水泥技术|高硫生料对煅烧及水泥强度的影响

防水之家讯：1　问题的提出

很长一段时间，我厂熟料中C3S含量偏低，熟料和水泥早期强度均不理想。熟料在烧成过程中结窑、炼边现象也非常严重。立窑烧烧停停，产量很低。

2　原因分析

我厂采用的是煤矸石全代粘土的生料配制方案，煤矸石的含硫量较高，且化学成分及热值波动较大；烧成用煤属高硫煤。因此，生料化学成分难控制，熟料含硫量高。我们采用固定煤矸石、煤炭、石灰石等几种主要原燃材料的基地、进烘干机前的料场预均化以及多库搭配等手段解决原燃材料成分和热值波动等问题。虽然有一定效果，但问题最终未根本解决。为此，我们将思路集中在传统的配料方案上。


1)由于生料中硫的含量较高，在熟料烧成过程中硫将夺取部分CaO生成CaSO4，而饱和系数控制在0.93±0.01，这使CaO的配入量相对较少。


2)生料中熔剂成分配量较高，熟料热耗按5016kJ/kg配制，再加上SO3的矿化作用，致使烧成过程中液相量过高，熟料中致密性死烧料块过多，立窑中部通风受阻，还原气氛严重。


3)配煤过多，煤燃烧时间拉长，熟料冷却不好，特别是致密性大块熟料。

3　调整配方

我们将三个率值设计为:
KH:0.98±0.01；n:2.1±0.1；P:1.2±0.1。
原燃材料、生料化学成分分析见表1、表2。 表1 原燃材料化学及工业分析 　 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO St,ad A ad Qnet,ad/(kJ/kg) 石灰石 41.71 1.08 0.04 0.28 53.27 　 　 煤 　 56.67 12.32 15.03 9.57 1.23 5.83 24.39 28 411 煤矸石 　 54.03 19.31 14.32 10.48 0.60 7.96 75.68 4 719 黄砂 2.39 83.10 5.47 2.41 3.67 　 　 表2 生料、熟料化学成分及矿物组成 　 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO C3S C2S C3A C4AF KH n P 生料 40.1 12.54 3.14 2.58 40.62 　 　 0.98 2.19 1.22 熟料 － 20.90 5.24 4.30 67.70 66.8 9.5 6.6 13.1 　 新设计方案于1997年8月中旬正式实施。生料磨出后，我们在生产现场取样与过去生料进行了对比分析，见表3～5。我厂生料SO3含量多在2.6%～3.0%之间。 表3 调整前后生料全分析率值 　 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO KH n P 调整前 40.04 12.48 3.64 2.75 38.86 0.91 1.95 1.32 调整后 38.48 12.86 2.83 2.77 41.41 0.99 2.30 1.02表4 调整前后熟料化学成分及矿物组成 时间 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO fCaO C3S C2S C3A C4AF KH n P 调整前 4.78 19.48 5.39 4.38 60.60 4.9 36.27 28.48 6.90 13.32 0.92 1.99 1.23 调整后 1.12 20.62 4.57 5.01 65.31 4.6 52.50 19.51 3.61 15.23 0.97 2.15 0.91表5 调整前后熟料主要物理性能对比 筛余/% 凝结时间/(h:min) 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 初凝 终凝 1d 3d 28d 1d 3d 28d 调整前 4.8 1：05 2：05 4.0 5.5 8.9 15.6 27.3 57.9 调整后 7.0 1：50 2：50 4.6 6.4 9.6 20.3 36.5 60.6从前述各表数据看，我们将饱和比作了较大幅度提高，矿物组成也相应发生了很大变化，液相量有所降低，熟料的1d、3d强度有了明显的提高。

4　外掺石膏对水泥强度的影响

在生产实践中，我们发现熟料中带入的SO3在水泥水化过程中有惰性作用，对促进水泥各龄期强度的发挥有一定影响。于是，在实际生产中外掺少许石膏，其结果见表6。 表6 外掺对比试验 试样编号 配方/% 比表面积
/(m2/kg) 安定性 凝结时间
/(h:min) 抗折强度
/MPa 抗压强度
/MPa 熟料 沸腾炉渣 石灰石 石膏 硬石膏 激发剂 初凝 终凝 1d 3d 28d 1d 3d 28d J－1 98.5 　 1.5 　 306.1 合格 0:57 1:27 3.4 5.6 10.0 15.7 28.4 65.0 J－2 83.5 15 　 1.5 318.6 合格 0:59 1:32 4.1 6.6 10.5 15.1 33.1 64.4 J－3 83.5 15 　 1.5 　 306.1 合格 0:57 1:34 3.8 6.6 10.3 17.1 32.8 63.6 J－4 83.5 15 　 1.5 　 304.0 合格 0:50 1:36 3.9 5.8 10.2 17.4 31.5 64.0 J－5 90 　 10 　 324.7 合格 0:55 1:58 3.2 5.8 10.4 14.3 29.4 65.0 从表6数据看(我厂抗折强度数据与省质检站数据对比偏高)，在水泥中外掺1%～1.5%的石膏比不掺效果要好得多。尽管在水泥中外掺了活性较差的沸腾炉渣15%，其强度发挥也很理想。

5　结论

1)从我厂生产实践证明，煅烧高硫生料把饱和比提高到0.95～0.98较为适合。同时，要注意适当降低熔剂矿物含量，这对提高熟料产质量有好处。


2)熟料中带入的SO3，由于多种原因，在水泥水化过程中作用不是十分积极。从我厂实验数据可以看出:高硫熟料在水泥粉磨时外掺少许石膏，会对水泥强度，特别是早期强度的提高产生积极作用。不过，由于熟料中SO3含量已经很高，在外掺石膏时需特别慎重，以防SO3超标。

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