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原燃材料质量要求

原燃材料是工厂的基础，也是稳定热工制度的基础，对预分解窑的质量控制，首先要从原材料质量着手。

熟料烧成过程中所用原燃材料为：

石灰质原料、硅铝质原料、辅助校正原料及燃料煤。

一、石灰质原料

凡是以CaCO3为主要成分的原料都叫石灰质原料，如石灰石、石灰质泥灰岩、白垩。

在熟料煅烧过程中，CaCO3受热分解，生成CaO放出CO2。

所以石灰质原料是水泥熟料中CaO的主要来源，它是水泥生产中使用最多的一种原料，在生料中约占80%，一般生产1吨熟料约需1.4-1.5吨石灰质原料。

我国生产水泥的石灰质原料以石灰石最为广泛，泥灰岩次之，再次之为大理石，而白垩及贝壳仅一些小厂使用。

石灰岩在我国资源丰富，分布也非常广，它是一种沉积岩，主要由方解石微粒组成，依成因可分为生物石灰岩、化学石灰岩和碎屑石灰岩三种。

石灰岩中常有其它混合物，并含有白云石、粘土、石英或隧石及硫酸钙等杂质。

石灰石呈致密状，纯净的石灰石是白色的，由于含有不同的杂质和杂质的多少而呈清灰、灰白、灰黑以及淡黄或浅红等不同颜色，常见的为青灰色，比重为2.6-2.8。

石灰石中的白云石（CaCO3、MgCO3）是熟料中MgO的主要来源。

石灰石中的方解石矿物结构、结构形态、结晶体完整程度及晶体大小等都对熟料煅烧活性有着很大影响，同时其所含杂质多少、杂质成分、结构、分布状况，特别是燧石中的α—石英晶体，以及石英晶体的发育状况等，对生料的化学反应活性影响也很大，因此在对水泥窑系统分析研究中，也要考虑到这些因素。

石灰石的质量指标控制主要包括CaO、MgO、R2O、SO3、Cl-等。

其中CaO是构成生料的主要成份，MgO、R2O、SO3、Cl-的含量为有害成份，是石灰石矿山前期勘探需查明的主要内容。

较高的CaO、较低的MgO、R2O、SO3、Cl-含量是优质石灰石矿山和生产优质熟料的基本要求，矿山选址的依据。

进厂石灰石的质量指标控制属预配料控制过程，日常以控制CaO含量为主，即进厂石灰石品位。

对于其中的有害成份，一般随石灰石品位变化：

石灰石品位越高，有害成份越低；石灰石品位越低，有害成份越高。

控制合理的进厂石灰石品位，是为了保证生料率值满足预计的要求。

石灰石品位既非越高越好、也非越低越好，应根据所使用的硅铝质原料及生料率值要求来限定。

引起石灰石品位变化的因素主要是矿山断层、裂隙土、表层覆盖土、高镁夹石、薄层灰岩等。

这些因素均会引起石灰石品位的贫化。

矿山一经选定，其矿石中MgO含量应符合要求,实际生产中，应关注所用矿山的矿石中MgO含量的不规则变化，较高的MgO一般是由高镁夹石所引起。

在使用高镁夹石体的矿区时，应加强源头控制，注意搭配使用，确保进厂石灰石中MgO含量满足要求。

有害成份主要随石灰石品位变化，薄层灰岩、边坡料等是引起有害成份升高的主要因素。

实际生产中，应根据矿区开采点的阶段性变化，均匀搭配薄层灰岩、边坡料等，注意保持石灰石品位的相对稳定，以保证有害成份在控制范围内。

石灰石品位的控制通过炮孔取样、炮堆取样、入均化堆场取样来跟踪完成。

炮孔样是指导矿山台段开采品质跟踪的依据，炮堆取样是炮堆搭配的主要依据，入堆场取样是计算均化后的石灰石料堆整体品位满足配料要求的重要过程。

通过以上过程的控制，可以保证入磨石灰石品位受控。

二、硅铝质原料

硅铝质原料是生产硅酸盐水泥熟料的主要辅助原料，只有选择适当成份的硅铝质原料，才能保证生料配料过程的完成。

其中硅质原料的SiO2含量一般在75%以上，硅铝质原料的SiO2含量一般在75%以内。

硅铝质原料是含碱和碱土的铝硅酸盐，主要化学成分是SiO2，其次为Al2O3，还有少量Fe2O3，主要是供给熟料所需要的酸性氧化物——SiO2、Al2O3和Fe2O3的，一般生产1吨熟料约用0.3-0.4吨硅铝质原料。

我国水泥工业采用硅铝质原料种类较多，主要以粘土、黄土为最多，其次为页岩、泥岩、粉砂岩及河泥等。

下面着重介绍常用的几种硅铝质原料。

1．粘土类：

主要特征是颗粒级配中粘粒级（＜0.005mm）占大多数，达40-70%。

它包括华北、西北地区的红土，东北地区的粘土，南方地区的红壤、黄壤等。

粘土主要由钾长石（K2O·Al2O3·6SiO2）、钠长石或云母（K2O·3Al2O3·6SiO2）等矿物经风化及化学转变而生成。

衡量粘土的质量主要取决于粘土的化学成分、含砂量、碱含量、粘土的可塑性、热稳定性、需水量等工艺性能。

这些性能随粘土中所含的主导矿物不同，粘粒多寡及杂质不同而异。

所谓主导矿物是指粘土同时含有几种粘土矿物时，其中含量最多的称为主导粘土矿物。

根据主导矿物不同，可将粘土分成高岭石类、蒙脱石类与水云母类等。

南方的红壤与黄壤属于高岭石类，华北与西北的黄土属于水云母类，

粘土中常常有石英砂、方解石、黄铁矿（FeS2）、氧化铁、碳酸盐、硫酸盐及有机物等杂质。

因此，粘土的化学成份差别很大，而多呈黄色、褐色或红色。

2．黄土类：

包括黄土和黄土状亚粘土，原生的黄土以风积成因为主，主要分布于华北和东北地区。

黄土中的矿物主要是石英，其次为长石、白云母、方解石、石膏等，黄土中的粘土矿物以伊利石为主，还有蒙脱石和拜来石等。

由于黄土中含有细粒状、斑点状、薄膜状和结核状的碳酸钙，一般CaO含量在5%-10%左右，黄土中的碱主要由云母、长石所带入，一般为3.5%-4.5%，黄土中粘粒级一般占20%-40%。

3．砂岩、粉砂岩类原料：

包括页岩、泥岩、粉砂岩等，在我国很多地区都有分布，是由海相或陆相沉积，也有海陆相交互沉积。

主要矿物为石英、长石类、云母、方解石及其它岩石碎屑，颜色一般为灰黄、灰绿、黑灰及紫红等色。

页岩的硅酸率较低，一般为2.1-2.8，而粉砂岩的硅酸率一般大于3.0，铁率在2.4-3.0之间，含碱量约在2-4%范围内。

由上可知，粘土质原料含有多种类型矿物。

而这些矿物在熟料煅烧过程中，反应活性相关较大，一般来说较细的高岭石晶体及含有较多的非晶态SiO2反应活性较好，较小且结晶不完整的SiO2晶体反应活性一般，结晶完整且颗粒粗大的石英晶体反应活性最差。

云母矿物较多，会造成生料中R2O含量增多，容易造成预分解窑窑尾预分解系统“粘结堵塞”，并使熟料中碱含量增加，影响熟料品质。

随着新型干法窑的技术应用，对硅铝质原料的要求也越来越高。

新型干法窑技术大量使用劣质原料：

低品位的石灰石、高灰份的原煤，烧制更高硅酸率的熟料。

因此，对新型干法窑，要求硅铝质原料的具备更高的硅酸率，一般要求SiO2含量在70%-80%之间，甚至更高。

纯粘土作硅铝质原料已很难满足配料要求，需通过硅铝质原料与硅质原料的搭配来满足配料要求。

实际生产应根据矿山石灰石品位来选择恰当的硅铝质原料配比。

硅铝质原料中的有害成份主要为R2O、SO3、MgO等。

烧制低碱水泥熟料，一般要求硅铝质原料中的R2O（K2O+Na2O）含量小于2.0%。

MgO要求小于3%，SO3要求小于2%。

实际生产控制中，有害成份可以通过阶段性普查、矿点分选来控制。

硅铝质原料中含有多种类型矿物，而这些矿物在熟料煅烧过程中，反应活性相差较大，一般来说较细的高岭石晶体及含有较多的非晶态SiO2反应活性较好，较小且结晶不完整的SiO2晶体反应活性一般，结晶完整且颗粒粗大的石英晶体反应活性最差。

云母矿物较多，会造成生料中R2O含量增多，容易造成预分解窑窑尾预分解系统“粘结堵塞”，并使熟料中碱含量增加，影响熟料品质。

三、辅助校正原料

在用石灰质原料和粘土质原料两种物料配料外，还有一些用量较少，但对保证正常生产、提高质量、改善操作条件等起着良好的作用或为了保护环境而搭配利用的废料，一般称为辅助原料，常用的有铁质校正原料、铝质校正原料、硅质校正原料、综合利用的废料等。

1．铁质校正原料：

用以补充生料中Fe2O3的含量不足，一般凡含Fe2O3较高的矿石或废渣，都可作铁质校正原料。

目前水泥厂常用的是硫铁矿渣（俗称铁粉）及废铁尾矿、低品位铁矿石等，同时低价的钢渣资源也逐步被作为铁质原料使用。

2．铝质校正原料：

当配制的生料中Al2O3的含量不足时，则要选用铝质校正原料进行调整。

常用的有：

煤渣、高铝粘土、煤矸石等。

3．硅质校正原料：

当配制的生料中SiO2的含量不足时，则要选用硅质校正原料进行调整。

可以采用的有：

含SiO2高的粘土、硅质渣、砂岩等，也有用河砂的，但要慎重。

4．废渣：

水泥企业对废渣的利用过去一直都把它当成混合材使用，如粉煤灰，烧结煤矸石等，随着人们环保意识的提高，为了增大废渣的利用力度，亦重视把它们当作生产熟料的原料，常用的有煤矸石、粉煤灰，作为硅铝质校正材用于配料。

四、原煤

水泥生产中的煤粉既提供热能、又提供物料组份。

因此，选择合理的原煤品种是生产水泥熟料的必要条件。

原煤的水份、灰份、挥发份、发热量、固定碳、全硫等是进厂原煤的主要控制项目。

其中全硫含量一般按不同矿点分别检验。

新型干法窑优点是可使用劣质煤，对原煤品质的要求相对降低，但对原煤中的硫含量必须限制，一般全硫控制在小于1.2%，同时兼顾硫碱比，以防止预热器结皮，目前受到日趋严重的煤炭保供形势影响，低价高硫煤的使用也正在逐步推动中。

适当的原煤灰份、挥发份和入窑煤粉细度、水份也是实际生产所必须控制的，同时随着目前窑系统工艺、装备的优化，在使用烟煤的同时，无烟煤、褐煤的使用也日趋成熟，但在使用过程中，对入窑煤粉细度、水分的要求更加严格。

在窑系统煅烧过程中，煤灰中的各组份直接参与熟料的化学反应，由于煤灰的掺入，使熟料饱和比、硅酸率降低、铝率提高。

因此稳定的原煤灰份是熟料率值稳定的基础。

进厂原煤必须采取均化措施。

烧成系统主要过程指标控制要求

一、生料成份控制

生料控制一般采用CaCO3快速测定和X-荧光分析，按一定频次进行，在原料中SiO2和Al2O3含量比较稳定的前提下，才能只控制CaO和Fe2O3，对于有荧光全分析条件的公司，必须同时控制以上四个氧化物含量。

目前公司的新型干法水泥生产线均配有离线或在线荧光分析仪，原料均有大型的均化堆场，采用堆场堆取物料，使物料的均匀得到进一步加强，通过磨头的计量秤对各比例进行适当调整后，出磨生料相对比较稳定。

为保证入窑生料的化学成份均齐稳定，生料应在均化库内进行均化后入窑使用。

生产控制中一般应按一定频次检测入窑生料X-荧光分析，供质量控制中的调整参考。

二、生料的细度、水份

入窑生料的细度、水份与熟料的煅烧密切相关，细度偏粗或水份偏高将对熟料煅烧制度、熟料质量稳定有较大影响，应控制好生料细度与水份在一定范围内。

三、熟料率值

熟料的三个率值即KH、SM和IM是影响熟料质量的重要因素。

新型干法窑在生产硅酸盐水泥熟料时一般将KH值控制在0.88-0.92、SM值控制在2.40-2.70、IM值控制在1.40-1.70（对熟料品质有特殊要求或原材料条件受制约的除外），熟料率值严重偏离范围,将直接影响熟料质量。

合理的熟料率值，是保证熟料内在质量和回转窑安全运转的关键。

熟料分析结果若超出控制指标范围，就要结合煤的热值、灰分、生料成分等因素，进行分析，查找波动所在，对生料指标进行调整，最终以满足熟料的设计率值为原则。

四、游离氧化钙

f-CaO是水泥熟料中的有害成分，当熟料中fCaO的含量超过一定数量时，会造成水泥的安定性不良。

其由于其形成条件不同，有不同形态，对安定性的影响也不一样。

1、欠烧f-CaO：

当预热器严重塌料、生料冲料，或窑前用煤不足等原因，造成烧成带温度不够，或物料在烧成带停留时间过短，这时从窑内卸出的熟料，主要为欠烧料，熟料外观无光泽，表面粗糙，升重轻，砸开后端面有明显的起砂现象。

这些欠烧料中所含的f-CaO遇水消解很快，如果掺入到水泥中，尽管体积发生膨胀，但由于当时水泥尚未凝结，具有一定的塑性，所以对水泥的安定性影响不是很大。

2、高温未化合的f-CaO（又称一次fCaO）：

一般存在于正常熟料中，形成一次fCaO的原因是配料成分不当，KH值过高，熔剂矿物太少，或生料太粗，均匀性差等。

由于这种f-CaO已经受高温煅烧未与酸性氧化物化合成硅酸盐矿物，而是呈包裹状态，遇水消解很慢，在水泥凝结几天后才大量水化，于是致使水泥石破裂。

3、高温分解的f-CaO（又称二次f-CaO）：

一般存在于还原熟料中，当窑内物料遇到中度还原气氛时，Fe2O3转变为FeO，在熟料的冷却过程中Fe2+进入A矿晶格中，C3S显得不稳定，致使它分解为C2S、f-CaO和亚铁酸盐，这个f-CaO即为二次fCaO。

f-CaO不仅影响水泥的安定性，而且对水泥的强度也造成不同影响，主要原因是f-CaO由于其水化速度较慢，在凝结硬化过程中产生膨胀应力所致。

f-CaO也是熟料烧结质量、熟料率值是否正常的反映。

理论上熟料中f-CaO含量越低越好，但要与整个生产工艺、经济技术指标结合起来，过高的要求往往会带来能耗的升高和操作的困难。

新型干法窑一般f-CaO<1.5。

五、氧化镁

MgO作为熟料的一种有害成份，在熟料中以游离态的方镁石存在，容易产生砼体积膨胀，造成安定性不良。

因此熟料中MgO一般<5.0%。

熟料中MgO主要自石灰石质原料，实际生产中应注意矿山的地质结构，遇高镁夹石区，应搭配使用。

六、立升重

熟料立升重即为一立升熟料的质量。

熟料升重的高低是判断熟料质量和窑内烧成带温度的参考数据之一，一般升重愈高，f-CaO含量愈低，质量愈好。

另外，升重也是检查窑内烧成温度高低的标准之一。

通过物料结粒大小，均匀程度，再结合升重结果，就可以推测烧成温度是否正常。

当窑温正常时，熟料结粒大小均齐，外观紧密，表面较光滑，近似小圆球，这时升重较高；当熟料颗粒小的多，而且其中还带有细粉，或出现欠烧时，这时升重低，熟料的质量差。

如升重过高，也就是说烧成温度过高，对降低f-CaO，提高产质量有利，但是对窑皮不利，影响窑的安全运转。

因此必须将升重控制在合理的范围内，并按时测定，以便于中控操作人员及时调整窑内温度。

影响升重的因素不只是煅烧一方面，还与熟料的化学成分、矿物组成、入窑物料分解情况、熟料冷却好坏、喷煤管位置、火焰长度、窑速快慢等诸因素有直接的关系，所以对升重结果要综合分析。

正因为有上述诸多因素影响升重，因此各企业控制的升重指标也不一样，但原则是不变的，即在不影响窑皮情况下，根据f-CaO含量偏高，升重控制值也应提高，否则相反的原则。