隨著我國(guó)水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新型干法窯生產(chǎn)線已逐步成為水泥生產(chǎn)工藝的主體。但由于各新型干法窯企業(yè)之間在設(shè)備選型、工藝配置及技術(shù)人員對(duì)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)等方面(如無(wú)煙煤煅燒、分解爐爐型、生料磨及水泥磨工藝及設(shè)備選型、產(chǎn)質(zhì)量與消耗目標(biāo)等)仍存在著差異，各企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量亦參差不齊，或性能上存在著較大的差距。在《優(yōu)質(zhì)水泥的評(píng)價(jià)》[1]一文中，作者論述了對(duì)優(yōu)質(zhì)水泥性能的要求，即標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低；良好及穩(wěn)定的外加劑相容性；合理或較低的早期強(qiáng)度，較高的后期和遠(yuǎn)齡期強(qiáng)度；抗沖擊、耐磨性好；低收縮性；低水化熱。并從熟料礦物組成和水泥顆粒組成等方面提出了具體目標(biāo)。本文將結(jié)合作者對(duì)優(yōu)質(zhì)水泥的研究及在水泥生產(chǎn)實(shí)踐中的體會(huì)闡述優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)技術(shù)。
1 熟料率值的設(shè)定與調(diào)整
為了使水泥具有優(yōu)質(zhì)的性能，熟料中礦物組成應(yīng)實(shí)現(xiàn)低C，A，較高的C2S、C4AF，適中的C，S含量。這種熟料率值設(shè)定為高硅酸率、中飽和系數(shù)、低鋁氧率，即K日=0．89-0．91，n=2．5-2．8，P=0．9-1．2。與常規(guī)熟料率值： 日=0．90-0．92，n=2．5-2．8， 1．6-1．8相比，飽和系數(shù)略有降低，鋁氧率降幅較大。由于P值較低，這給新型干法窯的煅燒帶來(lái)一定的困難，會(huì)出現(xiàn)結(jié)粒大小不一、飛砂、“堆雪人”、熟料冷卻效果較差、早強(qiáng)較低等問題。因此，在該配方的實(shí)施過程中，要合理制定熟料升重及早期強(qiáng)度的考核要求，此外，還需減少熟料中K、Na、C1等有害組分及對(duì)熟料質(zhì)量不利的SO及MgO的含量。按該率值燒成的熟料應(yīng)具有更好的外加劑相容性，更低的水化熱和更好的抗腐蝕、抗沖擊和耐磨性[2]。
由于各廠生料的易燒性、窯燒成帶的熱力強(qiáng)度及操作水平都存在差異，可根據(jù)自身的實(shí)際情況對(duì)推薦配方進(jìn)行調(diào)整：① 生料易燒性較差、窯的燒成熱力不足或臺(tái)時(shí)產(chǎn)量要求較高時(shí)，可適當(dāng)降低／7,值；②設(shè)備配置及操作水平難以適應(yīng)這種燒成范圍較窄的配料，可適當(dāng)提高P值，逐漸過渡；⑧ 當(dāng)施工要求水泥早期強(qiáng)度較高(如P•042．5水泥，3d強(qiáng)度要求30MPa以上)，可適當(dāng)提高KH和P值，降低／7,值。但上述調(diào)整都不利于水泥品質(zhì)的優(yōu)化。
2 熱工制度的優(yōu)化
熟料各種礦物的實(shí)際含量和發(fā)育狀況與燒成溫度、冷卻速度及燒成氣氛緊密相關(guān)，良好的熱工制度是燒成優(yōu)質(zhì)熟料的又一關(guān)鍵因素。隨著熟料燒成溫度提高，硅酸鹽礦物固溶A1z0，、Fe：0，的含量增多，A礦晶軸比減小，邊棱清晰，這既提高了硅酸鹽礦物的活性，又減少了熔劑礦物的含量，對(duì)熟料強(qiáng)度及外加劑相容性均有利；加快熟料的冷卻速度，中間體(C 、C4AF)析晶減少，對(duì)水泥與外加劑的相容性有利；窯內(nèi)還原氣氛嚴(yán)重時(shí)，由于FeO的作用會(huì)使窯內(nèi)物料結(jié)皮及結(jié)粒加劇，熟料升重增大，并降低熟料的燒成溫度，此時(shí)A礦發(fā)育不良，B礦晶型不理想，形成黃心料后C，A含量明顯增多，暗色中間體析晶嚴(yán)重，這將導(dǎo)致水泥強(qiáng)度下降，需水量增大，外加劑相容性變差。因此，熟料在合理的率值條件下，為使礦物發(fā)育良好，具有較高的固溶量及活性，獲得低需水量、良好外加劑相容性、良好的膠凝性，就要求提供良好的熱工制度，使物料實(shí)現(xiàn)快燒、急冷。
優(yōu)質(zhì)熟料的燒成應(yīng)控制好如下工藝參數(shù)：① 實(shí)現(xiàn)薄料快燒。正常條件下窯速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的90％左右，這樣有利于獲得均勻及較快的傳熱速度，實(shí)現(xiàn)快燒。② 調(diào)整火焰形狀，加強(qiáng)煤風(fēng)混合能力。這有利于提高窯頭的熱力強(qiáng)度，提高熟料煅燒質(zhì)量。用無(wú)煙煤煅燒時(shí)，燃燒器的選擇及調(diào)整十分重要。③ 在確保安全的前提下，煤粉細(xì)度宜控制細(xì)些，煙煤在5％-8％，無(wú)煙煤在l％以下，水分低些(<1．5％)。目的是加快煤粉的燃燒，確保熱力集中及煤灰沉降的均勻性。④ 減少一次風(fēng)量，提高二、三次風(fēng)溫，控制合適的燒成帶長(zhǎng)度(15-20m左右，避免長(zhǎng)焰低溫)，煙室NO >l 600ppm，0：含量在1％-3％，C0含量為零，頭煤比例不宜小于總煤量的35％。⑤盡量消除窯內(nèi)冷卻帶，增大冷卻機(jī)前端用風(fēng)量，加快高溫熟料的冷卻速度。⑥ 熟料升重控制指標(biāo)宜根據(jù)礦物發(fā)育狀況及熟料的各項(xiàng)性能(如外加劑相容性、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量等)來(lái)設(shè)定，它往往與熟料率值、生料易燒性、熱工制度及破碎顆粒的狀況有關(guān)。fCaO含量多少只反映燒成反應(yīng)完成的程度，并不完全代表礦物生長(zhǎng)狀況及熟料的質(zhì)量。優(yōu)質(zhì)熟料僅依靠fCa0含量的多少及其合格率來(lái)評(píng)價(jià)是不全面的。
3 水泥顆粒分布及其它因素的影響
3．1 水泥的顆粒分布
水泥顆粒分布對(duì)性能的影響研究表明[3]：① 相同比表面積的同品種水泥，顆粒分布越窄，其堆積空隙率越大，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，ld膠砂強(qiáng)度越低，且隨比表面積增大，1d膠砂強(qiáng)度增幅不大。②相同比表面積的同品種水泥，顆粒分布越窄，其Marsh曲線的飽和點(diǎn)越大，對(duì)應(yīng)的Marsh時(shí)間越長(zhǎng)，即外加劑相容性越差。配制混凝土達(dá)到同等工作度時(shí)，總水量及膠凝材料總量均要增大，混凝土生產(chǎn)成本明顯提高，收縮增大。水泥顆粒分布較寬時(shí)，外加劑相容性較好，隨比表面積增大飽和點(diǎn)增大，但對(duì)應(yīng)的Marsh時(shí)問變化不大；水泥顆粒分布較窄時(shí)，隨比表面積增大飽和點(diǎn)增大，對(duì)應(yīng)的Marsh時(shí)間顯著延長(zhǎng)。
由此可見，顆粒分布較寬的水泥，堆積密度較大，水泥漿體流動(dòng)性較好，水泥比表面積增大時(shí)其流動(dòng)性變化不大。
優(yōu)化水泥的顆粒組成是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥必不可少的步驟。實(shí)現(xiàn)水泥顆粒分布優(yōu)化的技術(shù)措施有：
1)粉磨工藝流程的選擇及改進(jìn)
優(yōu)質(zhì)水泥追求的是3～5txm以下的顆粒含量較小、顆粒分布較寬、堆積密度較大的顆粒組成。經(jīng)多家企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐及顆粒的檢驗(yàn)結(jié)果證明，管理較好、粉磨效率較高的高細(xì)磨粉磨出的水泥顆粒組成能滿足上述要求，水泥性能較好。而傳統(tǒng)的開流磨系統(tǒng)雖然水泥顆粒分布也較寬，由于過粉磨較嚴(yán)重，3～51xm以下的顆粒比例較多，對(duì)外加劑相容性不利。閉路系統(tǒng)粉磨出的水泥由于過粉磨現(xiàn)象減少，水泥的顆粒分布較窄，堆積密度較小，用0一Sepa等高效選粉機(jī)的閉路系統(tǒng)由于選粉效率高，會(huì)使水泥顆粒分布更加集中。雖然它可以提高水泥的強(qiáng)度，但對(duì)水泥其它性能不利[41。在閉路磨系統(tǒng)上可通過改變選粉效率與循環(huán)負(fù)荷的關(guān)系在一定程度上來(lái)調(diào)整水泥的顆粒分布，或利用粉磨物料易磨性的差異來(lái)調(diào)整顆粒分布，但所得效果遠(yuǎn)不如高細(xì)磨的好。
2)比表面積與篩余的控制
由配制混凝土的綜合性能情況來(lái)看，42．5強(qiáng)度等級(jí)的水泥比表面積宜控制在360~380m2／kg，80 m篩余宜控制在1％一2％，451~m篩余宜為10％一16％。在相同比表面積條件下，451~m篩余過小，則顆粒分布越集中，水泥早期強(qiáng)度低，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大，流動(dòng)性差，與外加劑相容性差，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，干燥收縮大；451~m篩余過大，則顆粒分布過于分散，28d強(qiáng)度較低，流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失較大，粉磨電耗高，對(duì)資源是一種浪費(fèi)。
3．2 石膏的品種與摻量
石膏在水泥中的作用不僅是調(diào)整凝結(jié)時(shí)間，越來(lái)越多的研究表明，石膏的品種與摻量對(duì)水泥的外加劑相容性、膠砂強(qiáng)度、收縮率都有顯著影響 。粉磨優(yōu)質(zhì)水泥時(shí)，石膏的選擇應(yīng)注意：① 選擇結(jié)晶水含量較高(13％以上)的優(yōu)質(zhì)石膏。這種石膏的溶解速度較快，對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利，同時(shí)可避免帶入過多的泥質(zhì)，影響水泥的性能。② 在滿足凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度性能的要求下，適當(dāng)提高水泥中SO，含量有利于改善水泥與外加劑的相容性，減少流動(dòng)性能的經(jīng)時(shí)損失，降低水泥凈漿或砂漿的收縮率。⑧ 硬石膏、二水石膏和工業(yè)石膏對(duì)水泥性能有不同的影響，應(yīng)根據(jù)水泥膠砂強(qiáng)度、外加劑相容性及生產(chǎn)成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。有研究表明，陶瓷工業(yè)廢棄的石膏模作緩凝劑對(duì)水泥的外加劑相容性及強(qiáng)度均較有利嘲。
3．3 混合材的品種與摻量
水泥的外加劑相容性與混合材自身的性能密切相關(guān)。需水量小，又有利于改善水泥顆粒分布的混合材對(duì)改善水泥的外加劑相容性有利。燒黏土、燒頁(yè)巖及較低溫度燒成的煤渣雖然火山灰活性較高，但其需水性很大，顆粒表面電價(jià)高，使水泥的外加劑相容性變差，這類材料不宜作優(yōu)質(zhì)水泥的混合材。石灰石作混合材能促進(jìn)硅酸鹽礦物的水化，自身需水量小，且易磨性好，有利于改善水泥的顆粒分布，降低水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，改善水泥的外加劑相容性，是優(yōu)質(zhì)水泥首選的混合材；礦渣的化學(xué)活性高，玻璃體含量多，需水量小，易磨性差，摻人少量礦渣與熟料共同粉磨時(shí)對(duì)改善水泥顆粒組成、提高水泥膠砂28d及遠(yuǎn)齡期強(qiáng)度、改善外加劑相容性均有利；粉煤灰的品質(zhì)差異很大，需水量大、燒失量高、活性差的粉煤灰應(yīng)慎用，而優(yōu)質(zhì)的粉煤灰也是優(yōu)質(zhì)水泥較好的混合材。
4 水泥的溫度
為改善水泥與外加劑的相容性，降低混凝土拌合物的入模溫度，減少混凝土的開裂，在氣溫較高的季節(jié)，應(yīng)控制出廠水泥溫度(<65℃)。生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的企業(yè)應(yīng)增設(shè)水泥冷卻設(shè)備，在夏季或使用單位有要求時(shí)(如高速公路)，控制出廠水泥的溫度。
5 結(jié)束語(yǔ)
生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥是混凝土技術(shù)發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的需要。新型干法窯工藝從硬件方面為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料創(chuàng)造了良好的條件，水泥生產(chǎn)技術(shù)人員應(yīng)從混凝土綜合性能方面去認(rèn)識(shí)水泥的品質(zhì)，掌握生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥的關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)整好各環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)，充分發(fā)揮生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水泥供給社會(huì)。本文衷心地希望我國(guó)水泥工業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時(shí)，水泥的品質(zhì)也有長(zhǎng)足的進(jìn)步與提高!
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