％的效率)，燃烧效率高，产生的二氧化硫、氨氮化合物和灰尘少，是绿色环保的燃料。木屑的热值约为4800J/g，着火点为210-230℃，远低于煤粉着火点。竹屑的热值约为5500J/g，虽然竹屑的热值比木屑高，但是竹屑颗粒容易在烧结过程中结焦，附着在熟料颗粒表面而影响熟料的烧结程度；因此将少量竹屑掺入木屑中，在不影响熟料质量的前提下均衡两者的燃烧性能。将竹屑、木屑与煤粉混合，得到混合燃料，一方面可以降低煤粉的加入量，降低能耗；另一方面两者的加入可以显著改善煤粉的燃烧性能，由于着火点远低于煤粉，因此可以使混合燃料的起燃点相对低于单纯煤粉的着火点，从而使混合燃料达到最大燃烧速度时的温度范围低于单纯的煤粉，使煤粉在一个较窄的温度区间内即可燃烧完全，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，降低了能耗。此外，由于木屑与竹屑的加入，使同等细度的煤粉燃烧更加充分，从而可以提高烧结质量。
作为优选，所述混合燃料包括重量配比为(0.3-0.4)∶(1.1-1.4)∶(3-4)的竹屑、木屑和煤粉。
作为优选，所述竹屑和木屑的细度为80μm方孔筛筛余＜6％，所述煤粉的细度为80μm方孔筛筛余＜15％。
通过采用上述技术方案，进一步优化混合燃料的组成配比，降低能耗，提高熟料质量。通过控制竹屑和木屑的细度，相对使煤粉的细度要求降低，从而降低了煤粉的成本。
作为优选，所述步骤(2)中的竹屑和木屑通过如下操作制得：将竹子颗粒和木颗粒粉碎后分别形成竹屑和木屑，并均于1500-2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑。
通过采用上述技术方案，通过高速均化，使竹屑和木屑均质化，可以保证混合燃料燃烧的更加充分。
作为优选，所述步骤(2)中，所述混合燃料的喂料速度为5.0-5.8kg/min，所述生料的喂料速度为72-73kg/min。
通过采用上述技术方案，控制生料和混合燃料的喂料速度，保证混合燃料在不浪费且充分燃烧的基础上为生料提供充足的热量，将生料充分煅烧为熟料，保证熟料煅烧质量。
作为优选，所述生料由包括如下重量份的原料混合而成：石灰石100-150份，砂岩5-10份，铜渣5-10份，干粉煤灰2-5份和湿粉煤灰4-8份。
作为优选，所述生料由包括如下重量份的原料混合而成：石灰石115-130份，砂岩6-8份，铜渣7-9份，干粉煤灰3-4份和湿粉煤灰5-7份。
通过采用上述技术方案，利用工业废渣代替传统水泥熟料成分中的铁矿石，变废为宝，节约环保，降低了生产成本。湿粉煤灰的加入，可以在高温烧结时使其所含水分汽化并分解，且分解产物可以迅速参与混合燃料的燃烧，进一步提高燃烧效率，提高熟料质量。
作为优选，所述湿粉煤灰的含水量≤12％。
通过采用上述技术方案，含水量过高，一方面会提高粉煤灰机磨时的耗电量，另一方面容易造成在烧结过程中物料局部黏连，使局部物料烧结滞后，导致该部分物料的烧结时间变短，从而降低了熟料的煅烧质量。
作为优选，所述铜渣中含53wt％的Fe2O3。
通过采用上述技术方案，进一步优化组分性能，提高水泥熟料的综合性能。
本发明的第二个目的是提供一种利用上述水泥熟料加工工艺加工得到的水泥熟料，其由包括如下重量份的原料加工而成：石灰石100-150份，砂岩5-10份，铜渣5-10份，干粉煤灰2-5份和湿粉煤灰4-8份。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)利用木屑、竹屑和煤粉作混合燃料，代替传统单一的煤粉，在满足熟料烧成的前提下，降低了燃料的成本；同时降低了烧结温度，缩短了烧结时间，降低了能耗；
(2)利用木屑、竹屑和煤粉作为混合燃料，使回转窑内的燃料燃烧的更充分，提高了熟料的烧结质量，使熟料28d的抗压强度最高可达63.7MPa；
(3)生料中同时加入了干粉煤灰和湿粉煤灰，通过控制湿粉煤灰的含水量，使其内的水分高温汽化和分解，加速窑内的燃烧，进一步提高燃烧的充分性，从而提高了熟料质量；
(4)用工业废铜渣代替铁矿石，节约环保，降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明中的铜渣来自冶炼工厂排放的黑色粒状废渣，其含有53wt％的Fe2O3。干粉煤灰和湿粉煤灰均选用二级粉煤灰。
实施例1
一种水泥熟料的加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的制备及预处理：将石灰石和砂岩于各自的破碎机内分别破碎，称取破碎后的石灰石1000kg，破碎后的砂岩50kg，加入50kg铜渣、20kg干粉煤灰和40kg湿粉煤灰，并在辊压机中磨细至140目筛筛余15％后送入均化库内均化，得到生料；用气动自动取样器采取均化库出料口处的物料，测定生料的三率值为KH：1.0，N：2.5；P：1.5，符合要求；其中，湿粉煤灰的含水量为10％；
混合燃料的准备及喂料：将原料煤入煤均化仓进行均化处理，送入煤磨机内磨细至细度为80μm方孔筛筛余14％的煤粉，送入煤粉仓待用；从市场上买入竹子颗粒和木颗粒，分别送入粉碎机中粉碎形成细度为80μm方孔筛筛余5.8％的竹屑和木屑，然后均于1500r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑；用转子计量称称取处理好的竹屑、木屑和煤粉，使三者的重量配比始终保持为0.2∶1∶2，并将称取好的混合燃料先送入混合燃料均化库内均化处理，然后以5.0kg/min的喂料速度喂入回转窑内；
(2)熟料烧成：将上述三率值符合要求的生料送入五级旋风预热器内，将生料预热至780℃；然后按照72kg/min的喂料速度将预热后的生料喂入回转窑内进行煅烧；控制烧结温度为1100℃，煅烧20min后，送入篦冷机内进行冷却，得到冷却物料；将冷却物料送入熟料均化仓进行均化处理，即得实施例1的水泥熟料。
实施例2
一种水泥熟料的加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的制备及预处理：将石灰石和砂岩于各自的破碎机内分别破碎，称取破碎后的石灰石1000kg，破碎后的砂岩50kg，加入50kg铜渣、20kg干粉煤灰和40kg湿粉煤灰，并在辊压机中磨细至140目筛筛余15％后送入均化库内均化，得到生料；用气动自动取样器采取均化库出料口处的物料，测定生料的三率值为KH：1.0，N：2.4；P：1.5，符合要求；其中，湿粉煤灰的含水量为11％；
混合燃料的准备及喂料：将原料煤入煤均化仓进行均化处理，送入煤磨机内磨细至细度为80μm方孔筛筛余14％的煤粉，送入煤粉仓待用；从市场上买入竹子颗粒和木颗粒，分别送入粉碎机中粉碎形成细度为80μm方孔筛筛余5.9％的竹屑和木屑，然后均于2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑；用转子计量称称取处理好的竹屑、木屑和煤粉，使三者的重量配比始终保持为0.3∶1.1∶3，并将称取好的混合燃料先送入混合燃料均化库内均化处理，然后以5.3kg/min的喂料速度喂入回转窑内；
(2)熟料烧成：将上述三率值符合要求的生料送入五级旋风预热器内，将生料预热至750℃；然后按照73kg/min的喂料速度将预热后的生料喂入回转窑内进行煅烧；控制烧结温度为1250℃，煅烧15min后，送入篦冷机内进行冷却，得到冷却物料；将冷却物料送入熟料均化仓进行均化处理，即得实施例2的水泥熟料。
实施例3
一种水泥熟料的加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的制备及预处理：将石灰石和砂岩于各自的破碎机内分别破碎，称取破碎后的石灰石1000kg，破碎后的砂岩50kg，加入50kg铜渣、20kg干粉煤灰和40kg湿粉煤灰，并在辊压机中磨细至140目筛筛余14％后送入均化库内均化，得到生料；用气动自动取样器采取均化库出料口处的物料，测定生料的三率值为KH：1.0，N：2.5；P：1.4，符合要求；其中，湿粉煤灰的含水量为12％；
混合燃料的准备及喂料：将原料煤入煤均化仓进行均化处理，送入煤磨机内磨细至细度为80μm方孔筛筛余14％的煤粉，送入煤粉仓待用；从市场上买入竹子颗粒和木颗粒，分别送入粉碎机中粉碎形成细度为80μm方孔筛筛余5.9％的竹屑和木屑，然后均于2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑；用转子计量称称取处理好的竹屑、木屑和煤粉，使三者的重量配比始终保持为0.35∶1.25∶3.5，并将称取好的混合燃料先送入混合燃料均化库内均化处理，然后以5.5kg/min的喂料速度喂入回转窑内；
(2)熟料烧成：将上述三率值符合要求的生料送入五级旋风预热器内，将生料预热至800℃；然后按照73kg/min的喂料速度将预热后的生料喂入回转窑内进行煅烧；控制烧结温度为1300℃，煅烧10min后，送入篦冷机内进行冷却，得到冷却物料；将冷却物料送入熟料均化仓进行均化处理，即得实施例3的水泥熟料。
实施例4
一种水泥熟料的加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的制备及预处理：将石灰石和砂岩于各自的破碎机内分别破碎，称取破碎后的石灰石1000kg，破碎后的砂岩50kg，加入50kg铜渣、20kg干粉煤灰和40kg湿粉煤灰，并在辊压机中磨细至140目筛筛余14％后送入均化库内均化，得到生料；用气动自动取样器采取均化库出料口处的物料，测定生料的三率值为KH：1.0，N：2.5；P：1.5，符合要求；其中，湿粉煤灰的含水量为10％；
混合燃料的准备及喂料：将原料煤入煤均化仓进行均化处理，送入煤磨机内磨细至细度为80μm方孔筛筛余14％的煤粉，送入煤粉仓待用；从市场上买入竹子颗粒和木颗粒，分别送入粉碎机中粉碎形成细度为80μm方孔筛筛余5.9％的竹屑和木屑，然后均于2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑；用转子计量称称取处理好的竹屑、木屑和煤粉，使三者的重量配比始终保持为0.4∶1.4∶4，并将称取好的混合燃料先送入混合燃料均化库内均化处理，然后以5.5kg/min的喂料速度喂入回转窑内；
(2)熟料烧成：将上述三率值符合要求的生料送入五级旋风预热器内，将生料预热至800℃；然后按照73kg/min的喂料速度将预热后的生料喂入回转窑内进行煅烧；控制烧结温度为1200℃，煅烧10min后，送入篦冷机内进行冷却，得到冷却物料；将冷却物料送入熟料均化仓进行均化处理，即得实施例4的水泥熟料。
实施例5
一种水泥熟料的加工工艺，其包括如下操作步骤：
(1)生料的制备及预处理：将石灰石和砂岩于各自的破碎机内分别破碎，称取破碎后的石灰石1000kg，破碎后的砂岩50kg，加入50kg铜渣、20kg干粉煤灰和40kg湿粉煤灰，并在辊压机中磨细至140目筛筛余14％后送入均化库内均化，得到生料；用气动自动取样器采取均化库出料口处的物料，测定生料的三率值为KH：1.0，N：2.5；P：1.5，符合要求；其中，湿粉煤灰的含水量为11％；
混合燃料的准备及喂料：将原料煤入煤均化仓进行均化处理，送入煤磨机内磨细至细度为80μm方孔筛筛余14％的煤粉，送入煤粉仓待用；从市场上买入竹子颗粒和木颗粒，分别送入粉碎机中粉碎形成细度为80μm方孔筛筛余5.9％的竹屑和木屑，然后均于2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑；用转子计量称称取处理好的竹屑、木屑和煤粉，使三者的重量配比始终保持为0.5∶1.5∶5，并将称取好的混合燃料先送入混合燃料均化库内均化处理，然后以5.5kg/min的喂料速度喂入回转窑内；
(2)熟料烧成：将上述三率值符合要求的生料送入五级旋风预热器内，将生料预热至800℃；然后按照73kg/min的喂料速度将预热后的生料喂入回转窑内进行煅烧；控制烧结温度为1200℃，煅烧13min后，送入篦冷机内进行冷却，得到冷却物料；将冷却物料送入熟料均化仓进行均化处理，即得实施例5的水泥熟料。
实施例6
实施例6与实施例3的加工步骤相同，区别在于：生料的各组分含量不同，具体为：石灰石1150kg，破碎后的砂岩60kg，铜渣70kg、干粉煤灰30kg和湿粉煤灰60kg；湿粉煤灰的含水量为11％，步骤(1)中混合燃料的喂料速度为5.6kg/min，其余与实施例3相同，最终得到实施例6的水泥熟料。
实施例7
实施例7与实施例3的加工步骤相同，区别在于：生料的各组分含量不同，具体为：石灰石1230kg，破碎后的砂岩74kg，铜渣82kg、干粉煤灰40kg和湿粉煤灰50kg；湿粉煤灰的含水量为12％，步骤(1)中混合燃料的喂料速度为5.6kg/min，其余与实施例3相同，最终得到实施例7的水泥熟料。
实施例8
实施例8与实施例3的加工步骤相同，区别在于：生料的各组分含量不同，具体为：石灰石1300kg，破碎后的砂岩80kg，铜渣90kg、干粉煤灰35kg和湿粉煤灰70kg；湿粉煤灰的含水量为10％，步骤(1)中混合燃料的喂料速度为5.8kg/min，其余与实施例3相同，最终得到实施例8的水泥熟料。
实施例9
实施例9与实施例3的加工步骤相同，区别在于：生料的各组分含量不同，具体为：石灰石1500kg，破碎后的砂岩100kg，铜渣100kg、干粉煤灰50kg和湿粉煤灰80kg；湿粉煤灰的含水量为12％，步骤(1)中混合燃料的喂料速度为5.8kg/min，其余与实施例3相同，最终得到实施例9的水泥熟料。
对比例1
对比例1的水泥熟料加工工艺与实施例1的工艺基本相同，区别在于：用煤粉作燃料，即将混合燃料替换为等量的煤粉，燃料喂料速度及其余参数均与实施例1中相同。该工艺是本发明的工艺研发之前采取的旧工艺，由于成本较高且烧结而成的水泥熟料质量欠佳而舍弃。
对比例2
对比例2的水泥熟料加工工艺与实施例1的工艺基本相同，区别在于：用煤粉作燃料，即将混合燃料替换为等量的煤粉，将燃料的喂料速度调整为6.1kg/min，其余与实施例1的操作均相同。该工艺也是本发明的工艺研发之前采取的旧工艺，由于成本较高且烧结而成的水泥熟料质量欠佳而舍弃。
对比例3
对比例3的水泥熟料加工工艺与实施例1的工艺基本相同，区别在于：用煤粉作燃料，即将混合燃料替换为等量的煤粉，将燃料的喂料速度调整为6.1kg/min，将烧结时间调节为1h，其余与实施例1的操作均相同。该工艺也是本发明的工艺研发之前采取的旧工艺，由于成本较高且烧结而成的水泥熟料质量欠佳而舍弃。
对比例4
对比例4的水泥熟料加工工艺与实施例1的工艺基本相同，区别在于：生料中湿粉煤灰的含水量为15％，其余与实施例1中相同。
对比例5
对比例5的水泥熟料加工工艺与实施例1的工艺基本相同，区别在于：生料中干粉煤灰40kg，湿粉煤灰18.8kg，且湿粉煤灰的含水量为15％，其余与实施例1中相同。
性能测定
按照GB/T 21372-2008的检测标准和方法测定实施例1-9和对比例1-5中的各水泥熟料的性能，检测结果见表1。
表1实施例1-9和对比例1-5的水泥熟料的性能检测结果
Figure BDA0002075340960000071
Figure BDA0002075340960000081
由表1的检测结果可知，采用本发明的加工工艺加工得到的水泥熟料其各项性能均符合标准要求，且抗压强度远高于标准要求的3d，26MPa；28d，52.5MPa。由对比例1结合实施例1的检测结果表明，用单纯的煤粉作燃料，在同等喂料量的情况下，即消耗同样质量的煤粉，加工得到的水泥熟料的抗压强度低，其他性能也均低于采用本发明的混合燃料得到的水泥熟料。
由对比例2结合实施例1的检测结果表明，单独使用煤粉作燃料，在加大煤粉添加量的情况下，烧结得到的水泥熟料各项性能均有所提高，但是仍低于采用本发明混合燃料烧结得到的水泥熟料的性能。然而，采用单纯的煤粉作燃料(对比例2)，每小时需要消耗煤粉约22吨；而本发明的混合燃料则仅需18t/h，每小时可节省约4吨的燃料；并且在18吨的混合燃料中，37.5％为木屑和竹屑，因此每小时仅需消耗11.25吨的煤粉，大大降低了水泥熟料的烧结成本，节约了煤粉资源。
此外，由于采用本发明的混合燃料后，燃料的着火点相对降低，从而降低了烧结温度，且缩短了烧结时间(10-20min)。由对比例3结合实施例1和对比例2的实验检测数据可知，加大煤粉燃料的喂料量后，将烧结时间延长为1h，则煅烧得到的水泥熟料的各项性能均有较为明显的提升；但是与本发明实施例1相比显然仍欠佳，考虑到对比例3的方案能耗大，成本高，效果欠佳，故不予以采纳。
由对比例4和对比例5的结果表明，生料中湿粉煤灰中的含水量及湿粉煤灰的添加量对最终得到的水泥熟料的性能有一定的影响，而湿粉煤灰的添加量最终也可归结为粉煤灰内的含水量的多少。由此可知，粉煤灰中适当含水，不仅不会增大能耗，反而会加快回转窑内的煅烧效率，提高水泥熟料的性能。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种水泥熟料加工工艺，其特征在于：其包括如下操作步骤：（1）生料的预处理：配制生料、均化生料、生料预热及预分解；（2）熟料烧成：向回转窑内喂入混合燃料，将窑内温度控制在1100-1300℃，将步骤（1）中预分解后的生料送入回转窑，烧结10-20min，经篦冷机冷却后生成熟料；
所述混合燃料包括重量配比为（0.2-0.5）：（1-1.5）：（2-5）的竹屑、木屑和煤粉；
所述步骤（2）中，所述混合燃料的喂料速度为5.0-5.8kg/min，所述生料的喂料速度为72-73kg/min；
所述生料由包括如下重量份的原料混合而成：石灰石100-150份，砂岩5-10份，铜渣5-10份，干粉煤灰2-5份和湿粉煤灰4-8份；
所述湿粉煤灰的含水量≤12%。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料加工工艺，其特征在于：所述混合燃料包括重量配比为（0.3-0.4）：（1.1-1.4）：（3-4）的竹屑、木屑和煤粉。
3.根据权利要求1所述的水泥熟料加工工艺，其特征在于：所述竹屑和木屑的细度为80μm方孔筛筛余<6%，所述煤粉的细度为80μm方孔筛筛余<15%。
4.根据权利要求1所述的水泥熟料加工工艺，其特征在于，所述步骤（2）中的竹屑和木屑通过如下操作制得：将竹子颗粒和木颗粒粉碎后分别形成竹屑和木屑，并均于1500-2000r/min的转速下高速均化，分别得到均化后的竹屑与木屑。
5.根据权利要求1所述的水泥熟料加工工艺，其特征在于：所述生料由包括如下重量份的原料混合而成：石灰石115-130份，砂岩6-8份，铜渣7-9份，干粉煤灰3-4份和湿粉煤灰5-7份。
6.根据权利要求1所述的水泥熟料加工工艺，其特征在于：所述铜渣中含53wt%的Fe2O3。
7.一种由权利要求1-6任一项所述的加工工艺加工得到的水泥熟料，其特征在于，其由包括如下重量份的原料加工而成：石灰石100-150份，砂岩5-10份，铜渣5-10份，干粉煤灰2-5份和湿粉煤灰4-8份。
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