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生料制备技术
4生料制备技术
本章学习要点：
本章重点介绍生料制备的工艺过程及方法，生料、配料等基本概念，配料计算的意义、依据、原则及计算方法和步骤，配料方案的选择，并重点介绍尝试误差法配料的过程；各种生料粉磨系统的特点及应用，生料粉磨系统的发展特点及发展趋势，生产中生料的粉磨细度及颗粒分布要求；辊式磨的发展历史，不同辊式磨系统的特点及在生料粉磨系统中的应用，辊式磨系统与管磨系统的比较，重点是辊式磨的操作控制要点及异常情况分析；生料制备系统常用的控制方法、控制项目、控制回路和控制原理等。
根据水泥品种、原料的物理化学性质与具体生产条件确定所用原料的配合比，以得到煅烧水泥熟料所要求的适当成分的生料，称为生料的配料。
4.1配料方案的设计
配料方案的设计，要考虑原料、燃料的质量、水泥品种及具体的生产工艺流程，保证优质、高产、低消耗地生产水泥熟料。
合理的配料方案既是工厂设计的依据，又是正常生产的保证。
4.4.1.1确定配料方案的依据
A原料的质量
原料的质量对熟料组成的选择有较大的影响。
如石灰石品位低，而粘土氧化硅含量不高，就无法提高KH和n值。
如石灰石中含燧石多，粘土中含砂多，生料易烧性差，熟料难烧，要适当降低KH以适应原料的实际情况。
生料易烧性好，可以选择高KH、高n的配料方案。
B燃料质量
煅烧熟料所需的煅烧温度和保温时间，取决于燃料的质量。
煤燃烧后的灰分几乎全部掺入熟料中，直接影响熟料的成分和性质，因此，煤质好、灰分小，可适当提高熟料的KH值。
如煤质差，灰分高，相应降低熟料的KH值。
当煤质变化较大时，应考虑进行煤的预均化。
C生料情况
生料细度、化学成分、均匀性对熟料的煅烧和质量有很大影响。
如生料细度粗，均匀性差，不利于固相反应的进行，KH值不宜过高。
如生料细度细，原料预均化较好的水泥企业，可适当提高KH。
D水泥品种
水泥品种不同对熟料矿物组成的要求也不相同。
如生产低热水泥时，应适当降低熟料中发热量较高的C3A和C3S的含量，相应提高C2S和C4AF的含量。
生产快硬硅酸盐水泥时，需适当提高早期强度较高的C3A和C3S的含量。
E生产工艺
物料在不同类型窑内的受热情况和煅烧过程不完全相同，率值的选择应有所不同。
窑外分解窑，由于物料预热好，热工制度稳定，一般考虑中KH、高n、高p的配料方案。
一般回转窑，由于物料不断翻滚，受热均匀和煤灰掺入均匀，配料可选用较高的KH。
立窑由于通风、煅烧很不均匀，因此KH、n应适当降低。
F矿花剂
矿化剂的作用是促进熟料的煅烧。
因此在同一条件下，掺矿化剂时，KH可取高些。
不掺矿化剂时，KH可取低些。
4.4.1.2熟料率值的选择
熟料的三个率值（KH、n、p），是相互影响、相互制约的，不能片面强调某一率值而忽视其他率值。
原则上三个率值不能同时偏高或偏低。
AKH值的选择
生产工艺先进，入窑生料均匀稳定，看火操作水平高，燃料稳定或使用了矿化剂，KH值可选择高些，反之，KH值应适当降低。
适当提高KH值，熟料中C3S含量也可适当增加。
但KH值过高，往往使f-CaO偏高，造成安定性不良，熟料质量反而下降。
最佳的KH值可根据生产经验综合考虑熟料的煅烧难易程度和熟料质量等确定。
B选择与KH值相适应的n值
为使熟料有较高的强度，选择n值时，既要保持有一定数量的硅酸盐矿物，又必须与KH值相适应。
一般应避免以下几种情况：
aKH值高，n值偏高。
熟料中硅酸盐矿物含量高，熔剂矿物含量必然少，生料易烧性差，一造成熟料中f-CaO偏高，熟料质量差。
bKH值低，n值也偏高。
熟料中C3S含量低，C2S含量高，熟料强度不高，易造成熟料的“粉化”。
cKH值低，n也偏低。
熟料中硅酸盐矿物含量少，熔剂矿物含量高，熟料强度低。
烧成时由于液相量太多，易产生结皮、结大块，物料不易烧透，f-CaO还是高。
CP值的选择
在选择P值时，也要与KH值相适应。
一般情况下，当提高KH值时，要相应地降低p值，即提高C4AF的含量，有利于C3S的形成。
a高铝配料方案：
熟料中C3A含量高，熟料早期强度高。
C3A含量高，会使液相粘度增加，不利于C3S的形成。
但液相粘度的增加，可使立窑底火结实稳定，不易破裂，不易产生风洞、呲火等现象，有利于底火稳定。
对于煤的热值较高，风机的风压较大，操作水平较高的机立窑厂，可采用高铝配料方案。
b高铁配料方案：
熟料中C4AF含量较高，可降低液相出现的温度和液相粘度，有利于C3S的形成，提高熟料强度。
但烧成范围窄，易结大块。
对立窑而言，底火较脆弱。
对于媒质较差，KH值又较高时，宜采用高铁配料方案。
D矿化剂
配料时是否采用矿化剂，对率值的选择影响很大。
使用矿化剂，KH值可略取高些。
目前，水泥厂使用较多的是萤石—石膏复合矿化剂。
各厂应根据原燃材料的特点，确定适宜的氟硫比。
一般认为，CaF2/SO3比应控制在0.4-0.6较合适。
4.4.2配料计算
配料方案确定后，即可进行配料计算。
配料计算的方法有多种，有尝试拼凑法，递减试凑法，代数法，图解法，最小二乘法，矿物组成法等等。
用得比较多的是尝试拼凑法和递减试凑法。
随着科学技术的发展，计算机的应用逐渐普及，用计算机配料就显得简单而准确了。
4.4.2.1配料计算公式
A熟料煤耗的计算：
P=
式中：
P——熟料煤耗，kg煤/kg熟料；
Q——熟料热耗，kJ/kg熟料；
Qnet,ar——煤的收到基低位发热量，kJ/kg煤。
B熟料中煤灰掺入量的计算：
=
式中：
q—熟料中煤灰掺入量，kg煤灰/100kg熟料；
Q—熟料热耗，kJ/kg熟料；
Qnet,a—煤的收到基低位发热量，kJ/kg煤；
Aar—煤的收到基灰分含量，%；
B—煤灰分沉降率，%；
P—熟料煤耗，kg煤/kg熟料。
说明：
水泥厂煤的分析资料为分析基数据，但计算过程需要的是收到基数据，故应将分析基Aad、Qnet,ad分别换算成收到基Aar、Qnet,ar数据，其换算公式是：
，
。
配料计算时若无Mar（收到基水分）数据，也可用Aad、Qnet,ad计算熟料中煤灰掺入量。
计算结果与利用Aar、Qnet,ar,计算结果相比有一定的误差，但误差在配料计算的误差范围之内。
煤灰分沉落率B因窑型而异，如表4.13所示。
表4.13不同窑型的煤灰分沉落率（%）
窑型
无电
收尘器
有电
收尘器
窑型
无电
收尘器
有电
收尘器
湿法长窑（L/D=30--50）有链条
湿法短窑（L/D＜30）有链条
湿法短窑带料浆蒸发机
干法短窑带立筒、旋风预热器
100
80
70
90
100
100
100
100
外分解窑
立波尔窑
立窑
90
80
100
100
100
100
C理论料耗
白生料煅烧工艺：
全黑生料煅烧工艺：
立窑半黑生料煅烧工艺：
式中：
q半黑——外加煤掺入熟料中的煤灰百分含量%；
。
D实际料耗
E生料掺煤量的计算
式中：
p1—生料中掺煤量，kg煤/100kg白生料；
p--熟料煤耗，kg煤/kg熟料；
S—理论料耗，kg生料/kg熟料。
F物料平衡与基准的换算
不考虑生产损失：
干石灰石+干粘土+干铁粉+其他干基物料=干白生料
灼烧生料+掺入生料中的煤灰=熟料
式中：
L—物料烧失量；
M—物料水分。
4.4.3配料计算方法
前已叙及，配料计算有多种方法。
现介绍应用较多的尝试拼凑法和递减试凑法。
4.4.3.1尝试拼凑法
该方法是先假定原料配比，计算熟料矿物组成及率值，若计算结果不符合要求，则尝试调整原料配比，再进行计算，直至计算结果符合要求为止。
A计算步骤：
a列出各原料、燃料的化学成分及煤的工业分析结果；
b确定熟料矿物组成或率值；
c计算煤灰掺入量；
d假设干基原料配比，计算生料、灼烧生料、熟料化学成分；
e验算熟料率值并与确定值进行比较；
f如率值不符合要求，重复调整配比计算，直至率值符合要求为止；
g将干燥原料配比换算为湿原料配比。
B白生料配料计算实例
例题一：
某厂原燃料的有关分析数据如表4.14、4.15。
率值要求为KH=0.90±0.01，n=2.0±0.1，p=1.3±0.1；熟料的热耗为4185kJ/kg熟料。
煤灰分沉落率为100%，计算白生料的配比。
表4.14原料与煤灰的化学成分
原料名称
烧矢量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
石灰石
42.8
1.82
0.65
0.32
53.25
1.20
0.48
100
粘土
5.34
69.01
13.92
5.69
1.41
1.94
2.69
100
铁粉
2.79
29.05
11.55
46.31
6.42
0.47
3.41
100
煤灰
—
55.96
30.66
5.62
4.27
0.98
2.51
100
表4.15煤的工业分析成分
Mad
Aad
Vad
FCad
Qnec,ad
1.19%
24.12%
10.5%
64.19%
23760kJ/kg煤
表4.16入磨物料的水分（%）
名称
石灰石
粘土
铁粉
煤
水分（M）
1.00
2.50
4.00
4.50
1、计算煤灰掺入量q
2、假设原料配合比，计算生料、灼烧生料、熟料化学成分
设原料配合比为：
石灰石粘土铁粉
81.4%14.9%3.7%
计算结果列于表5.17
表5.17化学成分
原料名称
配比
烧矢量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
石灰石
81.4
34.42
1.48
0.53
0.26
43.35
0.98
0.39
81.4
粘土
14.9
0.80
10.28
2.07
0.85
0.21
0.29
0.40
14.9
铁粉
3.7
0.10
1.07
0.43
1.71
0.24
0.02
0.13
3.7
白生料
100
35.32
12.83
3.03
2.82
43.80
1.29
0.92
100.0
灼烧生料
（1）
100
—
19.84
4.68
4.36
67.72
1.99
1.42
100.0
灼烧生料
95.75
（2）
—
19.00
4.48
4.17
64.84
1.91
1.36
95.75
煤灰
4.25
—
2.38
1.30
0.24
0.18
0.04
0.11
4.25
熟料（3）
100
—
21.38
5.78
4.41
65.02
1.95
1.47
100.0
（2）灼烧生料配比=熟料量－掺入熟料中的煤灰量
=100－4.25=95.75%
（3）熟料成分=灼烧基配比×灼烧基生料中各氧化物百分含量＋煤灰成分中 各氧化物百分含量×煤灰掺入量
例：
熟料中SiO2=19.00+2.38=21.38%
3、计算熟料率值
计算所得的三个率值在要求三个率值的范围内，配料计算成功。
各干原料的配合比是：
（如计算出的三个率值与设计值不符合，需调整原料配比，再进行计算，直至符合要求为止。
）
石灰石：
81.4%；粘土：
14.9%；铁粉：
3.7%。
4、计算湿物料配比
将质量比换算成百分比：
B全黑生料配料计算实例
以上例题一数据为例，说明全黑生料配料计算方法。
全黑生料配料计算，一般先计算出白生料的配比，再通过下面的计算求出全黑生料的配比。
1、计算白生料理论料耗S
2、熟料煤耗p
3、全黑生料中含煤量
将含煤量换算为干基含煤量为：
干基全黑生料中石灰石、粘土、铁粉的总量为：
100－10.53=89.47（kg/kg全黑生料）
其中，干石灰石量为：
81.4%×89.47=72.83（kg/100kg全黑生料）
干粘土量为：
14.9%×89.47=13.33（kg/100kg全黑生料）
干铁粉量为：
3.7%×89.47=3.31（kg/100kg全黑生料）
根据原燃料入磨时的水分，可求得湿物料的配比：
将质量比换算成百分比：
石灰石粘土铁粉煤
72.33%13.44%3.39%10.84%
4、计算全黑生料成分：
全黑生料中的煤量是10.66kg/100kg全黑生料，白生料量是89.34kg/100kg全黑生料。
煤带入全黑生料的烧失量为（%）：
（1-Aad%）×10.66=（1-24.12%）×10.66
=8.09
计算出全黑生料成分如表4.18。
表4.18全黑生料成分（%）
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
白生料成分×89.34%
31.55
11.46
2.71
2.52
39.13
1.15
0.82
89.34
煤10.66%（煤灰2.57%）
（1）
8.09
1.44
0.79
0.14
0.11
0.03
0.06
10.66
全黑生料成分
39.64
12.90
3.50
2.66
39.24
1.18
0.88
100.0
注：
（1）10.66%煤带入的煤灰为：
10.66×Aad%=10.66×24.12%=2.57%。
煤带入全黑生料中的其他各成分为：
2.57%×灰分成分。
如：
SiO2=2.57%×55.96=1.44%。
D、半黑生料配料计算实
以例题一数据为例，说明半黑生料配料计算方法。
半黑生料配料计算，一般先计算出白生料的配比，再通过下面的计算求出半黑生料的配比。
1、计算半黑生料入磨煤量
确定生料磨中加煤比例为40%，则入磨煤量为：
17.61×40%=7.04（kg/100kg熟料）
2、半黑生料中含煤量
将含煤量换算为干基含煤量为：
干基半黑生料中石灰石、粘土、铁粉的总量为：
100－4.50=95.50（kg/kg半黑生料）
其中，干石灰石量为：
81.4%×95.50=77.74（kg/100kg半黑生料）
干粘土量为：
14.9%×95.50=14.23（kg/100kg半黑生料）
干铁粉量为：
3.7%×95.50=3.53（kg/100kg半黑生料）
根据原燃料入磨时的水分，可求得湿物料的配比：
将质量比换算成百分比：
石灰石粘土铁粉煤
77.36%14.37%3.63%4.64%
3、计算半黑生料成分：
半黑生料中的煤量是4.55kg/100kg半黑生料。
煤带入半黑生料的烧失量为：
（1-Aad%）×4.55=（1-24.12%）×4.55
=3.45%
计算出半黑生料成分如表4.19。
表4.19半黑生料的成分（％）
名称
烧失量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其它
总和
白生料成分×95.45%
33.71
12.25
2.89
2.69
41.81
1.23
0.88
95.46
煤4.55%（煤灰1.10%）
（1）
3.45
0.61
0.34
0.06
0.05
0.01
0.03
4.55
半黑生料成分
37.16
12.86
3.23
2.75
41.86
1.24
0.91
100.0
注：
（1）7.04%煤带入的煤灰为：
4.55×Aad%=4.55×24.12%=1.10%。
则煤带入半黑生料中的其他各成分为：
1.10%×灰分成分。
如：
SiO2=1.10%×55.96=0.61%。
4、计算入窑煤（外加煤）的比例
已知煤耗为17.61kg/100kg熟料，入磨煤为7.04kg/100kg熟料，则外加煤量为：
17.61-7.07=10.57（kg/100kg熟料）
已知煤的水分：
Mad=1.19%，Mar=4.50%
将外加煤量换算成收到基煤量：
每生产100kg熟料所需干的半黑生料量：
147.6+4.50=152.15kg。
设出磨水分为1.30%，则每生产100kg熟料需生料量为：
半黑生料与外加煤的百分比为：
半黑生料：
%
外加煤：
%
4.4.3.2递减试凑法
递减试凑法是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。
计算时以100kg熟料为计算基准，直接利用原料各氧化物百分含量的原始分析结果，逐步接近要求配比来进行计算的。
A计算步骤
a列出各原料、燃料的化学成分及煤的工业分析结果；
b确定熟料矿物组成或率值；
c计算煤灰掺入量；
d根据熟料率值计算要求的熟料化学成分；
e递减试凑求各原料配比；
f验算熟料率值并与确定值进行比较；
g计算原料配比。
B配料计算实例
用本方法进行配料计算时，如分析结果总和超过100%，则应按比率缩减使总和等于100%，即各成分除以总和：
若分析结果总和小于100%，这是由于某些成分没有被分析出来，应把小于100%的差数注明为“其他”项。
例题二：
某厂原燃料的有关分析数据如表4.20、4.21。
率值要求为KH=0.89±0.01，n=2.1±0.1，p=1.3±0.1；熟料的热耗为3350kJ/kg熟料。
煤灰分沉落率为100%，计算白生料的配比。
表4.20原料与煤灰的化学成分
原料名称
烧矢量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
石灰石
42.66
2.42
0.31
0.19
53.13
0.57
0.72
100
粘土
5.27
70.25
14.27
5.48
1.41
0.92
1.95
100
铁粉
—
34.42
11.53
48.27
3.53
0.09
2.26
100
煤灰
—
53.52
35.34
4.46
4.79
1.19
0.70
100
表4.21煤的工业分析成分
Mar
Aar
Var
FCar
Qnec,ar
4.49%
28.56%
20.12%
46.83%
20930kJ/kg煤
1、计算煤灰掺入量
2、根据已知率值，计算要求熟料的化学成分
设总和Σ=97.5%,（Σ=CaO+SiO2+Al2O3+Fe2O3）则：
Al2O3＝p·Fe2O3×100%=1.3×4.50×100%＝5.85%
SiO2＝n（Al2O3＋Fe2O3）×100%
＝2.1×（4.50+5.85）×100%=21.74%
CaO＝Σ－（SiO2+Al2O3+Fe2O3）×100%
＝97.5－（21.74＋5.85＋4.50）×100%＝65.41%
3、进行递减试凑
以100kg熟料与基准进行递减试凑。
列表递减试凑如下，用要求熟料成分减去煤灰带入的各种成分后，便是由石灰石、粘土、铁粉等原料提供的成分；再减去石灰石、粘土、铁粉等原料带入的各种成分后，余数应趋近于零。
递减试凑法配料计算表见4.22。
表4.22递减试凑法配料计算表
计算步骤
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO+其他
说明
要求熟料成分
－4.57kg煤灰
21.74
2.45
5.85
1.62
4.50
0.20
65.41
0.23
2.50
0.09
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
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
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
0.14
0
0.01
0
－0.13
0.11
0.11
0
余
－0.09
0.14
0.01
－0.02
0.11
偏差不大，不再递减
注：
（1）
其它原料的递减量以此类推。
由计算结果可看出，熟料中尚缺少0.14%的Al2O3，即Al2O3略为偏低。
但再加粘土，则SiO2过高，所以不再递减试凑；（MgO+其他）项余数也不大，说明总和假定合适。
如果计算结果（MgO+其他）项余数大，则说明总和假设不合适，需重新假设总和，重新计算。
由计算结果可知，煅烧100kg熟料所需各种原料的用量为
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
各原料配合比为：
4、验算熟料化学成分与率值
计算方法同例题一。
验算如下：
表4.23生料、熟料化学成分
原料名称
配比
烧矢量
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
其他
总和
石灰石
82.13
35.04
1.99
0.25
0.16
43.64
0.47
0.59
82.13
粘土
13.76
0.73
9.67
2.03
0.76
0.19
0.13
0.27
13.76
铁粉
4.11
—
1.44
0.47
1.98
0.14
0.004
0.09
4.11
生料
100
35.77
13.07
2.75
2.90
43.97
0.60
0.95
100.0
灼烧生料
100
—
20.35
4.28
4.52
68.46
0.93
1.48
100.0
灼烧生料
95.43
—
19.42
4.08
4.31
65.33
0.89
1.41
95.43
煤灰
4.57
—
2.45
1.62
0.20
0.22
0.05
0.03
4.57
熟料
100
—
21.87
5.70
4.51
65.55
0.94
1.44
100.0
从计算结果知道，三个率值KH、n、p均在要求的范围
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