水泥熟料快速燒成的最佳配方研究

　　1、引言

　　熟料速燒是水泥工業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者〔1～4〕的研究都主要集中在高熱力梯度上,一般要求熱力梯度在600～1500℃/min,甚至更高?，F(xiàn)有的工業(yè)條件顯然無法滿足。本文旨在探討如何利用現(xiàn)有水泥工藝設(shè)備,從調(diào)整熟料配方的角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)熟料的快速燒成。 

　　2、熟料速燒回歸方程的建立 

　　2.1  因素及位級(jí)表

　　采用二次正交回歸設(shè)計(jì)。因素及位級(jí)見表1。 

表1  因素及位級(jí)  

　　2.2  試驗(yàn)方案及結(jié)果

　　根據(jù)表1的因素及位級(jí),選用五因子二次回歸正交表〔5〕安排試驗(yàn)方案。采用分析純化學(xué)試劑配料,配好的生料混勻后,壓成Φ5cm×5mm的生料片。在400℃溫度下先將料片預(yù)熱30min,然后送入已升溫至1450℃的高溫爐內(nèi),經(jīng)8min爐溫重新升至1450℃,在該溫度下保溫10min后取出急冷并測(cè)定其fCaO含量。試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2所示。

　　2.3  回歸方程

　　由表2結(jié)果計(jì)算得到熟料fCaO與熟料率值及礦化劑摻量的二次回歸方程如下:

　　fCaO=-37.50KH 2-0.033SM 2-1.44IM 
　　2-1.94CaF22-0.39SO32+29.97KH ·SM -1.00KH ·IM +7.50KH 
　　·CaF2-2.00KH ·SO3+2.13SM ·IM-1.08SM ·CaF2-0.22SM ·SO3+1.10IM 
　　·CaF2+0.32IM ·SO3+21.73KH -24.94SM -1.23IM 
　　-3.34CaF2+2.7SO3+6.49

表2  二次回歸正交試驗(yàn)方案及結(jié)果  

　　為了能直觀地得出在速燒條件下,熟料的最佳配比方案以及熟料KH、SM、IM對(duì)fCaO的影響,利用上述回歸公式繪制成fCaO等高線圖,結(jié)果如圖1和圖2所示。  

圖1  KH-SM等高線

　　L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;
　　L4—fCaO=3%;L5—fCaO=4%;L6—fCaO=5% 

圖2  KH-SM等高線

　　L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;L4—fCaO=3% 

　　由圖1和圖2可見,在相同的KH和SM條件下,IM變化對(duì)fCaO含量變化影響不大;而在相同的IM條件下,變化SM或KH都將引起fCaO含量大的變化。

　　增大KH或SM,都將增大fCaO含量。因此,采用高KH,必須選擇低SM方案,而采用高SM,則必須選擇低KH方案。

　　從圖1中選取KH=0.90、0.93、0.95、0.97的值作平行于橫軸的直線,就可得到fCaO含量為1%、2%、3%和4%條件下允許的最大SM值。結(jié)果見表3所示。 

表3  允許的最大SM值

　　注:IM=1.2,SO3=1.5%,CaF2=0.8%。 

　　3、最佳配方實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　為了驗(yàn)證回歸方程的可靠性,同時(shí)進(jìn)一步探討熟料速燒的最佳配方。重新配制了一批試樣進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。

　　3.1  實(shí)驗(yàn)方法及配比

　　按表4的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行配料,所得生料在1450℃下煅燒,分別保溫5min、10min、20min、35min、50min。其余實(shí)驗(yàn)方法同上。 

表4  驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案  

　　3.2  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　按表4實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得結(jié)果見表5。 

表5  1450℃時(shí)不同保溫時(shí)間下fCaO含量(%) 

　　3.3  實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論 

　　根據(jù)表5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可得出fCaO含量與KH、SM及保溫時(shí)間的關(guān)系圖,見圖3和圖4。

　　從圖3和圖4可知,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),fCaO含量均有所下降,但下降趨勢(shì)越來越緩。同時(shí)結(jié)合水泥生產(chǎn)控制我們知道,在立窯生產(chǎn)中,熟料fCaO含量?？刂圃?%或更高,回轉(zhuǎn)窯的fCaO含量一般控制在1%～1.5%左右。因此,對(duì)應(yīng)不同的fCaO控制指標(biāo),分析圖3我們就可得到在SM=2.2、IM=1.2條件下,對(duì)應(yīng)不同fCaO控制值和不同保溫時(shí)間時(shí)允許的最大KH,如表6所示。 

圖3  不同保溫條件下KH與fCaO的關(guān)系 

圖4  不同保溫條件下SM與fCaO的關(guān)系 

表6  允許的最大KH  

　　同樣對(duì)圖4分析可知:對(duì)應(yīng)于不同的fCaO、時(shí)間控制指標(biāo),得到允許的最大SM值如表7所示(KH=0.93、IM=1.2)。 

表7  允許的最大SM值  

　　從表6和表7的數(shù)據(jù)可清楚地看到:在相同的fCaO控制指標(biāo)下,燒成速度(保溫時(shí)間)對(duì)KH和SM的選擇有較大的影響,不合適的配比選擇將引起fCaO過高,難以達(dá)到快速燒成的目的。燒成速度越快,KH和SM的選擇應(yīng)略為降低。同時(shí)將表7中保溫10min條件下,SM的選擇方案與表3的結(jié)果對(duì)比也可看到,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與回歸公式給出的結(jié)果基本一致,表明回歸方程有較好的重現(xiàn)性和較高的可靠性。

　　4、結(jié)論

　　(1)利用現(xiàn)有的工藝設(shè)施,在較快的升溫速度下可實(shí)現(xiàn)熟料的快速燒成。熟料在高溫帶停留時(shí)間不同,KH和SM的選擇也有所不同。

　　(2)影響熟料速燒的主要因素是KH和SM,IM影響較小。

　　(3)在速燒條件下,KH和SM的降低都將顯著降低熟料fCaO含量。采用高KH時(shí),應(yīng)選擇低SM方案;采用高SM時(shí),應(yīng)選擇低KH方案。 

　　參考文獻(xiàn)

　　1、S·SPRUNG.煅燒過程對(duì)熟料的形成和性能的影響.第七屆國(guó)際水泥化學(xué)會(huì)議論文選集.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1985,3:47

　　2、O·Phillipp,R·Schrader.在煅燒熟料時(shí)使用熱、化學(xué)和機(jī)械活化.第六屆國(guó)際水泥化學(xué)會(huì)議論文集,第一卷,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1980,12:386

　　3  盧忠遠(yuǎn),黃文熙,徐光亮.快速低溫?zé)晒杷猁}水泥的研究.四川建材,1996,1

　　4  王志榮,陸宗賢,王師尹.水泥生料粒徑與速燒工藝.硅酸鹽學(xué)報(bào),1993,4

　　5  白新桂.數(shù)據(jù)分析與試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社,1986,10:355