程益中

（宜興市鑫祥建設(shè)材料研究有限公司，江蘇宜興 214200）

筆者親歷了立窯到新型干法窯的過渡，深感生料過程質(zhì)量控制手段的選擇對新型干法生產(chǎn)線合理投資與生產(chǎn)至關(guān)重要?，F(xiàn)陳述體會如下，歡迎批評指正。

1 生料質(zhì)量控制的手段

我國現(xiàn)有生料過程質(zhì)量控制手段有下面幾種：

（1）以碳酸鈣滴定值控制CaO；

（2）以鈣量儀控制CaO；

（3）以鈣鐵儀控制CaO、Fe2O3；，

（4）以四元素分析儀控制CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3；

（5）以多通道X射線熒光分析儀有選擇性地控制更多的氧化物。

控制手段的選擇往往具有明顯的企業(yè)特征。外資企業(yè)、國內(nèi)大型水泥集團新線選擇第五種；原來的立窯企業(yè)升級上新型干法生產(chǎn)線，一部分企業(yè)選擇第五種，另一部分選擇第四種；產(chǎn)能大的立窯企業(yè)，一部分選擇第四種，另一部分選擇了第三種；生產(chǎn)能力小的立窯企業(yè)及建廠年代很遠(yuǎn)的生產(chǎn)線則選擇第一種。鈣量儀使用的廠家很少。發(fā)達(dá)國家的新型干法生產(chǎn)線一般都選用第五種。國內(nèi)控制手段多樣性與國外發(fā)達(dá)國家的單一性對比分明。

2 工藝學(xué)原理

鑒于國內(nèi)控制手段的多樣性及其背后的控制思想體現(xiàn)出來的工藝學(xué)原理的模糊性，有必要簡述一下生料質(zhì)量控制的工藝學(xué)原理。

眾所周知，控制生料質(zhì)量是為了煤料對口，使熟料的各項指標(biāo)符合要求，同時又利于煅燒。為此，要在總量和比例兩個方面控制熟料的四大礦物成分C3S、C2S、C3A、C4AF,使它們的總量累計百分比數(shù)不至于過低,且它們之間的含量比例波動控制在較窄的范圍內(nèi)。這四大礦物成分由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種主要氧化物化合而成。既為化合，就有一個氧化物之間的數(shù)量比例問題，KH、n、P正是這種比例關(guān)系的描述。KH、n、P三率值經(jīng)科學(xué)實驗考證，經(jīng)受住長期的生產(chǎn)實踐檢驗，頗有權(quán)威性。

根據(jù)水泥工藝學(xué)原理，由KH、n、P三率值與四種主要氧化物的關(guān)系式可推得：

由以上三式變換可得以四種主要氧化物中任一氧化物為基數(shù)的四種主要氧化物含量比例關(guān)系公式。這里以Fe2O3為基數(shù)，關(guān)系式為：

該式證明：KH、n、P一經(jīng)確定，四種主要氧化物含量的比例關(guān)系隨之確定；當(dāng)這四種主要氧化物在物料中的總量比例變化時，為維持KH、n、P不變（即維持四大氧化物間的含量比例不變），各氧化物含量必隨之增減；對四種主要氧化物之中的一兩種氧化物進行控制以維持其穩(wěn)定而置其它主要氧化物于不顧，會使KH、n、P在數(shù)學(xué)關(guān)系上處在不定狀態(tài)；當(dāng)四種主要氧化物在物料中的總量比例變化時，對其中的一兩種主要氧化物進行控制以維持其穩(wěn)定的含量，則在數(shù)學(xué)關(guān)系上肯定使KH、n、P生變。在我國水泥界長期盛行著以碳酸鈣滴定值控制生料質(zhì)量，認(rèn)為“通過CaCO3可相對控制生料的石灰飽和系數(shù)”。出磨生料與入窯生料質(zhì)量控制要求，依照《水泥企業(yè)質(zhì)量管理規(guī)程》，控制項目分別有CaO（TCaCO3），F(xiàn)e2O3和CaO（TCaCO3）。我國學(xué)術(shù)界還流行“穩(wěn)定生料成分”的觀點。從以上數(shù)學(xué)關(guān)系來分析，這些工藝方面我們長期沿用的“經(jīng)驗”或者“理論”都是十分值得商榷的。

3 控制手段分析

選擇用碳酸鈣滴定手段，首先有MgO干擾問題，但更為重要的是和鈣量儀手段一樣，即使控制了生料的CaO，因SiO2、Al2O3,、Fe2O3未加以控制，KH、n、P不可能保證穩(wěn)定。尤其是n、P根本未觸及CaO，它們只涉及SiO2,Al2O3,Fe2O3三種主要氧化物的含量比例關(guān)系，根本不關(guān)CaO什么事。僅對CaO進行控制就要求KH、n、P三率值穩(wěn)定（即CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3比值穩(wěn)定），對原料化學(xué)成分的比例和穩(wěn)定性提出了嚴(yán)苛的要求。如果生料的四種主要氧化物總含量百分比波動，穩(wěn)定了CaO就喪失KH、n、P三率值的穩(wěn)定。因為此時穩(wěn)定了CaO，就破壞了四種主要氧化物的比例關(guān)系。鈣鐵儀雖然增加了Fe2O3的控制內(nèi)容，但SiO2、Al2O3仍未控制，CaO:SiO2:Al2O3:Fe2O3的比例關(guān)系仍然未能確定，對KH、n、P進行控制還是難以落實到位。

顧名思義，四元素分析儀從理論上講足以控制KH、n、P，但從使用情況看，它對Al2O3、SiO2檢測穩(wěn)定性差，漂移嚴(yán)重，有時感到它跟鈣鐵儀的作用差不多，可信的僅有CaO、Fe2O3。生產(chǎn)中有時出現(xiàn)時段性漂移，有時則出現(xiàn)出磨生料和入窯生料的三率值對應(yīng)性差，無規(guī)律可循。另外，四元素分析儀限于分析四種主要氧化物，少量其它氧化物一概提供不了含量，而它們在熟料性能指標(biāo)及煅燒中的作用是不能不重視的。這涉及到KH、n、P數(shù)值選擇的正確性問題。下面以MgO為例詳細(xì)地進行探討。

硅酸鹽水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四種主要氧化物組成，它們的相加總量為94%左右，同時會有大約5%的少量其它氧化物，如MgO、SO3、K2O、Na2O、TiO2、P2O5等。其中，MgO含量相對較高且往往波動較大。因原料中MgO含量上升而相應(yīng)地調(diào)整配料，MgO必定占用別的氧化 物含量比例，被占用的各氧化物的量取決于它在熟料中的含量?，F(xiàn)代生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料四種主要氧化物的波動范圍是：CaO60%～67%，SiO220%～24%，Al2O34%～9%，F(xiàn)e2O32.5%～6.0%。MgO含量上升通常使四種主要氧化物的總量下降，各下降量由大到小的排列順序一般為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3。其中，CaO接近三分之一的MgO上升量；SiO2次之，約MgO上升量的五分之一多點。這意味著：如果KH、n、P維持不變，但因CaO、SiO2含量下降，使熟料的硅酸鹽礦物含量減少；根據(jù)熟料液相量的計算式，增加MgO即增加了液相量，煅燒中表現(xiàn)為易結(jié)大塊，不利燒成?？傊?，熟料性能指標(biāo)下降，且煅燒不順，暴露出新情況下原來的三率值指標(biāo)已不適宜?？梢娝脑胤治鰞x在入廠原料的次要成分波動時適應(yīng)性差，在本該調(diào)整率值指標(biāo)時未能及時發(fā)現(xiàn)，更談不上調(diào)整。同上述其它低級分析儀一樣，四大元素分析儀仍要求化學(xué)全分析作質(zhì)量控制的補充手段。所以，其分析結(jié)果的全面準(zhǔn)確性欠缺和時間滯后兩大矛盾均依然十分尖銳。

多通道X射線熒光分析儀以分析結(jié)果的全面、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)勢,較好地解決了這兩個矛盾，使生料的質(zhì)量控制精細(xì)及時。遇到前面講到的MgO上升的場合，它可以及時發(fā)現(xiàn)原率值已經(jīng)不適應(yīng)新情況，即可提高硅酸鹽礦物的設(shè)計值，適度降低Fe2O3含量，使液相量和液相粘度回復(fù)到合理范圍之內(nèi)。當(dāng)然它的價格昂貴。

由此可知：穩(wěn)定一兩種主要氧化物的控制思路不科學(xué)不合理；穩(wěn)定化學(xué)成分的控制思路不大現(xiàn)實；穩(wěn)定三率值的思路要提高其靈活性。

4 結(jié)束語

我國的新型干法生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了極大的成功。部分生產(chǎn)線存在的不足之處在生料制備方面問題比較尖銳：其一，是均化不到位；其二，即為生料質(zhì)量控制分析儀的選擇配置不當(dāng)。尤其是立窯企業(yè)改建的相當(dāng)部分企業(yè)往往是老眼光、老思路、老經(jīng)驗，經(jīng)濟上算小帳不算大帳。結(jié)果，選錯了生料質(zhì)量控制分析儀，使生產(chǎn)長期被動。教訓(xùn)深刻，當(dāng)引以為戒。

[1]南京化工學(xué)院，武漢建材學(xué)院，同濟大學(xué)，華南工學(xué)院.水泥工藝原理.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1980.

[2]于潤如，嚴(yán)生.水泥廠工藝設(shè)計.北京：中國建材工業(yè)出版社，1995.

[3]劉志江.新型干法水泥技術(shù).北京：中國建材工業(yè)出版社，2005.

[4]顧容宏.銅陵海螺2×10000t/d熟料生產(chǎn)線生料均化庫簡介.水泥工程，2005(2).

[5]劉玉兵，趙鷹立，游良儉.X射線熒光分析技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹.水泥，2004（12）.

[6]陳廣軍，楊書慧.利用羅茨風(fēng)機電流變化控制出磨生料CaO的合格率.水泥，2004（4）.

[7]陳漢民.S廠2500t/d預(yù)分解窯系統(tǒng)熟料質(zhì)量問題的技術(shù)論斷.水泥工程，2004（6）.

[8]李明豫，丁衛(wèi)東.水泥企業(yè)化驗室工作手冊.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

[9]印度]S.N.戈什編，楊南如，閔盤榮等譯校.水泥技術(shù)進展.中國建筑工業(yè)出版社，1986.

[10]陳久豐.生料質(zhì)量控制方法的探討.新世紀(jì)水泥導(dǎo)報,2005（6）.