提高水泥熟料质量的重要途径——高温煅烧和快速冷却

-------------------------------------------------------------------------------- 作者：-

发布时间：2004-5-15 作者：王善拔1胡如进2王宏伟3

--------------------------------------------------------------------------------

（1、广州市建筑材料研究所 510030 2、国家建材局技术情报研究所 100024 3、广州市建筑建材处 510030）

０ 前言

凝土生产及使用的要求。土木工程除要求混凝土有较高的强度外，还要求其和易性好，硬化后的耐久性要好。为达到这些要求，作为混凝土生产主要用材的水泥应该是强度高特别是早期强度高，质量均匀且稳定，和易性好，与减水剂相适应性好。具体反映在要求水泥强度高、标准稠度用水量少、水化热低等。熟料是水泥的主要组分，欲磨制高品质的水泥必须有高品质的熟料，因此首先应提高熟料的质量。在提高熟料质量的诸因素中，提高煅烧温度、快速冷却是最重要的工艺因素。本文就高温煅烧和快速冷却提高熟料质量的原因进行讨论和分析。 １ 高温煅烧对熟料强度的影响

提高煅烧温度可以提高熟料强度，这是生产实践中经常得以验证的现象。李浩璇和杨家智[１]曾研究过不同煅烧温度对掺复合矿化剂熟料性能的影响。在他们的实验中，熟料的率值完全相同，但熟料的强度随煅烧温度的升高而提高。图１是根据他们的实验结果绘制的熟料强度与煅烧温度的关系曲线。从图１可见，当煅烧温度从１３５０℃分别提高到1400℃和1425℃时，3ｄ、7ｄ和28ｄ抗压强度从23.6MPa、41.3ＭＰａ和５２．７ＭＰａ分别提高到２７．２ＭＰａ、４４．０ＭＰａ、57.9ＭＰａ和41.4MPa、５９．２ＭＰａ、６４．０ＭＰａ。在这里要特别指出，这３种熟料的ｆ－ＣａＯ相差无几，分别为0.60%、０．４１％和０．３７％。也就是说，这３种熟料的Ａ矿含量差别不是很大。煅烧温度从１３５０℃提高到１４２５℃，ｆ－ＣａＯ只减少０．２３％、（０．６％－０．３７％），其Ｃ３Ｓ含量理论上只增加0.9％～1.0％，但28ｄ强度却从52.7ＭＰａ增加到６４．０ＭＰａ，提高了１１．３ＭＰａ。Ｃ３Ｓ含量增加如此之少，而强度提高却如此之大，仅仅用Ｃ３Ｓ含量的增加很难合理地解释，而归因于煅烧温度提高使Ｃ３Ｓ晶体结构变化更为合理些。 冀东水泥厂[２]石灰石中的碱含量稍高，为降低煅烧温度和改善水泥的某些性能，在石灰石中掺入１％的硫酸渣，使熟料中ＳＯ３上升了０．２％，ＭｇＯ含量增加了０．１２％，结果熟料热耗降低了80KJ/Kg，窑筒体表面温度下降１９℃，产量增加了１．４ｔ／ｈ，但７ｄ强度却下降了０．７ＭＰａ，２８ｄ强度下降了３．５ＭＰａ。这说明，煅烧温度降低了，强度也降下来了。 河南省七里岗水泥厂φ３ｍ×４８ｍ预分解窑因某种原因曾无意中煅烧过ＳＭ＝２．８～２．９的熟料，由于料子难烧，只好提高煅烧温度顶着烧，尽管熟料ｆ－ＣａＯ高达３％～５％，但２８ｄ强度仍达70MPａ以上，而安定性只为“曲”。这也证明，煅烧温度高，熟料强度高。

顺昌水泥厂熟料强度一般都在６２ＭＰａ以上，但在一段短时间内，熟料强度曾下降至５６ＭＰａ，主要是ＭｇＯ和ＳＯ３含量提高，使熟料煅烧温度降低所致。尔后加强管理，使熟料升重从１３０２ｇ提高到１３４２ｇ，结果强度又恢复到６２．３ＭＰａ。众所周知，升重在一定程度上是煅烧温度的反映，升重的提高可以认为是煅烧温度的提高。这也说明，提高煅烧温度可使熟料强度提高。

笔者之一[３]在研究国内若干家预分解窑熟料中Ｃ３Ａ＋Ｃ４ＡＦ含量与强度关系中曾发现，Ｃ３Ａ＋Ｃ４ＡＦ含量高者，熟料强度一般都低。Ｃ３Ａ＋Ｃ４ＡＦ是熟料液相量的主体，液相量增加，熟料煅烧温度降低。同样可以认为，熟料煅烧温度高则熟料强度高。

立窑水泥厂中，煅烧温度高熟料强度高的实例也不少。石井水泥厂、广西北流水泥厂就是煅烧温度高熟料强度高 的典型例子。

为何高温煅烧能提高熟料强度?笔者认为：

的料子，这样硅酸盐矿物含量提高，也可提高Ａ矿含量。熟料烧成过程中主要发生如下反应：Ｃ２Ｓ＋ＣａＯ→Ｃ３Ｓ。Ａ矿是固溶少量Ｆｅ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ的Ｃ３Ｓ。煅烧温度提高可促进上述反应的进行，减少ｆ－ＣａＯ而增加Ｃ３Ｓ。从上式可看出，每减少１摩尔ＣａＯ就可增加１摩尔Ｃ３Ｓ。若按重量计，每减少１％的ｆ－ＣａＯ，就可增加４．０７％的Ｃ３Ｓ。据报导，国外新型干法窑熟料的２８ｄ强度一般比国内的高约４ＭＰａ～５ＭＰａ，主要是它们采取“高饱和比、高硅率、高铝率”的三高配料方案，而我国新型干法窑多采取“中饱和比、高硅率、高铝率”的配料方案，因此熟料中Ｃ３Ｓ含量比我国的高。当然反映在煅烧温度上，也比我国的高。 Ａ矿和Ｂ矿的活性提高有关。据ＭａＫｉ报导[４]，煅烧温度提高，Ａ矿由ＭⅠ型向ＭⅢ型转变。ＭⅢ型早期水化较慢，但３ｄ后浆体致密，强度提高。图２为煅烧温度对Ｃ３Ｓ单矿强度的影响。从图２可知，当煅烧温度从１４００℃提高到１５００℃时，Ｃ３Ｓ的３ｄ、７ｄ、１４ｄ和２８ｄ抗压强度从１３．０ＭＰａ、１８．３ＭＰａ、２５．６ＭＰａ、３０．０ＭＰａ分别提高到３２．５ＭＰａ、52.3ＭＰａ、52.3ＭＰａ、７７．５ＭＰａ。由此可见，煅烧温度对Ｃ３Ｓ的强度影响很明显。高温煅烧及快速冷却可使Ｂ矿保留活性较高的α′型。图３为煅烧温度对Ｃ２Ｓ抗压强度的影响。从图３可知，当煅烧温度从1400℃提高到1500℃，强度增长明显，其3ｄ、7ｄ、14ｄ和28ｄ的抗压强度分别从0.8ＭＰａ、1.7ＭＰａ、2.2MPa和6.5ＭＰａ提高到1.8ＭＰａ、4.6ＭＰａ、10.2ＭＰａ和３０．８ＭＰａ，其３个月、半年和１年的抗压强度也从33.7ＭＰａ、38.3ＭＰａ和50.0ＭＰａ分别提高到７４．３ＭＰａ、７４．６ＭＰａ和７５．０ＭＰａ。

应性。

煅烧温度的提高除可使生烧料和轻烧料减少外，还可使液相粘度降低，铁相中能溶进更多的Ａｌ２Ｏ３，使铁相从Ｃ４ＡＦ向Ｃ６Ａ２Ｆ转变，从而减少Ｃ３Ａ含量。Ｃ３Ａ含量的减少可降低水泥标准稠度用水量，改善其与减水剂的相适应性。 ２ 快速冷却对熟料质量的影响

（１）快速冷却可提高熟料强度。熟料在１３００℃以上进行快速冷却可提高其强度。因为高温快冷，避免了Ｃ３Ｓ的转晶反应，保留较多的Ｃ３Ｓ，同时Ａ矿可保持晶型完整，不受液相融蚀。高温快冷的另一好处是Ｂ矿保留高温型α′－Ｃ２Ｓ。据Ｙ．Ｏｎｏ报导[６]，冷却快的熟料中α′型Ｂ矿含量丰富，可达４０％（指占Ｂ矿比例），而冷却慢的熟料中，α′型Ｂ矿占的比例几乎为零，相应数量的高活性α′型Ｂ矿的存在无疑会有利于熟料强度的提高，特别是对于Ｂ矿含量较多的新型干法窑熟料。图４为冷却速度对贝利特水泥强度的影响。从图４可知，冷却速度越快，水泥强度越高。

有关外（煅烧温度高，Ｃ３Ａ含量少），还与冷却速度有关。快速冷却可使一部分Ｃ３Ａ和Ｃ４ＡＦ以玻璃体形式存在，冷却速度越快，玻璃体含量越多，实际的Ｃ３Ａ含量就越少。由于水泥标准稠度用水量随Ｃ３Ａ含量增加而增大，因此快速冷却可以减少水泥标准稠度用水量。此外，由于Ｃ３Ａ和Ｃ４ＡＦ，特别是Ｃ３Ａ对减水剂的吸附量很大，因此Ｃ３Ａ的减少可提高水泥与减水剂的相适应性。笔者曾研究过不同冷却方式对掺复合矿化剂熟料中间相的Ｘ－射线衍射峰的影响，结果表明，用急吹风冷却的熟料中间相的Ｃ１１Ａ７·ＣａＦ２衍射峰比自然冷却的低，这说明急吹风快冷的熟料Ｃ１１Ａ７·ＣａＦ２含量比自然冷却的少。工业生产实践同样证明了这一点。图５为篦式冷却机和多筒冷却机对化学成分基本相同的熟料Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦ含量的影响。从图５可知，篦式冷却机Ｃ３Ａ衍射峰比多筒冷却机的低。说明快速冷却的熟料Ｃ３Ａ实际含量少。因为篦式冷却机对熟料的冷却速度比多筒冷却机的快。

此外，高温煅烧还可提高熟料产量。因为煅烧温度高使化学反应速度加快。据报导[９]，当煅烧温度从１３６０℃提高到１４２０℃时，熟料烧成时间可缩短一半。预分解窑内煅烧温度高，其回转窑转速快产量高就是一个最好的佐证。 ３ 实现高温煅烧快速冷却的措施

采取以下措施：

选择优质煤则是提高火焰温度的物质基础。据了解，不少预分解窑所用的煤发热量都在２５０８０ｋＪ／ｋｇ以上。其次要提高煤粉制备的质量，主要是控制好煤粉的水分和细度。据认为，煤粉中保持１．０％～１．５％的水分可促进燃烧，且可避免煤粉在贮存过程中产生爆炸现象。但过量的水分会阻碍煤粉燃烧，使火焰变长，降低火焰温度，并使废气温度提高。煤粉水分每增加１％，火焰温度约降低１０℃～２０℃，并使废气热损失增加２％～４％。煤粉水分对煅烧温度的影响比灰分的影响约大一倍。因此应严格控制煤粉的水分，一般以１．０％～１．５％为宜。其次应严格控制煤粉的细度。煤粉太粗，则黑火头长，煤粉燃烬的时间长，火焰长，未燃烬的煤粉还易掉到熟料中，产生还原气氛，引起熟料结大块和窑内结圈，严重降低熟料质量，甚至引起旋风筒结皮堵塞。因此，在回转窑的操作中，必须充分注意控制煤粉的细度和水分。

二次风带入的热量比冷的二次风带入的热量大。在这方面，篦式冷却机比单筒和多筒冷却机优势大。采用厚料层操作的篦式冷却机的入窑二次风温一般都在１０００℃以上，而用单筒冷却机的二次风温度只有７００℃～８００℃。

风用量。大家知道，一次风温度一般只有５０℃左右，而二次风温度至少都在７００℃～８００℃以上。另外，要合理调节内外风和煤风，使火焰形状与窑内物料煅烧相适应。一般说来，在不影响耐火材料寿命的前提下，应尽量采用短粗火焰，以便提高火焰温度。

中要采取小料球煅烧方法。此外，在生料磨能力富裕的情况下，尽量减小生料细度，提高生料进行化学反应的能力。 ４ 结语

（１）高温煅烧可提高熟料中硅酸盐矿物含量，增加Ａ矿含量并提高Ａ矿和Ｂ矿的活性，从而提高熟料的强度。

部分Ｃ３Ａ和Ｃ４ＡＦ以玻璃体形式存在，从而减少Ｃ３Ａ和Ｃ４ＡＦ含量，有利于减少水泥标准稠度用水量以及改善与减水剂的相适应性。

从而缩短熟料烧成时间。

上传时间:2007-04-18 11:31:03 【评论】 【关闭】