利用造氣爐渣代替粘土和晶種燒制水泥熟料的嘗試

1、利用造氣爐渣代替粘土和品種燒制水泥熟料的嘗試2007-6-7 作者：?jiǎn)挝唬捍筮B市金州區(qū)化工建材局摘要 通過可行性試驗(yàn)和工藝技術(shù)探索，利用造氣爐渣部分代替粘土和晶種燒制水泥熟料，能改善生料的易磨性和易燒性及料球的體積收縮性、透氣性和熱穩(wěn)定性； 但降低生料的可塑性和濕球的承荷能力。對(duì)此采取提高生料粉磨細(xì)度、窯前摻配復(fù)合晶種和延長(zhǎng)料球在預(yù)燒帶 的滯留時(shí)間等措施加以改善后，熟料煨燒收到明顯的優(yōu)質(zhì)、增產(chǎn)、節(jié)能和降耗效果。關(guān)鍵詞 造氣爐渣，粘土，晶種，生料，料球，工藝性能造氣爐渣（或稱碳化爐渣）是合成氨生產(chǎn)中造氣工序排放的工業(yè)廢渣。其大量排放，不僅 耗費(fèi)人力物力，而且浪費(fèi)資源，污染環(huán)境。我們用其部分代替硅

2、質(zhì)原料和熟料晶種配料燒制 水泥熟料，進(jìn)行可行性試驗(yàn)和應(yīng)用嘗試，收到了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。1造氣爐渣性能1.1 化學(xué)成分造氣爐渣的化學(xué)成分隨煤炭產(chǎn)地和加工處理方法的不同而略有差別，但主要成分基本穩(wěn)定，并與粘土相近，只是鈣、鋁、硫含量略高，而硅、鐵含量略低，詳見表1。表1造氣爐渣的化學(xué)成分（）爐渣種類LossSiO2Al 2QFezQCaOMgO SO2焦炭爐渣1.1459.9623.324.026.821.273.0299.5599.75煤炭爐渣1.9257.8120.985.568.211.813.461.2 表觀特征造氣爐渣外觀呈灰黑色帶微孔的熔融塊狀，顆粒粒徑w 50mm密度1200140

3、0kg/m3。破碎成w 10mm顆粒后，容重720780kg/m3。陽光下有亮黑色斑點(diǎn)狀玻璃光澤。1.3 礦物組成經(jīng)X射線衍射鑒定，造氣爐渣的主要組成礦物有石英、莫來石和硅酸二鈣，間雜少量的赤鐵礦和鈣黃長(zhǎng)石等鐵鋁礦物。1.4 晶相結(jié)構(gòu)在電鏡下顯示，造氣爐渣的組成礦物的晶相多為無定形、隱晶質(zhì)或微晶狀，顆粒細(xì)小， 發(fā)育不良。其中石英為無定形，莫來石為短柱狀隱晶，硅酸二鈣呈花蕾或樹?* 14. B噴萱賞次17.! ?2可行性試驗(yàn)2.1 試樣制備將常規(guī)水泥原料和造氣爐渣按配方要求進(jìn)行計(jì)配、混合后，用500mme 500mm試驗(yàn)小磨制成細(xì)度0.08mm方孔篩篩余為8.0%±0.5%的生料試樣。

4、造氣爐渣的摻配比例、 試樣化學(xué) 成分和率值列于表 2。表2生料試樣配比、化學(xué)成分及率值生料試樣編號(hào)摻配比例/%化學(xué)成分/%生料率值粘土爐渣熟晶LossSiO2ALOFe。CaOMgOSO2KHnPLS014.004.040.2011.802.982.4537.552.180.9298.080.9422.221.22LS110.53.53.040.1011.433.212.3337.762.131.0197.970.9672.101.38LS27.07.02.039.9511.083.422.1737.982.081.1197.790.9931.981.58LS33.510.51.039.841

5、0.763.612.0338.212.031.2397.711.0181.911.87LS4014.0039.7210.443.841.9238.451.981.3297.631.0441.812.00注：試樣配制中，石灰石、鐵粉和入磨煤的配比沒變，未摻礦化劑。2.2 試驗(yàn)結(jié)果為了解造氣爐渣對(duì)生料和料球工藝性能的影響，利用上述試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果列于表3、4。表3水泥生料的工藝性能試樣編號(hào)相對(duì)易 磨系數(shù)生料塑 性指數(shù)熟料CaO /%）熟料fCaO含量/%生料易燒性系數(shù)K/%1200 c1300 c1400 c1200 c1300 c1400 cLS01.0012.462.7211.248.863

6、.32 f32.8785.8794.71LS11.0411.963.028.365.212.98 86.7391.7395.27LS21.1011.563.247.184.982.60 88.6592.1395.89LS31.1611.063.429.276.823.61 85.3889.2594.03LS41.2110.663.7810.567.144.26 83.44188.8193.32注：（1）相對(duì)易磨性系數(shù)為粉磨相同細(xì)度所用的時(shí)間比；（2）試樣粉磨細(xì)度為0.08mm方孔篩篩余為8.5%±0.5; （3）熟料CaO含量系t羊于1400c下煨燒30min后的測(cè)試結(jié)果；（4）熟料

7、 fCaO含量系試樣于不同溫度下煨燒30min后的測(cè)試結(jié)果；（5）生料的易燒性系數(shù)K=（CaO-fCaO） aOx 100%。表4入窯料球的工藝性能試樣編號(hào)料球水分/%濕球墜落高度/m濕球強(qiáng)度/N干球強(qiáng) 度/N干球磨損率/%體積收縮率/%料球氣孔率/%高溫爆破率/%500C1000 cLS013.83.954.24 10.51 6.7523.1632.50010LS113.53.643.979.428.2521.3233.4205LS214.03.103.728.369.4020.5435.3605LS313.62.903.407.35 10.6619.7537.35515LS413.22.6

8、03.206.26 11.7418.9739.42530注：試樣為10mm料球。試驗(yàn)時(shí)還選用編號(hào)LS2的配方，磨制成不同細(xì)度的試樣，進(jìn)行生料和料球有關(guān)工藝性能的測(cè)試，結(jié)果列于表5。表5試樣細(xì)度對(duì)生料和料球部分性能的影響試樣 編號(hào)試樣 細(xì) 度/%生料 塑 性指 數(shù)生料易燒 性系數(shù)K/%濕球 強(qiáng) 度/N濕球墜 落 高度/m干球 強(qiáng) 度/N干球 磨 損率 /%500 C 的 爆破率 /%1000 c 的 爆破率 /%LS2-110.59.893.763.443.807.6510.25515LS2-28.411.295.043.654.058.50 19.2005LS2-36.512.596.183.

9、824.209.44 (8.1600LS2-44.613.797.213.964.5010.357.11002.3比較分析比較表24中的試驗(yàn)結(jié)果可見， 在其他物料配比不變的情況下，以3.5%造氣爐渣替代3.5%粘土和1.0%熟料晶種為一個(gè)替代梯度，隨著替代梯度的增加，生料和料球的工藝性能 均發(fā)生明顯的變化。2.3.1對(duì)生料工藝性能的影響隨著造氣爐渣替代量的增多，生料KH、P值增高，而n值降低，生料易磨性和易燒性變好，可塑性變差。平均每增加一個(gè)替代梯度，生料KH和P分別增高0.03和0.20,而n值降低0.10左右,生料易磨性系數(shù)提高 0.05左右，塑性指數(shù)降低 0.50左右，在1400c下的生

10、料易燒性系數(shù)提 高0.59%左右。但替代量10.5%寸易燒性改善效果變差，這是因?yàn)樵嚇拥?KH和P值過高所致。2.3.2 對(duì)料球工藝性能的影響從表4對(duì)10mm料球的工藝性能測(cè)試結(jié)果來看，隨著造氣爐渣替代量的增多，料球承荷能力降低，高溫體積收縮率變小，氣孔率增大。平均每增加一個(gè)替代梯度，濕球墜落高度降低0.34m,濕球強(qiáng)度降低 0.28N,干球強(qiáng)度降低1.06N,而干球磨損率提高 1.25%左右,體積收縮率減小 0.80%左右，料球氣孔率增大 2.0%左右。造氣爐渣替代量 w 7.0%寸，料球 1000c高溫爆破率降低 5%左右；而替代量 R10.5%f,料球1000c的高溫爆破率增高 5%入

11、20%。2.3.3 細(xì)度對(duì)生料和料球性能的影響比較表 5 中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，隨著試樣細(xì)度的提高，生料的可塑性、易燒性、料球熱穩(wěn)定性變好，料球承荷能力提高。平均細(xì)度每提高2%，塑性指數(shù)增高1.3，易燒性系數(shù)增高1.15%,濕、干球強(qiáng)度分別提高 0.17N和0.9N,而干球磨損率降低 1.05%。當(dāng)試樣細(xì)度由10.5%提高到8.4%以上時(shí)，料球在500時(shí)無爆裂；在1000時(shí)爆破率降低了 5%15%。2.4 試驗(yàn)結(jié)論1） 利用造氣爐渣來部分替代粘土和熟料晶種配料，能改善生料的易磨性、易燒性及料球的體積收縮性、透氣性和熱穩(wěn)定性，有利于提高生料磨產(chǎn)量、降低生料粉磨電耗，并改善窯內(nèi)通風(fēng)和燒結(jié)氣氛，促進(jìn)熟料

12、均勻煅燒，其替代量以7.0%為佳。2）利用造氣爐渣部分替代粘土和熟料晶種配料，會(huì)使生料的塑性變差、料球承荷能力降低， 不利于窯內(nèi)均勻通風(fēng)和熟料均勻煅燒。對(duì)此除須選擇最佳替代量外，還須采取一定的技術(shù)措施?？稍诒３稚袭a(chǎn)量和粉磨電耗的前提下，適當(dāng)提高生料粉磨細(xì)度，以6%8%為宜。3 實(shí)踐初步嘗試3.1 工藝技術(shù)措施3.1.1 調(diào)整配料方案根據(jù)比較分析，選擇LS2 的替代量，將配方由試驗(yàn)前的KH=0.993 、 n=1.98、 P=1.58、K1400 =95.89%（見表2、 3）調(diào)整為KH=0.94±0.02、 P=1.3 ± 0.1、 n=2.2 ±0.1 ，以降

13、低液相粘度。并參照有關(guān)資料 ”，計(jì)算控制生料易燒性K1400c=95.89+0.36 5-0.61 2+0.58 3=98.21%左右。3.1.2 簡(jiǎn)化配料工藝由于摻配造氣爐渣后將使生料配料變?yōu)槭?、土、鐵、渣、入磨煤、復(fù)礦和晶種八組分，操作復(fù)雜，影響出磨生料質(zhì)量的穩(wěn)定性。為此我們以礦渣水泥為復(fù)合晶種，取消石膏礦化劑，改在窯前摻配，將生料磨頭配料變?yōu)槭?、土、鐵、渣和入磨煤五組分，簡(jiǎn)化配料工藝。利用 425 礦渣水泥代替熟料作復(fù)合晶種，可以省去晶種單獨(dú)磨細(xì)工藝，改磨前摻配為窯前摻配，消除庫存生料因水分含量高而結(jié)拱、粘庫和結(jié)塊現(xiàn)象，提高入窯生料的分散性。同時(shí)利用礦渣水泥帶入的SO3代替石膏礦化劑。3

14、.1.3 提高生料細(xì)度為提高生料可塑性，將出磨生料細(xì)度由0.08mm方孔篩篩余8%10%提高到6%8%。3.1.4 強(qiáng)化暗火操作改淺暗火煨燒為深暗火操作，控制濕料層厚度在0.60.8m,底火層深度在1.31.5m,以延長(zhǎng)料球在預(yù)燒帶的滯留時(shí)間，利用立窯特有的高溫、高濕條件來促進(jìn)礦渣水泥膠凝性質(zhì)的充分發(fā)揮，提高料球的承荷能力。3.1.5 調(diào)整窯口參數(shù)參考有關(guān)資料 ，將窯口擴(kuò)大角度由13°縮小到11°,擴(kuò)大高度由1.5m加深到1.8m, 倒喇叭位置由2.1m下移到2.8m,使之與生料燒結(jié)特性和熟料煨燒方法相匹配。3.2 生產(chǎn)嘗試結(jié)果采取上述措施后，在2.5mX10n式機(jī)立窯生產(chǎn)

15、線上進(jìn)行生產(chǎn)嘗試。結(jié)果列于表68。表6成球和煨燒工藝控制質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)料球水分/%濕球強(qiáng)度濕料厚度底火深度熟料Loss/%熟料fCaO/%資料來源時(shí)計(jì)時(shí)平均合格平均值合格率平均值合格率平均值合格率平均合格平均合格間期值率/N/%/m/%/m/%值率值率(年.月)復(fù)礦13.895.42.8476.60.4491.31.1584.51.6593.62.3481.31984.4 8熟晶13.294.83.9294.20.5294.41.2589.80.8697.51.6492.81993.4 8爐渣13.596.23.7690.80.6896.21.3692.60.6298.71.2198.51999.

16、4 8表7熟料理化性能檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng) 計(jì)時(shí) 期熟料礦金組成/%細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度/%安定 性合格 率 /%凝結(jié)時(shí) 間/(h :min)抗壓弓1度/抗折弓1度/MPa資料來源時(shí)間(年.月)C3SGSGACAF篩 余 /%比表面積/(m /kg)初凝終凝3d7d28d復(fù)礦57.413.8S.713.74.4308.025.2594.62:404:5028.5/5.242.5/6.558.6/7.51984.4 8熟晶59.213.6S.213.54.6305.025.5096.82:254:4530.9/5.447.6/6.763.5/7.81993.4 8爐渣58.914.1S.614.44.8301.0

17、25.7598.82:304:2531.6/5.547.2/6.863.7/8.01999.4 8表8機(jī)立窯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)時(shí)期機(jī)立窯運(yùn)轉(zhuǎn)率/%平均臺(tái)時(shí)產(chǎn)量/(t/h)熟料質(zhì)量熟料能耗資料來源時(shí)間(年.月)標(biāo)號(hào)/MPaLoss/%fCaO/%耗標(biāo)煤/(kg/t)耗電/(kWh/t)復(fù)礦92.89.1658.61.562.24155.619.21984.4 8熟晶94.69.6763.80.861.86152.518.71993.4 8爐渣94.89.9862.70.621.24148.317.41999.4 83.3 應(yīng)用比較3.3.1 熟料煨燒窯況明顯改善熟料煨燒中窯面煙氣濃白、上升有力，

18、上火速度較快，通風(fēng)均勻，窯情穩(wěn)定；窯面跑風(fēng)、毗火現(xiàn)象極為少見，雖偶爾出現(xiàn)偏火、粘邊現(xiàn)象也容易處理，基本消除中心火柱和跑紅火現(xiàn) 象。濕料層厚度和底火深度合格率、熟料 Loss和fCaO合格率都相應(yīng)提高。3.3.2 熟料實(shí)物質(zhì)量有所提高熟料凝結(jié)時(shí)間縮短，抗壓強(qiáng)度提高。fCaO和Loss平均含量與使用復(fù)礦時(shí)期相比，分別降低1.13%和1.03%;與熟料晶種時(shí)期相比，分別降低0.43%和0.24%。3.3.3 熟料煨燒能耗有所降低由于生產(chǎn)中使用的煤揮發(fā)分高達(dá)9.8%10.4%、熱值僅為1580017500kJ/kg,燃燒時(shí)熱力不集中，造成熟料熱耗較高。使用造氣爐渣后，熟料煨燒能耗有所降低。煤電消耗比使 用復(fù)礦時(shí)期分別降低