生料制备技术

4生料制备技术本章学习要点:本章重点介绍生料制备的工艺过程及方法，生料、配料等基本概念，配料计算的意义、依据、原则及计算方法和步骤，配料方案的选择，并重点介绍尝试误差法配料的过程；各种生料粉磨系统的特点及应用，生料粉磨系统的发展特点及发展趋势，生产中生料的粉磨细度及颗粒分布要求；辊式磨的发展历史，不同辊式磨系统的特点及在生料粉磨系统中的应用，辊式磨系统与管磨系统的比较，重点是辊式磨的操作控制要点及异常情况分析；生料制备系统常用的控制方法、控制项目、控制回路和控制原理等。根据水泥品种、原料的物理化学性质与具体生产条件确定所用原料的配合比，以得到煅烧水泥熟料所要求的适当成分的生料，称为生料的配料。4.1配料方案的设计配料方案的设计，要考虑原料、燃料的质量、水泥品种及具体的生产工艺流程，保证优质、高产、低消耗地生产水泥熟料。合理的配料方案既是工厂设计的依据，又是正常生产的保证。4.4.1.1确定配料方案的依据A原料的质量原料的质量对熟料组成的选择有较大的影响。如石灰石品位低，而粘土氧化硅含量不高，就无法提高KH和n值。如石灰石中含燧石多，粘土中含砂多，生料易烧性差，熟料难烧，要适当降低KH以适应原料的实际情况。生料易烧性好，可以选择高KH、高n的配料方案。B燃料质量煅烧熟料所需的煅烧温度和保温时间，取决于燃料的质量。煤燃烧后的灰分几乎全部掺入熟料中，直接影响熟料的成分和性质，因此，煤质好、灰分小，可适当提高熟料的KH值。如煤质差，灰分高，相应降低熟料的KH值。当煤质变化较大时，应考虑进行煤的预均化。C生料情况生料细度、化学成分、均匀性对熟料的煅烧和质量有很大影响。如生料细度粗，均匀性差，不利于固相反应的进行，KH值不宜过高。如生料细度细，原料预均化较好的水泥企业，可适当提高KH。D水泥品种水泥品种不同对熟料矿物组成的要求也不相同。如生产低热水泥时，应适当降低熟料中发热量较高的C3A和C3S的含量，相应提高C2S和C4AF的含量。生产快硬硅酸盐水泥时，需适当提高早期强度较高的CA和CS的含量。33E生产工艺物料在不同类型窑内的受热情况和煅烧过程不完全相同，率值的选择应有所不同。窑外分解窑，由于物料预热好，热工制度稳定，一般考虑中KH、高n、高p的配料方案。一般回转窑，由于物料不断翻滚，受热均匀和煤灰掺入均匀，配料可选用较高的KH。立窑由于通风、煅烧很不均匀，因此KH、n应适当降低。F矿花剂矿化剂的作用是促进熟料的煅烧。因此在同一条件下，掺矿化剂时，KH可取高些。不掺矿化剂时，KH可取低些。4.4.1.2熟料率值的选择熟料的三个率值（KH、n、p），是相互影响、相互制约的，不能片面强调某一率值而忽视其他率值。原则上三个率值不能同时偏高或偏低。AKH值的选择生产工艺先进，入窑生料均匀稳定，看火操作水平高，燃料稳定或使用了矿化剂，KH值可选择高些，反之，KH值应适当降低。适当提高KH值，熟料中C3S含量也可适当增加。但KH值过高，往往使f-CaO偏高，造成安定性不良，熟料质量反而下降。最佳的KH值可根据生产经验综合考虑熟料的煅烧难易程度和熟料质量等确定。B选择与KH值相适应的n值为使熟料有较高的强度，选择n值时，既要保持有一定数量的硅酸盐矿物，又必须与KH值相适应。一般应避免以下几种情况：aKH值高，n值偏高。熟料中硅酸盐矿物含量高，熔剂矿物含量必然少，生料易烧性差，一造成熟料中f-CaO偏高，熟料质量差。bKH值低，n值也偏高。熟料中C3S含量低，C2S含量高，熟料强度不高，易造成熟料的“粉化”。cKH值低，n也偏低。熟料中硅酸盐矿物含量少，熔剂矿物含量高，熟料强度低。烧成时由于液相量太多，易产生结皮、结大块，物料不易烧透，f-CaO还是高。CP值的选择在选择P值时，也要与KH值相适应。一般情况下，当提高KH值时，要相应地降低p值，即提高C4AF的含量，有利于C3S的形成。a高铝配料方案：熟料中CA含量高，熟料早期强度高。CA含量高，会使液相粘度增加，33不利于C3S的形成。但液相粘度的增加，可使立窑底火结实稳定，不易破裂，不易产生风洞、毗火等现象，有利于底火稳定。对于煤的热值较高，风机的风压较大，操作水平较高的机立窑厂，可米用高铝配料方案。b高铁配料方案：熟料中C4AF含量较高，可降低液相出现的温度和液相粘度，有利于C3S的形成，提高熟料强度。但烧成范围窄，易结大块。对立窑而言，底火较脆弱。对于媒质较差，KH值又较高时，宜采用高铁配料方案。D矿化剂配料时是否采用矿化剂，对率值的选择影响很大。使用矿化剂，KH值可略取高些。目前，水泥厂使用较多的是萤石一石膏复合矿化剂。各厂应根据原燃材料的特点，确定适宜的氟硫比。一般认为，CaF2/SO3比应控制在0.4-0.6较合适。4.4.2配料计算配料方案确定后，即可进行配料计算。配料计算的方法有多种，有尝试拼凑法，递减试凑法，代数法，图解法，最小二乘法，矿物组成法等等。用得比较多的是尝试拼凑法和递减试凑法。随着科学技术的发展，计算机的应用逐渐普及，用计算机配料就显得简单而准确了。4.4.2.1配料计算公式A熟料煤耗的计算：P=QQnet,ar式中：P——熟料煤耗，kg煤/kg熟料;P=Q——熟料热耗，kJ/kg熟料；Qnet,ar——煤的收到基低位发热量，kJ/kg煤。B熟料中煤灰掺入量的计算：q=PAarB100Q•A•B=气「100式中：q一熟料中煤灰掺入量，kg煤灰/100kg熟料;Q一熟料热耗，kJ/kg熟料；Qnet,a一煤的收到基低位发热量，kJ/kg煤；Aar一煤的收到基灰分含量，%；B一煤灰分沉降率，%；P一熟料煤耗，kg煤/kg熟料。说明：水泥厂煤的分析资料为分析基数据，但计算过程需要的是收到基数据，故应将分析基七、Qnet,ad分别换算成收到基Aa『。戍必数据，其换算公式是：A=AX100-Mar，arad100—MadQnet,ar=Qnet,adx~“以—25.09Mar—Madx~“以。配料计算时若无M（收到基100—Mad"100—MadJ水分）数据，也可用Aad、Qnet,ad计算熟料中煤灰掺入量。计算结果与利用Aar、。邮必，计算结果相比有一定的误差，但误差在配料计算的误差范围之内。煤灰分沉落率B因窑型而异，如表4.13所示。表4.13不同窑型的煤灰分沉落率（％）窑型无电收尘器有电收尘器窑型无电收尘器有电收尘器湿法长窑（L/D=3050）有链条湿法短窑（L/DV30）有链条湿法短窑带料浆蒸发机干法短窑带立筒、旋风预热器100807090100100100100外分解窑立波尔窑立窑9080100100100100C理论料耗白生料煅烧工艺：1—熟料中煤灰掺入量％S——■—■~:—:—■—1-白生料烧矢量％——_—Gg白生料：kg熟料）—白全黑生料煅烧工艺：S=-一（kg黑生料永g熟料）—黑八、、

立窑半黑生料煅烧工艺:S=1L半黑（kg半黑生料.「kg熟料）半黑式中：a——外加煤掺入熟料中的煤灰百分含量%；半黑半黑]八、、半黑]八、、外加煤掺入量总掺煤量X熟料中煤灰掺入百分数D实际料耗实际料耗=理论料耗实际料耗=理论料耗X11-生料水分％1X——-——1-生产损失％E生料掺煤量的计算100pp=1S式中：P1—生料中掺煤量，kg煤/100kg白生料;P--熟料煤耗，kg煤/kg熟料；S—理论料耗，kg生料/kg熟料。F物料平衡与基准的换算不考虑生产损失:干石灰石+干粘土+干铁粉+其他干基物料=干白生料灼烧生料+掺入生料中的煤灰=熟料灼烧基成分=干燥基成分X100100—L灼烧基用量=（100—L）x干基用量100干基用量=100x灼烧基用量100—L干基用量=湿基用量x100—M100灼烧基成分=干燥基成分X100100—L灼烧基用量=（100—L）x干基用量100干基用量=100x灼烧基用量100—L式中：L一物料烧失量；M一物料水分。4.4.3配料计算方法前已叙及，配料计算有多种方法。现介绍应用较多的尝试拼凑法和递减试凑法。4.4.3.1尝试拼凑法该方法是先假定原料配比，计算熟料矿物组成及率值，若计算结果不符合要求，则尝试调整原料配比，再进行计算，直至计算结果符合要求为止。A计算步骤：a列出各原料、燃料的化学成分及煤的工业分析结果；b确定熟料矿物组成或率值；c计算煤灰掺入量；d假设干基原料配比，计算生料、灼烧生料、熟料化学成分；e验算熟料率值并与确定值进行比较；f如率值不符合要求，重复调整配比计算，直至率值符合要求为止；g将干燥原料配比换算为湿原料配比。B白生料配料计算实例例题一：某厂原燃料的有关分析数据如表4.14、4.15。率值要求为KH=0.90±0.01，n=2.0±0.1，p=1.3±0.1；熟料的热耗为4185kJ/kg熟料。煤灰分沉落率为100%，计算白生料的配比。表4.14原料与煤灰的化学成分原料名称烧矢量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他总和石灰石42.81.820.650.3253.251.200.48100粘土5.3469.0113.925.691.411.942.69100铁粉2.7929.0511.5546.316.420.473.41100煤灰—55.9630.665.624.270.982.51100表4.15煤的工业分析成分MadAadVadFCadQnec,ad1.19%24.12%10.5%64.19%23760kJ/kg煤

表4.16入磨物料的水分（%）名称石灰石粘土铁粉煤水分（M）1.002.504.004.501、计算煤灰掺入量q_Q-A-B=C300。Q.气•B气祯*1°。_4185x24.12x10023760x100=4.25%2、假设原料配合比，计算生料、灼烧生料、熟料化学成分设原料配合比为：石灰石粘土铁粉81.4%14.9%3.7%计算结果列于表5.17表5.17化学成分原料名称配比烧矢量SiO2A12O3Fe2O3CaOMgO其他总和石灰石81.434.421.480.530.2643.350.980.3981.4粘土14.90.8010.282.070.850.210.290.4014.9铁粉3.70.101.070.431.710.240.020.133.7白生料10035.3212.833.032.8243.801.290.92100.0灼烧生料（1）100—19.844.684.3667.721.991.42100.0灼烧生料95.75⑵—19.004.484.1764.841.911.3695.75煤灰4.25—2.381.300.240.180.040.114.25

熟料⑶100—21.385.784.4165.021.951.47100.0注：（1）:灼烧基生料成分=100X白生料中各氧化物含量100-L白例：灼烧基成分中SiO的百分含量，SiO=一贝0—X12.38=19.84%22100-35.32（2）灼烧生料配比=熟料量一掺入熟料中的煤灰量=100-4.25=95.75%（3）熟料成分=灼烧基配比X灼烧基生料中各氧化物百分含量+煤灰成分中各氧化物百分含量X煤灰掺入量例：熟料中SiO2=19.00+2.38=21.38%3、计算熟料率值CaO-1.65AlO-0.35FeO2.8SiO265.02-1.65x5.78-0.35x4.41==0.901SiO22.8x21.38n=AlO+FeO

酒8=2.130SiO25.78+4.41p=业=至=1.31Fe2O34.41计算所得的三个率值在要求三个率值的范围内，配料计算成功。各干原料的配合比是:（如计算出的三个率值与设计值不符合，需调整原料配比，再进行计算，直至符合要求为止。）石灰石：81.4%；粘土：14.9%；石灰石：81.4%；粘土：14.9%；铁粉：3.7%。4、计算湿物料配比湿物料量=干物料量100湿物料量=干物料量100X100-M湿石灰石=81.4x一100一=82.22（份）100-1.00湿粘土湿石灰石=81.4x一100一=82.22（份）100-1.00湿粘土=14.9x一些—=15.28（份）100-2.50100=3.85（份）100-4.00湿铁粉=3.7x将质量比换算成百分比:8222湿石灰石=x100%=81.12%82.22+15.28+3.85湿粘土=15.28x100%=15.08%82.22+15.28+3.85湿铁粉=3.8582.22+15.28+3.85x100%=3.80%全黑生料配料计算，一般先计算出白生料的配比，再通过下面的计算求出全黑生料的配比。1、计算白生料理论料耗SS=1-、白1-4.25%1-35.15%=1.476（kg白生料，'kg熟料）=147.6（kg白生料100kg熟料）2、熟料煤耗ppWQnet,arQ铝Qnet,ad四竺=0.1761（kg煤;暝熟料）23760=17.61（kg煤...••'100kg熟料）3、全黑生料中含煤量全黑生料中含煤量=煤耗白生料理论料耗+煤耗17.61147和宜=0.106谯煤'全黑生料中含煤量=煤耗白生料理论料耗+煤耗17.61147和宜=0.106谯煤'kg全黑生料=10.66kg煤,100kg全黑生料将含煤量换算为干基含煤量为:全黑生料中含干基煤量=煤量x100-Mad100=10.66x的：*19=10.53（kg煤/100kg全黑生料干基全黑生料中石灰石、粘土、铁粉的总量为：100-10.53=89.47（kg/kg全黑生料）其中，干石灰石量为：81.4%X89.47=72.83（kg/100kg全黑生料）干粘土量为：14.9%X89.47=13.33（kg/100kg全黑生料）干铁粉量为：3.7%X89.47=3.31（kg/100kg全黑生料）根据原燃料入磨时的水分，可求得湿物料的配比:湿石灰石=72.83x一100一=73.57（份）100-1.00湿粘土=72.83x一100一=13.67（份）100-2.50湿铁粉=72.83x一100一=3.45（份）100-4.00湿煤=72.83x一100一=11.03（份）100-4.50将质量比换算成百分比:石灰石粘土铁粉煤72.33%13.44%3.39%10.84%4、计算全黑生料成分:全黑生料中的煤量是10.66kg/100kg全黑生料，白生料量是89.34kg/100kg全黑生料。煤带入全黑生料的烧失量为（%）：（l-AJ%*10.66=（1-24.12%）X10.66=8.09计算出全黑生料成分如表4.18。表4.18全黑生料成分（%）名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他总和白生料成分X89.34%31.5511.462.712.5239.131.150.8289.34煤10.66%（煤灰2.57%）（1）8.091.440.790.140.110.030.0610.66全黑生料成分39.6412.903.502.6639.241.180.88100.0注：（1）10.66%煤带入的煤灰为：10.66XAad%=10.66X24.12%=2.57%。煤带入全黑生料中的其他各成分为：2.57%X灰分成分。如：SiO2=2.57%X55.96=1.44%。D、半黑生料配料计算实以例题一数据为例，说明半黑生料配料计算方法。半黑生料配料计算，一般先计算出白生料的配比，再通过下面的计算求出半黑生料的配比。1、计算半黑生料入磨煤量确定生料磨中加煤比例为40%，则入磨煤量为：17.61X40%=7.04（kg/100kg熟料）2、半黑生料中含煤量半黑生料中含煤量=煤耗白生料理论料耗+煤耗半黑生料中含煤量=煤耗白生料理论料耗+煤耗7.04147.6+7.04=0.0455（kg煤.*&半黑生料）=4.55（kg煤.;100kg半黑生料）将含煤量换算为干基含煤量为:半黑生料中含干基煤量=煤量X100-Mad100100_119=4.55x一仍若=4.50（kg煤:•100kg半黑生料）干基半黑生料中石灰石、粘土、铁粉的总量为：100-4.50=95.50（kg/kg半黑生料）其中，干石灰石量为：81.4%X95.50=77.74（kg/100kg半黑生料）干粘土量为：14.9%X95.50=14.23（kg/100kg半黑生料）干铁粉量为：3.7%X95.50=3.53（kg/100kg半黑生料）根据原燃料入磨时的水分，可求得湿物料的配比:湿石灰石=77.74x一100一=78.53（份）100-1.00湿粘土=14.23x一100一=14.59（份）100-2.50湿铁粉=3.53x——=3.68（份）100-4.00湿煤=4.50x一100一=4.71（份）100-4.50将质量比换算成百分比：石灰石粘土铁粉煤77.36%14.37%3.63%4.64%3、计算半黑生料成分：半黑生料中的煤量是4.55kg/100kg半黑生料。煤带入半黑生料的烧失量为：（1-Aa%）X4.55=（1-24.12%）X4.55=3.45%计算出半黑生料成分如表4.19。表4.19半黑生料的成分（%）名称烧失量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其它总和白生料成分X95.45%33.7112.252.892.6941.811.230.8895.46煤4.55%（煤灰1.10%M1）3.450.610.340.060.050.010.034.55半黑生料成分37.1612.863.232.7541.861.240.91100.0注：（1）7.04%煤带入的煤灰为：4.55XAad%=4.55X24.12%=1.10%。则煤带入半黑生料中的其他各成分为：1.10%X灰分成分。如：SiO2=1.10%X55.96=0.61%。4、计算入窑煤（外加煤）的比例已知煤耗为17.61kg/100kg熟料，入磨煤为7.04kg/100kg熟料，则外加煤量为:17.61-7.07=10.57（kg/100kg熟料）已知煤的水分：M/1.19%,M.50%将外加煤量换算成收到基煤量：10.57X100_Mad100—Mar=10.57X100—1.19=10.94（kg,'100kg熟料）100—4.50每生产100kg熟料所需干的半黑生料量:147.6+4.50=152.15kg。设出磨水分为1.30%,则每生产100kg熟料需生料量为:152.15x的"0；30=154.15（kg；100kg熟料）半黑生料与外加煤的百分比为：半里生料：—15415—x100=93.37%半黑生料：154.15+10.94-10.91夕卜加煤.x100=6.63%外加煤：154.15+10.944.4.3.2递减试凑法递减试凑法是从熟料化学成分中依次递减配合比的原料成分，试凑至符合要求为止。计算时以100kg熟料为计算基准，直接利用原料各氧化物百分含量的原始分析结果，逐步接近要求配比来进行计算的。A计算步骤a列出各原料、燃料的化学成分及煤的工业分析结果；b确定熟料矿物组成或率值；c计算煤灰掺入量；d根据熟料率值计算要求的熟料化学成分；e递减试凑求各原料配比；f验算熟料率值并与确定值进行比较；g计算原料配比。B配料计算实例用本方法进行配料计算时，如分析结果总和超过100%，则应按比率缩减使总和等于100%，即各成分除以总和：若分析结果总和小于100%，这是由于某些成分没有被分析出来，应把小于100%的差数注明为“其他”项。例题二：某厂原燃料的有关分析数据如表4.20、4.21。率值要求为KH=0.89±0.01，n=2.1±0.1，p=1.3±0.1；熟料的热耗为3350kJ/kg熟料。煤灰分沉落率为100%，计算白生料的配比。表4.20原料与煤灰的化学成分原料名称烧矢量SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO其他总和石灰石42.662.420.310.1953.130.570.72100粘土5.2770.2514.275.481.410.921.95100铁粉—34.4211.5348.273.530.092.26100煤灰—53.5235.344.464.791.190.70100表4.21煤的工业分析成分MarAarVarFCarQnec,ar4.49%28.56%20.12%46.83%20930kJ/kg煤1、计算煤灰掺入量Q-A-B"=气一1003305x28.56x100-100x20930=4.57%2、根据已知率值，计算要求熟料的化学成分设总和E=97.5%,(Z=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3)则:£Fe2°3=(2.8KH+1)(p+1)n+2.65p+1.35X顶。％97.5〜=x100%(2.8x0.89+1)(1.3+1)x2.1+2.65x1.3+1.35=4.50%Al2O3=p•Fe2O3X100%=1.3X4.50X100%=5.85%SiO2=n(Al2O3+Fe2O3)X100%=2.1X(4.50+5.85)X100%=21.74%CaO=Z—(SiO2+Al2O3+Fe2O3)X100%=97.5-(21.74+5.85+4.50)X100%=65.41%3、进行递减试凑以100kg熟料与基准进行递减试凑。列表递减试凑如下，用要求熟料成分减去煤灰带入的各种成分后，便是由石灰石、粘土、铁粉等原料提供的成分；再减去石灰石、粘土、铁粉等原料带入的各种成分后，余数应趋近于零。递减试凑法配料计算表见4.22。表4.22递减试凑法配料计算表计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO+其他说明要求熟料成分21.745.854.5065.412.50煤惠带入的Si°2量=—4.57kg煤灰2.451.620.200.230.094.57x53.52%=2.45kg

差—122kg石灰石19.292.954.230.384.300.2365.1864.822.411.57干石灰石（1）=65.18=122.7kg53.13%（取122kg）差—23kg粘土16.3416.163.853.394.071.260.360.320.840.66—虹116.34”—干枯土==23.3kg70.25%（取23kg）差—5.8kg铁粉0.182.000.460.672.812.800.040.200.180.13干铁粉=2-81=5.8kg48.27%差+2.6kg粘土—1.821.83—0.210.380.010.14—0.160.040.050.07干枯土配多了182干枯土==2.6kg70.25%和—0.3kg铁粉0.010.100.170.030.150.14—0.120.010.120.01干铁粉==0.3kg48.27%差+0.2kg石灰石—0.0900.1400.010—0.130.110.110石灰石配多了干石灰石=0.13=0.2kg53.13%余—0.090.140.01—0.020.11偏差不大，不再递减石灰石原始成分中的CaO量65.41-0.2353.13、、"、石灰石递减量=熟料中Cao量w石灰石原始成分中的CaO量65.41-0.2353.1365孕x100%=122.7kg53.13其它原料的递减量以此类推。由计算结果可看出，熟料中尚缺少0.14%的A12O3，即A12O3略为偏低。但再加粘土，则SiO2过高，所以不再递减试凑；（MgO+其他）项余数也不大，说明总和假定合适。如果计算结果（MgO+其他）项余数大，则说明总和假设不合适，需重新假设总和，重新计算。由计算结果可知，煅烧100kg熟料所需各种原料的用量为干石灰石—122—0.2—121.8kg干粘土=23—2.6=20.4kg干铁粉=5.8+0.3=6.1k