1、利用造氣爐渣代替粘土和晶種燒制水泥熟料的嘗試2007-6-7作者: 單位：大連市金州區化工建材局    摘要 通過可行性試驗和工藝技術探索，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、透氣性和熱穩定性；但降低生料的可塑性和濕球的承荷能力。對此采取提高生料粉磨細度、窯前摻配復合晶種和延長料球在預燒帶的滯留時間等措施加以改善后，熟料煅燒收到明顯的優質、增產、節能和降耗效果。    關鍵詞 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)是合成氨生產中造氣

2、工序排放的工業廢渣。其大量排放，不僅耗費人力物力，而且浪費資源，污染環境。我們用其部分代替硅質原料和熟料晶種配料燒制水泥熟料，進行可行性試驗和應用嘗試，收到了明顯的技術經濟效果。1造氣爐渣性能1.1化學成分造氣爐渣的化學成分隨煤炭產地和加工處理方法的不同而略有差別，但主要成分基本穩定，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 造氣爐渣的化學成分 (%) 爐渣種類 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 焦炭爐渣 1.14 59.96 23.32 4.02 6.82 1.27 3.02 99.55 煤炭爐渣 1.92 57.81 20.

3、98 5.56 8.21 1.81 3.46 99.751.2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50mm，密度12001400kg/m3。破碎成10mm顆粒后，容重720780kg/m3。陽光下有亮黑色斑點狀玻璃光澤。1.3礦物組成經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石等鐵鋁礦物。1.4晶相結構在電鏡下顯示，造氣爐渣的組成礦物的晶相多為無定形、隱晶質或微晶狀，顆粒細小，發育不良。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?*嗵笪鱟次！? 2可行性試驗2.1試樣制備將常規水泥原料和造氣爐渣按配方要求進行計配、

4、混合后，用500mm×500mm試驗小磨制成細度0.08mm方孔篩篩余為8.0%±0.5%的生料試樣。造氣爐渣的摻配比例、試樣化學成分和率值列于表2。 表2 生料試樣配比、化學成分及率值 生料試樣編號 摻配比例/% 化學成分/% 生料率值 粘土 爐渣 熟晶 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 KH n P LS0 14.0 0 4.0 40.20 11.80 2.98 2.45 37.55 2.18 0.92 98.08 0.942 2.22 1.22 LS1 10.5 3.5 3.0 40.10 11.43 3.21 2.33 37.76

5、2.13 1.01 97.97 0.967 2.10 1.38 LS2 7.0 7.0 2.0 39.95 11.08 3.42 2.17 37.98 2.08 1.11 97.79 0.993 1.98 1.58 LS3 3.5 10.5 1.0 39.84 10.76 3.61 2.03 38.21 2.03 1.23 97.71 1.018 1.91 1.87 LS4 0 14.0 0 39.72 10.44 3.84 1.92 38.45 1.98 1.32 97.63 1.044 1.81 2.00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試驗結果為了解造氣爐

6、渣對生料和料球工藝性能的影響，利用上述試樣進行試驗，結果列于表3、4。 表3 水泥生料的工藝性能 試樣編號 相對易磨系數 生料塑性指數 熟料CaO/% 熟料fCaO含量/% 生料易燒性系數K/% 1200 1300 1400 1200 1300 1400 LS0 1.00 12.4 62.72 11.24 8.86 3.32 82.87 85.87 94.71 LS1 1.04 11.9 63.02 8.36 5.21 2.98 86.73 91.73 95.27 LS2 1.10 11.5 63.24 7.18 4.98 2.60 88.65 92.13 95.89 LS3 1.16 11.

7、0 63.42 9.27 6.82 3.61 85.38 89.25 94.03 LS4 1.21 10.6 63.78 10.56 7.14 4.26 83.44 88.81 93.32 注：(1)相對易磨性系數為粉磨相同細度所用的時間比；(2)試樣粉磨細度為0.08mm方孔篩篩余為8.5%±0.5；(3)熟料CaO含量系試樣于1400下煅燒30min后的測試結果；(4)熟料fCaO含量系試樣于不同溫度下煅燒30min后的測試結果；(5)生料的易燒性系數K=(CaO-fCaO)÷CaO×100%。 表4 入窯料球的工藝性能 試樣編號 料球水分/% 濕球墜落高度/

8、m 濕球強度/N 干球強度/N 干球磨損率/% 體積收縮率/% 料球氣孔率/% 高溫爆破率/% 500 1000 LS0 13.8 3.95 4.24 10.51 6.75 23.16 32.50 0 10 LS1 13.5 3.64 3.97 9.42 8.25 21.32 33.42 0 5 LS2 14.0 3.10 3.72 8.36 9.40 20.54 35.36 0 5 LS3 13.6 2.90 3.40 7.35 10.66 19.75 37.35 5 15 LS4 13.2 2.60 3.20 6.26 11.74 18.97 39.42 5 30 注：試樣為10mm料球。

9、 試驗時還選用編號LS2的配方，磨制成不同細度的試樣，進行生料和料球有關工藝性能的測試，結果列于表5。 表5 試樣細度對生料和料球部分性能的影響 試樣編號 試樣細度/% 生料塑性指數 生料易燒性系數K/% 濕球強度/N 濕球墜落高度/m 干球強度/N 干球磨損率/% 500的爆破率/% 1000的爆破率/% LS2-1 10.5 9.8 93.76 3.44 3.80 7.65 10.25 5 15 LS2-2 8.4 11.2 95.04 3.65 4.05 8.50 9.20 0 5 LS2-3 6.5 12.5 96.18 3.82 4.20 9.44 8.16 0 0 LS2-4 4.

10、6 13.7 97.21 3.96 4.50 10.35 7.11 0 0 2.3比較分析比較表24中的試驗結果可見，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生明顯的變化。2.3.1對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，生料易磨性系數提高0.05左右，塑性指數降低0.50左右，在1400下的生料易燒性系數提高0.59%左右。但替代量1

11、0.5%時易燒性改善效果變差，這是因為試樣的KH和P值過高所致。2.3.2對料球工藝性能的影響從表4對10mm料球的工藝性能測試結果來看，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。平均每增加一個替代梯度，濕球墜落高度降低0.34m，濕球強度降低0.28N，干球強度降低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7.0%時，料球1000高溫爆破率降低5%左右；而替代量10.5%時，料球1000的高溫爆破率增高5%20%。2.3.3細度對生料和料球性能的影響比較表5中的試驗數據可見，隨著試樣細

12、度的提高，生料的可塑性、易燒性、料球熱穩定性變好，料球承荷能力提高。平均細度每提高2%，塑性指數增高1.3，易燒性系數增高1.15%，濕、干球強度分別提高0.17N和0.9N，而干球磨損率降低1.05%。當試樣細度由10.5%提高到8.4%以上時，料球在500時無爆裂；在1000時爆破率降低了5%15%。2.4試驗結論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、透氣性和熱穩定性，有利于提高生料磨產量、降低生料粉磨電耗，并改善窯內通風和燒結氣氛，促進熟料均勻煅燒，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，會使生料的塑性變差

13、、料球承荷能力降低，不利于窯內均勻通風和熟料均勻煅燒。對此除須選擇最佳替代量外，還須采取一定的技術措施。可在保持生料產量和粉磨電耗的前提下，適當提高生料粉磨細度，以6%8%為宜。 3實踐初步嘗試3.1工藝技術措施3.1.1調整配料方案根據比較分析，選擇LS2的替代量，將配方由試驗前的KH=0.993、n=1.98、P=1.58、K1400=95.89%(見表2、3)調整為KH=0.94±0.02、P=1.3±0.1、n=2.2±0.1，以降低液相粘度。并參照有關資料1，計算控制生料易燒性K1400=95.89+0.36×5-0.61×2+0.5

14、8×3=98.21%左右。3.1.2簡化配料工藝由于摻配造氣爐渣后將使生料配料變為石、土、鐵、渣、入磨煤、復礦和晶種八組分，操作復雜，影響出磨生料質量的穩定性。為此我們以礦渣水泥為復合晶種，取消石膏礦化劑，改在窯前摻配，將生料磨頭配料變為石、土、鐵、渣和入磨煤五組分，簡化配料工藝。利用425礦渣水泥代替熟料作復合晶種，可以省去晶種單獨磨細工藝，改磨前摻配為窯前摻配，消除庫存生料因水分含量高而結拱、粘庫和結塊現象，提高入窯生料的分散性。同時利用礦渣水泥帶入的SO3代替石膏礦化劑。3.1.3提高生料細度為提高生料可塑性，將出磨生料細度由0.08mm方孔篩篩余8%10%提高到6%8%。3.

15、1.4強化暗火操作改淺暗火煅燒為深暗火操作，控制濕料層厚度在0.60.8m，底火層深度在1.31.5m，以延長料球在預燒帶的滯留時間，利用立窯特有的高溫、高濕條件來促進礦渣水泥膠凝性質的充分發揮，提高料球的承荷能力。3.1.5調整窯口參數參考有關資料2，將窯口擴大角度由13°縮小到11°，擴大高度由1.5m加深到1.8m，倒喇叭位置由2.1m下移到2.8m，使之與生料燒結特性和熟料煅燒方法相匹配。3.2生產嘗試結果采取上述措施后，在2.5m×10m塔式機立窯生產線上進行生產嘗試。結果列于表68。 表6 成球和煅燒工藝控制質量指標 統計時期 料球水分/% 濕球強度

16、濕料厚度 底火深度 熟料Loss/% 熟料fCaO/% 資料來源時間(年.月) 平均值 合格率 平均值/N 合格率/% 平均值/m 合格率/% 平均值/m 合格率/% 平均值 合格率 平均值 合格率 復礦 13.8 95.4 2.84 76.6 0.44 91.3 1.15 84.5 1.65 93.6 2.34 81.3 1984.48 熟晶 13.2 94.8 3.92 94.2 0.52 94.4 1.25 89.8 0.86 97.5 1.64 92.8 1993.48 爐渣 13.5 96.2 3.76 90.8 0.68 96.2 1.36 92.6 0.62 98.7 1.21

17、98.5 1999.48表7 熟料理化性能檢驗結果 統計時期 熟料礦物組成/% 細度 標準稠度/% 安定性合格率/% 凝結時間/(h：min) 抗壓強度/抗折強度/MPa 資料來源時間(年.月) C3S C2S C3A C4AF 篩余/% 比表面積/(m2/kg) 初凝 終凝 3d 7d 28d 復礦 57.4 13.8 6.7 13.7 4.4 308.0 25.25 94.6 2：40 4：50 28.5/5.2 42.5/6.5 58.6/7.5 1984.48 熟晶 59.2 13.6 6.2 13.5 4.6 305.0 25.50 96.8 2：25 4：45 30.9/5.4 4

18、7.6/6.7 63.5/7.8 1993.48 爐渣 58.9 14.1 6.6 14.4 4.8 301.0 25.75 98.8 2：30 4：25 31.6/5.5 47.2/6.8 63.7/8.0 1999.48表8 機立窯的技術經濟指標 統計時期 機立窯運轉率/% 平均臺時產量/(t/h) 熟料質量 熟料能耗 資料來源時間(年.月) 標號/MPa Loss/% fCaO/% 耗標煤/(kg/t) 耗電/(kWh/t) 復礦 92.8 9.16 58.6 1.56 2.24 155.6 19.2 1984.48 熟晶 94.6 9.67 63.8 0.86 1.86 152.5 18.7 1993.48 爐渣 94.8 9.98 62.7 0.62 1.24 148.3 17.4 1999.483.3應用比較3.3.1熟料煅燒窯況