邓总-熟料强度影响因素分析复习课程

邓总---熟料强度影响因素分析因果分析图因果分析图原燃材料

熟料煅烧

熟料检验石灰石还原气氛立升重偏低

成型比表面细度页岩MgOCaO铁粉砂岩窑低温预烧不足烧失量高养护温度小磨实验烟煤f-CaO高破型SO3含量生料称尾煤KH影响生料细度小磨级配头煤熟料三率值石灰石砂岩振动台冷却效果差生产设备N影响P影响配料原料配比检验设备2008.10.262熟料强度影响因素分析配料方案以北京某厂为例。原料使用对比化学分析表（%）项目日期LOSSSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO碱含量石灰石03年41.264.211.510.3750.191.810.2504年41.693.910.990.4050.371.820.30页岩03年5.1565.2915.847.570.511.051.7404年5.0066.7017.307.160.411.442.15砂岩03年0.1894.792.240.610.110.080.8204年0.0893.642.520.510.090.360.81铁粉03年4.9237.354.7345.670.290.581.8204年4.7236.724.9446.831.140.392.04煤灰分03年53.5219.6416.653.340.901.3304年52.7222.2812.913.741.792.002008.10.263熟料强度影响因素分析配料方案煤工业分析(%)日期原煤水分干基水份灰份挥发份发热量(Kcal/kg)发热量(KJ/kg)02年7.651.7610.2728.396903.5128856.603年6.422.0810.7227.996813.0428478.504年8.032.3512.2528.446598.6627582.42008.10.264熟料强度影响因素分析配料方案熟料回归分析对上述因果因素中可以量化的因素进行回归分析,发现数据变化较大的因素有熟料KH、SM、IM、F-CaO、MgO。利用数理统计方法算出熟料28天强度对上述5因素的回归分析方程及回归相关系数，确认上述5因素对28天强度的相关性及影响程度大小。各因素线性回归方程及相关系数表2008.10.265熟料强度影响因素分析配料方案回归方程相关系数熟料KH对28天强度影响Y28d=117.3*kh-48.2R=0.890熟料SM对28天强度影响Y28d=1.7*SM+51.8R=0.807熟料IM对28天强度影响Y28d=31.6*IM+6.3R=0.630熟料MgO对28天强度影响Y28d=59.4-1.4*MgOR=-0.690熟料f-Ca0对28天强度影响Y28d=61.3-6*f-CaOR=-0.719熟料C3S对28天强度影响Y28d=15.3+0.8*C3SR=0.917熟料C3S+C2S对28天强度影响Y28d=2.6*(C3S+C2S)-139.9R=0.8702008.10.266熟料强度影响因素分析配料方案

从表中看出：1、KH、SM、IM、C3S、C3S+C2S与熟料28天强度存在正相关关系，其中C3S、KH对熟料28天强度的相关系数较高，IM对熟料对熟料28天强度的相关系数较低；2、f-Ca0与熟料28天强度存在较强的负相关关系；3、MgO与熟料28天强度存在较强的负相关关系。从回归分析结果来看，MgO对熟料强度的负面影响很大，这可以通过控制进厂石灰石中MgO的含量来解决。由于f-Ca0跟三率值及窑况联系紧密，熟料的C3S、C3S+C2S又和三率值关联。该厂委托研究所将统计分析结果进行样本分类并做正交分析，总结出熟料强度及水泥适应性最好的熟料三率值的最佳配伍组合。2008.10.267熟料强度影响因素分析配料方案熟料正交分析实验结果(三水平L9(34))

实验水平123456789K1K2K3RKH0.8740.8740.8740.8910.8910.8910.9070.9070.907168.6171.5169.02.93SM2.562.632.722.562.632.722.562.632.72168.9170.6169.41.70IM1.521.591.681.591.681.521.681.521.59169.1169.4170.71.5728天强度55.7056.7756.1356.9757.6056.9756.2756.4756.27509.132008.10.268熟料强度影响因素分析配料方案

上表中K1、K2、K3分别是因素KH、SM、IM三个水平实验结果之和（28天抗压强度MPa)。同一因素的三个水平K值高，则该水平就好，对强度贡献大；反之，K值小，则该水平就差，对强度贡献小；R是三个水平的极差，极差的大小反映了该因素对实验结果的重要程度。

从表中的R值可以看出，三率值对熟料强度的影响强度，以熟料KH对强度影响最大，SM次之，IM最小。从表中的K值可以看出，其中KH因素中熟料强度最高的2水平，即KH在0.880-0.900之间最佳。SM因素也以2水平为好，即SM在2.67-2.70之间为佳，IM因素则以3水平为好，即IM>1.65为好(?按:不符合硅酸盐物理化学CSTA四相图,超出1.67将导致烧成范围狭窄).该厂将熟料率值控制目标值调整为KH:0.890SM:2.65IM:1.60熟料强度从51MPa提高到58MPa。2008.10.269熟料强度影响因素分析配料方案

笔者不完全同意该实验的结论（以该厂的原燃材料条件完全可以做得更好，而且实验安排过于简单），但给我们提供了解决问题的分析思路。实验结果的因素相关性定量地给出了相关程度，是工艺管理精细化水平的标志。结论在水泥行业大量的事例标本中有代表性，但是熟料率值的选择范围不是可以设定的，而是由本地原料情况决定的。如江西万年青水泥，铜陵海螺水泥，广东梅州水泥，SM、IM都不在范围内。华新案例：05年阳新熟料强度低（50左右），在石灰石品位得不到改善的情况下通过提高熟料SM情况有所提高。2008.10.2610熟料强度影响因素分析原料情况

随着国家“两型社会”概念的提出，水泥行业的发展方向发生了深刻的变化。环境友好型不在本文的讨论范围内，介绍资源节约型和水泥生产的对立统一关系。水泥行业要生存下来,必须具有节约资源、消化垃圾的功能。生产原料的选用不再是挑食而是因地制宜，进而消化尾矿废渣，在这个前提下找到最佳配料方案，这给工艺管理带来极大的挑战。但是，业者一定要清楚低品位原料、废渣中的有害成分对熟料、水泥质量的负面影响。1、石灰石。CaO品位要求降低到45%。还要使用高硅、高碱、高镁石灰石。石灰石中要求MgO<2.0%,R2O<0.3%。石灰石的品位越低，对煤炭的要求就越高。2、硅质原料。除了传统的页岩、砂岩，还大量使用粉煤灰、淤泥、煤矸石、高低硅尾矿。硅质原料碱含量高，尾矿还带入重金属。砂岩中的方解石、燧石严重影响生料活性，难磨难烧。2008.10.2611熟料强度影响因素分析3、铁质原料。大量应用钢铁行业、有色金属采掘业尾矿废渣如钢渣、铜、锌矿尾渣。铁质原料也带入碱，重金属的带入有损水泥性能，量的控制可以通过混凝土性能实验确定。4、煤炭。大量使用无烟煤、劣质烟煤。随着预热器、燃烧器的研究深入和相关设备的研发投入使用，大量使用无烟煤、劣质烟煤成为可能。煤炭是硫的主要带入者。不同品种的煤炭决定了装备、工艺的差异，工艺工程师要了解所使用煤炭的燃烧性能。虽然窑炉设计考虑到了燃料，但是实验样本与生产实践不完全类似，差异明显，需要总结改进。煤粉的焦渣系数不被注意也很重要，燃烧炉、分解炉结焦是常见问题。原料情况2008.10.2612熟料强度影响因素分析原料中的主要有害成分有硫、碱、MgO、氯等，熟料中的游离钙也是有害成分。1、硫（硫酸盐）。原料中的硫绝大部分和碱反应以硫酸盐的形式固化在熟料中（新型干法窑尾废气中的SO2很低，占到原料中含量不到10%），硫酸盐占据硅酸盐矿物的晶格结构，改变了原来的晶体形状，体积增大，晶体化学键能下降。硫碱比是水泥工艺的重要参数，当量比尽可能接近1，全硫碱质量比例在140-200%。2、碱（K2O+Na2O)。原理同硫，硫碱的损害机理是共生的。有研究表明，当碱含量〈0.45%时，对熟料强度没有明显影响；当碱含量〉0.45%时，熟料28天熟料强度呈直线下降趋势，熟料3天强度呈抛物线下降趋势。碱含量超过0.9%时，熟料强度下降幅度超过15%，混凝土性能实验不能满足应用。实际案例：05年华新金猫公司熟料碱含量达到0.9%，熟料28天强度低于50。使用砂岩代替部分页岩降低碱摄入，熟料碱含量降低到0.6%，熟料强度提高到55-60MPa。砂岩掺入比例要兼顾生料的易烧性。熟料中的有害成分影响2008.10.2613熟料强度影响因素分析武汉理工大万惠文教授的研究（硅酸盐学报98年12月20卷4期）

R2O、R2SO4对水泥熟料烧成的影响K2O主要固溶在硅酸盐相的C2S中，随着K2O含量增加，形成KC23S12，使f-CaO成倍增加，C3S含量减少，A矿尺寸有所增大，K2O含量应控制在1%以内。Na2O主要固溶在硅酸盐相的C3A中，随着Na2O含量增加，形成NaC8A3，C3S含量减少，C3A含量增加，f-CaO含量增加幅度不大。A矿尺寸有所增大，Na2O含量应控制在0.6%以内。随着熟料中R2SO4含量增加，C3S含量呈下降趋势，A矿晶体尺寸明显增大了许多，f-CaO含量很少。R2SO4的含量可适当放宽到2%以内，但不应影响窑的正常操作和运转。R2SO4包括K2SO4、Na2SO4、Na2SO4.3K2SO4及2Ca2SO4..K2SO4。在烧成范围内具有较低的蒸汽压，大部分不再蒸发被熟料带出窑外。RCl极易挥发，挥发率高达99.9%，几乎不存在于熟料中，Cl-的存在会促进碱的挥发。熟料中的有害成分影响2008.10.2614熟料强度影响因素分析3、MgO。熟料中含有少量MgO时，能降低熟料的烧成温度，降低液相黏度，有利于熟料烧成。但是，只有2%的MgO能够和熟料矿物相结合，其余部分呈游离状态，遇水生成Ca(OH)2发生体积膨胀破坏晶格。有研究表明：MgO<3.2%时，部分与熟料矿物结合成固溶体并存在于中间相中，最佳固溶量为1.5%，多余部分如同提铁，可降低液相出现的温度并增加液相量，降低液相表面张力。MgO在3.2-4.2%之间时，液相表面张力大幅下降。含4%时表面张力为0.51N/M，其煅烧温度要比正常温度低，热力不足不集中，煅烧范围比正常窄，不利于f-CaO吸收和晶体发育，孰料外观结粒细小，飞砂严重。低黏度的液相对A矿产生溶蚀作用，致使C3S发生分解反应，反映在煅烧方面为熟料易烧性好，但烧成范围变窄，操作难度大。MgO>4.2%时，结球严重，熟料黄心，飞砂严重，降铁没有效果。不再仅仅是表面张力降低、液相黏度降低的问题。此时阿利特结晶困难，虽然液相量增加，表面张力的温度系数为负值，降低煅烧温度其实是增大液相表面张力，从而使结粒变大，窑内结蛋结圈。措施：加强石灰石均化，控制石灰石中MgO2.8+0.2%(此处值得商榷)。调整配料方案：

MgO<3.2%时，KH：0.91+0.02,SM:2.5+0.1,IM:1.4+0.1MgO在3.2-4.2%之间，KH：0.92+0.02,SM:2.6+0.1,IM:1.5+0.1(三高方案，镁高降铁增加黏度）MgO>4.2%时，KH：0.92+0.02,SM:2.6+0.1,IM:1.4+0.14、f-CaO。熟料中f-CaO过高，导致熟料安定性不良，抗折强度降低。1d、3d的抗压强度略有升高，7d、28d强度明显下降。熟料中有害成分影响2008.10.2615熟料强度影响因素分析工艺管理上仅仅有合理的配料方案是不够的，要作好各个环节的控制。1、保证入窑生料的稳定。2、把原料的有害成分控制在合理的范围内。3、加强对过程产品的质量控制。如生料细度：直径小于100μm的方解石和直径小于45μm的粗粒石英是能够满足生产的。生料细度的控制要体现在控制这些难烧的成分上。生料筛余的粗颗粒主要是硅质原料,当200μm筛余〈1.5%时，80μm筛余〈12%。当