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【摘要】随着我国国民经济和工业技术的飞速发展，作为我国建材行业的主要基础原材料之一的水泥取得了辉煌的成绩，其产量已多年前位于世界领头地位，为我国社会主义建设提供了重要的物质保障。水泥熟料的锻烧是水泥生产工艺过程中最重要生产环节，普通水泥组成中水泥熟料占了很大比例，水泥熟料产量与质量的提高意味着水泥产量及质量的提高。
硅酸盐水泥熟料主要由钙、硅、铝、铁四种元素的氧化物组成，约占熟料的95%，另5%为其他氧化物，如MgO、SO3、K2O、Na2O等。硅酸盐水泥熟料中主要由四种矿物组成，即：硅酸三钙，3CaO·SiO2，简写C3S，也称为A矿，占50～60%，；硅酸二钙，2CaO·SiO2，简写C2S，称为B矿，占20～25%；铝酸三钙，3CaO·Al2O3，简写C3A，占5～10%；铁铝酸四钙，4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，占10～15%。
本文针对某水泥公司2016年上半年熟料质量存在的问题及影响因素进行分析研究，制定出解决问题的措施并应用到实际生产中。
【关键词】水泥；熟料；性能；研究
该公司自2016年3月份开窑生产以来，熟料质量一直不尽人意，主要体现在：
（1）熟料碱含量高，标准稠度高，长期持续在25.0%以上，熟料与减水剂的适应性非常差。
（2）熟料早期强度很高，其3天抗压强度稳定在35.0MPa左右，后期强度较低，28天抗压强度最低只有54.0MPa左右，3-28天强度增长率很低，最低只有19.0MPa。
除了熟料的化学成分和矿物组成影响着熟料的质量外，熟料的煅烧质量及冷却效果也决定着熟料质量的好坏。因此，改善熟料性能的研究应从原燃材料、生料的配料及粉磨、熟料煅烧工艺和冷却效果等工艺角度展开。
1、现状
1.1原材料
熟料由生料粉经高温煅烧至熔融状态后冷却而成，而生料又由石灰石、粘土质材料、铁质和硅质校正材料以一定比例搭配粉磨而成。目前，采用的四组分配料方案，其中包括矿山自采石灰石，外购的红砂岩、硫酸渣、页岩等，其化学成分见表1-1。
（1）石灰石
由表3-1可见，该公司矿山自采石灰石CaO含量为50.29%，MgO含量为0.53%，而且SiO2含量较低，易磨性好，但总碱量R2O较高。综上所述，矿山自采石灰石品位较高，易磨性较好，但碱含量较高。
（2）页岩
粘土质材料以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，为熟料提供硅、铝和铁元素。页岩含有一定的碱，是由云母、长石等风化、伴生、夹杂而带入。风化程度愈大，淋溶作用愈完全，可溶性碱水雨水冲刷带走，一般含碱量愈低，反之，碱含量愈高。一般页岩中的碱含量<3.0%时，熟料碱含量可以<1.0%。目前，该公司主要使用的粘土质材料是页岩，其SM在2.80左右，IM在2.3左右，碱含量2.5%左右。
（3）红砂岩
砂岩是一种碎屑沉积岩，由石英颗粒和粘性物质在高压下胶结而成。根据胶结物不同分为长石质、粘土质和钙质砂岩，按颜色分为红砂岩、黄砂岩、白砂岩等。该公司目前使用的是红砂岩，SiO2含量在70%～85%之间，碱含量2.0%左右。
（4）硫酸渣
铁质材料主要为熟料生产提供部分Fe2O3，该公司目前使用的铁质材料为硫酸渣，其为以硫铁矿为原料制备硫酸的废弃物，呈红褐色、紫红色粉末，Fe2O3含量大于60%，碱含量基本在1.0%以内。
1.2生料和熟料
熟料化学成份和矿物组成的选择，一般应根据原料和燃料的品质、水泥的品种和强度等级、生料制备和煤粉制备及熟料烧成工艺综合考虑，以达到设备长时间运转和优质高产低消耗的目的。熟料成份及率值组成确定后，即可根据所用原料化学成份进行配料计算，得出符合熟料组成要求的原料配比。
生料的成份和颗粒特征直接影响到熟料烧成质量和产量，生料率值的设计与调整直接影响至熟料的矿物组成、易烧性以及熟料的各项物理性能。目前，该公司的熟料三率值为饱和比0.92±0.02，硅酸率2.60～2.70，鋁氧率1.50～1.60，2016年1～5月份生、熟料成分、率值、矿物组成、过程质量控制情况如下：
（1）从1月份到5月份，熟料饱和比月平均值在逐月下降，但立升重的月平均值却逐步下降，游离氧化钙月平均值更是逐步升高，特别在5月份，熟料的立升重常出现少于1200g/l的现象，f-CaO经常出现高于2.0%的情况。说明熟料煅烧温度偏低，液相量形成量较少，CaO和SiO2反应程度不够熟料矿物形成不完善。
（2）熟料碱含量较高，1月份到5月份熟料碱含量基本在0.80%左右。适量的碱能降低最低共熔温度，增加液相数量和降低液相粘度，并因此加快熟料矿物形成，因此适量熟料碱对熟料性能并不造成多少危害。但碱含量较高时，会出现烧成困难和预执器堵塞等，同时，碱会与熟料矿物反应生成对熟料性能有副作用的含碱矿物和固溶体KC23S12和NC8A3，因消耗了大量的SiO2将使C3S难以形成，进而增加游离氧化钙的含量。碱含量还会与熟料矿物反应，如下：
12C3S+K2O→KC23S12+13CaO
12C2S+K2O→KC23S12+CaO
3C3A+Na2O→NaC8A3+CaO
这些含碱矿物特别是NC8A3的水化速度特别极快，加水后很短时间内生产大量的水化产物，这些水化产物相互搭接，增大了浆体的塑性黏度和剪切应力，因而熟料早期强度高、标准稠度用水量高，但碱与熟料中硅酸盐矿物发生反应，破坏硅酸盐矿物晶格，减少了硅酸盐矿物总量，导致熟料后期强度下降。
1.3生产工艺
该公司拥有一条日产4800吨熟料的水泥生产线，回转窑规格为Ф4.8×74m，配备NC-SST/I（NST-I）型在线式分解炉，窑尾高温风机风量为860000m3/h的，窑头冷却机为NC42340型第三代篦冷机，共分为九个风室十八台风机，总的冷却面积为133.2m2。 该公司2016年1月至5月份，回转窑热工工况紊乱，熟料质量大幅下滑，熟料标准稠度用水量高，28天抗压强度低。主要体现在熟料煅烧温度偏低、冷却效果不理想，主要表现在：
（1）由于冷却机效率低导致窑头二次风温较低，4、5月份甚至低至1100℃以下，煤粉燃烧变慢导致窑尾温度较高，有时甚至高至1200℃以上，表明煤粉在窑内烧成带并未完全燃烧，相当一部分被气流带至窑尾烟室燃烧，导致火焰拉长，火量不集中，烧成带温度偏低，也就是常说的“低温长焰”。
（2）斜拉链熟料的温度明显逐月升高，特别在4、5月份，因气温逐渐升高，而篦冷机一段两台大功率风机因振动大，只能在低频率运行，导致熟料冷却效果显著下降。
2、熟料性能调整
2.1降低熟料碱含量
为降低熟料的标准稠度用水量，提高熟料后期强度及强度增长率，于2016年6月份开始通过合理搭配矿山石灰石，改用碱含量较低的铝质校正材料，控制熟料碱含量<0.70%，原材料成分变动如表2-1：
6月初通过调整生料配料方案，熟料碱含量基本控制在0.60%左右，具体数据见表2-2。
2.2提高冷却效果
在5月底对这两台风机进行底座进行更换，震动减小，风机工作频率恢复到49Hz，熟料冷卻效果显著改善，二、三次风温、风量趋于稳定，冷却效果明显上升，出篦冷机熟料温度由之前的210℃左右下降至120℃左右。
经过控制熟料碱含量、改善煤粉质量以及入窑生料稳定性的调整，从6月份开始试生产10天，窑上煅烧反应良好，熟料质量有所提升，熟料岩相中的A矿数量多，发育完善，尺寸合理，B矿分布均匀，且呈细长交叉双晶纹，中间相丰富，偶见点线状C3A析出，但数量少，熟料物理性能前后对比见表1-1。
由以上数据可以看出，熟料质量大有好转，标准稠度由原来的25.6下降到24.2，28天强度由原来的56.1MPa上升到59.7MPa，3天到28天增长率由原来的20.7MPa上升到26.5MPa。
小结：
本文研究了熟料中碱含量以及熟料冷却状况对熟料标准稠度及后期强度的影响，结论如下：
（1） 熟料标准稠度用水量随其碱含量增加而增加，熟料的后期强度随其碱含量的增加而下降。
（2） 熟料的冷却效果对熟料性能影响较大，熟料冷却效果差，属慢冷熟料，熟料中A矿严重分解，游离氧化钙含量增加，C3A析晶严重，导致熟料早期水化快，熟料标准稠度上升，熟料早期强度高，但后期强度低。
硅酸盐水泥熟料主要由钙、硅、铝、铁四种元素的氧化物组成，约占熟料的95%，另5%为其他氧化物，如MgO、SO3、K2O、Na2O等。硅酸盐水泥熟料中主要由四种矿物组成，即：硅酸三钙，3CaO·SiO2，简写C3S，也称为A矿，占50～60%，；硅酸二钙，2CaO·SiO2，简写C2S，称为B矿，占20～25%；铝酸三钙，3CaO·Al2O3，简写C3A，占5～10%；铁铝酸四钙，4CaO·Al2O3·Fe2O3，简写C4AF，占10～15%。
本文针对某水泥公司2016年上半年熟料质量存在的问题及影响因素进行分析研究，制定出解决问题的措施并应用到实际生产中。
【关键词】水泥；熟料；性能；研究
该公司自2016年3月份开窑生产以来，熟料质量一直不尽人意，主要体现在：
（1）熟料碱含量高，标准稠度高，长期持续在25.0%以上，熟料与减水剂的适应性非常差。
（2）熟料早期强度很高，其3天抗压强度稳定在35.0MPa左右，后期强度较低，28天抗压强度最低只有54.0MPa左右，3-28天强度增长率很低，最低只有19.0MPa。
除了熟料的化学成分和矿物组成影响着熟料的质量外，熟料的煅烧质量及冷却效果也决定着熟料质量的好坏。因此，改善熟料性能的研究应从原燃材料、生料的配料及粉磨、熟料煅烧工艺和冷却效果等工艺角度展开。
1、现状
1.1原材料
熟料由生料粉经高温煅烧至熔融状态后冷却而成，而生料又由石灰石、粘土质材料、铁质和硅质校正材料以一定比例搭配粉磨而成。目前，采用的四组分配料方案，其中包括矿山自采石灰石，外购的红砂岩、硫酸渣、页岩等，其化学成分见表1-1。
（1）石灰石
由表3-1可见，该公司矿山自采石灰石CaO含量为50.29%，MgO含量为0.53%，而且SiO2含量较低，易磨性好，但总碱量R2O较高。综上所述，矿山自采石灰石品位较高，易磨性较好，但碱含量较高。
（2）页岩
粘土质材料以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，为熟料提供硅、铝和铁元素。页岩含有一定的碱，是由云母、长石等风化、伴生、夹杂而带入。风化程度愈大，淋溶作用愈完全，可溶性碱水雨水冲刷带走，一般含碱量愈低，反之，碱含量愈高。一般页岩中的碱含量<3.0%时，熟料碱含量可以<1.0%。目前，该公司主要使用的粘土质材料是页岩，其SM在2.80左右，IM在2.3左右，碱含量2.5%左右。
（3）红砂岩
砂岩是一种碎屑沉积岩，由石英颗粒和粘性物质在高压下胶结而成。根据胶结物不同分为长石质、粘土质和钙质砂岩，按颜色分为红砂岩、黄砂岩、白砂岩等。该公司目前使用的是红砂岩，SiO2含量在70%～85%之间，碱含量2.0%左右。
（4）硫酸渣
铁质材料主要为熟料生产提供部分Fe2O3，该公司目前使用的铁质材料为硫酸渣，其为以硫铁矿为原料制备硫酸的废弃物，呈红褐色、紫红色粉末，Fe2O3含量大于60%，碱含量基本在1.0%以内。
1.2生料和熟料
熟料化学成份和矿物组成的选择，一般应根据原料和燃料的品质、水泥的品种和强度等级、生料制备和煤粉制备及熟料烧成工艺综合考虑，以达到设备长时间运转和优质高产低消耗的目的。熟料成份及率值组成确定后，即可根据所用原料化学成份进行配料计算，得出符合熟料组成要求的原料配比。
生料的成份和颗粒特征直接影响到熟料烧成质量和产量，生料率值的设计与调整直接影响至熟料的矿物组成、易烧性以及熟料的各项物理性能。目前，该公司的熟料三率值为饱和比0.92±0.02，硅酸率2.60～2.70，鋁氧率1.50～1.60，2016年1～5月份生、熟料成分、率值、矿物组成、过程质量控制情况如下：
（1）从1月份到5月份，熟料饱和比月平均值在逐月下降，但立升重的月平均值却逐步下降，游离氧化钙月平均值更是逐步升高，特别在5月份，熟料的立升重常出现少于1200g/l的现象，f-CaO经常出现高于2.0%的情况。说明熟料煅烧温度偏低，液相量形成量较少，CaO和SiO2反应程度不够熟料矿物形成不完善。
（2）熟料碱含量较高，1月份到5月份熟料碱含量基本在0.80%左右。适量的碱能降低最低共熔温度，增加液相数量和降低液相粘度，并因此加快熟料矿物形成，因此适量熟料碱对熟料性能并不造成多少危害。但碱含量较高时，会出现烧成困难和预执器堵塞等，同时，碱会与熟料矿物反应生成对熟料性能有副作用的含碱矿物和固溶体KC23S12和NC8A3，因消耗了大量的SiO2将使C3S难以形成，进而增加游离氧化钙的含量。碱含量还会与熟料矿物反应，如下：
12C3S+K2O→KC23S12+13CaO
12C2S+K2O→KC23S12+CaO
3C3A+Na2O→NaC8A3+CaO
这些含碱矿物特别是NC8A3的水化速度特别极快，加水后很短时间内生产大量的水化产物，这些水化产物相互搭接，增大了浆体的塑性黏度和剪切应力，因而熟料早期强度高、标准稠度用水量高，但碱与熟料中硅酸盐矿物发生反应，破坏硅酸盐矿物晶格，减少了硅酸盐矿物总量，导致熟料后期强度下降。
1.3生产工艺
该公司拥有一条日产4800吨熟料的水泥生产线，回转窑规格为Ф4.8×74m，配备NC-SST/I（NST-I）型在线式分解炉，窑尾高温风机风量为860000m3/h的，窑头冷却机为NC42340型第三代篦冷机，共分为九个风室十八台风机，总的冷却面积为133.2m2。 该公司2016年1月至5月份，回转窑热工工况紊乱，熟料质量大幅下滑，熟料标准稠度用水量高，28天抗压强度低。主要体现在熟料煅烧温度偏低、冷却效果不理想，主要表现在：
（1）由于冷却机效率低导致窑头二次风温较低，4、5月份甚至低至1100℃以下，煤粉燃烧变慢导致窑尾温度较高，有时甚至高至1200℃以上，表明煤粉在窑内烧成带并未完全燃烧，相当一部分被气流带至窑尾烟室燃烧，导致火焰拉长，火量不集中，烧成带温度偏低，也就是常说的“低温长焰”。
（2）斜拉链熟料的温度明显逐月升高，特别在4、5月份，因气温逐渐升高，而篦冷机一段两台大功率风机因振动大，只能在低频率运行，导致熟料冷却效果显著下降。
2、熟料性能调整
2.1降低熟料碱含量
为降低熟料的标准稠度用水量，提高熟料后期强度及强度增长率，于2016年6月份开始通过合理搭配矿山石灰石，改用碱含量较低的铝质校正材料，控制熟料碱含量<0.70%，原材料成分变动如表2-1：
6月初通过调整生料配料方案，熟料碱含量基本控制在0.60%左右，具体数据见表2-2。
2.2提高冷却效果
在5月底对这两台风机进行底座进行更换，震动减小，风机工作频率恢复到49Hz，熟料冷卻效果显著改善，二、三次风温、风量趋于稳定，冷却效果明显上升，出篦冷机熟料温度由之前的210℃左右下降至120℃左右。
经过控制熟料碱含量、改善煤粉质量以及入窑生料稳定性的调整，从6月份开始试生产10天，窑上煅烧反应良好，熟料质量有所提升，熟料岩相中的A矿数量多，发育完善，尺寸合理，B矿分布均匀，且呈细长交叉双晶纹，中间相丰富，偶见点线状C3A析出，但数量少，熟料物理性能前后对比见表1-1。
由以上数据可以看出，熟料质量大有好转，标准稠度由原来的25.6下降到24.2，28天强度由原来的56.1MPa上升到59.7MPa，3天到28天增长率由原来的20.7MPa上升到26.5MPa。
小结：
本文研究了熟料中碱含量以及熟料冷却状况对熟料标准稠度及后期强度的影响，结论如下：
（1） 熟料标准稠度用水量随其碱含量增加而增加，熟料的后期强度随其碱含量的增加而下降。
（2） 熟料的冷却效果对熟料性能影响较大，熟料冷却效果差，属慢冷熟料，熟料中A矿严重分解，游离氧化钙含量增加，C3A析晶严重，导致熟料早期水化快，熟料标准稠度上升，熟料早期强度高，但后期强度低。