尧峰公司新型干法窑生料配料理念及配料方法

水泥生产工艺培训教案

授课人:张晓爱

内容:新型干法窑生料配料理念及配料方法

烧制一吨熟料一般需要石灰石1.3-1.5吨，粘土0.2-0.4吨，铁粉0.03-0.05吨。

一、水泥的定义、水泥的生产阶段及硅酸盐水泥熟料的化学组成

1、水泥：凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，称为水泥。 2、水泥的生产分为三个阶段： 1）生料制备

石灰质原料、粘土质原料及少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经均化调配为成分合适、分布均匀的生料。 2）熟料锻烧

将生料在水泥工业窑内缎烧至部分熔融，经冷却后得到以硅酸钙为主要成分的熟料的过程。 3）水泥的制成

将熟料、石膏，有时加入适量混合材共同磨细成水泥的过程。 以上三个阶段可以简称为“两磨一烧”。

我们公司目前生产的水泥均属硅酸盐系列水泥，其主要成份为硅酸盐水泥矿物。

2、硅酸盐水泥熟料的化学组成

硅酸盐水泥熟料的主要化学组成为氧化钙（CaO），一般范围为62-67%；二氧化硅（SiO2），一般范围为20-24%；三氧化二铝（Al2O3）一般范围为4-7%；三氧化二铁（Fe2O3），一般范围为2.5-6%。这四种氧化物组成通常在熟料中占95%以上，同时含有5%以下的少数氧化物，如氧化镁（MgO）、三氧化硫（SO3）、氧化钛（TiO2）、氧化磷（P2O5）以及碱（K20、Na20） 等。

这四种氧化物构成水泥熟料的最主要的化学成分。它们在水泥熟料生产中是按一定含量和一定比例进行配比生产的。配比不恰当，都会直接影响到熟料的质量进而影响到水泥的质量。如熟料中若CaO含量过高，则CaO不能充分与硅酸性氧化物化合，部分呈现游离状态存在于熟料中，成“死烧状态”。这种“死烧状态”的氧化钙，其水化作用非常缓慢，常发生在水泥凝结硬化过程之后的水泥石中，致使水泥石膨胀变形、破裂。如氧化铝和氧化铁，它们是熟料烧成过程中产生液相的主要氧化物，如果它们的含量过高，则产生的液相量过多，使物料易结大块而影响操作；如果含量过低，则产生液相量过少，使烧成困难，熟料易于“粉化”。所以在熟料生产中化验人员要对原料进行认真分析计算，作出科学合理的配料方案，指导熟料生产。 3、硅酸盐熟料的矿物组成

硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：C3S、C2S、C3A、C4AF，另外还有少量的f-CaO、方镁石、含碱矿物、玻璃体。通常，熟料中C3S+C2S含量75%左右，C3A+C4AF含量22%左右。

1、C3S含量通常占熟料的50%以上，其特点：水化较快，早期强度高，强度增进就率大，干缩性、抗冻性较好，但水化热较高，抗水性差，抗硫酸盐浸蚀能力较差。C3S形成需要较高的烧成温度和较长的烧成时间，含量过高，烧成困难，易导致f-CaO增多，熟料质量下降。

2、C2S含量通常分熟料的20%左右，其特点：水化较慢，早期强度低，水化热低，体积干缩小，抗水性和抗硫盐日浸蚀能力好，后期强度增进快。 3、C3A

C3A水化速度、凝结硬化很快，放热多，硬化快，早期强度较高，但绝对值不高，后期几乎不再增长，甚至倒缩，C3A干缩变形大，抗硫酸盐性能差，脆性大，耐磨性差。 4、C4AF

C4AF水化速度早期介于C3A与C3S之间，早期强度类似于C3A但后期还能不断增长，水化热低，干缩变形小，耐磨、抗冲击、抗硫酸盐浸蚀能力强。 5、f-CaO、MgO

f-CaO在高温下死烧形成，水化很慢，一般加水3天后才反应有尽有，反应体积膨胀97.9%产生应力，造成水泥石破坏。 MgO少量可与熟料矿物固溶，对降低烧成温度、增加液相数量，改善熟料色泽有好处，但超过一定量后，未固溶部分水化很慢，要几个月甚至几年才与水反应，生产Mg（OH）体积膨胀148%，2，

导致水泥安定性不良。 二、配料的定义及设计

1、配料：根据水泥品种、原燃材料品质、工厂具体条件等，选择矿物组成或率值，由此计算原燃料配比称配料。

合理的配料方案即是工艺设计的依据，又是正常生产的保证。配料包括原料的选择、熟料的设计与生料配料计算。 1、配料设计

（1）、配料设计的目的和基本原则。

目的：a、根据原料资源情况，确定矿山的可用程度，并尽可能利用矿山资源。b、根据原料、燃料特性和水泥品种等要求，决定原料、燃料种类、配比。选择合适的生产方法。c、计算全厂物料平衡，作为全厂工艺设计及主机造型的依据。

原则 ：a、烧出的熟料具有较高的强度和良好的物理化学性能。 b、配制的生料易于粉磨和煅烧。

c、生产过程中易于控制和管理，便于生产操作，以及结合工厂生产条件，经济合理地利用矿山资源。

（配料计算的任务就是1)根据水泥品种/原燃料条件/生料制备与熟料煅烧工艺确定水泥熟料的率值;2）求出合乎熟料率值要求的原料配合比）

三、熟料组成的选择及注意的问题

合理的配料方案，表现在熟料矿物成份的选择上，即对三个率值的确定，为获得优质熟料，应以以下几方面考虑。

1、水泥品种：为满足不同品种水泥的要求，应选择不同矿物组成。如生产快硬硅酸盐水泥，需要较高的早期强度，则应提高熟料中C3S和C3A的含量，低热水泥（中抗水泥）则要求水化热低，抗硫酸盐侵蚀性能好。则相应提高C2S和C4AF含量。 2、原料的品种、生料易烧性：原料的化学成份与工艺性能，往往对熟料组成的选择有较大的影响。如石灰石燧石多，粘土含砂量多，则应适当降低KH来适应原料的实际情况。生料易烧性好，可以选择较高的KH、高SM的配料方案。反之，只能配低一些。 3、燃料质量：燃料品质对率值及煅烧影响较大，燃煤不单供给热量，煤灰还起配料作用，煤质差，灰份大，应相应降低熟料KH。

4、KH的选择：若工艺条件好，生料均化性好，或使用矿化剂，操作水平高，可适当提高KH，KH高则C3S含量增加，熟料强度高。综合考虑，要选择合适的KH。 5、SM的选择：SM选择应与KH相适宜，

6、IM的选择：IM选择也应与KH相适应，一般情况下，当提高KH时，应相应降低IM值，以降低液相出现的温度与粘度，有助于C3S形成。选择高铝，高铁方案，应结合原燃料特点及工艺设备，水泥性能，综合分析决定。 四、硅酸盐水泥熟料的率值及其意义

水泥性能主要来源于熟料的性能，决定熟料性能的是水泥熟料的矿物组成，硅酸盐水泥熟料矿物由四种主要氧化物化合而成，在

一定条件下，各氧化物的含量和彼此之间的比例，是水泥生产质量控制的基本要素。因此，人们就想出了表示水泥中各氧化物含量及彼此之间的关系，称为率值。率值可以简明扼要地表示水泥熟料性能及其对水泥煅烧的影响。

率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含量的系数。它是生产控制的一种指标。

我国目前一般采用，石灰饱和系数（KH）、硅酸率（SM）、铝率（IM） 1、饱和比：表示水泥熟料中氧化钙总量减去饱和酸性氧化物（Al2O3、Fe2O3、SO3）所需的氧化钙后，剩下的与二氧化硅化合的氧化钙的含量，与理论上二氧化硅与氧化钙全部化合生成硅酸三钙所需要氧化钙含量的比例。简言之，KH表示熟料中二氧化硅被氧化钙饱和生产硅酸三钙的程度。

KH=（CaO-f-CaO）-1.65Al2O3-0.35Fe2O3-0.7SO3/2.8SiO2

通常KH值控制在0.82－0.96之间

2、硅酸率

又称硅率，以n表示，欧美以SM表示。表示熟料硅酸盐矿物与熔剂矿物的比值。 SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3

SM高，则硅酸盐矿物多，对水泥熟料强度有利，但熔剂矿物少，液相量少，会给煅烧造成困难，SM过低，则对熟料强度不利，且熔剂矿物多，易结圈等，不利于煅烧。通常硅酸盐水泥熟料

的硅率在1.7－2.7之间。

3、铝氧率

又称铝率或铁率。以P表示，欧美以IM表示，熟料中C3A与C4AF之间比值。

公式为：IM=Al2O3/Fe2O3

IM过高，意为C3A多，C4AF少，液相粘度增加，对煅烧及水泥性能都造成较大的影响。如IM过低，则C4AF多，液相粘度小，易结大块 等。通常硅酸盐水泥熟料的铝率在0.9－1.7之间 4、矿物组成及换算 当IM＞0.64 C3S=3.8SiO2(3KH-2) C2S=8.61SiO2(1-KH) C3A=2.65(A-0.64F) C4AF=3.04Fe2O3

水泥厂应该根据自己厂所用的原料与燃料特点、工艺和操作水平确定既适合本厂情况又先进的配料方案，达到质量好、产量高又好烧的目的预分解窑生料预热好，分解率高，另外由于单位产量窑桐体散热损失少以及耗热最大的碳酸盐分解带已移到窑外，因此窑内气流温度高，为了有利于挂窑皮和防止结皮、堵塞、结大块，目前趋于低液相量的配料方案。我国大型预分解窑大多采用高硅率、高铝率、中饱和比的配料方案，即所谓“二高一中”配料方案。 原材料：一般为3—4种

 钙质原料（石灰质）

 硅质原料（粘土质）

 校正原料（铁质、铝质、硅质） CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3

 钙质原料：主要提供CaO

 天然钙质原料：石灰岩、泥灰岩、白垩  主要成分： CaO，少量SiO2、Al2O3、Fe2O3  主要矿物：方解石（CaCO3），少量白云石  特点：灰白色到灰黑色，结构致密，强度高  （80—140MPa）  品质要求： CaO大于45%  硅铝质原料：主要提供SiO2、Al2O3  天然硅质原料：砂岩、页岩

 主要成分： SiO2，少量CaO、Al2O3、Fe2O3  主要矿物：石英

 特点：SiO2含量多，硬度大，难磨  校正原料：

 铁质——硫铁矿渣、铁尾矿、铜矿渣等（要求Fe2O3大于40%）

 铝质——铝矾土（ 要求Al2O3大于30%）

 硅质——含硅高的河砂、江砂（ SiO2含量70%—90%） 主要是煤（用来提供水泥熟料矿物形成所需的热量） 少量重油（开窑点火时用）

对煤的品质要求：

 ——热值

 ——挥发分:影响着火温度和燃烧速度  ——灰分：影响热值和熟料成分

 ——水分：影响燃烧速度和火焰温度（1.0—1.5%）  ——细度：影响燃烬程度（0.080mm方孔筛筛余8%—15%） 本厂熟料的配料方案:KH:0.91±0.02(0.89-0.93);n:2.6±0.1(2.5-2.7);p:1.6±0.1(1.5-1.7).

 熟料组成确定后，即可根据所用原料进行配料计算，求出原料配比。配料计算的依据是物料平衡．任何化学反应的物料平衡是：反应物的量应等于生成物的量。随着温度的升高，生料锻烧成熟料经历着：生料干燥蒸发物理水；粘土矿物分解放出结晶水；有机物质的分解、挥发；碳酸盐分解放出二氧化碳，液相出现使熟料烧成。因为有水分、二氧化碳以及某些物质逸出，所以，计算时必须采用统一基准。

蒸发物理水以后，生料处于干燥状态，以干燥状态质量所表示的计算单位，称为干燥基准。干燥基准用于计算干燥原料的配合比和干燥原料的化学成分。

如果不考虑生产损失，则干燥原料的质量等于生料的质量，即：干石灰石＋干粘土＋干铁粉～干生料

去掉烧失量（结晶水、二氧化碳与挥发物质等）以后，生料处于灼烧状态。以灼烧状质量所表示的计算单位，称为灼烧

基准。灼烧基准用于计算灼烧原料的配合比和熟料的化学成分。 如果不考虑生产损失，在采用基本上无灰分掺入的气体或液体燃料时，则灼烧原料、灼烧生料与熟料三者的质量相等，即：灼烧石灰石＋灼烧粘土＋灼烧铁粉＝灼烧生料＝熟料 如果不考虑生产损失，在采用有灰分掺入的燃煤时，则灼烧生料与掺入熟料的煤灰之和应等于熟料的质量，即： 灼烧生料＋煤灰（掺入熟料的）＝熟料 在实际生产中，由于总有生产损失，且飞灰的化学成分不可能等于生料成分，煤灰的掺入量也并不相同。因此，在生产中应以生熟料成分的差别进行统计分析，对配料方案进行校正。 生料配料步骤：

 —按照性能要求，设计熟料矿物组成，确定配料方案  —分析原材料化学成分，确定原材料种类

 —根据煤的分析数据和熟料烧成热耗，计算熟料中煤灰掺入量

 —计算熟料的化学组成  —验算配料的准确性  —求出原材料配比

配料计算方法有尝试误差法/递减试凑法/图解法/矿物组成法等.各种方法各有优缺点,但同时存在计算过程繁复/计算工作量大/结果精度不高等问题,随着计算机技术的普及和应用，现在可以通过计算机程序方便地进行配料计算。