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水泥厂生料配料

一、生料及配料的基本概念

1生料

1.1定义：

由石灰质原料、粘土质原料、少量校正原料（有时还加入矿化剂、晶种等，立窑生产时还要加煤）按比例配合，粉磨到一定细度的物料。

1.2分类：

生料粉和生料浆两种。

（1）、生料粉：

干法生产用的生料。

一般水分≤1%。

据生料中是否含煤又分为三种：

白生料：

出磨生料中不含煤。

干法回转窑及采用白生料法煅烧的立窑用。

黑生料：

出磨生料中含有煅烧所需的全部煤。

采用全黑生料法煅烧的立窑用。

半黑生料：

出磨生料中只含有煅烧所需煤的一部分。

采用半黑生料法煅烧的立窑用。

（2）、生料浆：

湿法生产所用的生料。

一般含水分32%~40%左右。

2配料的概念及常用计算式

2.1概念

1、定义：

根据水泥品种、原燃料品质、工厂具体生产条件等选择合理的熟料矿物组成或率值，并由此计算所用原料及燃料的配合比，称为生料配料，简称配料。

2、配料计算的目的：

（1）设计

（2）生产

3、配料应遵循的基本原则：

（1）烧出的熟料具有较高的强度和良好的物理化学性能。

（2）配制的生料易于粉磨和煅烧；

（3）生产过程易于控制，便于生产操作管理，尽量简化工艺流程。

并结合工厂生产条件，经济、合理地使用矿山资源。

2,2配料计算中的常用基准

1、干燥基准：

用干燥状态物料（不含物理水）作计算基准，简称干基。

如不考虑生产损失，有：

各种干原料之和=干生料（白生料）

2、灼烧基准：

生料经灼烧以后去掉烧失量之后，处于灼烧状态，以灼烧状态作计算基准称为灼烧基准。

如不考虑生产损失，有：

灼烧生料+煤灰（掺入熟料中的）=熟料

3、湿基准：

用含水物料作计算基准时称为湿基准，简称湿基。

4、基准间的转换：

（1）干基转灼烧基：

式中：

A——干基物料成分（%）

L——干基物料烧失量（%）

（2）干基转湿基：

式中：

w——物料含水量（%）

2,3熟料热耗与煤耗

1、热耗：

生产1kg熟料所消耗的热量。

符号q，单位kj/kg；

2、煤耗：

生产1kg熟料所消耗的煤的质量。

符号p，单位kg/kg

式中：

Qnet,ar——煤的收到基低位发热量（kj/kg）

煤耗分实物煤耗、标准煤耗两种，上式中，煤的发热量用的是什么煤，算出的就是什么煤耗。

2.4煤灰掺入量

式中：

GA——熟料中煤灰的掺入量（%）；

Aar——煤的收到基灰分含量（%）；

S——煤灰沉落于熟料中的百分率（%）。

一般取S=100。

2.5理论料耗

理论料耗KT：

不计生产损失和物料水分的情况下，生产每千克熟料所消耗的干生料量。

生产方式及煅烧工艺不同，计算公式不同。

1、回转窑、立窑白生料的理论料耗：

［（kg白生料）/（kg熟料）］

式中：

KT——理论料耗；

L白——白生料的烧失量（%）。

2、立窑全黑生料理论料耗：

［（kg黑生料）/（kg熟料）］

3、立窑半黑生料理论料耗：

［（kg半黑生料）/（kg熟料）］

GA，——半黑生料生产时外加煤掺入熟料的煤灰掺入量（%）。

三、配料计算

3.1尝试误差法

配料计算方法很多，应用较多的是尝试误差法中的递减试凑法。

即从熟料化学成分中依次递减配合比的原料成分，试凑至符合要求为止，下面介绍该方法：

计算基准：

100kg熟料

计算依据：

原料的化学成分；煤灰的化学成分；煤的工业分析及发热量；热耗等。

计算步骤：

1、列出原料、煤灰的化学成分，并处理成总量∑为100%

若∑%＞100%，则按比例缩减使综合等于100%；

若∑＜100%，是由于某些物质没有被测定出来，此时可把小于100%的差值注明为“其他”项。

列出煤的工业分析资料（收到基）及煤的发热量（收到基，低位）；

列出各种原料入磨时的水分；

2、确定熟料热耗，计算煤灰掺入量；

3、选择熟料率值；

4、根据熟料率值计算熟料化学成分；

5、递减试凑求各原料配合比；

6、计算熟料化学成分并校验熟料率值；

7、将干燥原料配合比换算成湿原料配合比。

计算实例：

白生料配料计算

例：

某预分解窑采用三组分原料配料。

熟料率值控制目标值为KH=0.89±0.01n=2.1±0.1 p=1.3±0.1 ，熟料热耗为3350kj/kg。

已知原料、煤灰的化学成分和煤的工业分析资料、原料的水分如下表，试求各原料的配合比。

原料与煤灰的化学成分（%）

名称

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

烧失量

∑

石灰石

粘土

铁粉

煤灰

2.42

70.25

34.42

53.52

0.31

14.72

11.53

35.34

0.19

5.48

48.27

4.46

53.13

1.41

3.53

4.79

0.57

0.92

0.09

1.19

42.66

5.27

—

99.28

98.05

97.74

99.30

煤的工业分析数据

项目

Mar

Aar

Var

FCar

Qnet,ar

数值

4.49%

28.56%

20.12%

46.83%

20930kj/kg

原料的水分（%）

原料名称

石灰石

粘土

铁粉

水分

0．8

1．5

解：

1、将原料、煤灰的分析数据总和处理成100%，将100-∑的差值作为“其他”项列出，为计算方便，将MgO+其他列为一项。

如下表

名称

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO+其他

烧失量

∑

石灰石

粘土

铁粉

煤灰

2.42

70.25

34.42

53.52

0.31

14.72

11.53

35.34

0.19

5.48

48.27

4.46

53.13

1.41

3.53

4.79

1.29

2.87

2.35

1.89

42.66

5.27

—

100.00

2、煤灰掺入量的计算：

3、根据率值计算熟料化学成分：

设∑=97.5%，则：

4、递减试凑求配合比

递减试凑法配料计算表

计算步骤

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO+其他

计算过程说明

要求熟料成分

-4.57kg煤灰成分

21.74

2.45

5.85

1.62

4.50

0.20

65.41

0.23

2.50

0.09

煤灰带入的SiO2=4.57×53.52%=2.45（kg）

差

-122kg石灰石

19.29

2.95

4.23

0.38

4.30

0.23

65.18

64.82

2.41

1.57

干石灰石=

差

-23kg粘土

16.34

16.16

3.85

3.39

4.07

1.26

0.36

0.32

0.84

0.66

差

-5.8kg铁粉

0.18

2.00

0.46

0.67

2.81

2.80

0.04

0.20

0.18

0.13

差

+2.6kg粘土

-1.82

1.83

-0.21

0.38

0.01

0.14

-0.16

0.04

0.05

0.07

干粘土配多了，应取出一部分

和

-0.3kg铁粉

0.01

0.10

0.17

0.03

0.15

0.14

-0.12

0.01

0.12

0.01

差

+0.2kg石灰石

-0.09

0.14

0.01

-0.13

0.11

石灰石多了，取出一部分

余

-0.09

0.14

0.01

-0.02

0.11

偏差不大，不再递减

由上表看出，熟料中尚缺少0.14%的Al2O3,即Al2O3,略微偏低。

但若再加粘土，则SiO2过高，所以不再递减试凑。

（MgO+其他）一项余数也不大，说明∑值假定尚合适。

据上表可求得煅烧100kg熟料所需各种原料用量为：

干石灰石=122–0.2=121.8kg

干粘土=23-2.6=20.4kg

干铁粉=5.8+0.3=6.1kg

各原料的配合比为：

5、校验熟料化学成分与率值

根据所求得配合比，先计算生料成分，再换算熟料成分，如下表所示，

生料、熟料化学成分

名称

配合比（%）

烧失量（%）

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

石灰石

粘土

铁粉

82.13

13.76

4.11

35.04

—

1.99

9.67

1.41

0.25

2.03

0.47

0.16

0.76

1.98

43.64

0.19

0.14

生料

100

35.77

13.07

2.75

2.90

43.97

灼烧生料

100

—

20.35

4.28

4.52

68.46

灼烧生料

煤灰

100-4.57

4.57

—

19.42

2.45

4.08

1.62

4.31

0.20

65.33

0.22

熟料

100

—

21.87

5.70

4.51

65.55

比较验算得出的KH、n、p与题意给定率值的目标值可知，熟料三率值均在要求的范围内，即认为配料计算的结果符合要求。

6、将干料配合比折算成湿料配合比

湿基物料配比及计算过程

名称

湿基用量（份）

湿基配比（%）

石灰石

粘土

铁粉

合计

101．04

100

各湿原料的配合比为：

石灰石：

81.94%

粘土：

13.83%

铁粉：

4.24%

3.2计算机配料计算：

使用excel进行配料计算（以例示之）：

例：

已知原燃料有关数据分析，用三种原料配料，熟料热耗为 4762KJ/KG熟料。

要求熟料率值KH=0.89,SM=2.0,IM=1.2,试计算原料配合比。

原料与煤灰的化学成分（%

要使用excel工作表进行配料，首先要在excel工作表中建立如下图关系。

在C1、E1、G1单元格中分别输入煤的热值、熟料热耗和煤的灰分，在B4：

G7单元格中分别输入石灰石、粘土、铁粉、煤灰的化学成分。

单元格中的公式按公式说明输入。

输入完毕使用工具菜单下的“规划求解”命令求解（如果没有该命令，可先点工具下的加载宏命令，勾选其中的“规划求解”对其进行安装）并按下面的要求进行设置：

全部设置完毕，按对话框中的“求解”即可得到如下结果：

点击确定可有：

从图中的I11、I12、I13我们可以看到各原料的配比分别为：

石灰石83.20%,粘土13.84%,铁粉2.96%。

从图中的C20、D20、E20可知各率值分别为：

KH=0.89,SM=2.07,IM=1.13,完全符合设计要求。

如果目标值与计算值之间有0.01的误差，也是允许的，但超过了误差范围，就的重新好好计算了。

工作表中的关系一旦建立，可将其保存，以后再用只需更改其中部分数据即可。

四、配料工艺

4.1 配料工艺及配料方式：

1、配料工艺：

根据配料计算结果，将各种原料经过计量按要求的配合比配合的过程。

2、配料方式：

磨头仓配料：

原料在磨头设置的配料小仓备料，经配料小仓的仓底计量设备称量配合后直接喂入磨机内粉磨的工艺。

常见的工艺流程如下图所示：

库底配料：

原料直接在各圆库底部卸出并经计量后向同一输送设备按比例配合供料，配合料再直接入磨或经转运后再入磨。

目前多数新型干法水泥企业采用配料站配料。

设置了原料预均化堆场，及辅助原料堆场，在堆场和生料磨间建一排配料库，其规格比一般原料库小，比磨头仓大，各种原料分别进库，在库底卸出并经计量后由同一输送设备送入磨内。

4.2配料过程中的计量

计量：

对连续料流的称量，以确定某一量值为目的的一组操作。

计量、给料设备：

多数计量设备具有计量与给料（喂料）的功能，少数计量设备只有计量功能，需配合给料（喂料）设备。

常用的计量、给料设备：

老式设备

圆盘给料机

电磁振动给料机

皮带给料机

简易电子称给料机

新式设备

恒速定量给料秤（悬臂式电子皮带称）

调速定量给料电子皮带称

失重称

核子称（需匹配给料机与输送设备）

4.3影响配料准确性的因素

1、工艺设备不能满足要求

2、物料成分、水分、粒度波动过大

3、数据反馈与调整不及时、

4.4配料的调整

大调整：

当原、燃料成分变化时，应重新进行系统配料。

小调整：

日常生产中，一旦配料计算之后，小范围内的成分波动进行小调整。

具体方法有：

1、采用成分配料控制系统自动调整原料配比：

系统框图如下：

特点：

配制在线钙铁分析仪自动连续取样，检测周期短；

系统实时性好，精度高，监控生料质量好，是目前最有效的方法之一。

2、利用率值配料控制系统自动调整：

系统框图如上，只是计算机内设定目标变成生料的率值。

特点：

配置有多元素分析仪，如X荧光光谱仪、X荧光能谱仪、同位素多元素分析仪等。

能快速、准确测定出四种氧化物。

根据熟料率值推出生料率值作为控制指标。

3、利用质量配料控制系统调整

特点：

不配置分析仪器，靠人工设定的各种原料给料量和他们之间的比例，自动控制计量、给料设备保持这一喂料量和比例不变。

多数立窑厂采用。

4、固定某些组分流量、调整个别原料流量

特点：

只检测生料中CaO Fe2O3的含量，间接控制生料的三率值。

据检测结果调整原料配比，但原料种类较多，固定其中一些成分，单独调整某些成分。

具体方法很多，视实际情况定。

五、生料粉磨

粉磨：

将小块状（粒状）物料破碎成细粉（100μm以下）的过程。

生料粉磨：

将原料配合后粉磨成生料的工艺。

5.1生料粉磨流程（粉磨系统）及应用

1、分类：

按生产方法不同分为湿法和干法两类。

按是否有选粉设备分为开路和闭路两类。

重点介绍干法生料粉磨系统

干法生料粉磨系统分类：

按是否有烘干功能分为：

普通干法粉磨；可以是开路或闭路。

烘干兼粉磨系统：

属闭路系统。

按磨机类型分为：

钢球磨；

立式磨；

挤压粉磨技术。

2、几种粉磨流程：

闭路粉磨系统

（1）、开路粉磨系统：

（2）、闭路粉磨系统：

喂料

（3）、风扫磨系统：

（4）、尾卸提升循环磨系统：

（5）、中卸提升循环磨系统：

（6）、选粉烘干系统：

（7）、带有立式烘干塔的粉磨系统：

（8）、预破碎烘干系统：

（9）、立式磨系统：

（10）、挤压粉磨系统：

A、混合粉磨系统：

B、预粉磨系统：

C、终粉磨系统

5.2生料粉磨发展的特点

1、利用废气进行磨内物料的烘干；

2、粉磨设备日趋大型化；

3、新型磨机、高效选粉机等及其由它们组合成的各种新型闭路粉磨系统，使粉磨效率提高，粉磨功的有效利用率提高，水泥生产综合能耗下降；

4、磨机系统操作自动化；

5、各种新型优质研磨体、锁风装置、密封材料、大型专用驱动装置等的广泛应用，为主机安全、高效运转提供了保证。

5.3生料粉磨细度及颗粒级配要求

控制生料粉磨细度的意义：

生料细度影响熟料的煅烧速度，也影响熟料的质量。

生料越细，熟料的形成越快，产量提高，且游离氧化钙下降。

但过细后，对煅烧的影响不大，反而会使生料磨的产量下降，电耗明显升高。

因此，细度须控制适当。

控制生料颗粒分布的意义：

生料细度不均匀，反应不一致，尤其是粗颗粒，反应很慢，对熟料质量的影响很大，粗颗粒越多，同样煅烧条件下，熟料中游离氧化钙含量越高。

因此要限制生料中粗颗粒的含量。

合理的粉磨细度包括两个含义：

1、使生料的平均细度控制在一定范围内：

通常用0.08mm方孔筛筛余控制，一般8%~12%；

2、尽量避免粗颗粒：

通常用0.2mm方孔筛筛余控制，一般小于1.0%~1.5%，当生料中含有石英、方解石时，或KH、n偏高时，控制小于0.5%~1.0%。

六、生料的均化

概念：

粉磨后的生料通过合理搭配或气力搅拌等方式，使其成分趋于均匀一致的过程。

意义：

生料均化是生料均化链中的最后一环，担负着均化任务的40%。

生料的均化包括生料浆的均化和生料粉的均化。

主要介绍生料粉的均化：

6.1 均化方式：

机械均化：

包括机械均化库、多库搭配、机械倒库等

气力均化：

间歇式均化、连续式均化。

（一）、间歇式均化系统

1、组成：

生料搅拌库（一般设两个以上）、储存库（一般设一个，但容积较大）。

2、特点：

均化效果（H）高，但耗电量大，多库间歇作业。

3、均化原理：

压缩空气经库底充气装置的透气层进入库内的料层，使库内料粉松动并呈流态化。

库底充气装置各区按一定规律改变进气压力或进气量，会使已呈流态化的粉料也按同样的规律产生上下翻滚和激烈搅拌，从而使全库生料得到充分混合，最终达到成分均匀一致的目的。

4、充气装置（充气箱）：

（1）形式：

扇形、环形、条形等，如图：

（2）充气装置示意图：

其透气层材质：

陶瓷多孔板、水泥多孔板、涤纶或尼龙等化纤织物。

（3）充气方式：

①、强气充气法：

先在全区域同时低压充气10~15min，使库内生料膨胀，然后在充气区通入足够的压缩空气，其余区不充气，每隔10~15min轮换一次，如此重复，直至库内生料均匀性符合要求。

②、强弱充气法：

先在全区域同时充入强气约15min左右使物料流态化，然后改为一区充强气（约占总空气量的75%），其余区充弱气（约占25%），每隔10~20min依次轮换，循环一周或两周。

5、均化工艺控制及应注意的问题

①、确保足够的充其量、充气压力

②、努力提高出磨生料的合格率

③、做好搅拌前入库生料的调配工作

④、入搅拌库生料水分在1.0%以下

⑤、搅拌库中生料料高不宜超过库直筒高度的75%

⑥、充气搅拌时间不宜过长。

（二）、连续式生料均化系统

1、均化原理：

采用空气搅拌及重力作用下产生的“漏斗效应”（或称鼠穴效应），使生料粉向下落降时切割尽量多层料面予以混合。

同时，在不同流化空气的作用下，使沿库内平行料面发生大小不同的流化膨胀作用，有的区域卸料，有的区域流化，从而使库内料面产生径向混合均化。

简单讲即：

空气搅拌、重力均化、径向混合均化。

三种均化作用匹配完成整体均化。

2、类型：

（1）、混合室或均化室均化库：

A结构：

如图

B特点：

a兼备储存与均化功能。

均化原料系采用库内“平铺直取”与混合室或均化室内空气搅拌相结合。

b库顶中心设有生料分配器

c库底部设置的混合室或均化室，其环形区呈圆锥形斜面，向库中心倾斜。

环形区内分几个小区布置充气装置，并由空气分配阀轮流充气，使生料膨松活化，向中央的混合室或均化室流动。

产生重力均化和径向混合均化，进入混合室或均化室的生料由空气进行搅拌均化。

d混合室库及均化室库的区别主要在于库下部设置的空气搅拌室的形状与容积大小。

混合室为尖顶，容积较小，均化室为圆柱形，容积较大。

均化室库均化效果好于混合室库，但电耗较高。

e库内结复杂，充气装置及空气搅拌室维修困难，生料卸空率低，电耗较大。

（2）、多料流式均化库目前使用最广泛

A 原理：

侧重于库内的重力混合作用，基本不用或减小气力均化作用以简化设备和节省电力。

多数库底增设一个小型搅拌仓。

动力消耗小。

B 类型：

IBAU型中心室均化库：

库底中心设置一个大型圆锥

库壁与圆锥之间形成环形区，分成6~8个充气区，由6~8个流量控制阀门控制卸料量，生料经斜槽进入库底中心的搅拌仓内。

生料入库装置类似混合室均化库，由分料器和辐射形空气斜槽将生料基本平行地铺入库内。

生料在库内既有重力混合又有径向混合，中心室有少量空气搅拌。

均化效果较好，电力消耗较小，库内物料卸空率较高。

CF型控制流式均化库

CF库生料入库方式为单点进料

库底分为7个卸料区域，每区由6个三角形充气区组成，因而共有6×7=42个三角形充气区。

每个三角形充气区的充气箱都是独立的。

每个卸料区中心有个出料孔，上边由减压锥覆盖。

卸料孔下部与卸料阀及空气斜槽相联，将生料送到库底中央的小混合室中。

库下小混合室由负荷传感器支撑，以此控制料位及卸料的开停。

库底的42个三角形充气箱充气卸料由设定的计算机软件控制，使库内卸料形成的42个漏斗流，按不同流量卸料，以便使物料产生重力纵向均化的同时，产生径向混合均化。

一般保持3个卸料区同时卸料，进入库下小型混合室后有搅拌混合作用。

库内结构较复杂，充气管路多，自动化水平高，维修较困难。

MF型多料流式均化库

库顶设有生料分配器及输送斜槽，库底为锥形，略向中心倾斜，库底设有一个容积较小的中心室，其上部与库底的连接处四周开有许多入料孔。

中心室与均化库壁之间的库底分为10~16个充气区。

每区装设2~3条装有充气箱的卸料通道。

通道上沿径向铺有若干块盖板，形成4~5个卸料孔。

卸料时，充气装置向两个相对区轮流充气，以使上方出现多个漏斗凹陷，漏斗沿直径排成一列，随着充气变换使漏斗物料旋转，从而使物料在库内产生重力混合，径向混合。

库下中心室连续充气，再进行搅拌均化。

改进型MF库：

库底设置一个大型圆锥，每个卸料口上部设置减压锥。

即可使土建结构更加合理，又可减轻卸料口的料压，改善物料流动情况。

TP型多料流式均化库

库内底部设置大型圆锥结构，将混合搅拌室移到库外，减少库内充气面积。

圆壁与圆锥体周围的环形空间分为6个卸料大区，12个充气小区，每个充气小区向卸料口倾斜，斜面上装充气箱，各区轮流充气。

并在卸料区上部设置减压锥。

由库中心的两个对称卸料口卸料。

出库生料可经手动、气动、电动流量控制阀将生料输送到计量小仓，小仓集混料、称量、喂料于一体。

这个带称重传感器的小仓，由内外筒组成。

内筒壁开有孔洞，进入计量仓外筒的生料与内筒生料会产生交换，并在内仓经搅拌后卸出。

库顶设有溢流式生料分配器。

NC型多料流式均化库

库顶多点下料，平铺生料。

库内设有锥形中心室，库底分18个区，中心室内为1~10区，中心室与库壁的环形区为11~18区。

生料从外环形区进入中心室，再从中心室卸入库下称重小仓。

向中心室进料时，外环区充气箱仅对11~18区中的一个区充气。

物料进入中心仓后，在减压锥的减压作用下，中心区1~8区也轮流充气，并同外环区充气相对应，使进入中心区生料能迅速膨胀、活化及混合均化。

9~10区一直充气，进行活化卸料。

卸料主要通过一根溢流管进行，保证物料不会在中心仓短路。

库内中心仓未设料位计，而是通过充气管道上的压力测量反映中心仓内料位状况。

（三）、影响均化效果的常见因素

1. 充气装置发生漏泄、堵塞、配气不匀等；

2. 生料物性与设计不符，如含水量、颗粒大小发生变化等；

3. 压缩空气压力不足或含水量大等；

4. 机电故障；

5. 无法控制的其它因素，如库内贮量、出入库物料流量、进库物料成分波动周期等。

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