低熱水泥熟料巖相觀察及配料煅燒分析

梁 旗

(昆明冶金高等?？茖W(xué)校建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650033)

0 引 言

在云南江河并流區(qū)域構(gòu)建大壩，大體積混凝土使用了低熱水泥。筆者從云南某水泥廠取來低熱水泥熟料，制成光片，對(duì)其礦物組成和分布狀況進(jìn)行觀察，依據(jù)巖相結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行鑒定，并分析低熱水泥熟料的配料和煅燒制度。

熟料外觀：黑色圓粒狀、細(xì)粒狀占一定比例，粒徑范圍3～34 mm，5 mm 以下約占20%，5～10 mm 占65%，致密塊狀構(gòu)造。

1 巖相結(jié)構(gòu)

A礦多角狀、短柱狀，多呈小堆狀集中，少量零星分布，A礦發(fā)育完整，尺寸22～79 μm，占比約34%；B礦圓粒、橢圓粒，成堆分布，尺寸20～59 μm，有大小不均齊現(xiàn)象，少量呈手指狀，占比約48%。A礦、B礦分布不均勻，黑色中間體點(diǎn)滴狀微晶，白色中間體不定形，填充在A礦B礦之間，中間體占比約17%，一次f-CaO極少，占比在0.5%以下，孔洞圓形、三角形，孔隙率低，占比約20%，其余礦物未見，如圖1、2所示。

圖1 A礦、B礦和中間相(200倍) 圖2 零星的A礦和大量的B礦(400倍)Fig.1 Ore A,Ore B and interphase(200 times) Fig.2 Sporadic A ore and a large number of B ore(400 times)

2 巖相分析鑒定

熟料原料石灰石、粘土、砂巖、銅渣，質(zhì)量?jī)?yōu)良，堿、硫、氯、碳酸鎂等雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。根據(jù)巖相分析估算的配料率值中KH偏低，僅0.79;n值高，達(dá)2.8;p值低，約0.7。生料粉磨細(xì)度控制合格，篩余指標(biāo)合適。生料均化效果不夠理想?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒溫度高，燒成帶較長(zhǎng)，燒成反應(yīng)時(shí)間充裕，燒成反應(yīng)較完全。窯內(nèi)過?？諝庀禂?shù)合適，窯內(nèi)氣氛主體是氧化氣氛。冷卻機(jī)工作正常，熟料冷卻制度是快冷。

結(jié)論：熟料強(qiáng)度42.5號(hào)，熟料安定性合格，凝結(jié)時(shí)間正常。

3 對(duì)配料率值和煅燒的討論分析

為了實(shí)現(xiàn)減小混凝土砌塊水化熱的目標(biāo)，該配方大幅度降低了石灰飽和系數(shù)KH和鐵率p的數(shù)值，以減少C3S和C3A的礦物成分。為了提高強(qiáng)度，相應(yīng)地提高了硅率n值，即采用兩低一高配料，KH值降低，為0.80左右，p值降低，為0.7左右。這種配方C3S和C3A的成分減少，降低了熟料水化熱，但也大幅損失了熟料早期強(qiáng)度，硅率n值提高，達(dá)到2.7，用以增加硅酸鹽礦物的占比，相應(yīng)提高熟料強(qiáng)度，熟料中A礦、B礦、中間體的占比分別是34%、48%、17%。實(shí)際熟料強(qiáng)度等級(jí)42.5號(hào)。

下面討論窯系統(tǒng)在煅燒這種兩低一高配料時(shí)的參數(shù)調(diào)整，闡明其煅燒特點(diǎn)。先以率值為導(dǎo)向進(jìn)行分析，從配料率值上看KH較低，分解石灰石的任務(wù)減輕，分解爐用煤量可以減小，即尾煤比率下調(diào)，分解爐出口的溫度值可以適當(dāng)降低。另一方面由于生料n值高，液相量偏小，需提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度，增加液相量才能保證燒成，即頭煤比率上調(diào)。從該廠熟料外觀看，頭煤比率雖然增加，熟料結(jié)粒仍然困難，尺寸細(xì)小的熟料仍占一定比率，這種情況只有減少喂料量、降低產(chǎn)量，才能維持正常煅燒。經(jīng)核實(shí)，該廠實(shí)際喂料量與煅燒普通水泥熟料相比降低約15%，即從 200 t/h 下降到 170 t/h，窯速下降約20%，這也使得篦冷機(jī)熟料料層減薄，篦下風(fēng)壓降低，但二次風(fēng)溫仍維持在 1 200 ℃。

低熱水泥熟料中C3S和C3A的礦物成分減少，使得熟料早期強(qiáng)度降低。為了彌補(bǔ)強(qiáng)度損失，生產(chǎn)高活性的C2S可以提高其早期強(qiáng)度。研究表明，使C2S晶格中固溶更多的SO3、Fe2O3、Al2O3等固溶物能提高其早期強(qiáng)度，而固溶物的數(shù)量隨著煅燒溫度的增加而增加。針對(duì)這種情況，增加回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的用煤比率，使回轉(zhuǎn)窯內(nèi)保持高溫煅燒，同時(shí)起到C2S活性得以增強(qiáng)的效果，并相應(yīng)降低窯速以延長(zhǎng)加熱時(shí)間，能增強(qiáng)這一效果。巖相觀測(cè)佐證，該廠生產(chǎn)的熟料A礦尺寸大，一次f-CaO占比極小，熟料孔隙率低，說明窯操不僅提高了頭煤比率，使燒成帶拉長(zhǎng)，還相對(duì)減慢了窯速，延長(zhǎng)了煅燒時(shí)間，產(chǎn)生一種略過燒的熟料。當(dāng)然高溫煅燒會(huì)使C3A、C4AF活性下降，使一次f-CaO占比過低，削弱了這些礦物對(duì)早期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，但舍小取大，高溫煅燒效果更好，生產(chǎn)實(shí)踐證明了這一點(diǎn)。

至于低熱水泥的熱耗，由于KH較低，碳酸鹽分解所需熱耗降低，鐵率p低，液相黏度降低，對(duì)降低熱耗確有幫助；但n高，液相量少，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)為了提高液相量、達(dá)到燒成反應(yīng)溫度并且為了生產(chǎn)高活性C2S，都需較高的溫度支持。經(jīng)核實(shí)，該廠低熱水泥生料入窯分解率為90%～95%，分解用煤降幅很小，而回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒用煤增加更多，實(shí)際熱耗比煅燒普通水泥熟料略高。

生產(chǎn)實(shí)踐還證明，生產(chǎn)高活性C2S的風(fēng)險(xiǎn)比煅燒其他熟料大，因?yàn)镃2S屬于對(duì)窯內(nèi)氣氛敏感的礦物，增加回轉(zhuǎn)窯內(nèi)用煤時(shí)操作不當(dāng)會(huì)造成還原氣氛，從而破壞C2S和中間相的成分，生成鈣鐵橄欖石(CFS)或鐵橄欖石(F2S)。該廠熟料中發(fā)現(xiàn)少量手指狀的B礦，嚴(yán)重影響低熱水泥的早期強(qiáng)度，在煅燒中尤其要加以注意。

4 結(jié) 語

通過該廠低熱水泥熟料巖相觀察和配方分析，說明低熱水泥熟料是兩低一高配料，KH和p值低，n值高。在窯系統(tǒng)操作中，應(yīng)當(dāng)減少喂料量，降低尾煤比率，增加頭煤比率，分解爐出口溫度降低，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)保持高溫煅燒，并減慢窯速、延長(zhǎng)化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，嚴(yán)格防止還原氣氛產(chǎn)生，調(diào)整好篦冷卻機(jī)，保證二次風(fēng)溫。煅燒低熱水泥熟料的熱耗比生產(chǎn)普通水泥略高。