引言
2001年4月1日，我国开始正式实施水泥胶砂强度检验新方法(1S0法)。由于灰砂比、水灰比、振实、抗压夹具、级配标准砂等试验条件的根本不同，彻底改变了GB检验方法测定水泥强度值“虚高”的局面。ISO法的等同采用，使我国水泥强度普遍降低了一个标号，这是一项促使水泥质量上水平，实现我国水泥标准与ISO国际标准接轨的重要举措。立窑水泥面临生存与发展的严峻考验和挑战，为使立窑水泥质量能够尽快适应ISO法，本文就提高立窑水泥质量方面探讨技术措施。
2 提高立窑水泥质量的技术措施
2.1 选择易磨易烧的原燃料
立窑水泥的生产实践表明，选择不同的原燃料配料，生料的易磨易烧性是完全不同的。可见，选择易磨易烧的原燃料十分必要。
2.1.1 石灰石
燧石不仅硬度大，而且晶形结构完整，粉磨、烧成所需的能耗都很高，故燧石含量高于4.0％的石灰石不宜使用。
2.1.2 粘土
用页岩或粉砂岩作粘土质原料有利于粉磨和熟料烧成。粘土质原料一般要求硅率(n)为2．5～3．5，如n >3．5，则可能是含粗砂过多的砂质土，不宜使用。用粗砂作硅质校正原料的做法一般不可取。
2.1.3 无烟煤
立窑使用的煤应尽量选用挥发分为6．59．0％，发热量为23000～25080kJ／kg的无烟煤，这种煤有利于上火正常、底火稳定，便于立窑大风大料操作。
2.2 物料均化
水泥熟料的主要矿物是靠固相反应形成的，而固相反应是通过高温下反应物接触表面上质点热运动的加强，并相互扩散而进行的。因此，生料混合不均匀，有效接触面就少，必然影响反应速度。从整体看，即使配料方案是合理的，但如果生料混合不均匀，就会造成从各个局部看，某一化学组分不是偏多就是偏少，偏离要求的数值。生产实践表明，人窑生料成份稳定，立窑生产就容易保持正常，熟料质量也就有保证。因此，对没有自己矿山、原料品质波动大、物料储存期短的立窑水泥厂来说，物料的均化就显得尤为重要。
2.2.1 原料预均化
原料成份波动是影响出磨生料合格率的主要原因，原料的预均化方式通常有三种：(1)预均化堆场； (2)预均化长条库；(3)多库搭配。
预均化堆场均化效果好，均化系数可达6～10，但投资大，适宜于原料成份波动大，且生产规模大的立窑厂。预均化长条库采用平铺堆料、横断面切取物料方式均化，均化效果较好，均化系数可达3～5，投资较大，适用于矿点多，成分波动较大的原料预均化。多库搭配效果一般，均化系数为2～3，但投资省、简单易行，适用于成份波动不大的原料预均化。
2.2.2 生料均化
出磨生料的成份波动还是较大的，即使在合格范围内，也是如此。因此，进行生料均化很有必要。生料均化方式通常有三种：(1)空气搅拌；(2)漏斗流式均化；(3)机械倒库。
空气搅拌库常用的有两种，一种是间歇式空气搅拌库，其均化系数可达8～10；另一种是连续式空气搅拌库，可同时进出料，其均化系数为6～8。漏斗流式均化方式是指在普通圆库内采用漏斗流式均化装置，使圆库内物料从上至下，全断面、立体式的以漏斗流为特征的全方位取料，并使取料、混合均化与出料同步进行，其均化系数可达2～6。立窑厂常用的机械倒库其均化系数为2～3。
立窑厂的生料均化已越来越被引起重视，并且发展趋势是采用均化效果较好的空气搅拌库，但在使用时，一定要控制好供气量、充气压力、生料水分及料面高度，这是保证均化库正常使用和效果的必备条件。
2.3采用工业废渣配料
一些工业废渣中含有一定量的与水泥熟料成份相似的硅酸盐矿物及高活性玻璃体，如粒化高炉矿渣、钢渣、电炉还原渣。从化学成份上看，这些废渣是一种具有较高潜在活性的低钙高硅熟料。采用一定比例的上述废渣配料是预先在生料中培植了“晶种(或晶核)”，在烧成过程中充分发挥晶种的“诱导结晶”作用，不但能够显著改善生料易烧性，加速硅酸盐矿物的大量形成，而且可以降低熟料烧成热耗及f-CaO含量，促进固相反应的顺利进行。此外，当加热到一定温度时，处于稳定状态的高活性玻璃体可释放出结晶潜热，在料球内部起到“热激发”作用。又因废渣中CaO、Si02系高活性成份，均不需要再耗热分解即可直接参与化学反应，故有增产、降耗、提高熟料质量的作用。
2.4复合矿化剂
自八十年代初复合矿化剂推广应用以来，各立窑厂普遍取得了提高立窑熟料质量并节约能源、降低生产成本的效果。由于复合矿化剂在熟料煅烧过程中，能降低液相的生成温度和降低液相粘度，有利于硅酸盐矿物的形成，使立窑煅烧更适宜于较高KH,SM的配料方案，在熟料中形成较多的硅酸盐矿物，从而提高熟料强度。另外，复合矿化剂的应用还有利于扩大原燃料的使用范围。值得一提的是，复合矿化剂配料容易引起水泥缓凝和28天抗折强度偏低。
矿化剂的种类很多，大致可分为以下几类：
1.氟化物类
CaF2、MgF2、AlF3、BaF2、NaF等。据资料介绍，这些氟化物的矿化效果是NaF>BaP2>Al F3> MgP2CaF2。
2．氟硅酸盐类
Na2SiP6、MgSiP6、CaSiP6等。
3．硫酸盐类
NaS04、K2S04、ZnS04、FeS04、Fe2 (S04) 3、MnS04、CaS04等。
4．磷酸盐类
Ca3(P04) 2、Zn3(P04) 2、AlP04、PeP04等。
5．氯化物类
CaCl2、NaCl等。
6．其它
铅锌尾矿、硫尾矿、铜尾矿、钛矿渣、重晶石尾矿等。
可以作为矿化剂的原料很多，各立窑厂应根据当地的资源、成本情况，并结合本厂的生产实际，尽量选用效果好、成本低、符合环保要求的矿化剂。
2.5 调整配料方案
水泥强度检验采用新方法后，一定要使熟料矿物组份中C3S+C 2S的总量达到75％以上，因为水泥熟料的水硬性矿物主要是硅酸钙，否则熟料强度就不能保证。所以必须要有一个适当的饱和比，并要提高硅酸率和铝氧率，减少C4AF的含量。
硅酸率SM表达了水泥熟料中硅酸盐矿物和熔剂矿物的比值。当熟料饱和系数相对稳定时，SM决定硅酸盐矿物的数量，SM高则说明熟料中硅酸盐矿物多而熔剂矿物相对较少，增加熟料中硅酸盐矿物比例必须要降低熔剂矿物含量，否则就难以达到目的。
水泥强度检验采用新方法后，熟料三个率值的控制可参考如下方案：KH0.92～0.96、SMl.9～2.3、IMl.3～1.6。
2.6控制生科细度
生料细度，特别是900孔筛(0.20mm筛)筛余量，对熟料矿物形成和固相反应完全程度影响很大。900孔筛筛余量增大，粗粒子增多，导致熟料中f-CaO增加而引起水泥安定性不良。下表是熟料中f-CaO随生料900孔筛筛余量增大而增加的一个例子。
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生料900孔筛筛余量(％) |
0 |
0.30 |
0.85 |
1.15 |
2.10 |
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熟料中f-CaO含量(％) |
0.5 |
1.5 |
2.8 |
3.7 |
5.1 |
从上表可以看出，由于生料中一般都含有一定量的石英矿物，如不磨细则会显著推迟化学反应进程，导致熟料中f-CaO增加。因此，为了改善生料易烧性，应积极采取措施降低生料细度，减少粗颗粒含量，提高比表面积。
一般控制生料900孔筛(0.20mm筛)筛余量<0.5％为宜。
2.7 预加水成球与小料球快烧
预加水成球技术已在全国立窑水泥厂推广十多年时间，但效果好的却很少。究其原因，主要是生料量控制不稳定，特别是当生料水分较高时，生料容易棚仓，造成料量忽多忽少，甚至无料。而料量波动较大时，进入双轴搅拌机的生料量就不能稳定，微机控制的料水跟踪调节就会失灵。因此，为保证预加水成球的效果，首先要严格控制生料水分≤1.5％，其次是采用根据容积式给料原理制造，具有稳流、锁风、计量、可调性能的稳流定量给料装置，或者采用溢流式生料稳压小仓，下设调速圆管绞刀，根据立窑产量控制进入双轴搅拌机的生料量，由微机跟踪生料量变化并及时调节成球用水量。入窑生料量的调节要尽量缓慢。
众所周知，不同颗粒大小的料球，其对流传热系数也不同，料球的对流传热系数随其颗粒尺寸的增加而下降，小料球具有较高的对流传热系数和传热传质速率。根据立窑生产实践，料球粒径以Ф5～8mm为宜。料球小入窑冲击力小，不易破碎；含水量少不易粘结；体积小受热均匀不易爆裂，有利于窑内通风和料球的传热和传质。料球颗粒过大，传热传质慢、易炸球。料球颗粒过小或颗粒不均，则不利于窑内通风。
2.8 加强立窑窑体保温
众所周知，立窑生产存在“边壁效应”，即边部阻力比中部小，边风容易过剩。因此，由于边风过剩，已经造成了立窑边部窑温比中部低，如果立窑窑体保温效果差，窑体表面散热就大，就势必造成立窑边部和中部的温差更大。这样若按立窑中部所需热量配热，边部物料就会欠烧，若按立窑边部所需热量配热，立窑中部热量就多了，就会造成还原气氛，熟料产质量低、煤耗高。
因此，为了提高立窑熟料产质量，便于生料配煤和降低熟料烧成煤耗，必须加强立窑窑体保温。通常的做法是，采用内保温法，耐火层、保温层总厚度应≥650mm，靠近窑壁处应加≥60mm的硅钙板或硅酸铝纤维毡。另外，在立窑煅烧操作时应尽量减少边风、改善中部通风。
2.9 采用暗火煅烧
立窑煅烧以暗火操作为宜，首先可以节约熟料烧成热耗，提高热效率，保证熟料的烧成温度和烧成时间，其次可以减少炸球，降低窑内通风阻力和废气含尘量，再则对于复合矿化剂配料的立窑厂可以减少氟硫的挥发，提高复合矿化剂的应用效果。
2.10 立窑熟料和回转窑熟料混合生产水泥
既有立窑又有回转窑的企业，或者有回转窑熟料来源的立窑企业，可以采取立窑熟料和回转窑熟料混合的方法生产水泥。由于立窑熟料一般早期强度较高，回转窑熟料后期强度较高，化学成份、矿物组成和晶形结构方面各有其长，两种不同窑型的熟料搭配后在物理力学性能和化学成份上产生优势互补，生产的水泥实物较使用单品种熟料为好。
2.11 降低水泥细度，改善颗粒组成
水泥细度和颗粒组成对充分利用水泥活性和水泥混凝土性能有很大影响，在普通水泥细度的混凝土中可能有20～40％的水泥没有参与混凝土强度的增长过程，太粗的颗粒不能完全水化，过细的颗粒可能结团，或增大水泥的需水量，影响混凝土性能。现在比较公认的观点是：3～32μm的颗粒对强度增进率起主要作用，其间各粒级分布是连续的，总含量不能低于65％。16～24μm的颗粒对水泥性能影响尤为重要，含量愈多愈好。小于3μm的颗粒不要超过10％，大于65μm的粗颗粒活性很小，最好没有。
新标准ISO法对水泥细度十分敏感，试验证明：比表面积为300m2／kg时，ISO强度与GB强度值相差10.9～16.3％，而达到361m2／kg以上时，相差值就缩小到3～7.9％。比表面积每提高10m2／kg强度则提高0.6～1MPa，说明水泥的比表面积越大，IS0强度就提高得多。
为了适应水泥强度检验新方法，降低水泥细度，改善颗粒组成是完全必要的，通常的措施有两种，其一是采用高细开流管磨机技术，其二是采用高效选粉机。
2.12 调整混合材的品种与掺入量
水泥强度检验新方法实施后，对掺加混合材的水泥产品质量影响很大，无形中限制了水泥中混合材的品种与掺入量。
混合材中活性最好的是矿渣，因此，当地有矿渣来源的立窑厂应优先考虑选用矿渣作混合材。对于其它混合材，如粉煤灰、磷渣、锰渣、煤矸石、青砖、沸石、石灰石等，掺量稍大，有的烧失量超标，而大多造成三天强度偏低，甚至不合格，所以，活性差的混合材应严格控制掺入量，尽量少掺。
混合材可以考虑双掺和三掺，特别是掺加适量石灰石，可以发挥混合材的互补作用，改善水泥的性能。
3 结束语
提高立窑水泥质量是一项系统工程，需要做很多方面的工作，但关键是以下四个方面：1、提高入窑生料合格率，使之达到85％以上。2、改变配料方案，使熟料矿物中C3S+C2S达到75％以上。3、加强熟料煅烧，提高立窑熟料烧成率。4、降低水泥细度，提高水泥比表面积。
【作者:丁奇生 】
