论生料的制备及工艺管理

邵春山

河南建筑材料研究院设计院有限公司（450002）

近年来，我国新型干法水泥发展很快。2012年，全国水泥总产量达到了21.8亿吨。通用水泥及其所用熟料的质量、能耗、劳动生产率等指标取得了长足进步。但与国际先进水平相比，仍有较大差距。有的企业熟料28d抗压强度达不到52.5 MPa以上，甚至低至50MPa以下。企业与企业之间的质量差别也较大。这是当前值得引起重视和探讨的问题。笔者认为，这些企业除了原燃材料受限、煅烧经验不足和管理不善等原因外，绝大多数企业是因为生产工艺有缺陷、均化条件差、生料配料不当和质控不严等造成。现就这些问题，谈谈个人看法。

1 原燃材料的均化、输送与配料计量

1.1 原燃材料的均化

新型干法水泥生产必须以均匀、稳定为首要条件。进厂原燃材料要坚持“先检验，预均化，后使用”的原则。先进的新型干法水泥生产线，都应有大型的原燃材料均化场及均化装置。原燃材料在粉磨之前进行预均化处理，能使成分波动缩小1/10～1/15。生料粉磨时，必须具备能满足生产要求的物料密闭储库。经破碎、烘干、均化处理后物料的储存不能采用露天或棚、屋堆放。

最重要的原材料均化，是石灰质材料和黏土质材料的均化。二者的主要化学成分分别是CaO和SiO2、Al2O3、Fe2O3等, 是形成硅酸盐矿物的重要成分。常用的石灰质材料有石灰石、白垩、大理石、泥灰岩等。还有一些工业废渣，如电石渣、糖滤泥等，也可作为石灰质材料生产水泥。黏土质材料有黏土、黄土、页岩、砂岩、某些接近黏土成分的煤矸石、粉煤灰、高炉矿渣等。有的企业生产条件较差，存在着严重的工艺缺陷,比如仅有石灰质材料均化设施，而没有黏土质材料均化设施。或者黏土质材料和石灰质材料没有自己固定的矿山或稳定的来源，仅靠民采民运，不能完全满足正常生产，导致生料、熟料和水泥质量不稳定，甚至大起大落。

其他辅助材料,如校正材料（硅质、铝质、铁质）、调凝剂（天然石膏及工业副产石膏）等，都应有符合技术要求的一定储量和相应的均化设施。

原煤的均化，也是不可忽视的重要环节。原煤成分的稳定不仅是热值的需要，更是参加反应的灰分含量稳定的需要。否则，纵使生料系统已经做到了系统的均化，但由于原煤没有均化，从而使整个均化链不完整，最终影响煅烧和熟料质量。

无论如何，企业都应完善各种原燃材料的均化工装设施，做到原燃材料不均化不入磨，生料不均化不入窑。

1.2 物料的输送与配料计量

新型干法水泥生产线与过去的机立窑、传统回转窑相比，其突出的特点是，具有大型的均化设施、分解炉和满足生产要求的物料输送、配料计量系统。配料计量设备采用微机控制装置。以前，不少机立窑企业采用的地坑式（或叫地沟式、漏斗式）配料方法现已被淘汰。尽管它符合配料计量要求，但因料仓小、上料频繁、扬尘大，故不符合均化和环保要求。

这里特别需要提及的是，近年来，有的新型干法企业，由于种种原因，使生料配料（或水泥配料）系统不适宜地建造了“联合储库”。联合储库在上世纪大、中型水泥厂中多有使用。即将各种原材料分别堆放在一个总的大储库内，用隔墙将不同物料隔开。利用设在库内的抓斗起重机（或铲车），将各种物料分别运送到各敞口配料仓进行配料。这在当时与落后的立窑配料相比、无环保要求的情况下是可行的，但现在就落后了。因它在使用中的缺陷显而易见∶1）堆存干物料，扬尘大。收尘、除尘问题目前无法解决；2）物料在运送过程中，一种物料容易漏撒到另一种物料上，造成混料；或者易产生物料错位运放。现在，关于联合储库，从落实科学发展观的角度看，应由以前的迁就“改造”进入实质性“淘汰”。

2 合理配制生料，科学设计三率值，提高生料易烧性

2.1 生料配制需要考虑的问题

首先，设计生料配方时，要考虑各种原材料的化学成分能否满足熟料矿物组成的设计要求。如原料中硅、铝、铁元素不足，就需要相应的校正材料进行补充校正；若原料中钾、钠、硫、氯等有害的挥发性元素含量过高，就必须另找原料。若用化学化工方法除去原料中的这些元素，是不可行的。采取旁路放风或冷凝放灰等措施，目前尚不成功，实际操作有难度。

其次是考虑原料的工艺性能，比如所用原料的易烧性——对矿物形成影响极大。理想的配料方案是在易烧性好时,可以适当提高硅酸盐矿物的含量。

第三、要考虑煤灰成分的掺入量。如果窑灰直接入窑，还必须考虑窑灰成分对配料及煅烧的影响。

2.2 科学设计三率值，提高生料的易烧性

衡量生料的易烧性，常用易烧性指数或易烧性系数来表示。即

易烧性指数=C3S/（C3A＋C4AF）

易 烧 性 系 数 =100CaO/（2.8SiO2＋1.18Al2O3＋0.65Fe2O3）＋10SiO2/(Al2O3＋Fe2O3)－3(MgO＋K2O＋Na2O)

无论是易烧性指数还是易烧性系数，其值越大越难烧。

此外，也可以“实用易烧性”来衡量生料的易烧性，它是指在1 350℃恒温下，在回转窑中煅烧生料为熟料，使其fCaO≤2%所需的时间。时间短，fCaO含量低，则易烧性好；否则，相反。

影响生料易烧性的因素较多，仅就三率值而言，则是∶

生料KH、n高，生料难烧；反之，易烧。

生料n、p高，生料也难烧，需要有较高的烧成温度。

生料KH、n、p三高，则需更高的烧成温度。熟料中硅酸盐矿物含量高，强度高。

实践证明，新型干法水泥生产工艺，对原燃材料的适应性是很强的，是过去的传统回转窑和机立窑无法比拟的。现在，采用三率值配料，一般情况下，可以说，单项率值基本上可以不封顶。根据设计熟料的化学成分和矿物组成,生料KH可以达到1.0，n值达到3，p值达到2，烧出的熟料质量仍很好。

设计三率值的高低，应根据各厂的原燃材料情况、具体的工艺条件和经验来决定。虽然三率值设计范围很宽，但并不是说不需要配方设计，而是很需要。关键是能否摸索、总结出适合自己本厂生产条件的最佳方案。别厂的方案和经验只能作参考。

生料中含有的少量次要氧化物，如MgO、K2O和Na2O，具有助熔作用，若含量不高，则有利于熟料的烧成，生料易烧性会好。但它们的含量过高，则不利于煅烧，易使预热器结皮堵塞；尤其影响熟料的后期强度。

如果生料磨得较细且均匀稳定，燃煤均匀、灰分低、热值高、挥发分和细度适当…均有利于熟料的烧成。

2.3 生料配比应不断地及时调整

生料配料方案设计是否合理、控制是否到位,将直接影响着熟料的产量、质量和热耗等主要技术经济指标的完成。

生料配料是生产中不可缺少的一项重要工作。生料配比方案不是一成不变的，而是要根据化验室的检测结果和具体情况不断地进行及时调整。为此，化验室应多征询生产部门的意见，各部门要顾大局，工作相互配合，共同努力，争取质量、产量双丰收。

3 生料的粉磨与均化

3.1 生料的粉磨方法与细度控制

现在，新型干法水泥企业，所用的生料磨主要有烘干磨或立式磨。使用这两种磨，可以省去过去常用的物料烘干机。烘干磨可以同时对入磨物料进行烘干和粉磨，并可大量利用温度为320～350℃的废气余热。烘干原料的平均水分达6%～8%。制备煤粉所用的设备，目前大多也是采用烘干磨。立式磨，也具有物料烘干（利用窑尾废气）与粉磨的双项功能。新型干法企业的生料制备多采用此磨。立式磨的主要特点是∶单位能耗低于管磨；入磨物料粒度允许较大；可以粉磨原始水分较高的物料；单位功率所需场地小。近几年，利用辊压机作为生料终端粉磨的新工艺，已在国内少数新型干法企业实现了开创性应用，而且运行良好。

目前，有的企业入磨物料粒度控制过大，石灰石或砂岩的粒度竟在100 mm左右,严重影响了立式磨的产量、能耗和生料的质量，出磨生料细度高达20%。实践证明,如能把入磨物料粒度降低至30 mm左右，出磨生料细度控制∶80 μm筛筛余16%以下、200 μm筛筛余1.5%以下，不仅可以稳定磨机产量、降低电耗，而且还可大大提高生料的易烧性。

生料磨的生产能力，应由主机平衡计算出的“小时产量”来确定。一般生料粉磨量应大于窑煅烧需要生料量的1～1.5倍即可。

3.2 生料的储存与均化

出磨生料应有密闭储库及其均化设施。即使入磨物料实行了预均化，由于配料设备的误差、操作因素以及输送过程中的离析现象的存在，使得出磨生料仍会有一定的波动，达不到人窑生料控制指标的要求。所以，出磨生料不能直接人窑，必须进行适当均化后，才会有利于煅烧。

生料的均化方式一般有三种∶自身均化库；多库搭配；机械倒库。现在生料一般是采用前两种方式均化。使用最多的是自身均化库，它是采用重力和气力搅拌联合均化的方法，效果较好。生料多库搭配均化也很实用，但不利于大型化、自动化管理。机械倒库均化方式比较原始和传统，目前应用者已不多。

现在,新型干法水泥企业采用的自身均化库，有两种类型∶一种是间歇式均化库。其优点是均化效率高，适合于生料成分波动较大、且配料设备不够准确的生料制备系统。只要入库生料化学成分的平均值符合控制范围，就能取得较为满意的结果。另一种是连续式均化库，生料从库顶连续进库，经过充气搅拌，同时连续出库。这种均化，要求生料配料系统要连续稳定。其优点是操作管理简单，便于实现工艺线的自动控制。

总之，生料的均化对于煅烧至关重要。若生料采用单库，则必须是均化库；若采用多库搭配或机械倒库均化，必须具有至少3～4个以上的生料库。谨防生料“上进下出”、实际上达不到均化要求的现象发生。

4 煤的评价、粉磨与使用

4.1 煤的质量评价和选用

许多人认为,优质煤的标准应该是热值高、挥发分高、灰分低、水分低及易磨性好等指标。这是购买时确定质量及价格的标准。但作为生产管理者千万不能忘记，煤在人窑煅烧熟料时，煤质成分的均匀与稳定，才是最重要而且更为实际的指标。

尤其是原煤磨成煤粉后，更应强调质量的均匀性与稳定性。哪怕是热值不高、灰分偏大、燃点高，但只要均匀、稳定即可。假如这些指标忽高忽低，变化无常，就不能认为是优质燃料。若使用这种燃料，不仅熟料烧不好,而且影响窑衬耐火砖的使用寿命。

在选用原煤时，首先应重视煤的均匀性和稳定性的保证程度。然后再讨论热值、挥发分、灰分、水分等具体指标。如果同时进厂几个矿点的原煤，其质量应尽量接近，不宜差别过大。否则，在煅烧系统易产生“分段燃烧”现象，对熟料的烧成极为不利。

4.2 煤组分对生料煅烧的影响分析

煤中所含的氮、氧、氯、氟、硫等元素均为有害组分。其危害性如下∶

氮∶煤中含量很少，几乎没有。氮是惰性物质，不参与燃烧反应。煤燃烧时，约有25%的氮转化为污染环境的氮氧化物，成为烟气的成分排入大气中；

氧∶煤中的氧不但不参与燃烧反应，而且与碳、氢等可燃物质以化合物存在，降低煤的发热能力；

氯∶煤中氯含量一般在0.1%以下，仅个别的会达到0.2%。氯能间接地反映煤中钾、钠含量。原燃材料中的氯，在回转窑与预热器系统内循环富集到一定程度，会使预热器结皮堵塞，破坏窑系统的热工制度；

氟∶煤在燃烧时，氟几乎全部转化为挥发性化合物（SiF）4，经雨淋等环境作用会固定在土壤和水中，能被庄稼和蔬菜吸收；

硫∶一切有机硫、无机硫和单质硫都是可燃的。燃烧时（800～900 ℃）生成 SO2、SO3气体，其中一部分被煤灰中的碱性成分吸收而被固定，另一部分会冷凝在预热器壁上产生结皮，给正常生产带来麻烦。其余的则被排入大气中，污染环境。

水泥企业,一般没有条件测定煤的元素组成，常用煤工业分析计算煤的热值。煤工业分析结果包括水分、灰分、挥发分、固定碳和发热量。其中水分、灰分是无热值组分；挥发分、固定碳是产生热值的有用组分，决定了煤的使用价值和价格。使用煤工业分析计算的煤发热量误差较大，不能完全反映熟料生产实际热耗和企业的管理水平。因此，建议有条件的企业，应采用氧弹热量计等先进仪器，直接测定煤的发热量。

在熟料煅烧过程中，煤灰实际上也作为原料中的一组分参与了化学反应。煤的灰分小，不至于影响到生料质量的稳定、干扰窑的热工制度。如果煤的灰分大且不均匀，将会使熟料质量不均齐。

4.3 进厂煤的管理、加工与控制

水泥企业在正常生产中，必须存储一定量的原煤，这是实行均化的前提。进厂原煤要边进边用，在厂内存放时间不宜超过两个月。堆煤的温度不应超过60℃，以防自燃。

煤的加工，主要是将其粉磨到一定细度。煤粉磨时要确保安全第一，防止发生“燃爆”。为此，进入煤磨的热风人口温度应≤350℃；煤磨出口温度控制，夏天＜65℃，冬天＜70℃；煤粉水分应严格控制在1%～2%。煤粉的使用温度不应超过65℃。

确定煤粉细度的控制指标，主要是依据煤的挥发分含量。可用一个简单的经验公式来计算∶75 μm（200 目）筛余量≤0.5×挥发分（%）。

如果使用80 μm筛，煤粉细度筛余量不应大于挥发分的40%。比如挥发分为30%的煤细度指标，筛余量完全可以小于12%即可。挥发分为20%的煤，细度筛余可为8%。如果挥发分不足10%的原煤（无烟煤）,其细度就应为4%。具体的煤粉细度指标,应根据各企业的具体工艺条件及经验来确定。

为了保证煤粉的燃烧速度,国外专家建议，对煤粉中的粗颗粒应进行规定，即根据煤的种类，300 μm筛余量应＜0.2%，而 150 μm筛余量应＜0.5%，从而保证煤粉细度的均匀程度。