水泥窑煅烧提高水泥熟料强度的方法

百科 2025-01-14 08:02 湖南

一、硅酸盐水泥熟料强度是怎样形成的

（一）硅酸盐水泥熟料的名词解释

以适当成分磨细后烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要矿物成分的产物就是硅酸盐熟料。需要强调的是，烧至部分熔融是硅酸盐水泥熟料形成的必要条件，若缺乏足够的液相量，则无法完成硅酸盐水泥熟料的煅烧过程。二是所得以硅酸钙为主要矿物，烧出的才是硅酸盐水泥熟料。

（二）硅酸盐水泥熟料的成分与矿物

适宜粒度和成分的原料经过精细研磨后，通过高温煅烧达到部分熔融状态，从而形成矿物。这些矿物再与水发生化学反应，最终生成具有高强度的混凝土，这一过程即为强度的形成。

硅酸盐水泥熟料成分

硅酸盐水泥熟料由氧化钙（CaO）、氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）和氧化铁（Fe₂O₃）构成，同时还含有氧化镁、碱性物质、氯离子及硫等可能有害的杂质成分。

硅酸盐水泥熟料矿物组成

硅酸盐水泥熟料主要由四种矿物组成：硅酸三钙（简写为C₃S）、硅酸二钙（简写为C₂S）、铝酸三钙（简写为C3A）和铁铝酸四钙（简写为C₄AF）。此外，还含有一定量的氧化镁、游离氧化钙以及其他可能的有害成分。

（三）硅酸盐水泥熟料煅烧的主要目标

在不考虑配比因素的情况下，煅烧获得高强度的关键在于降低熟料中的游离钙含量，从而提高硅酸三钙的比例，并相应增加熟料矿物的总量。这是煅烧的基础工作，同时也是其终极目标。

然而，尽管目标单一，其实施过程却极为复杂，这正是我们探讨的核心所在。

二、影响熟料游离钙的形成的因素

（一）游离钙的形成因素

熟料游离氧化钙指的是，在水泥熟料煅烧过程中，由碳酸盐分解产生的氧化钙未能转化为溶剂矿物，也未与硅酸二钙结合成硅酸三钙，而是呈游离状态存在于熟料中。游离钙作为未化合的氧化物，不仅占据了矿物成分的比例，还会在水泥水化时导致体积膨胀，对混凝土结构的稳定性造成不利影响。

熟料中的游离氧化钙含量是衡量熟料煅烧程度的关键指标。若游离氧化钙含量过高，则说明煅烧过程存在问题。相反，游离氧化钙含量过低，则可能意味着能源的不必要消耗。根据相关研究，若将熟料游离氧化钙含量控制在1.1%，相较于控制在0.8%提高0.3%，每千克熟料可降低热耗约175.5千焦（42大卡）。可节约标准煤约6千克/t熟料。因此，合理控制熟料中的游离氧化钙是操作的关键。

影响游离钙含量的因素主要有两个方面（不考虑配料因素），分别是烧成温度和烧成时间。烧成温度越高，反应速率加快，游离钙的吸收更为彻底；烧成时间越长，矿物反应更为充分，游离钙的吸收同样更为完全。

（二）如何提高熟料的煅烧温度

大部分人认为提高熟料的烧成温度很简单，就是提高用煤量。这样的认为我们不能说不对，但是我们至少可以说不全对。

实际上影响熟料烧成温度的因素很多，当然主要还是风、煤、料的合理匹配。

不过我们所说的烧成温度是指窑内的烧成温度，而非分解炉的温度，当然风、煤、料的匹配同样是指窑内高温带。

1、合理调控窑内用风量至关重要。在回转窑的煅烧流程中，用风量不仅决定了煅烧过程中所需的空气量，而且还是热量传递的重要介质。煤燃烧释放的热量主要由空气吸收，并随后传递给物料。若空气用量增加，在燃料量不变的情况下，窑内温度会相应降低，影响热量向物料的传递速率。反之，若空气量过低，尽管温度可能升高，但由于氧气供应不足，燃烧将不完全，从而无法达到最佳温度状态。

为了达到最佳的高温状态，需全面考虑多个关键因素：窑电流需维持稳定且较高水平；二次风温要保持高位；尾温则需控制在合理区间，以防过高或过低。当然控制尾温的主要方法是增大或减少窑内用风量，但是合理的用风量也是关键。

2、合理用煤量。为了确保窑内用煤量与空气供应量及物料吸热需求之间达到平衡状态，适宜的窑头用煤量至关重要。在评估此参数时，需参考窑尾烟室气体分析仪提供的氧含量及一氧化碳（CO）数据，确保氧含量控制在2.5%以下。科学研究和专家实验均表明，将窑尾废气氧含量精确控制在1.5%左右，不仅为理想的操作状态，也标志着窑内温度达到峰值。然而，受限于窑尾烟室废气分析仪的测量精度，多数参考数据在实际操作中显得价值有限。例如，氧含量通常在1%至4%的范围内波动，某些企业甚至出现氧含量达到6%、CO含量在400至1000PPM之间波动的情况。数据的不稳定性导致在缺乏全面考量的情况下，难以准确判断最佳操作条件。判断优劣的最佳依据是分解炉加煤后出口温度变化的速率。

3、必须探讨的问题——即配料问题。配料无疑是增强熟料强度的有效手段，然而，高强熟料配料与煅烧过程之间却存在显著的矛盾。

众所周知，高KH值是水泥熟料中二氧化硅与氧化钙饱和成硅酸三钙的关键指标，其值越高，熟料的硬化速度越快，强度也越大。此外，高N率同样对生产高强度熟料至关重要，因为它与熟料中高含量的CaO直接相关，而CaO是形成高强度熟料的基础。但是，高KH值和高N率往往不利于煅烧，这常常导致理论上的高强熟料生料在实际生产中烧制出的熟料强度并不理想。这正是问题的矛盾之处。这就需要探讨一下熟料的形成过程。

熟料生产过程的中和反应，即固相反应放热——硅酸三钙吸热的反应过程。

在熟料生产过程中，固相反应的放热和硅酸三钙的吸热是关键的热化学反应环节，其中固相反应通常需要在较高温度下进行，放热量约为420~500J/g。从事煅烧工艺的人员通常会有一个体验：当回转窑运行顺畅时，即便产量提升，燃煤消耗量也能保持在较低水平；相反，若回转窑在煅烧过程中游离钙含量难以达标，即便增加燃煤量，也无法保障生产的稳定性，游离钙含量也会持续攀升。那么，造成这种现象的原因是什么呢？这主要由两个因素决定：首先是固相反应放热，其次是熟料形成过程中的热传导效率。在熟料煅烧过程中，易烧性良好时，固相反应释放的热量均匀分布于物料中，被硅酸三钙的形成迅速吸收，固相反应放热为熟料形成提供充足热量。然而，当KH值过高时，溶剂矿物减少会导致固相反应减少。当固相反应放出的热量不足以满足熟料硅酸二钙吸收氧化钙所需的热量时，此时硅酸三钙形成就需要燃煤燃烧提供热量。燃煤燃烧产生的热量传递至硅酸三钙形成所需时间延长，导致熟料形成效率下降，煅烧时间增加，游离钙吸收受温度影响减缓，随着游离钙含量的增加，熟料的强度相应降低。所以说熟料生产过程中固相反应放热与硅酸三钙吸热的平衡至关重要。若此平衡被打破，不仅影响熟料质量，难以形成高强熟料，还会导致能耗增加，生产效率下降。

事实上如何准确、判断和掌握这些问题是熟料煅烧技术的重要体现。很多时候，仅凭理论说教难以达到高超的技能水平，更多的是需要借助实践，不断摸索并总结经验教训。唯有通过实际操作，我们才能深刻领悟煅烧过程中的微妙关系，进而切实提升技术水平。

（三）如何延长熟料的烧成时间

在先前的讨论中，我们已经明确指出，在熟料的煅烧过程中，游离氧化钙的吸收程度受到煅烧温度和时间的共同作用。此处所指的时间，特指熟料在回转窑高温区域的停留时长。该时长对游离氧化钙的吸收效果具有决定性的影响。若停留时间过短，游离氧化钙的吸收不充分，从而导致熟料强度的显著降低。然而，停留时间过长虽能确保游离氧化钙更完全地吸收，但也会带来能耗上升和生产效率下滑的问题。因此，精确控制熟料在高温区域的停留时间，对于确保熟料质量和提升生产效率至关重要。

在实际的煅烧操作中，熟料在高温区域的停留时间是由窑速和喂料量共同决定的。窑速过快或喂料量过多，均会导致停留时间不足，进而影响游离氧化钙的吸收；相反，窑速过慢或喂料量过少，虽能延长停留时间，却也会降低生产效率。因此，合理调控窑速与喂料量，对于实现熟料的高效生产至关重要。

然而，我们今天讨论的重点是如何提高熟料的强度，而最根本的问题是如何降低游离氧化钙的含量。熟料生产的效率，并非主要考虑的对象。因此，通过调整窑速来控制熟料在高温区域的停留时间，以达到最佳的游离氧化钙被吸收效果，从而提升熟料的强度，这才是我们的目标。

但是，这与所谓的薄料快烧看似存在着很大区别。实际上，薄料快烧强调的只是提高传热效率，通过物料的快速翻滚提高传热效率。薄料快烧虽提升传热效率，却未必保证游离氧化钙充分吸收，致熟料强度受到影响因此，精准控制窑速与喂料量，确保游离氧化钙的充分吸收，才是提升熟料强度的核心所在。

三、影响熟料强度的其他煅烧因素

影响熟料强度的因素很多，且每个主要因素背后均涉及更为复杂的子因素及成因。鉴于篇幅限制，本文仅就影响熟料强度的主要问题进行简要阐述。

（一）回转窑窑皮

在水泥熟料的生产过程中，回转窑的煅烧环节对于工艺管理者而言，非正常状态的窑皮构成了挑战，其中，结圈现象尤为棘手，其难度唯有亲历者方能深切体会。这一难题关键在于，结圈不仅大幅度降低了生产效率与产品质量，严重时甚至迫使生产中断，不得不对窑进行停机处理。尤其是在错峰生产的宝贵时段内，每一刻的运转时间都显得弥足珍贵，任何中断都可能带来不可估量的损失，何况操作造成结圈。

即便结圈问题尚未达到危急程度，仅仅是窑皮表面的不平整，也会给熟料质量带来显著影响。不平整的窑皮往往导致熟料在窑内的流动速度难以控制，这不仅会使得出窑熟料的外观不尽如人意，更重要的是，它还会直接影响熟料的强度，对最终产品的质量构成严重威胁。因此，确保窑皮状态的良好与稳定，对于提升水泥熟料生产的整体效益与品质至关重要。

（二）系统的稳定性

系统稳定性主要体现在分解炉与预热器各项参数的稳定性上，涵盖了温度稳定性与负压稳定性等方面。具体而言，温度稳定性问题主要表现为分解炉温度波动大，其波动范围常常超出规定的允许波动值。在某些生产厂家，温度波动幅度甚至可达到80度以上，这严重影响了正常的操作。温度波动的加剧会使分解炉高温区域温度飙升，从而容易诱发窑尾系统结皮，极端时更可能导致预热器堵塞，对煅烧过程造成严重影响。至于负压稳定性，其不稳定状态会导致气流紊乱，不仅影响物料的均匀受热，还容易造成塌料现象。塌料现象无疑会对熟料的正常煅烧造成严重影响，进而影响熟料的强度。

（三）稳定的喂料量

生料喂料过程的重要性常被忽视，其稳定性对于煅烧过程至关重要。若喂料不稳定，煅烧过程的温度和负压显著波动，进而影响系统温度的稳定，严重时更会引发二次风温的波动。这种波动对煅烧过程极为不利，并且会进一步影响熟料中游离钙的含量，从而对熟料强度产生负面影响。实际上，影响生料喂料稳定性的因素众多，包括喂料称的优劣、入窑提升机的运行状况以及入窑斜槽等。此外，系统中出现的小塌料现象也会对温度波动产生影响。不过在所有这些因素中，生料喂料称的性能尤为关键。

（四）稳定的喂煤量

喂煤称的波动同样不容忽视，其精度直接关系到窑内温度的稳定性。喂煤量波动过大，不仅会导致系统内温度难以控制，还可能引发分解炉温度过高或过低，严重影响正常操作，进而影响熟料的煅烧。高质量的喂煤称能确保喂煤量精确无误，维持窑内温度稳定，从而保障熟料的质量、强度以及良好的外观。此外，喂煤称的稳定性还直接关系到能耗的高低，避免不必要的能源浪费，提升生产的经济效益。所以喂煤称是一个不容忽视的问题。

结论

本文通过深入分析熟料的形成过程和煅烧过程中的关键因素，揭示了提高熟料强度的策略。文章强调了煅烧温度和时间的合理控制、窑皮和系统稳定性的操作，以及喂料和喂煤量的稳定性对熟料强度的重要性。这些因素的综合管理是实现熟料强度提升的关键，一般情况通过煅烧提升熟料强度可以确保在2MPa以上。但在实际操作中，需要不断摸索和总结经验，以达到最佳的煅烧效果和生产效率。

往期推荐：

某厂提高熟料强度的生产实践

2024-11-26

降低熟料中氧化镁含量提高熟料强度

2024-12-06

浅谈提高水泥熟料强度的方法与实践

2024-10-21

如何得到强度高的熟料

2024-10-16

影响水泥熟料抗压强度的因素分析

2024-09-01

通过优化生料配料提高熟料三天强度

2024-06-24

水泥熟料强度长期偏低原因分析及改进实践

2024-06-06

提高水泥熟料流动度和强度的方法探讨

2024-05-09

PPT课件|熟料强度影响因素分析

2023-11-07

粉磨工艺对熟料强度发挥的影响

2023-09-01

C3S晶粒大小对熟料强度的影响及其控制

2023-04-07

岩相分析熟料强度下降的技术对策

2023-03-20

提高熟料后期强度的方法

2023-03-06

水泥资料

致力于为水泥建材行业搭建技术交流平台，发布业内生产安全环保管理，精益运营，粉磨煅烧技术，各大专业培训资料。