CN114276033A - 一种低碳水泥熟料、低碳水泥及制备方法及应用及生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低碳水泥熟料、低碳水泥及制备方法及应用及生产设备，属于固废回收利用技术领域。本发明提供的低碳水泥熟料，按质量百分含量计，包括以下制备原料：石灰石45~55%；工业副产石膏30~40%；铝矾土废石材料5~15%。本发明提供的低碳水泥熟料中大量利用工业副产石膏以及铝矾土废石材料，可以有效减少石灰石的用量，且有利于降低制备低碳水泥熟料时的煅烧温度，在实现工业副产石膏高值化利用的同时还实现了节能减排。

Description

一种低碳水泥熟料、低碳水泥及制备方法及应用及生产设备

技术领域

本发明属于固废回收利用技术领域，具体的说，涉及一种低碳水泥熟料、低碳水泥及制备方法及应用及生产设备。

背景技术

工业副产石膏是指工业生产排出的以硫酸钙为主要成分的副产品，也称化学石膏或合成石膏，主要包括磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏、柠檬酸渣、硼石膏、脱硫石膏以及模型石膏，其中磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其成分主要是二水硫酸钙，磷石膏的长期堆存不仅需要大量资金投入用于防渗处理，同时还会污染土地和水源，严重威胁到生态安全。目前磷石膏综合利用产品仍以传统建材，如水泥缓凝剂或石膏粉为主，附加值较低，且能耗高，不符合节能减排要求。

发明内容

本发明提供一种低碳水泥熟料、低碳水泥及制备方法及应用及生产设备，可以有效减少石灰石的用量，且有利于降低制备低碳水泥熟料时的煅烧温度，在实现工业副产石膏高值化利用的同时还实现了节能减排。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种低碳水泥熟料，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

石灰石45～55％；

工业副产石膏30～40％；

铝矾土废石材料5～15％；

所述工业副产石膏包括磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏、柠檬石膏、硼石膏、脱硫石膏及模型石膏中至少一种。

进一步的，所述磷石膏中硫酸钙的质量含量≥75％。

进一步的，所述铝矾土废石材料中Al₂O₃的质量含量为40～60％。

本发明还公开了上述低碳水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将石灰石、工业副产石膏与铝矾土废石材料混合；

S2、混合后的原料输送至回转窑内进行高温煅烧，且煅烧的温度为1300～1350℃；

S3、煅烧完毕的产物由回转窑的出口输送至立式冷却窑内，并通过立式冷却窑内上下设置的多个履带式输送机构迂回向下输送，在煅烧产物向下输送的过程中，风冷系统对其进行降温；

S4、煅烧产物将至预定温度后，排出立式冷却窑，并得到低碳水泥熟料。

本发明还公开了一种低碳水泥，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

低碳水泥熟料92～97％，所述低碳水泥熟料为上述的低碳水泥熟料或上述的制备方法制备得到的低碳水泥熟料；

石膏3～8％。

本发明还公开了上述低碳水泥的制备方法，包括以下步骤：

将低碳水泥熟料与石膏混合进行粉磨，得到低碳水泥。

本发明还公开了上述低碳水泥或上述制备方法制备得到的低碳水泥在矿山回填或油井冲压中的应用。

本发明还公开了一种低碳水泥熟料的生产设备，包括回转窑，所述回转窑的出口端与立式冷却窑的进口端连通，且所述立式冷却窑位于回转窑的正下方或者斜下方，立式冷却窑包括竖向设置的窑体，于窑体内沿竖直方向间隔设置有多个履带式输送机构，于各所述履带式输送机构的进料处的上方设置有料板式导料轮，各所述料板式导料轮转动安装于窑体内并被驱动而转动，风冷系统分为两个支路，第一个支路分别与各个料板式导料轮连通，对经过料板式导料轮的煅烧产物进行冷却，另一个支路与窑体连通，并形成多个气流通道分别朝向履带式输送机构的输送方向相反吹冷却风。

进一步的，所述料板式导料轮包括筒状轮体，于所述筒状轮体的周面上均匀地设置有多块料板，所述筒状轮体内的空腔形成布风腔，于筒状轮体的周面上开设满风孔，筒状轮体的轴向两端分别构造有沿其径向向内延伸的连接凸缘，两端盖分别经相对应的连接凸缘通过多根连接螺栓固定于筒状轮体的轴向两端，于两端盖上分别安装有轴线重合的轴杆和进风管，于所述轴杆和进风管上分别安装有轴承座，且于进风管上安装有传动轮，进风管远离端盖的一端通过连接接头与风冷系统连通。

进一步的，所述进风管的内壁形成进风道，所述进风道的径向长度沿气体的流向递增。

进一步的，于所述端盖靠近筒状轮体的一端构造有外壁口径减缩的调整嘴，所述调整嘴与相对应的连接凸缘之间形成有过流间隙，且于各连接螺栓上套装有硬质弹簧，各所述硬质弹簧的两端分别抵接于端盖和连接凸缘相对应的端面上。

进一步的，各所述料板分别枢接于筒状轮体的外周面上，于筒状轮体上且位于料板的背面位置处固定连接有支撑脚，当煅烧产物落于料板上时，支撑脚支撑料板的背面上，当煅烧产物脱离料板时，支撑脚解除对料板的支撑。

进一步的，所述履带式输送机构包括经两个传动辊轮驱动而传动的输送履带，所述输送履带的中部为下凹式的结构，且各所述履带式输送机构的输送方向倾斜向上。

进一步的，于所述窑体内且位于最上方的履带式输送机构的上方构造有蒸汽发生炉，于所述蒸汽发生炉内注入炉水，所述蒸汽发生炉的下端与相对应的履带式输送机构之间的间隙随履带式输送机构的输送方向递减，于蒸汽发生炉的下部设置有放残管，于蒸汽发生炉的上方安装有补水接头和蒸汽排出接头。

进一步的，于所述窑体上安装有进风接头，于窑体上且与进风接头相对的侧壁上开设有出风口，气流通道形成于进风接头与出风口之间；于所述进风接头的外壁上构造有万向转接头，于窑体上构造有万向转接碗，所述万向转接头装配于万向转接碗内，于进风接头内构造有沿其周向均匀设置的多个螺旋导流片。

进一步的，于所述窑体内且位于各履带式输送机构的上方处设置有多个翻料机构，且翻料机构沿履带式输送机构的输送方向间隔设置。

进一步的，于所述窑体的侧壁上沿竖向间隔构造有并排设置的冷却介质导流通道，各所述冷却介质导流通道沿竖直方向或者水平方向延伸，冷却液流经冷却介质导流通道。

本发明由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：本发明提供的低碳水泥熟料中大量利用工业副产石膏以及铝矾土废石材料，可以有效减少石灰石的用量，且有利于降低制备低碳水泥熟料时的煅烧温度，在实现工业副产石膏高值化利用的同时还实现了节能减排。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为天然硬石膏950℃煅烧后图谱；

图2为磷石膏950℃煅烧后图谱；

图3为天然硬石膏1450℃煅烧后图谱；

图4为磷石膏1450℃煅烧后图谱；

图5为本发明实施例立式冷却窑的结构示意图；

图6为本发明实施例料板式导料轮的结构示意图；

图7为本发明实施例料板式导料轮的轴向结构剖视图；

图8为图3中A部位的放大图；

图9为本发明实施例料板式导料轮的结构爆炸图；

图10为本发明实施例料板式导料轮的另一种结构示意图；

图11为本发明实施例履带式输送机构的结构示意图；

图12为本发明实施例进风接头安装于窑体上的结构示意图；

图13为本发明实施例进风接头安装于窑体上的结构剖视图；

图14为本发明实施例窑体侧壁的结构剖视图；

图15为本发明实施例一种翻料机构的结构示意图；

图16为本发明实施例另一种翻料机构的结构示意图。

标注部件：100-窑体，101-蒸汽发生炉，102-补水接头，103-蒸汽排出接头，104-放残管，105-进风接头，1051-万向转接头，1052-螺旋导流片，106-出风口，107-冷却介质导流通道，108-万向转接碗，200-料板式导料轮，201-筒状轮体，202-料板，203-连接凸缘，204-支撑脚，205-布风腔，206-风孔，207-端盖，208-调整嘴，209-连接螺栓，210-硬质弹簧，211-进风管，212-进风道，213-传动轮，214-连接接头，215-轴杆，216-轴承座，300-履带式输送机构，301-传动辊轮，302-输送履带，400-翻料机构，401-固定架，402-翻料犁,403-安装辊，404-翻料轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种低碳水泥熟料，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

石灰石45～55％；

工业副产石膏30～40％；

铝矾土废石材料5～15％。

按质量百分含量计，本发明中低碳水泥熟料的制备原料包括石灰石45～55％，优选为48～54％，更优选为50～53％。

本发明中低碳水泥熟料的制备原料包括工业副产石膏30～40％，优选为33～39％，更优选为35～38％。在本发明中，所述工业副产石膏包括磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏、柠檬石膏、硼石膏、脱硫石膏及模型石膏中至少一种。在本发明中，所述磷石膏中硫酸钙的质量含量优选≥75％。

本发明中低碳水泥熟料的制备原料包括铝矾土废石材料5～15％，优选为8～14％，更优选为10～13％。在本发明中，所述铝矾土废石材料中Al₂O₃的质量含量优选为40～60％，更优选为50～55％。在本发明中，所述铝矾土废石材料为中铝品位的铝矾土废石材料，能够实现尾矿的资源综合利用。

本发明以石灰石、工业副产石膏以及铝矾土废石材料为原料制备低碳水泥熟料，其中，工业副产石膏以及铝矾土废石材料为固体废弃物，且二者掺量大，可以减少石灰石的用量，从而有利于减少CO₂排放量；具体的，本发明大量利用工业副产石膏以及铝矾土废石材料，可以使石灰石的用量由75～95％下降到45～55％，能够使CO₂排放量减少约16％。同时，本发明利用工业副产石膏能够降低熟料烧成稳定，有利于降低熟料煅烧温度，以此降低能耗；具体的，传统硅酸盐水泥熟料的煅烧温度为1450℃，本发明制备所述低碳水泥熟料时煅烧温度可在其基础上降低100～150℃，煤耗明显降低，进一步减少了CO₂的排放量。

本发明提供的低碳水泥熟料介于硫铝酸盐水泥熟料和硅酸盐水泥熟料之间，利用其制备水泥，可以改善水泥标准稠度用水量、凝结时间、胶砂抗折抗压强度、砂浆干缩率及水化放热，在保证水泥性能满足要求的同时可以降低能耗，减少CO₂排放量，节约环保，同时还实现了工业副产石膏的高值化利用。

下面就本发明技术方案的理论基础进行说明。硫铝酸盐水泥熟料是指主要矿物为

C₂S(15～30％)和C₄AF(3～6％)的水泥熟料。硫铝酸盐水泥熟料中的

水化较快，可以增强水泥的早期强度，C₂S水化进程较慢，但是在石膏存在的条件下，随着时间的延长水化速度会加快，从而可以保证后期强度的发展。以工业副产石膏为磷石膏为例，磷石膏替代天然硬石膏生产硫铝酸盐水泥熟料时，磷石膏中的磷和氟杂质可作为矿化剂，促进水泥熟料矿物的形成，磷石膏分解产生的氧化钙可以替代部分石灰石，实现磷石膏在低碳水泥熟料制备中的最大化利用。磷石膏分解制备的低碳水泥在6h、12h和1d的抗压强度较低，但28d以后抗压强度增长明显。由于硫硅酸钙矿物的后期水化，导致水泥水化产物液相pH值随龄期增加。可以认为利用磷石膏含有的磷和氟杂质，再通过引入过量的磷石膏，可以实现硫硅酸钙和硫铝酸钙在较低的煅烧温度下同时形成，使得磷石膏在制备低碳水泥这种新型水泥方面具有明显的优势。具体的，直接利用磷石膏制备1t低碳水泥熟料可消耗0.39t磷石膏，利用磷石膏分解制备1t低碳水泥熟料可消耗1.61t磷石膏，使得低碳水泥成为磷石膏利用的一种重要途径。

本发明还公开了上述低碳水泥熟料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将石灰石、工业副产石膏与铝矾土废石材料混合，得到生料；

S2、混合后的原料输送至回转窑内进行高温煅烧；

S3、煅烧完毕的产物由回转窑的出口输送至立式冷却窑内，并通过立式冷却窑内上下设置的多个履带式输送机构300迂回向下输送，在煅烧产物向下输送的过程中，风冷系统对其进行降温；

S4、煅烧产物将至预定温度后，排出立式冷却窑，并得到低碳水泥熟料。

本发明将所述生料依次进行煅烧和冷却，得到低碳水泥熟料。在本发明中，所述煅烧的温度优选为1300～1350℃。在本发明中，所述冷却采用的设备优选为立式冷却窑，本发明优选通过采用立式冷却窑急冷，最终得到低碳水泥熟料。

本发明提供了一种低碳水泥，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

低碳水泥熟料92～97％，所述低碳水泥熟料为上述技术方案所述低碳水泥熟料或上述技术方案所述制备方法制备得到的低碳水泥熟料；

石膏3～8％。

按质量百分含量计，本发明提供的低碳水泥中包括低碳水泥熟料92～97％，优选为93～96％，更优选为94～95％。

本发明提供的低碳水泥中包括石膏3～8％，优选为4～7％，更优选为5～6％。

本发明优选根据施工环境，通过调节低碳水泥中低碳水泥熟料以及石膏配比，得到不同凝结时间及早期强度的低碳水泥。

本发明提供了上述技术方案所述低碳水泥的制备方法，包括以下步骤：

将低碳水泥熟料与石膏混合进行粉磨，得到低碳水泥。

本发明对所述粉磨没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行粉磨，得到满足细度要求的低碳水泥即可。

本发明提供的上述技术方案所述低碳水泥或上述技术方案所述制备方法制备得到的低碳水泥在矿山回填或油井冲压中的应用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，按质量百分含量计，低碳水泥熟料的制备原料为：石灰石50％、磷石膏35％和铝矾土废石材料15％；所述磷石膏中硫酸钙的质量含量为75％；所述铝矾土废石材料中Al₂O₃的质量含量为50％；将所述石灰石、磷石膏与铝矾土废石材料分别依次进行破碎、粉磨和筛分，混合后在1300℃条件下进行煅烧，之后采用篦冷机急冷，得到低碳水泥熟料；

按质量百分含量计，低碳水泥的制备原料为：所述低碳水泥熟料95％和石膏5％；将所述低碳水泥熟料与石膏混合进行粉磨，得到低碳水泥。

表征以及性能测试：

采用德国布鲁克D8 ADVANCE X射线衍射仪进行检测，操作条件：电压40kV，电流40mA，Cu-Kα，步宽0.02，步进时间1s，波长1.5406nm。采用EVA对不同温度下物质的X射线衍射图谱分别进行物相鉴定。采用Rietveld全谱拟合无标样法进行定量分析。详细结果见图1～4，其中，图1为天然硬石膏950℃煅烧后图谱，图2为磷石膏950℃煅烧后图谱，图3为天然硬石膏1450℃煅烧后图谱，图4为磷石膏1450℃煅烧后图谱。

下面根据煅烧过程中物料的物理、化学变化结合图1～4进行说明。

硫铝酸盐水泥熟料的物理、化学变化过程：室温～300℃为原料脱水过程，所述水包括物理水和结晶水；300～450℃为石膏转变为无水石膏的过程；450～600℃为铝矾土的水铝石分解过程，形成α-Al₂O₃，物料中出现α-SiO₂和Fe₂O₃；600～850℃过程中，α-Al₂O₃、α-SiO₂和Fe₂O₃持续增加；850～900℃时CaCO₃分解，产生CaO和CO₂，且随温度升高分解反应加速，反应式如式I所示：

CaCO₃→CaO+CO₂↑ 式I；

900～950℃过程中游离CaO迅速增加，2CaO·Al₂O₃·SiO₂矿物开始形成；950～1000℃过程中3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄矿物开始形成；1000～1050℃过程中3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄矿物和2CaO·Al₂O₃·SiO₂矿物的量增加，游离CaO吸收率达1/2，α-Al₂O₃、α-SiO₂和CaSO₄含量迅速减少；1050～1150℃过程中3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄矿物和2CaO·Al₂O₃·SiO₂矿物的量持续增加，出现β-2CaO·SiO₂，游离CaO吸收率达66％；1150～1250℃过程中3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄矿物继续增加，游离CaO和2CaO·Al₂O₃·SiO₂矿物消失，在1250℃出现4CaO·2SiO₂·CaSO₄矿物，此时试样的矿物组成主要为3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄、β-2CaO·SiO₂、4CaO·2SiO₂·CaSO₄、游离CaSO₄和少量铁相；涉及的反应式如式II和式III所示：

CaSO₄+3CaO+3Al₂O₃→3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄ 式II；

CaSO₄+4CaO+2SiO₂→2(2CaO·SiO₂)·CaSO₄ 式III；

1250～1300℃过程中4CaO·2SiO₂·CaSO₄消失，分解为α′-2CaO·SiO₂和游离CaSO₄，此时熟料的主要矿物为3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄和2CaO·SiO₂，还有少量铁相和CaSO₄，同时还有微量的MgO，至此普通硫铝酸盐水泥已完全形成；涉及的反应式如式IV所示：

2(2CaO·SiO₂)·CaSO₄→2(2CaO·SiO₂)+CaSO₄式IV；

1300～1400℃过程中物料无明显变化；1400℃以上3CaO·3Al₂O₃·CaSO₄及CaSO₄开始分解，产生12CaO·7Al₂O₃等急凝矿物，出现熔块；涉及的反应式如式V所示：

3CaO·Al₂O₃·CaSO₄→3(CaO·Al₂O₃)+CaO+SO₃↑ 式V。

石膏在65℃时加热，二水石膏就开始释出结构水，但脱水速度比较慢。在107℃左右时，脱水速度迅速变快。随着温度继续升高，脱水更为加快，在170～190℃时，二水石膏以很快的速度脱水变为α-半水石膏或β-半水石膏。温度继续升高到220℃和320～360℃时，半水石膏则继续脱水变为α可溶性的无水石膏。但220℃条件下生成的无水石膏比较容易在空气中吸水变成半水石膏。450～750℃期间变成的无水石膏则为不溶性无水石膏，这种无水石膏即通常所说“死烧”石膏，它很难溶于水，几乎不凝结，而且不具有强度。在800℃时，无水石膏开始分解为CaO、SO₂以及O₂，这时的凝结能力主要是靠CaO的凝结作用而不是石膏的凝结作用了。这种分解在1050℃以后更为激烈，到1350℃才结束。在还原气氛下，有利于CaSO₄的分解。从图1～4可以看出，在950℃煅烧过程中天然硬石膏形成Ca₄Al₆O₁₂SO₄矿物26.20％，C₃A矿物35.81％，磷石膏形成Ca₄Al₆O₁₂SO₄矿物27.22％，C₃A矿物30.22％，随着温度继续升高，在1450℃煅烧过程中，天然硬石膏形成Ca₄A_l6O₁₂SO₄矿物53.45％，C₃A矿物10.17％，磷石膏形成Ca₄Al₆O₁₂SO₄矿物54.96％，C₃A矿物7.33％。从这两个点温度来看，天然硬石膏和磷石膏在形成矿物成分方面几乎没有差异，因此用磷石膏替代天然硬石膏完全可行。

本发明研究了普通硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂及矿物掺合料对低碳水泥的标准稠度用水量、凝结时间、胶砂抗折抗压强度、砂浆干缩率及水化放热的影响，并辅以XRD和扫描电镜测试分析，得出以下结论：

(1)在硫铝酸盐水泥中掺入普通硅酸盐水泥会使标准稠度用水量增大，当普通硅酸盐水泥掺量较小时，凝结时间减小，过大时凝结时间增大；聚羧酸减水剂使标准稠度用水量减少，凝结时间缩短。其中减水剂掺量为1.0％时，标准稠度用水量最小，凝结时间最短；随着矿物掺合料掺量的增加，会使标准稠度用水量逐渐增大，凝结时间逐渐延长。

(2)两种水泥互掺会使强度降低；聚羧酸减水剂的掺入，使胶砂强度提高，其中，掺量为1.0％时，强度最高；矿物掺合料的掺加使胶砂强度减小，其中掺加矿粉试件强度减少量最低，硅灰掺加3％可以使3天抗压强度增长较快。

(3)硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥互掺可以对砂浆干燥收缩有所改善；聚羧酸减水剂可以对砂浆干燥收缩有所改善，掺量大于1.2％时，干缩率反增；矿粉、粉煤灰的掺加可以削弱砂浆试件的干燥收缩，其中矿粉掺量20％和粉煤灰30％时干缩率最低，硅灰的掺加会使砂浆干缩率增大。

(4)两种水泥互掺会使早期水化放热提前，速率减慢，但总放热量降低；掺入减水剂会使水化产物量增多，初期的水化放热峰出现时间逐渐延后，但初期水化放热速率增大，总的水化放热量差距不大，只有掺量1.0％时，总放热量最大；矿粉和硅灰的掺加，使初期水化速率减慢，水化放热峰出现时间延后，总的水化放热量减少；粉煤灰的掺加，初期水化速率变化不大，水化放热峰出现时间延后，总的水化放热量随粉煤灰掺量增加而减少。矿物掺合料的掺加使水化产物量减少。

(5)矿物掺合料的掺加，会使胶砂试件抗硫酸盐侵蚀能力提高，并且随着掺量的增加，抗侵蚀能力提高。其中，掺矿粉试件的抗硫酸盐侵蚀能力最好。

由于现有的生产水泥工艺中由回转窑而出的混合料需要进入篦冷机内进行急冷，但是现有的篦冷机长度较长，占用的空间较大，而且为了提高急冷效果，一方面通过增大供风量，使得热量被所供冷风携带而出，另一方面延长篦冷机的长度，使得提高热交换的时长，进而实现降温的目的。然而，这两种方式具有较大的弊端，其主要体现在能耗大、占地面积大而且急冷效果不佳。

本发明提供了一种低碳水泥熟料的生产设备，用以克服上述的问题，具体的，该生产设备包括回转窑，在回转窑的出口端与立式冷却窑的进口端连通，该立式冷却窑代替了现有的篦冷机，并且立式冷却窑位于回转窑的正下方或者斜下方。其中，如图5所示，立式冷却窑包括竖向设置的窑体100，在窑体100内沿竖直方向间隔设置有多个履带式输送机构300，在每个履带式输送机构300的进料处的上方设置有料板202式导料轮200，每个料板202式导料轮200转动安装在窑体100内并被驱动而转动，风冷系统为风机供风，风机的出风端通过管路分为两个支路，第一个支路分别与各个料板202式导料轮200连通，对经过料板202式导料轮200的煅烧产物进行冷却，另一个支路与窑体100连通，并形成多个气流通道分别朝向履带式输送机构300的输送方向相反吹冷却风。这样，使得煅烧产物在窑体100内呈立体空间内水平输送，再竖向回转至下层，之后进行水平反向输送，如此反复，直至煅烧产物离开窑体100为止，由于上述的多个履带式输送机构300将窑体100分隔为多个上下排列的空间，通过对每个空间进行通风，并自下而上风量递增，这样使得上方较热的煅烧产物的大量热量被带走，逐级递减风量一方面满足充分降温的效果，另一方面是合理利用风能，避免能耗较大的问题出现。本发明的料板202式导料轮200主要是将煅烧产物呈向下洒落的方式传输至相对应的履带式输送机构300上，在煅烧产物呈向下洒落的方式下落时，冷却风对煅烧产物的散热效果大幅度的提升，使得在短时间内达到充分散热的目的，进而实现急冷的效果。

作为本发明一个优选的实施例，如图6-10所示，料板202式导料轮200包括筒状轮体201，在该筒状轮体201的周面上均匀地设置有多块料板202，通过对筒状轮体201的驱动，而使筒状轮体201转动，筒状轮体201在旋转的过程中料板202将下落的煅烧产物承接并转送至位于下方的履带式输送机构300上。本实施例为了使煅烧产物在被料板202式导料轮200转送的过程中，使得其热量大部分被冷风带走，具体所采取的措施为，筒状轮体201内的空腔形成布风腔205，在筒状轮体201的周面上开设满风孔206，筒状轮体201的轴向两端分别构造有连接凸缘203，每个连接凸缘203沿筒状轮体201的径向向内延伸，两个端盖207分别经相对应的连接凸缘203通过多根连接螺栓209固定在筒状轮体201的轴向两端，在两端盖207上分别安装有轴线重合的轴杆215和进风管211，在轴杆215和进风管211上分别安装有轴承座216，且于进风管211上安装有传动轮213，进风管211远离端盖207的一端通过连接接头214与风冷系统连通。本实施例通过风冷系统的风机为进风管211提供冷却风，冷却风通过进风管211进入筒状轮体201内的布风腔205内，并从风孔206吹出，冷却风一方面使筒状轮体201保持降温的状态，使得筒状轮体201与煅烧产物进行一部分热交换，另一方面由风孔206吹出的冷却风吹拂于料板202上的煅烧产物上，并且煅烧产物落入或脱离料板202的过程中，冷却风由风孔206射流而出并对下落的煅烧产物进行降温，使得降温效果大幅度的提升。

作为本发明一个优选的实施例，料板202式导料轮200可分为两种结构，第一种，筒状轮体201与料板202为固定连接的形式，具体的，如图6所示的形态；第二种，如图10所示，每块料板202分别枢接在筒状轮体201的外周面上，在筒状轮体201上且位于料板202的背面位置处固定连接有支撑脚204，当煅烧产物落于料板202上时，支撑脚204支撑料板202的背面上，当煅烧产物脱离料板202时，支撑脚204解除对料板202的支撑。

作为本发明一个优选的实施例，如图7所示，进风管211的内壁形成进风道212，该进风道212的径向长度沿气体的流向递增，这样使得冷却风通过进风道212均匀、快速地布满布风腔205，并且确保了各个风孔206的排风量保持均衡。

作为本发明一个优选的实施例，如图7-8所示，在端盖207靠近筒状轮体201的一端构造有外壁口径减缩的调整嘴208，该调整嘴208与相对应的连接凸缘203之间形成有过流间隙，且在每个连接螺栓209上套装有硬质弹簧210，每根硬质弹簧210的两端分别抵接在端盖207和连接凸缘203相对应的端面上，图7-8中的箭头所表示的为冷却风的流动方向。这样，冷却风除了风孔206射流排风以外，还会在筒状轮体201的轴向两侧形成风墙，因此这两个风墙之间加上风孔206的射流风就形成了冷却带，通过调整风压使得硬质弹簧210在端盖207的作用下压缩程度变化，进而改变风墙的横截面的宽度，从而改变冷却带的边界大小，使得在预定风压下能够确保煅烧产物完全位于冷却带内，并保证充分冷却的目的。同时本实施例由于调整嘴208的设置，使得端盖207随着逐渐靠近筒状轮体201，过流间隙逐渐减小，因此风墙也逐渐变窄。本实施例还可以通过改变端盖207与连接凸缘203相对应表面的倾斜角度，使得所形成的风墙偏向或远离筒状轮体201。一般情况下，端盖207与连接凸缘203相对应表面的夹角为0～14°。

作为本发明一个优选的实施例，如图11所示，履带式输送机构300包括经两个传动辊轮301驱动而传动的输送履带302，该输送履带302的中部为下凹式的结构，且为了便于风冷降温，每个履带式输送机构300的输送方向倾斜向上，这样延长了煅烧产物滞留在履带式输送机构300上的时长。其中，在窑体100内且位于最上方的履带式输送机构300的上方构造有蒸汽发生炉101，其目的是，由于最上方的履带式输送机构300上的煅烧产物所携带的热量最高，在蒸汽发生炉101内注入炉水，这样除了风冷以外，最上方的煅烧产物还会被炉水冷却，由于水冷的效果远大于风冷，这样使得最上方的煅烧产物降温幅度最大，而且炉水被加热后产生热蒸汽，热蒸汽可用于其他设备的加热或者消毒等。本实施例蒸汽发生炉101的下端与相对应的履带式输送机构300之间的间隙随履带式输送机构300的输送方向递减，这样蒸汽发生炉101的下端对履带式输送机构300上的煅烧产物逐渐刮平，使得煅烧产物变得均匀，而且蒸汽发生炉101也可以与煅烧产物直接接触，形成接触式的热交换，使得热量交换速率大幅度的提升。本实施例在蒸汽发生炉101的下部设置有放残管104，用于对蒸汽发生炉101内的炉水进行放残；在蒸汽发生炉101的上方安装有补水接头102和蒸汽排出接头103，用于补水和热蒸汽的排出。

作为本发明一个优选的实施例，如图12-13所示，在窑体100上安装有进风接头105，在窑体100上且与进风接头105相对的侧壁上开设有出风口106，气流通道形成于进风接头105与出风口106之间，一般热风从出风口106排出后，可用于其他设备的加热或者预热。本实施例在进风接头105的外壁上构造有万向转接头1051，在窑体100上构造有万向转接碗108，该万向转接头1051装配在万向转接碗108内；本实施例通过万向转接头1051在万向转接碗108内的摆动，使得进风接头105的进风角度变化，这样可根据实际的降温需求，适当的调整角度，也可以通过外力驱动进风接头105一直保持圆锥摆动的状态，使得冷却风对气流通道全方位的冷却。如图13所示，本实施例在进风接头105内构造有多个螺旋导流片1052，这些螺旋导流片1052沿进风接头105的周向均匀设置，这样使得冷却风通过进风接头105后呈螺旋的形态进入气流通道，这样延长了冷却风作用在气流通道的时长，提高了冷却效果。

作为本发明一个优选的实施例，在窑体100内且位于各个履带式输送机构300的上方处设置有多个翻料机构400，且翻料机构400沿履带式输送机构300的输送方向间隔设置，翻料机构400主要是使煅烧产物被充分冷却。具体的，翻料机构400分为两种，第一种，如图15所示，翻料机构400包括固定安装在窑体100内的固定架401，在该固定架401的下方并排设置有多个竖直延伸固定杆，在每根固定杆的下端安装有翻料犁402，翻料犁402将履带式输送机构300上的煅烧产物犁出沟槽，进而实现翻料的功能，而且相邻的翻料机构400上的翻料犁402彼此相互错开设置，进而确保煅烧产物被充分翻料；第二种，如图16所示，翻料机构400包括转动安装在窑体100内的安装辊403，在该安装辊403上沿其轴线间隔安装有翻料轮404，翻料轮404将履带式输送机构300上的煅烧产物划出沟槽，进而实现翻料的功能，而且相邻的翻料机构400上的翻料轮404彼此相互错开设置，进而确保煅烧产物被充分翻料。

作为本发明一个优选的实施例，由于水冷的效果远大于风冷，如图14所示，在窑体100的侧壁上沿竖向间隔构造有并排设置的冷却介质导流通道107，每个冷却介质导流通道107沿竖直方向或者水平方向延伸，冷却液流经冷却介质导流通道107，进而达到煅烧产物急冷的目的。

本发明离开窑体100的热风均通过除尘设备进行除尘，之后在进行二次利用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims (17)

1.一种低碳水泥熟料，其特征在于，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

石灰石45~55%；

工业副产石膏30~40%；

铝矾土废石材料5~15%；

所述工业副产石膏包括磷石膏、钛石膏、氟石膏、盐石膏、柠檬石膏、硼石膏、脱硫石膏及模型石膏中至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种低碳水泥熟料，其特征在于：所述磷石膏中硫酸钙的质量含量≥75%。

3.根据权利要求1所述的一种低碳水泥熟料，其特征在于：所述铝矾土废石材料中Al₂O₃的质量含量为40~60%。

4.权利要求1~3任一项所述低碳水泥熟料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将石灰石、工业副产石膏与铝矾土废石材料混合；

S2、混合后的原料输送至回转窑内进行高温煅烧，且煅烧的温度为1300~1350℃；

S3、煅烧完毕的产物由回转窑的出口输送至立式冷却窑内，并通过立式冷却窑内上下设置的多个履带式输送机构迂回向下输送，在煅烧产物向下输送的过程中，风冷系统对其进行降温；

S4、煅烧产物将至预定温度后，排出立式冷却窑，并得到低碳水泥熟料。

5.一种低碳水泥，其特征在于，按质量百分含量计，包括以下制备原料：

低碳水泥熟料92~97%，所述低碳水泥熟料为权利要求1~4任一项所述低碳水泥熟料或权利要求5~7任一项所述制备方法制备得到的低碳水泥熟料；

石膏3~8%。

6.根据权利要求5所述低碳水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将低碳水泥熟料与石膏混合进行粉磨，得到低碳水泥。

7.权利要求5所述低碳水泥或权利要求6所述制备方法制备得到的低碳水泥在矿山回填或油井冲压中的应用。

8.根据权利要求1所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，包括回转窑，其特征在于：所述回转窑的出口端与立式冷却窑的进口端连通，且所述立式冷却窑位于回转窑的正下方或者斜下方，立式冷却窑包括竖向设置的窑体，于窑体内沿竖直方向间隔设置有多个履带式输送机构，于各所述履带式输送机构的进料处的上方设置有料板式导料轮，各所述料板式导料轮转动安装于窑体内并被驱动而转动，风冷系统分为两个支路，第一个支路分别与各个料板式导料轮连通，对经过料板式导料轮的煅烧产物进行冷却，另一个支路与窑体连通，并形成多个气流通道分别朝向履带式输送机构的输送方向相反吹冷却风。

9.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：所述料板式导料轮包括筒状轮体，于所述筒状轮体的周面上均匀地设置有多块料板，所述筒状轮体内的空腔形成布风腔，于筒状轮体的周面上开设满风孔，筒状轮体的轴向两端分别构造有沿其径向向内延伸的连接凸缘，两端盖分别经相对应的连接凸缘通过多根连接螺栓固定于筒状轮体的轴向两端，于两端盖上分别安装有轴线重合的轴杆和进风管，于所述轴杆和进风管上分别安装有轴承座，且于进风管上安装有传动轮，进风管远离端盖的一端通过连接接头与风冷系统连通。

10.根据权利要求9所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：所述进风管的内壁形成进风道，所述进风道的径向长度沿气体的流向递增。

11.根据权利要求9所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：于所述端盖靠近筒状轮体的一端构造有外壁口径减缩的调整嘴，所述调整嘴与相对应的连接凸缘之间形成有过流间隙，且于各连接螺栓上套装有硬质弹簧，各所述硬质弹簧的两端分别抵接于端盖和连接凸缘相对应的端面上。

12.根据权利要求9所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：各所述料板分别枢接于筒状轮体的外周面上，于筒状轮体上且位于料板的背面位置处固定连接有支撑脚，当煅烧产物落于料板上时，支撑脚支撑料板的背面上，当煅烧产物脱离料板时，支撑脚解除对料板的支撑。

13.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：所述履带式输送机构包括经两个传动辊轮驱动而传动的输送履带，所述输送履带的中部为下凹式的结构，且各所述履带式输送机构的输送方向倾斜向上。

14.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：于所述窑体内且位于最上方的履带式输送机构的上方构造有蒸汽发生炉，于所述蒸汽发生炉内注入炉水，所述蒸汽发生炉的下端与相对应的履带式输送机构之间的间隙随履带式输送机构的输送方向递减，于蒸汽发生炉的下部设置有放残管，于蒸汽发生炉的上方安装有补水接头和蒸汽排出接头。

15.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：于所述窑体上安装有进风接头，于窑体上且与进风接头相对的侧壁上开设有出风口，气流通道形成于进风接头与出风口之间；于所述进风接头的外壁上构造有万向转接头，于窑体上构造有万向转接碗，所述万向转接头装配于万向转接碗内，于进风接头内构造有沿其周向均匀设置的多个螺旋导流片。

16.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：于所述窑体内且位于各履带式输送机构的上方处设置有多个翻料机构，且翻料机构沿履带式输送机构的输送方向间隔设置。

17.根据权利要求8所述的一种低碳水泥熟料的生产设备，其特征在于：于所述窑体的侧壁上沿竖向间隔构造有并排设置的冷却介质导流通道，各所述冷却介质导流通道沿竖直方向或者水平方向延伸，冷却液流经冷却介质导流通道。

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