世界白水泥生产工艺简介.pdf

Foreignreehn ologyCementEng一ne erillg翅l19 9 7世界白水泥主产工艺简介庄南宁 编译南京水泥工业设计研究院(2 10029)随着世界经济的发展 和人们对建筑物外观及使 用功能要求的提高,对 白水泥 及 彩色水泥的需求逐步扩大,从而极大地推动 了这两种特种水泥 的 发展。又因用 白水泥加颜料生产各种彩色水泥比直接用彩色水泥熟料 生产 彩色水泥更方便、简单,成本更低,故世界各国白水泥的生产发展更为迅速。本文仅根据收集到 的前些年有关 资料,就国外 白水泥的生 产情况和理论 研 究作一介绍。1生料的制备及质量控制技术与灰水泥相比,白水泥除要求满足 强度.安 定性等一般水泥的技术指标外,还 必 须满足白度要求。以德国为例:白 度 为80%84%的 白水泥称谓普通商业级;白度为84%一8 8%为世界市场高级;白 度大于8 8%为特级。为获得 白度高、色泽好的白水泥熟料,可采取以下措施。(l)原、燃料的选 用及着色 剂 的 含量 控 制。影响 白水泥 白度的因素主要是 着色剂的 含量(见表1),德国着色剂的控制指 标也见表1。表1着色剂对熟料亮度和色泽的影响着色剂名称对熟料亮度和色泽的影响德闰控制指标铁影响显著.氧化锻烧并用水浴.冷却时 使(FeZO3)熟料呈黄色至棕色铬影响显著。含量很少时(与F e20,量相比)(Cr ZO3)也明显降低熟料亮度,使熟料呈绿色锰氧化气氛下影响与Cr ZO3相同,但使熟料(MnZO3)呈紫至红紫光泽(%)0.4特例可大于认5)0.010.02(特例可达以以)钒(VZO肠)镁(MgO)对亮度影响较小.但富 含钒的熟料呈黄色影响较小3%白水泥原料可采用石灰石 和高岭石、叶蜡石等不含层间水,具有2一3层 二八 面体硅酸盐的粘上矿物。校正原料可采用 砂、铝化合物和白噩,其中白奎 因其纯度和易烧性,常作为Ca()组分。为控制着色剂的含量,在钻孔取样和采矿取样中,首 元注制铁和 铬的含量,在 生料制备过程中,通过X荧光分析仪检测原料样品中的S i,A l,Fe,ea,Mg,s,K,Na,e l.Mn,Cr,T i和p等组分,然 后 由计算机 系统控制最 佳 配比,以便在满足熟料率值的同时,实现 对着色剂含量 的有效控制。另 外,石灰石 原料在破碎前,最好先用粗筛筛除细 颗粒,因 为细粒中通常含有较 多的着色剂。为了避免燃煤灰 份中引入着色剂而 影 响 白度,国 外一般不 用煤而采用重油或天然气作燃料,并避免使用高硫燃油,否则 应设置旁路放风装置以排除硫的循环。(2)生料制备及质量控制。原 料粉磨常选用闭路粉磨系统(如印度3 5ot/d白水泥熟料生 产线就采用 了 产量为3 5t/h、主电机功率为6 00kw的中卸磨),磨机可用L/D、2.5的两仓球磨机,其 中一仓长 为总 长 的 3 5%左右,二仓应避免使用铁质研磨体。根据原料的 矿物结构及其易烧 性确定 生料的 细度。易烧性好,生料细 度可控制 在0.09m m方孔筛筛余7%左右,易烧性差,则控制在3%一3.5%。总的来说,与灰水泥生料相比,白水泥生料要求更 细。磨机 内衬 和研磨体的磨损(磨损量通常主 要 取决于原 料 混合物 中游离石英的含量)对熟料亮度和 色 泽有影响,当 用陶瓷质材料,影响 较小,当用铁或铬质材料,影响则很 明显。例如某厂含 1 0%游离石英砂的原料 用 金属研磨体(含铁 8 2%,铬 1 8%)粉 磨,烧制后 的熟料 磨到3 60 0emZ/g时,其享特指数(即亮度指数)下降23%;当游离石英为1%时,亮度指数仅下降0.3 8%。为满足高硅率,生料中石英含量有时可高达1 2%左右。由于 石英的易磨性差,因此原料粉磨方案应根据各厂的具体情况(原料成分,细度要求和锻烧条件等)而确定。目前国外常用的方案有两种。其一是混合粉磨,即将石灰石、高岭土、砂 和叶蜡石 配料后一起粉磨,其优点是粉磨成本低,原料混合好,但因各组分易磨性能 的差异,可能导致石灰石过粉磨,砂粒过粗而 导致生料粒度分布不理想(如将生料磨至0.0 9m m筛筛余5%时,将石英砂分离出来,其 筛余却高达1 4.5%),且显著浪费粉磨能量。其二 是将砂与其它原料分开粉磨,即将砂进行预粉磨后,再与其它 原料一起粉磨;或将砂 预粉磨后,把粗砂与其它 原料一起粉磨,而符合细度要求的细砂则可直接 与生料混合使用。与灰水泥 原料相比,白水泥生料更易离析,因此生料均 化要求高,国外入 窑 生料CaC 03标准 偏 差小于士0.25%,喂料波动范围小于士3%。2熟料锻烧(l)矿化剂的应用。与灰水泥不同,白水泥 生料的三率值控制指 标为LS矛=90一9 5,S对=3.5一5,(熟料S对一4一6.而灰水泥热料SM为2.33.0),IM一1 4一1 8(德国)。由于过高的 硅率及对熔剂矿物Fe203的严格控国外技术水泥 工程1997年第1期制,通常白水泥熟料的锻烧较为困难(锻烧温度可高达150 oC以上),因此生料配料中可加入氟 化 物(如萤石CaF:,冰晶 石Na3A IF。)或氯化物(如CaCI:,KCI)等矿 化剂,但其掺量不 得大于 窑喂料量的1%。国外 研 究 报 道:加 入1%的CaC 12,烧成温度 为1 46 oC时,熟料中f一Ca()含 量合格,烧成温度降为1 3 50C时,熟料中f一Ca()量较前者 明显增多。加入l%的CaF:和NaZSI F,或单独加入l%的CaF,和NaZSIF。作矿化剂,在146OC烧成温度时,熟料中f一Ca()量 较CaC I:作矿化剂时明显降低。换言之,当f一Ca()含 量要求相同时,用氟化物作矿化剂与氯 化物作矿化剂相比,可降低熟料的烧 成温度 3 04 0C,且熟料 亮度几 乎不 变(生 产实践也证明,氟化物矿化剂不影响熟料 的亮度)。旋风筒的结构计算要考虑的因素之 一 是F与C I的挥发。国外实验报道:以CaC 12等氯化物为矿化剂,135014 6 OC烧成温度下并继之以水浴 冷却,熟料中的诫已完全挥发。以CaFZ等氯化物作矿 化剂,1 25 0一146 0、烧成温度下并继之以水浴冷却,只有1 9%一3 2%的氟可以排除。推测:特别是当烧成温 度 为1 2 50一13 5Oc时 诫 和氟化物因溶解于冷却水中而有一 定程度的降低。(2)烧成工艺的采用。烧成工 艺不 同,其熟料烧成热耗差别很大(见表2)。由表2可知,采用S P窑或NSP窑,熟料热耗低。如印度35 0t/d熟料五级预 热器R S P生产线的热耗仅为52 25kJ/kg熟料。烧成带温度,导致 系统中硫、碱循环较灰水泥 生 产时高(见表3),因此为保护 窑 系统操作稳定,白水泥熟料 生产线应配置旁路,但由此热能将有一 定损失。如SP窑生产线,其旁路气体和粉尘带走的热量加 上旁路中的反应热恰,合计损失热能约达3 5一45kJ/kg熟料。表3挥发物的挥发系数挥发物3级旋风预热器已!水泥生产线4级旋风预热器灰水泥生产线名称含尘Cl503KZ()Na()93987 989不 含尘吕89 76 68 1含尘不 含 尘836一1734 l表2不同烧成工艺的白水 泥熟料热耗之比较烧成工艺物料入窑窑速熟料熟耗分解率(%)(r/min)(kJ/kg)湿法长窑干法长窑多级预热器窑3 04 0预分解窑妻9 060 00生料经机械脱水处理仅适用于资金 不足的老厂技 改上程无几次喊 回收 系统5 0 005 2()0(3)窑速方案。为使新生成的Ca()很快地与CZS反应生成C3S,以降低f一Cao量,则窑 的 转速 应与烧成工艺相匹配(见表2)。白水泥生料含铁量低,硅率高,熟料中熔剂矿物含量少。熔剂矿物少,意味着窑转动时,物料沿窑壁爬升的趋势降低,仅在窑气流中翻滚。窑 速降低,物料翻滚次数减少,向底部下滑而 不 爬上 窑壁,热交换仅在物料表层进行,大部分物料未达到 所需的烧成温度。因此保持一 定的窑速是锻烧优质白水泥熟料手段 之一。国外试验提 出:N S P白水泥熟料生 产系统,第一次 点火试产起,在所有的喂料速率下都应采用最大窑速方案,以便熟料矿物的快速形成和投料量的达标。(4)碱循环控制。预分解白水泥 生产线由于其较高的(5)窑 内锻烧气氛的控制。白水泥熟料质量 更依 赖于窑内锻烧气氛。国外试验报道 和 生产实践经验总结:在1 3 5OC温度,氧 化气氛和还原气氛 中烧成 的灰 水 泥熟料具 有同 样的强度,而白水泥熟料因 其 在还 原氛中可防止二价铁被氧化成 三价铁,故 还 原气氛下烧制的 白水泥熟料 的 强度和 白度均 较 优。(6)窑衬材质。窑 衬材质影响白水泥熟料中的着色剂含量,尤其当烧成带采用碱性窑衬时影响更大;另外烧成带窑 皮相对较薄,通过 窑 壁的热损失较大,因此在燃烧带窑衬下铺以耐火粘土砖具有一 定好、处。(7)燃烧火焰控制。为了得到较高白度的熟料,应使熟料出窑温度尽可能高(最好达14 0 0一145 0C),为此 应控制燃烧火焰短而 尖(即称之为窑口极 边缘燃烧),以确保熟料的烧成温度、控制烧成带位置和冷却带长 度以得到较高的出窑熟料温度。3熟料冷却熟料冷却通常在窑 出口开始。据国外报道:锻烧温度从145OC每降低looC,按两种白度定义(定义略),其 白度将降低3%一4%或5%一6%。在恒定的燃烧条件下,如窑内存在冷却带,熟料温度在窑 出口每下降Zo 0C,则白度将分别下降1.5%一2%或3%一4%;若温 度 下降4 O OC,白度将下降5%一6%,甚至1 0%。这与窑 内冷却带的氧化气氛有关,故 当熟料 仍 在窑内,应 尽可能避 免被冷却。如冷却带 内存在惰性或还 原气氛,则熟料在窑 内被冷却到1250C以上时,白度的降低较之 在氧化气氛下要少。国外白水泥熟 料的冷却方式有以下 几种:(1)水浴冷却法。即将温度为14 0 01 500、的炽热熟料从 窑口直接排入水中,然后 用拉链机拉出来,这时熟料含水1 2%一1 6%,温度为 5 00一60 0C,对其进行快速烘干以防 产 生水化现象(见图1)。水浴冷却熟料的需水5 3Foreignte ehnolog yCementEngine e ring阴.1.19 9 7量为0.6 9kg/kg熟料。、.比叨阳比了日J 勺山勺de s.l l l l l ll ll之目.1-J 几T.e e,.1.恤叼、-畏遨上一 7 7 7l l l l l2 2 2 2 26 6 6 6 61一回转 窑;2一窑 头 无抖段;3一熟料从窑 内却出;4一一、二次空气泊一燃油;6一熟料骤冷水;7一排风机,排出水蒸汽用;8一熟抖拉链机;9一烧油热风炉;1 0一熟杆回转烘干机;n一熟并却抖器;1 2一熟料猪送机;1 3一至风机和收尘琴图1白水 泥的水骤冷和烘干装盆1一预 热器;2一分解 炉;3一回转 窑;4一窑 头革;5一冷却机的第一段;6一冷却机的第二段;7一热气过池器图3白水泥生产中的热回收示意(2)还原骤冷冷却法。该法为丹麦史密斯公司 之专利。具体操作为 向冷却带熟料喷油,使之形成还原气氛以阻止熟料由于氧化而降低白度,继之在密内喷水冷却(见图2)。但该法会使熟料表面发生污染,故史密斯公司后来改用水煤气作为还原剂。1一王然烧器;2一蒸汽喷管;3一还 原 撇 烧器;4一水币一油;6一熟杆 却并图2为级烧、还原和驻冷白熟料而设 计的窑头结构(3)喷水冷却法,亦称两阶段冷却。该法为将水喷入单筒式冷却机、多筒式冷却机或直接喷入窑内(见图3),水的消耗量在0.35 kg/kg熟料。采用该法虽然产生的水汽通过窑排出而增 加 出窑气体的热损失,但因熟料仅被冷却到6 00C,因 而熟料热耗降低。然后用空气冷却,冷却空气吸收了熟料的部分热量,并作为助燃空气进入亩内。冷却后的熟料毋需烘干。从而简化了工序,降低了投资和 热耗。该冷却方法较之水浴式冷却少耗热 4 20kJ/kg熟料。经水浴冷却和两阶段冷 却的熟料的白度大体上一样。但如水浴冷却后,熟料温度仍在60 0C以上,则熟料白度将骤降,仅采用空气冷却,则熟料 白度甚 至比入窑生料的白度还差。4熟料粉磨水泥磨通常用 长径比为33.5的两仓闭路管磨,一仓长度约为磨机总长的 3 0%,二仓温度若大于10 0C时,可向磨内喷水。与粉磨灰水泥不同,白水泥因为有白度要求,故需注意以下因素:(1)研磨体材质。粉磨过程中,研磨体和衬板的磨损量取决于磨机类型、研磨介质和衬板的质量。当细度 为3 500一4 0 0 oemZ/g时,磨损 量一般约为5050 9/t水泥。若研磨体和衬板 的金属磨损物并不氧化,则对水泥的亮度和色泽影响不大。(2)粉磨细度。细度对白水泥亮度有明显 影响。随着细度的增加,白水泥的反射率明显增加,因而亮度提高,但当细度达so oo cm,/g时,则反射率将饱和,此时亮度不 会再有提高。(3)窑灰掺量。水泥磨中加入多少窑灰,这取决于窑灰对白度的影响及投资的大小。旁路放风装置收 下的窑灰由于对白度影响甚大,一般均弃之 不用。(4)增白剂的应用。T i02比白水泥 白度高,其用量只有超过1%才有明 显的增 白效果,但它对熟料性 质有不良影响,故仅在需要满足水泥 白度时方掺用。5发展趋势为了提高白水泥 的质量和降低单位产 品能耗,世界各国正对 白水泥生 产工艺作进一步的研 究和改进,目前采取的措施主要有:(1)采用流态化床烧制白水泥熟料。日、美两国已有这方面的专利。经脸介绍水泥工程19 97年第l期表1中2.4 x1 3m开流水泥磨性能调整磨内级配增产降耗,仓合计2,2 82.99张存仁甘肃永登水泥厂(730301)12.2 1阶梯 形2.3 15.9324.8 5双波形层12,1850。3 7双2 6 03 1 57 5 01 9作为水泥主要生产设备的水泥磨,其粉磨 电耗约占全厂总用电量的3 5%左右。多年来我厂致力于磨机工艺参数(如研磨体级配等)的调整和优化,以降低粉磨电耗,取得了较好的效果,现作一介绍,供同行参考。1磨机原工艺参数我厂有5台中2.4 x 1 3m开流水泥磨,磨机技术性能见表1。水泥磨主要磨制”5 25普通硅酸盐水泥,其物料百分配比为:熟料:混合材:石膏一82.2:1 2:5.8。由于未采用熟料破碎机,熟料粒度偏大,故一直沿用I仓平均球径较大的配球方案(见表2)。该方案虽然对提高磨机产量起到 了一定作用,但 由于冲击能力过大,造成I仓过空,料球比较低,物料流速快,相应使l仓物料增多,难以有效内径(m)有效长度(m)有效容积(m“)衬板形式隔仓板形式隔仓板宽度(mm)出口装置宽度(m m)电机功率(k w)磨机转速(r/min)“消化”,“两仓能力”不平衡,致使磨机产量低、电耗高。针对这一情况,我们对磨机的工艺参数进行了调整和优化。2调整后的磨机工艺参数调整后的研磨体级配见表2。具体做法 为:(l)降低I仓平均球径。将I仓平均球径 由9 2.sm m降低到8 8.Zm m。清仓时不再配11om m钢球,加入少量7Om m钢球;日常补球以loomm钢球为主,并根据磨机产量、质量、负荷等情况及对料球比的观察分析,适当补加gom m钢球。表20 2.4 X13m开流水泥磨研磨体级配调整前后之比较I仓I仓,仓研磨体规格(m m)分规 格装载量平均球径(m m)填充率(%)总装载量(t)研磨体规格(mm)分规格装载量(t)平均球径(mm)填 充率(%)总装载 量(t);骂_7 024.5040302 5X3020X25:调整前6050403 02 5X 3 020 X2 52.04.04.03.027.445,72 5.523.0550057氏08 54.夕月 了8,OC夕o6905.O011nJ调整后日本采用将生料在含有沸腾层、喷腾层的锻烧炉内锻烧后,用还原气体还原,再用水雾骤冷到6 007 0oC,并与空气隔绝,最后在二次冷却室内用空气进一 步冷却到10 0一150。美国则是将生料(8 0%7 5拌m)与5%9%的焦炭或煤及5%的白水泥(白水泥起粘合剂作用)加水拌和并制成柱状物料,经冷却机气体烘干后送入库内贮存,以后就入流化床锻烧。占总燃料量 7 0%一9 0%的料柱内燃料,在料柱内形成还原气氛,其它燃料喷入流态化床内,锻烧温度在1 3 701450。立式冷却机产 生的26 03 70热气用于烘干料柱。流态化用气体被离开流态化床的气体加热到 6 50。流化床工艺的优点是:它比回转窑工艺少占 2/3空间,热耗约6 06 1kJ/kg熟料,投资较回转窑系统少,衬料寿命更长。缺点是故障停机时间较之回转窑多,如不配置余热发 电系统,单位热耗也比回转窑系统高。(2)采用预分解窑工艺,并且采取措施避免因冷却熟料所产 生的水汽进窑。这时熟料单位热耗可在50 0 05 200kJ/kg熟料。(3)采用两阶段冷却。第一阶段在最靠近窑出口处用水将熟料骤冷到6 00,使熟料不因受氧化而 褪色,这样不仅减少了用水量,并且熟料不需再烘干。第二阶段采用蓖式冷却机或单筒式冷却机进行冷却。出冷却机空气可作为二次风及三次风。(编辑:王冉)(收稿日期:19 96一9一24)