道路硅酸鹽水泥生產制備初探

張林，譚建春，楊勇，劉波

1 引言

我公司有兩條5000t/d 水泥熟料生產線，配備4 臺HRM3400 輥磨，預分解窯規格為?4.8m×72m，帶TDF 分解爐及第三代TC-12108 篦冷機，配套建有25MW 純低溫余熱發電機組項目。其中，1 號生產線使用3臺開路水泥磨，配置為：1400mm×1000mm 輥壓機+V 型選粉機（JVX2500）+?4.2m×13m球磨機；2號生產線使用2臺開路水泥磨，配置為：1600mm×1400mm輥壓機+V型選粉機（JVX3000）+?4.2m×13m 球磨機；兩條生產線共計年產水泥400 萬噸，年發電量1.5 億千瓦時。2021年，為供應某機場擴建項目所需P·R7.5 級道路硅酸鹽水泥，公司成立了專項攻關小組，研究制定了從生產策劃、過程指標控制到道路硅酸鹽水泥生產的技術方案，順利完成了生產任務。

2 道路硅酸鹽水泥生產指標要求

2.1 水泥生產指標要求（見表1）

表1 道路硅酸鹽熟料和水泥生產指標要求

2.2 原材料指標要求（見表2）

表2 原材料指標要求

原材料使用高品位石灰石、低堿砂巖、粗粉煤灰及有色金屬灰渣，棄用堿含量高的粘土和常規砂巖。

3 原、燃材料的檢驗

3.1 原材料的檢驗

對進廠原材料進行取樣檢驗。檢驗所得原材料化學成分見表3。由表3 可知，進廠原材料的主要化學成分均在預期控制指標要求范圍內，滿足生產實踐要求。

表3 原材料化學成分，%

3.2 燃煤性能指標檢測

道路硅酸鹽水泥性能要求較高，熟料率值與常規熟料差別較大。燃煤性能指標檢測結果見表4。由表4可知，生產道路硅酸鹽水泥熟料所使用燃煤為熱值和揮發分較高、灰分較低的燃煤，平均熱值為24 871kJ/kg，揮發分>30%，灰分<12%。

表4 煤的工業分析

4 配料方案及率值的確定

4.1 配料方案

道路硅酸鹽水泥生料配料方案見表5。由表5可知，道路硅酸鹽水泥生料配料中，低堿砂巖和有色金屬灰渣使用量較大，與常規生料相比，道路硅酸鹽水泥生料易磨性較差。此外，由于生料配料中，有色金屬灰渣和粗粉煤灰含水量較高，導致料耗系數高達103%。

表5 道路硅酸鹽水泥生料配料方案

4.2 熟料率值的確定

經研究，確定道路硅酸鹽水泥熟料采用中高硅率、低鋁氧率配料，以減輕熟料率值大幅度變化對煅燒的影響。經計算，熟料礦物組成滿足項目要求。設計的熟料率值及礦物組成見表6。

表6 設計的熟料率值及礦物組成

5 生產過程中遇到的問題及解決方案

5.1 生料制備問題及解決方案

（1）在普通水泥生料與道路硅酸鹽水泥生料切換生產初期，均化庫尚有65%的普通生料，庫位較高。從調整生料配比至道路硅酸鹽熟料生產檢測合格，換料共耗時12h，造成部分物料消耗。生產初期，熟料質量不符合道路硅酸鹽水泥熟料指標要求。后續生產需換料時，先降低均化庫料位至55%再換料，可縮短換料時間，減少物料消耗。

（2）有色金屬灰渣比例較大。由于有色金屬灰渣含水率較高，生產過程中發生過一次下料口堵料事故，處理時長7min。

（3）道路硅酸鹽水泥生料的易磨性較差，在后續大量生產時，需測量生料生產前后，磨機襯板及輥套的磨損曲線，并將數據存檔建立臺賬，為工藝調整累積數據。同時，為滿足道路硅酸鹽水泥的煅燒需求，生料細度控制得較細，導致生料磨產量低、電耗高，生料制備工序數據見表7。

表7 生料制備工序數據

5.2 熟料煅燒問題及解決方案

道路硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及熟料率值見表8，熟料的物理性能見表9。道路硅酸鹽水泥熟料采用低堿配料，不用粘土，大量使用濕爐渣，SO3含量比普通熟料高0.07%，堿含量較低，為0.45%，硫堿比較高，為0.53%，導致道路硅酸鹽水泥熟料凝結時間比普通水泥熟料長90min；道路硅酸鹽水泥熟料3d 抗壓強度比普通水泥熟料低6.5MPa，28d 抗壓強度卻比普通水泥熟料高2.1MPa。本次生產中，道路硅酸鹽水泥熟料質量較穩定，fCaO合格率為96.7%，fCaO含量平均為0.6%。

表8 道路硅酸鹽水泥熟料的礦物組成（%）及熟料率值

表9 熟料的物理性能

5.2.1 熟料煅燒過程中存在的問題

熟料煅燒工藝數據見表10。

表10 熟料煅燒工藝數據

（1）道路硅酸鹽水泥熟料生產要求fCaO≤1.0%，對窯產量影響較大。生產普通水泥熟料時，窯平均喂料量為400t/h，熟料產量平均為5 926t/d。生產道路硅酸鹽水泥熟料時，窯平均喂料量為360t/h，熟料產量平均為5 333t/d，下降593t/d。

（2）生產普通水泥熟料標煤耗為94.88kg/t，生產道路硅酸鹽水泥熟料標煤耗98.76kg/t，標煤耗增加3.88kg/t。

（3）為確保熟料質量，生產道路硅酸鹽水泥熟料時窯系統減產運行。生產普通水泥熟料電耗平均為28.36kW·h/t，生產道路硅酸鹽水泥熟料電耗平均為29.80kW·h/t，熟料電耗升高1.44kW·h/t。

（4）生產道路硅酸鹽水泥熟料時，采取中高硅酸率、低鋁氧率配料，窯內燒結范圍變窄，液相量平均約24.76%（普通水泥熟料在25%～26%）。為此，窯系統采用高熱值煤，喂料量最低減至340t/h。窯頭用煤量由10.5t/h 減至9.2t/h，一次風壓由32kPa增加至35kPa，內流風開度由80%調至90%，外流風全開。

（5）生產道路硅酸鹽水泥熟料過程中，易出現窯頭飛砂料，窯內還原氣氛較強，熟料結粒變差，窯尾高溫CO、NOx 濃度大幅升高，煙室CO 平均濃度在0.15%左右，NOx 平均濃度在1 200～1 500ppm。窯內掉窯皮頻繁，導致篦冷機固定端頻繁積料，存在堆“雪人”情況。

（6）生產道路硅酸鹽水泥熟料時，日發電量增加960kW·h，噸熟料發電量較之前增加2.7kW·h；熟料結粒差，篦冷機風室漏料嚴重；上過渡帶窯皮不穩定，現場實測窯筒體28m 位置溫度最高達400℃，較生產普通水泥熟料溫度增加25℃左右。

5.2.2 熟料煅燒解決方案

（1）微調篦冷機固定端西墻空氣炮“鴨嘴”角度，確保西墻空氣炮在固定端清掃無死角。

（2）生產道路硅酸鹽水泥熟料時，可根據窯尾煙室CO濃度，適當減少窯頭用煤量，以減輕窯內還原氣氛。

（3）分解爐出口溫度不可長時間控制在885℃以上，防止預熱器堵塞。

（4）在確保風機電流穩定的前提下，進行篦冷機操作時，應保持適當的篦床料層厚度，應盡可能提高二、三次風溫，減少窯頭、窯尾用煤量。

（5）生產道路硅酸鹽水泥熟料時，生料及煤粉細度應比生產普通水泥熟料時控制得細，盡可能使煤粉燃燒完全。

6 道路硅酸鹽水泥的生產

道路硅酸鹽水泥配料方案見表11。道路硅酸鹽水泥生產過程中，粉磨系統主機設備運行電流平穩，生產正常。

表11 道路硅酸鹽水泥配料方案

道路硅酸鹽水泥關鍵生產指標見表12。由表12 可知，道路硅酸鹽水泥游離氧化鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣、堿含量、28d 耐磨性、28d 干縮率及3d和28d 抗壓和抗折強度等各項指標均符合項目指標要求。

表12 道路硅酸鹽水泥關鍵生產指標

7 結語

（1）充分調研市場上的各種原材料，原材料進廠后進行抽樣檢驗，選用合適的原材料配料。

（2）合理確定生料配料方案和熟料率值。結合生產運行實際，分析各種配料方案對煅燒制度的影響，確定最有利的生產配料方案及熟料率值。

（3）生料換料前，提前制定生產控制方案，優化調整工藝參數，將窯系統調整到最佳狀態，按照配料方案，爭取一次性生產成功。

（4）加強生產試驗數據檢測，加大生料換料過程中的檢測頻次，熟料檢測合格后及時外倒儲存，減少浪費，為生產運行提供準確的數據支撐。

（5）統籌組織安排，協調部門合作，道路硅酸鹽水泥的一次性生產成功，為我公司的多元化發展開辟了新路徑。■