水泥生产质量控制操作技术.docx

一、 石灰石原料以及控制指标和储量要求
凡是以CaCO3为主要成分的原料都叫石灰质原料。天然石灰质原料有石灰岩、白垩等。石灰石中主要矿物是方解石、并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和黏土质杂质，是一种具有微晶或潜晶结构的致密岩石。
矿山石灰石控制指标和储量要求如下：（一等品）
1、CaO含量大于48%；
2、MgO含量≤3.0%，K2O+Na2O＜1.0%；
3、入磨石灰石粒度＜25mm，水分＜1.0%；
4、最低可用储量应保持5d。
二、 黏土质原料以及控制指标和储量要求
黏土质原料是由黏土矿物为主要组成的土状岩石，由极细的颗粒组成。天然黏土质原料有黏土、黄土、页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等，此外赤泥、煤矸石、粉煤灰、炉渣等工业废渣也作为黏土质原料。衡量黏土质量主要有黏土化学成分（n,P）、含砂量、含碱量以及黏土的可塑性、热稳定性、正常流动度的需水量等工艺性能。质量控制指标和储量要求如下：
1、n=2.7~3.5，P=1.5~3.5，MgO＜3.0%，K2O+Na2O＜1.0%；
2、含砂量要少；3、入磨黏土水分＜6%；4、储量不少于10d用量。
三、铁质原料的质量控制指标
1、Fe2O3储量＞45%；
2、入磨水分＜8%；3、铁矿石的入磨粒度＜20mm。
四、原煤的控制及管理
燃煤最好定点供应，按产地分批分堆存放，按批进行煤的工业分析和煤灰化学全分析，并采取平铺竖取的均化措施。
对煤的控制包括水分、粒度、原煤灰分、挥发分、全硫量、低热值等几个方面。
五、生料均化的方式
生料的均化方式有以下几种：
1、多库搭配；
2、机械倒库；
3、均化库本身的均化作用。
均化库库底布置有开式充气斜槽，库内分环形区（内外环）、搅拌区、隧道区、顶部卸料区几个部分。通过罗茨风机供风使物料粉液态化，并在搅拌区进行一强三弱形式的搅拌混合，以达到均化的目的。
多库搭配是通过物料本身的重力作用在出库过程中起到一定的混合均化作用，出库物料经过螺旋输送的提升等输送过程的搅拌混合又可起到一定均化作用。值得注意的是，多库搭配仅能使现有各库成分进一步均化而不能达到校正物料成分的目的。
目前设计的均化库，采用重力和气力搅拌联合均化方法，其效果较好。
六、控制生料三个率值的目的及波动范围
其目的是为了判断生料中石灰石与其他原材料的配比是否恰当。
其控制指标如下：
KH指标±0.02；
n指标±0.1；
P指标±0.1；CaO指标±0.3%；
合格率大于60%；
Fe2O3指标±0.2%；
合格率大于80%。
七、控制出磨生料的细度
生料磨得越细，其比表面积越大，生料在窑内的反应速度越快，越有利于f-CaO的吸收。但随粉磨细度的降低，磨机产量低、电耗高，因此应将出磨生料细度指标控制在适当的范围内。
八、硅酸盐水泥熟料的氧化物组成、矿物组成及波动范围
其指标如下：
氧化物组成：CaO 62%~67%；SiO2 20%~24%；Al2O3  4%~7%；Fe2O3 2.5%~6.0%。矿物组成：C3S 42%~60%；C2S 15%~32%；C3A 4%~11%；C4AF 10%~18%。
九、对熟料控制的主要项目
熟料质量是保证水泥质量的基础，控制熟料的主要项目有：
1、三率值（三率值各厂自己设定）：KH±0.02；n±0.1；P±0.1；
2、游离氧化钙：f-CaO≤1.50%；3、氧化镁：MgO含量不得超过5.0%，如水泥经压蒸安定性试验合格，熟料中MgO含量可放宽到6.0%；1、安定性：按标准测定必须合格；2、强度：3d、7d、28d强度符合国标要求；3、相对误差：抗折强度±7.0%；抗压强度±5.0%。不同水泥品种，国家有不同水泥强度标准。
十、熟料中矿物的特性
主要矿物有硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙，铁铝酸四钙，其分子式缩写为：C2S，C3S，C3A，C4AF。其主要特性如下：
1、C3S。水化快，早期强度高，其强度在28d内可达到它一年强度的70%~80%，是决定熟料28d强度的主要矿物，对水泥性能起主导作用。其水化后产生较多的Ca(OH)2，故水化热高，但耐水性、抗硫酸盐侵蚀性能差。纯硅酸三钙色洁白，通常将含有少量氧化物的C3S称为A矿，亦称阿里特。
2、C2S。水化较慢，早期强度低，但后期强度高，增加比表面积可明显增强其早期强度，其水化热较低，抗水性较好，通常将含有少量氧化物的C2S称为B矿，俗称贝里特。3、C3A。水化迅速，放热多，凝结硬化快，其强度3d内大部分发挥出来，故早强高。其后期强度几乎不再增长，甚至倒缩，干缩变形大且抗硫酸盐性能差。4、C4AF。熟料中C4AF常常以铁铝酸盐固溶体的形式存在，它的组成可以从C6A2F到C4AF变至C2F，水化速度介于C3A和C3S之间，它的强度早期类似于C3A，而后期不断增长，类似于C2S，其抗冲击性能和抗硫酸盐性能好，水化热较C3A低。C4AF又称C矿或才利特。
十一、混合材的分类、品种、特点及控制
混合材是指在粉磨水泥时与熟料、石膏一起加入磨机内用以改善水泥性能和调节水泥强度等级的矿物质材料，可分为活性混合材和非活性混合材。
活性混合材是在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料，主要包括不符合标准要求的潜在水硬性或火山灰质的水泥混合材以及砂岩和石灰石等。采用石灰石时，其中Al2O3含量不得超过2.5%，以限制石灰石中的泥土含量。
水泥中混合材料掺加量按质量百分比计，掺活性混合材不得超过15%，其中允许用不超过5%的窑灰或不超过10%的非活性混合材来代替，掺非活性混合材时不得超过10%。
十二、矿渣做混合材时的质量要求
其质量要求如下：
碱性系数（CaO+MgO）/(SiO2+Al2O3）不小于0.65；
活性系数Al2O3/SiO2不小于0.20；
质量系数（CaO+MgO+Al2O3）/（SiO2+MnO）化学成分：MnO＜4.0%；全硫量＜3.6；未经充分淬冷的块矿矿渣质量＜5.0%；
最大直径不超过10mm。
十三、混合材的管理
要求如下：
1、粒化高炉矿渣在进行烘干时，必须避免温度过高（一般不宜超过600℃），以免粒化矿渣玻璃化（玻璃体→结晶体）；
2、各种混合材的合理掺加量必须通过不同配比的试验来确定；
3、工厂准备采用新品种混合材时，必须请建材研究单位进行各种性能的测试。
十四、大小磨磨制水泥的强度关系
大小磨磨制的水泥，虽然细度相同，但因大小磨的规格、研磨体的级配及粉磨方式的差异及样品的颗粒级配不同，其强度大小有差异。一般情况下，小磨过粉磨现象较多，细颗粒比例较大，试验样品的强度比生产中水泥的强度要高一些，但也有因小磨的研磨体级配不够合理，样品的强度低于生产中水泥的强度的情况。
十五、袋装水泥的质量要求
1、《国家标准》规定：“纸袋包装每袋水泥净重50千克”，其含义包括两个方面：
①每袋净重不得小于标志质量的98%；
②随机抽取20袋水泥其总质量不得少于1000kg。2、水泥包装纸袋上应清楚表明：工厂名称、注册商标、水泥品种、强度等级、包装日期、试验编号及生产许可证编号，水泥纸袋两侧应印有水泥名称和强度等级。
3、不同水泥的包装颜色：硅酸盐水泥，普通水泥用红色；矿渣水泥用绿色，火山灰水泥、粉煤灰水泥用黑色。
十六、制备试样应注意的事项1、在破碎磨细样品前，对试样要用刷子刷净，不应有其他样品粉末残留，磨制不同样品前应用待磨样品洗磨；
2、要尽量防止样品小块和粉末飞散；3、磨细过筛后的筛余物一律不准倒掉，必须继续进行粉碎，直到全部样品都通过筛子为止。
十七、计算烟煤低位发热量的公式
以焦耳表示的计算公式：
Qnet,ad=35859.9-73.7Vad-395.7Aad-702.0Mad+173.6CRC（J/g）
用卡表示的计算公式：
Qnet,ad=8575.63-17.63Vad-94.64Aad-167.89Mad+41.52CRC（cal/g）
Vad——分析基挥发分，%；
Aad——分析基灰分，%；Mad——分析基水分，%；CRC——焦渣特征；Qnet,ad——分析基低位发热量，cal/g。
十八、生料磨系统的循环负荷的变化对出磨生料饱和比的影响
循环负荷率的变化是由于粗细粉、粗粉、精粉三者中一个或一个以上筛余量发生变化而引起的，其中粗粉量的变化必然引起磨头喂料量的变化，同时也引起生料饱和比的变化，另一方面，由于粗粉细度的变化带来粗粉本身KH值的变化同样会引起生料KH值的变化。因此，在采用闭路磨系统时，稳定磨机的循环负荷是稳定生料质量必不可少的工艺措施。
十九、影响煤预均化效果的因素及措施
1、煤的成分呈非正态分布。2、煤离析现象。解决方法：
（1）减少颗粒级差；
（2）加强堆料工作，尽量减少堆料时的落差；
（3）加强取料工作。3、料堆端部锥体部分造成的不良影响。
4、堆料机布料不均匀。
5、堆料层数的影响，S与根号（层数）成反比。
二十、影响生料易烧性的主要因素
1、KH值、SM值高，生料难烧，反之易烧但易结圈；SM值、IM值高，难烧，所以要求有较高的烧成温度。
2、原料中石英和方解石含量高，生料难烧、结晶颗粒多，致使易烧性差。
3、生料中MgO、K2O、Na2O含量适当，有利于熟料形成，易烧性好。含量过多不利于煅烧，影响熟料质量。
4、生料均匀性好，粉磨细度细，易烧性好。
5、生料煅烧时，液相出现温度低，数量多，液相黏度小，表面张力小，离子迁移速度大，易烧性好。
6、燃煤热值高，煤灰水分少，细度细，燃烧速度快，燃烧温度高，有利于熟料的形成。
二十一、熟料中f-CaO过高的原因及危害
（一）原因
1、配料不当，石灰饱和系数KH过高；
2、煤的质量突然变化而未能及时调整，煤的颗粒过大；
3、生料细度太粗，生料在窑内煅烧反应不完全；
4、熟料冷却系统出现故障致使冷却速度太慢；
5、操作不当，热工制度不稳定。
（二）f-CaO过高的危害
f-CaO水化生成Ca(OH)2，体积膨胀97.9%，随f-CaO增加，抗拉抗折强度降低，3d后强度倒缩，严重时引起安定性不良。
二十二、熟料中MgO的主要来源及作用
石灰石中的白云石是MgO的主要来源，为控制熟料中MgO含量小于5.0%，应控制石灰石中MgO含量小于3.0%。含有白云石的石灰石在刚敲开的断面上可以看到粉粒状的闪光，10%的盐酸滴在白云石上只有少量气泡产生。
熟料中含有少量MgO时，可降低熟料液相黏度，还能改善熟料色泽。含量过高时，会造成后期膨胀的危害性，引起安定性不良。
二十三、熟料三个率值对熟料煅烧的影响
1、如果n值过高，煅烧时液相量显著减少， 熟料煅烧困难，当CaO含量低、C2S含量多时，熟料易于粉化。n值过低，则熟料中硅酸盐矿物太少会影响水泥强度，且由于液相量增多，易出现结大块、结瘤、结圈等现象。
2、如果P值过高，C3A多，相应的C4AF较少，液相黏度大，物料难烧。P值过低，液相中质点易于扩散，对C3S的形成有利，但烧结范围变窄，易结大块。
3、如果KH值过高，C3S较多C2S少，烧成较困难，但水泥强度高。KH值低则水泥水化较慢，早期强度偏低。
要使熟料既易烧成，又能获得较高的质量和性能，必须对三个率值同时加以控制，力求相互协调，配料合适。
二十四、碱对熟料煅烧的影响
熟料中含有微量碱时，能降低最低共熔温度，降低熟料的烧成温度，增加液相量起助熔作用。但碱含量过高时，首先与硫结合成硫酸盐，多余的碱则和熟料矿物质反应生成含碱矿物和固溶体，并且增加液相黏度，难以吸收CaO形成C3S，影响熟料质量，并易形成结皮、堵塞现象，影响煅烧制度。国家规定水泥中碱含量（Na2O+0.658K2O）≤0.60%。
二十五、煤对熟料煅烧的影响
1、煤的挥发分较高，这会使回转窑中黑火头缩短，易造成热力分散，形成低温长带燃烧；而挥发分过低易造成短焰急烧。
2、煤的灰分大部分或全部掺入熟料中，会使KH值降低，铝酸率提高，熟料中f-CaO随煤灰的增加而增加。
3、煤的发热量对窑的产量和热耗具有重要意义，高热值的煤能强化煅烧、增加产量、降低消耗，一般要求煤的发热量＞20.9kJ/kg。
4、入窑煤粉的质量要相对稳定，相邻两次的波动范围其灰分要控制在±2.0%以内，合格率＞70%。
二十六、控制入窑煤粉的细度和水分
1、入窑煤粉的细度一般要求控制在0.08mm方孔筛筛余10%~15%为宜，煤粉磨得较细，比表面积增大，与空气中氧接触机会均等增加，其燃烧速度增快、燃烧完全，在单位时间内放出热量也多，这就能提高窑的火焰温度和维持较好的势力强度。煤粉太细时，黑火头长，难看火，会使熟料质量降低，煤质不同时，细度要求也不同，厂内入窑煤粉细度一般控制在（10±2）%，合格率≥80%。
2、煤粉中水分不宜高，水分存在会降低发热量，燃烧速度慢，且使窑炉温度降低，并增加烟气带走的热损失。厂内煤粉的水分一般控制在＜2.0%，合格率≥80%。
二十七、熟料成分波动的原因
1、生料成分的波动；2、配煤不准，不均匀；3、取样点缺少代表性。
二十八、循环负荷率、选粉效率
1、循环负荷率K是指选粉机的回料量T与成品量Q之比，它与磨机的长度有关，磨机愈长出磨物料的细度愈细，循环负荷率愈低。
2、选粉效率E是指选粉后成品中所含细粉量与选粉机喂料量之比。选粉效率的高低与选粉机的分级性能和循环负荷率的大小有关。
二十九、研磨体在筒体内的运动状态
研磨体在筒体内的运动状态主要由磨机的转速决定。
1、周转状态：研磨体与筒体一起运转，其转速太快。
2、倾泻状态：研磨体和物料因磨擦力被筒体带到等于摩擦角高度时就下滑，物料的粉碎主要靠互相的滑动和钢球负荷的压碎而产生的研碎作用。
3、抛落状态：研磨体沿磨壁上升到一定高度然后抛落，研磨体对物料产生最大的冲击粉碎功，此时转速为理论适宜转速。
三十、掺加石膏的作用和对SO3的控制
加入适量石膏，可抑制熟料中C3A过快水化而达到调节凝结时间的目的，同时还能提高水泥的早期强度，降低干缩变形，改善耐蚀性、抗冻性和抗渗性等性能。当石膏加入过多时，由于CaSO4水化速度较快，水泥的凝结反而会变快，硫酸钙水化后呈结晶状态，会产生体积膨胀，对水泥石的结构产生破坏作用。
一般地要求石膏指标如下：①SO3含量不小于3.5%；②入磨粒度小于30mm；③水分小于5%；④工厂储量不少于20d。
对石膏掺加量的调节是通过对水泥中SO3含量的控制来实现的，因为水泥中SO3主要是由石膏引入的，所以提高SO3的合格率，关键在于提高石膏配料量的准确性和石膏质量的稳定性，SO3厂内控制指标3.2±0.3，国家标准规定水泥中SO3含量小于3.5%。
三十一、控制出磨水泥的细度
水泥细度是指水泥的粉磨程度。水泥细度细，水化速度快，易水化完全，水泥的强度特别是早期强度高，而且还能改善水泥的泌水性、粘结力等。水泥过细，比表面积过大，将使硬化浆体因水分过多引起孔隙率的增加而降低强度。同时水泥过细，水泥磨产量会迅速下降，单位产量的电耗增加，所以水泥细度应随所生产的水泥品种、强度等级、熟料质量，粉磨条件而定。
三十二、助磨剂
在粉磨过程中加入少量的外加剂，可消除细粉的吸附和聚集现象，加速物料的粉磨过程，提高粉磨效率，降低单位粉磨电耗，提高产量，这类外加剂统称“助磨剂”。
三十三、控制入磨物料的水分和粒度
入磨物料水分和粒度对磨机产品质量影响很大，因此对入磨物料水分和粒度的控制十分重要。
水分过大，磨内气体湿度增大，细颗粒粘在研磨体和衬板上，形成物料垫，严重时出现“饱磨”、“堵塞”现象。水分太少，物料在磨内流速加快，会出现“窜磨”、“跑粗”现象，物料中保持少量水分，在磨内汽化时，可带走部分热量，降低磨内温度，改善易磨性。一般入磨水分控制在1%~1.5%为宜。
控制入磨物料的粒度，可以提高磨机的粉磨效率，增加磨机产量，加强物料的均化。入磨物料粒度也不能太小，否则会造成破碎机产量降低，电耗增加等现象。
三十四、控制入磨熟料温度和磨内喷水的使用
入磨熟料温度宜控制在室温，最高不能超过50℃，出磨水泥温度不宜超过150℃，这是因为：
1、入磨熟料温度高，物料本身的热量带入磨内，致使水泥磨内温度高，从而降低了物料的易磨性，并产生静电效应，形成"包球"现象，降低粉磨效率。
2、磨内温度高，会引起石膏部分脱水变成半水石膏或全部脱水成无水石膏，会引起水泥速凝或假凝；
3、磨内温度高，对机械本身也不利。
对磨机采用水冷却是降低磨内温度的一种有效的方法。把一定量的水喷入磨机内温度较高的部分，使水在那里蒸发（通常用压缩空气通过喷嘴喷入磨内，水通过喷嘴很快雾化）可有效地带走磨内热量，并破坏静电凝聚现象。并破坏静电凝聚现象。它分为：磨头喷水，磨尾逆流喷水；磨尾顺流喷水、磨头磨尾同时喷水等方法。
使用磨内喷水，水必须雾化好，并应视磨内实际温度决定喷水量和是否需要喷水，过多的喷水量或雾化不好会致粉磨状态恶化。入磨熟料约50℃时，磨头不要喷水，以防止游离水使水泥开始水化而使水泥强度性能降低。喷水量不得超过水泥产量的2.0%。一般采用磨尾喷水的方式。
三十五、石灰质原料中MgO含量超过3.0%时应采取的措施
1、加强矿山控制，定期进行MgO普查，绘制矿山MgO含量分布图，采取高镁区和低镁区同时开采的方法，严格按比例搭配使用；
2、加强生熟料的均化措施；
3、提高配料Fe2O3含量，促使更多的MgO与铁铝酸盐形成固溶体，从而减少结晶MgO含量；
4、煅烧时采用快速冷却，使MgO溶于玻璃体中使结晶MgO颗粒变小；
5、采用细磨办法，提高水泥比表面积。
三十六、生料成分波动的原因及调整方法
（一）原材料成分的变化
1、石灰石成分的波动，主要表现在CaO和MgO含量及夹带杂质的变化。
2、黏土成分的波动，主要表现在SiO2和Al2O3含量的变化，特别是SiO2变化影响KH值。
3、其他辅助材料的影响。
（二）配料方案合理性的影响
在生料制备过程中虽然各种原材料成分波动很小，但各种物料配比不能严格控制，也是导致成分波动的原因。
调整主要由以下几个方面考虑：
1、配料设备运行是否可靠，计量是否准确；2、加强对磨头仓的管理工作；
3、严格控制入磨物料的水分和粒度；4、提高岗位工的操作水平。
（三）生料成分检验不准确的影响
1、试样缺乏代表性；2、检验结果不准确，造成数据偏差的假象。
三十七、生料均化库控制的内容
1、控制适宜的装料量。用空气搅拌生料使之气化，因体积膨胀，所以库内不可装料过满；
2、严格控制入库生料成分。控制入库生料三个率值在4h内累计偏差为0；
3、严格控制入库生料水分。因为在水分高的情况下，生料粉流动性差，易堵塞，均化效果差；
4、严禁生料库边入边出。
三十八、f-CaO过高时熟料的处理
1、加入适量的活性混合材共同磨制水泥；
2、陈化：即将熟料存入一段时间，或喷水后存放，使f-CaO消解后再磨制水泥；
3、选料：将大块和粒状、粉状熟料分堆存放，根据质量好坏和水泥强度要求搭配使用；
4、尽快生产出一批质量好的熟料与之搭配使用。
三十九、制成系统的质量控制
1、出窑熟料应有一段时间的储存，并按指定库号入库。严格控制入磨物料的粒度和水分。熟料、石膏粒度＜30mm，混合材入磨水分＜2.0%。
2、加强出磨水泥的质检和控制，不仅要检验其细度、SO3含量，而且检验其安定性、强度、混合材掺加量等。磨头喂料设备应满足工艺要求，发生断料或不能保证物料配比时，应迅速采取措施。
3、入磨熟料温度控制在100℃以下，出磨水泥温度控制在150℃。超过此温度应停磨或采取其他降温措施，防止因石膏脱水而影响水泥性能。
4、出磨水泥必须送入指定的库内，值班员应做好入库水泥质量和库号记录。改变品种或低强度等级改磨高强度等级时，应用高强度等级水泥洗磨和输送，清洗后水泥做低强度等级处理。低强度等级库改装高强度等级水泥时必须进行清库。每班必须准确测定出各库水泥的储存量。
5、加强磨头流量的抽查。出磨水泥的取样方法和取样工具应确保试样的代表性。当熟料中f-CaO和方镁石含量高时，水泥应磨细些。
四十、出厂水泥的质量控制
1、据出磨水泥进行控制，按出磨水泥的检验结果，掌握质量的波动情况。严格执行出厂的质量要求，即出厂水泥合格率和富裕强度合格率达100%。
2、掌握出厂水泥和出磨水泥之间的强度关系，经大量的数据统计分析处理，预测各龄期强度，并进行全套物理化学性能的检验。
3、水泥出厂前必须按国家规定编号，每个编号的吨数应严格执行国家标准，禁止超吨位。
4、必须注意水泥的均化，应进行多库搭配，严禁单库包装和上入下出，严格按指定的库号和比例包装。水泥包装标志必须齐全，袋重不得少于标志质量的98%，每班随机抽查20袋水泥总质量不得少于1000kg。