汪薛纠
（无机072 079024442）
摘要：水泥生产质量控制的环节主要包括原燃材料和辅助材料的控制，生料的控制（出磨生料和入窑生料），熟料的控制，水泥的控制（水泥制成和水泥出厂）等几个方面，本文主要阐述新型干法水泥生产中熟料的质量分析与控制。
关键词：新型干法水泥；熟料；质量分析与控制
Abstract: The cement production aspects of quality control include the control of raw materials and fuel and auxiliary materials, raw material control (the raw mill and kiln feed), control of clinker, cement control (made of cement and cement factory ), and several other aspects, this paper describes the production of new dry process cement clinker quality analysis and control.
Key words: NSP; cement; clinker; quality analysis and control
0. 引言
水泥生产是连续的，各生产工序之间有着非常密切的联系。每一道工序都是依靠参见生产的所有人员来掌握和调整的。如果在生产全过程中，一个岗位的人员不能严格标准、规程和规定控制生产，就可能会造成产品质量波动、下降，甚至会有不合格或废品出厂。熟料质量控制是水泥生产中最重要的环节，熟料的质量好坏直接决定着水泥质量的优劣。
1. 熟料的质量控制
熟料的质量控制项目主要包括熟料的化学成分 (即KH, n, P)、熟料中游离CaO含量、熟料中MgO含量、熟料立升重、熟料烧失量、熟料物理性能 (凝结时间、安定性和强度)这几个方面。
1.1. 对熟料化学成分的控制
对熟料化学成分的控制，即对KH，n，P三个率值进行控制，其目的在于检验其矿物组成是否符合配料设计的要求，从而判断前道工序的工艺状况和熟料的质量，并作为调整前道工序的依据。
陈聚华，柏秀奎，曹德光[1]等人研究了率值对熟料烧结和氧化钙结合程度的影响，得出结论：
对比KH、SM和IM对游离钙和烧结致密的影响规律可以发现：
（1）率值对熟料游离钙含量和烧结致密程度的影响顺序为：KH > SM >IM，其中KH 和SM对游离钙含量的影响相近，均明显大于IM的影响；
（2）IM的变化对游离钙含量和烧结程度的影响均较小，尤其是对烧结致密度的影响更小；在SM的变化范围处在1.80～3.00之间时，随着SM的变化，对游离钙含量的影响程度相对小于对烧结致密影响的程度；
（3）KH在0.84～1.00之间变化范围内，对熟料游离钙含量的影响程度要大于SM的影响，尤其是在KH=0.92～0.96的范围内游离钙含量变化率最大。
1.2. 控制熟料中的游离CaO含量
熟料游离CaO含量是考核熟料质量的重要指标， 它表示生料煅烧中氧化钙与氧化硅、 氧化铝、 氧化铁等结合后剩余的程度，所以，它的高低表示配料的合理性及熟料煅烧的完全程度，更表示熟料的安定性质量。负责熟料生产的各级领导、中控操作员（或看火工）、化验员都要检查该项指标的完成情况，并努力降低熟料中游离CaO的含量。 但是，精细管理与操作要求对它的认识不应该只停留于此， 只有在对它有更全面的认识之后，才能从中为企业挖掘出更多的效益。
目前大多数水泥企业对熟料游离CaO含量规定合格指标为小于1.5%， 合格率要大于90%。这种指标已经沿袭了数十年，基本是照搬传统回转窑的习惯。但对预分解窑，这种指标是否合理呢？ 1.2.1. 熟料游离CaO 含量过高的危害[1]
1)熟料安定性不好。这正是对熟料游离CaO含量要严格控制的传统认识。 2)与混凝土外加剂的相容性不好。这是混凝土专业研究的结果，因此，作为水泥主要用户的混凝土搅拌站为了降低使用外加剂的成本，对水泥生产提出游离CaO含量小于 1%的要求。这是对熟料游离CaO含量的现代认识。
总之，熟料游离CaO含量在使用时无论如何都不能过高，更不能失去控制。否则，这样的熟料不能直接用于粉磨水泥。 1.2.2. 熟料游离CaO 含量过低的弊端[1]
在人们都十分重视游离CaO含量过高的害处时，也有必要了解游离CaO含量
过低的不利之处，这确是很多人至今没有充分认识到的，之所以提倡精细管理，其用意及内容也正在于此。
1)熟料质量下降。在游离CaO低于0.5%时，熟料往往呈过烧状态，甚至是死烧。 此时的熟料缺乏活性，强度不但不会提高，反而会下降。
2)降低烧成带窑衬寿命。因为降低游离CaO含量的重要手段之一就是提高烧成温度，为此，回转窑耐火砖承受了高热负荷，使用寿命缩短。
3) 需要更多的燃料消耗。为使少量残存的游离CaO被 C2S吸收， 随着烧成温度的提高， 就要付出更多的热量。这就表明，游离CaO的合格范围不仅是质量指标，也是关系能耗高低的经济指标。再者， 现在节能已经与减排紧密联系起来， 因为多烧煤，就要向大气多排放CO2， 加重了地球的温室效应。仅就保护环境而言， 也不能无限制地压低游离CaO的控制指标。
4)熟料的易磨性变差。
游离CaO是水泥熟料中的有害成分。通常认为在燃烧温度下生成的游离氧化钙成死烧状态，水化速度很慢，在水泥水化硬化并具有一定强度后，游离氧化钙才开始水化，产生体积膨胀，致使水泥石强度下降、开裂，甚至崩溃，造成水泥安定性不良。
1.2.3. 熟料游离CaO的快速测定[2]
水泥生产中，f-CaO的质量分数是评价煅烧及熟料质量的一个重要的指标，目前常用的分析方法是丙三醇－乙醇法和乙二醇法，从分析结果的准确性来说，两种方法的准确性都较高；但从分析时间来看，丙三醇－乙二醇测定 f-CaO 需 20～30min，乙二醇法也需 30min 以上。结合以上两种方法，我们经过长期的改进和对比，发现硝酸锶－乙二醇－乙醇快速法测定时间极短且准确，用硝酸锶－乙二醇－乙醇快速测定法与丙三醇－乙醇法相对比，其测定结果均在国家标准允许误差范围之内，在准确性上，两种方法都可采用，但在测定速度上硝酸锶－乙二醇－乙醇法占有优势，其测定的全过程能在 5min 内完成，大大提高了工作效率，同时也极大限度地发挥了生产控制的准确性和及时性。
检验熟料中游离CaO含量不但可以鉴定配料成分是否合理，还可以在一定程度上鉴别整个工艺过程差否完善，热工制度是否稳定。
1.3. 控制熟料中的MgO含量
在水泥生产中，MgO能够降低熟料煅烧温度，改善易烧性；并有改善水泥泌水性、收缩值、抵御侵蚀介质腐蚀等良好性能。但过多的MgO在熟料煅烧时，只有一部分与熟料矿物形成固溶体，因为它与SiO2，Fe2O3，Al2O3 的化学亲和力很弱，故大部分是以游离态的方镁石存在于熟料中。方镁石水化速度极慢，若干年后还会继续水化并产生体积膨胀，将影响水泥石安定性。近年来高镁原料的应用以及MgO对水泥性能和煅烧操作的影响，备受人们的普遍关注[4]。 1.3.1. 对熟料烧成和质量影响的原因分析
（1） 氧化镁偏高（如熟料 （MgO）<3.2%时）。熟料煅烧时，氧化镁有一部分与熟料矿物结合成固溶体并存在于中间相中。相关资料表明，在硅酸盐水泥熟料中，MgO 最佳固溶量为 1.5%，多余的MgO 则如同提高了Fe2O3的含量， 可降低液相出现的温度并增加液相量，降低液相的表面张力。（据报导，第九届国际水
泥化学会议（印度新德里）综合报告译文集.南京化工学院）当MgO含量增加 1%时，
表面张力降低 0.019N/m，从而促进C2S对CaO的吸收有利于煅烧。
（2） 氧化镁较高（如熟料 （MgO）大于 3.2%而小于 4.2%）时，液相表面张力大幅度下降。当熟料 (MgO)=4%时，表面张力为 0.51N/m，迫使其煅烧温度要比正常温度低，容易导致热力不足或不集中，煅烧范围要比正常窄，不利于f-MgO的吸收和晶体发育；表现在熟料外观结粒细小，飞砂严重；同时，低黏度的液相对A矿产生溶蚀作用，致使C3S发生分解反应；再者，反映在煅烧方面为料子易烧性好，但烧结范围变窄，操作难度大。
（3）氧化镁过高（如熟料（MgO）>4.2%）时，熟料出现结球严重，窑电流平均达450A以上，频繁出现结大球，冷却破碎之后的熟料大多数为黄块，窑头飞砂严重。生产实践中，我们采取常规的降铁措施，现象不但没有扭转，反而更加恶劣，反常规调整，却没有见效果。从相关国际研究资料[5]得到了理论上的证明 此时不再仅仅是表面张力降低，液相黏度降低的问题。与此相反，即MgO）大于4.2%时，熟料液相黏度增加，使阿利特结晶困难。此时，虽然液相量增加，表面张力的温度系数为负值，降低煅烧温度其实质是增大液相表面张力，从而使结粒变大，窑内极易结圈、结蛋[4]。 1.3.2. 采取的技术措施
（1）严格控制石灰石质量，稳定MgO含量。 （2）调整配料方案，使其与煅烧制度相适应。
（3）优化操作参数，稳定操作控制。
（5）调节煤粉燃烧器内外用风，控制烧成带长度[4]。
由于MgO与SiO2、Al2O3，游离e2O3的化学亲和力很小，在熟料煅烧过程中一般不参加化学反应，熟料中未化合的游离MgO (即方镁石) 的水化很慢，甚至1～2年内还不能完全水化，从而造成硬化水泥石的不均匀体积膨胀，影响水泥的安定性。
熟料中MgO含量必须＜5.0%，若压蒸安定性检验合格，则熟料中MgO含量允许放宽到6.0%；
熟料中MgO含量每天检测一次，可增加检测次数
1.4. 控制熟料立升重
熟料立升重即为一立升熟料的质量。熟料立升重的高低是判断熟料质量和窑内温度 (主要是烧成带温度) 的参考数据之一，通过物粒结粒大小及均匀程度，可以推测挠成温度是否正常。
立升重太低，说明熟料欠烧；反之，则说明熟料过烧。因此，在正常生产情况下，熟料的立升重与CaO的含量存在着一定范围的反比关系，即熟料立升重高，熟料中CaO含量低。
必须将立升重控制在合理范围内 (回转窑: 1300～1500 g/L)，并按时测定，以便于看火工及时调整窑内温度。
1.5. 控制熟料烧失量
熟料烧失量也是衡量熟料质量好坏的一个重要指标。烧失量高，说明窑内物料化学反应不完全，还有一部分CaCO3或煤粒没有分解或燃烧，更有一部分CaCO3虽已分解，但还来不及继续完成熟料的化学反应。如果由于煤粒没燃烧完造成烧失量高，不仅增加了熟料热耗，而且影响粉磨后的水泥质量。
一般控制指标：
熟料烧失量≤1.5%； 每窑每班测定一次
1.6. 对熟料进行物理检验
通过对出窑熟料的定期检验，可以验证配料方案是否合理。配料方案确定后，是否能达到预期的效果，应通过熟料的物理性能来验证。如果在生产条件稳定的
情况下，熟料强度高，则说明配料方案合理。反之，熟料质量长期较差，则配料方案就不尽合理，需作调整。
可以检查窑内煅烧操作情况。在配料方案合理及工艺控制较稳定的情况下，熟料物理性能的变化，往往反映出操作煅烧上的问题，通过对熟料安定性及外观的颜色、形状等方面的分析，可以判断出操作方法、窑内通风、热工制度等方面存在的问题，以便及时纠正和解决。
检验熟料的物理性能，作为水泥制成质量控制的依据。通过对出窑熟料的定期检验，在保证出厂水泥质量的前提下，可合理确定水泥的粉磨细度、混合材料和石膏的最佳掺入量，并根据熟料质量的变化及时修改各项控制指标。
王 俊[6] 对提高新型干法窑熟料强度进行了探讨，影响新型干法窑熟料强度的因素有入窑物料喂料量，原燃料品质的均匀性和稳定性，煤灰分的波动，配料方案中的三率值的匹配，缎烧过程中风、煤、料、操作四者的平衡，入窑物料颗粒接触状况以及碱含量等。通过对上述影响因素的 分析，提出了从熟料的锻烧、冷却 ,生料配制、原燃材料的选取等诸方面加强管理，,确保系统在较佳状态下运行等提高熟料强度的措施。
熟料强度的高低是由综合因素决定的。因此，应从熟料的媛烧、冷却，生料配制、原燃材料的选取等诸方面加强管理，确保系统在较佳状态下运行，以锻烧出高活性的熟料。
2. 熟料的质量管理
熟料质量管理包括熟料的储存和熟料的均化两个方面的内容
2.1. 熟料的储存
出磨熟料不允许直接入磨，应进行储存。通过储存，可以降低熟料的温度，防止石膏脱水；可以提高熟料的易磨性，提高磨机产量。
（1）熟料的储存方式一般有圆库和堆棚两种。
（2）熟料的储存期应在5 d以上，入磨熟料温度应小于100 ºC；
2.2. 熟料的均化
熟料质量不均匀，应做好熟料均化工作，减小波动，保证出厂水泥的质量。 1、熟料搭配入磨。在用圆库储存熟料时，可用多库搭配的方法，即根据各库熟料的质量情况，确定各库熟料的配合比。用堆棚储存熟料时，要按各堆的质量
确定好坏熟料的入磨比例。
2、机械倒库。即将两个以上库的熟料用电振给料机控制流量配比，再经过皮带输送机和斗式提升机送入另一只配料熟料库中，再与混合材、石膏等材料，按严格的配比，入磨磨制水泥。
3、出窑熟料在总体质量上波动不大时，可以采用分层堆放，竖直切取的方法，达到熟料的均化。
4、对于某些物理性能或化学成分超过国家标准的熟料，严格搭配比例，并确认其已达到国家标准要求后再入密，避免出现废品。
3. 影响熟料质量的因素
（1）原料的影响 （2）生料质量的影响 a生料成分的波动
水泥熟料矿物的形成过程是物质质点扩散反应的过程，生料成分的波动必然会引起扩散反应，造成矿物的形成量不足，会产生大量的游离氧化物。当熟料中的过多时，必然会导致熟料的安定性不合格，强度下降，若熟料中游离过多时，会造成熟料粉化。
b生料细度
在物质质点扩散速率相同的情况下，生料颗粒越大扩散反应时间越长。在回转窑各反应带长度和物料运动速度不变的情况下扩散反应时间的延长就意味着扩散反应不完全，会出现窜生料，熟料欠烧 。
（3）合理的率值控制范围 （4）煤的影响
煤提供了熟料形成所需的热量，煤质的好坏亦直接影响熟料的质量 。 （5）工艺操作对熟料质量的影响
对一个水泥厂来说，中控室是一个核心部门，特别对于熟料质量来说，窑操作人员自身的素质是至关重要的。要求操作是具有较高的理论水平和实际操作能力，并且有很强的解决实际问题的能力[7]。
4. 结束语
影响熟料质量因素较多，每个水泥厂所用原料不同，提高熟料质量的措施也
不尽相同，提高熟料质量是确保水泥质量的基础，熟料质量的优劣与均匀程度，直接决定水泥质量的好坏与可靠程度。
参考文献
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2张茕莺. 浅谈熟料 fCaO的快速测定[B]. TQ172.12 . 1007-6344(2008) 04-0045-02
3谢克平.对生产中控制熟料fCaO 指标的看法[B].水泥cement 2008.No.4.TQ172.621.12
4张浩 高先仕 池金果: 提高预分解窑高镁熟料质量的技术措施[B]: 山东潍坊:TQ172
5 池金果 高先仕 徐洪云.石灰石矿山泥质灰岩夹层的有效利用[J].水泥 2007,(11):15-16.
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