水泥熟料快速燒成的最佳配方研究
1、引言
熟料速燒是水泥工業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者〔1~4〕的研究都主要集中在高熱力梯度上,一般要求熱力梯度在600~1500℃/min,甚至更高?,F(xiàn)有的工業(yè)條件顯然無(wú)法滿足。本文旨在探討如何利用現(xiàn)有水泥工藝設(shè)備,從調(diào)整熟料配方的角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)熟料的快速燒成。
2、熟料速燒回歸方程的建立
2.1 因素及位級(jí)表
采用二次正交回歸設(shè)計(jì)。因素及位級(jí)見(jiàn)表1。
表1 因素及位級(jí)
2.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果
根據(jù)表1的因素及位級(jí),選用五因子二次回歸正交表〔5〕安排試驗(yàn)方案。采用分析純化學(xué)試劑配料,配好的生料混勻后,壓成Φ5cm×5mm的生料片。在400℃溫度下先將料片預(yù)熱30min,然后送入已升溫至1450℃的高溫爐內(nèi),經(jīng)8min爐溫重新升至1450℃,在該溫度下保溫10min后取出急冷并測(cè)定其fCaO含量。試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表2所示。
2.3 回歸方程
由表2結(jié)果計(jì)算得到熟料fCaO與熟料率值及礦化劑摻量的二次回歸方程如下:
fCaO=-37.50KH 2-0.033SM 2-1.44IM
2-1.94CaF22-0.39SO32+29.97KH ·SM -1.00KH ·IM +7.50KH
·CaF2-2.00KH ·SO3+2.13SM ·IM-1.08SM ·CaF2-0.22SM ·SO3+1.10IM
·CaF2+0.32IM ·SO3+21.73KH -24.94SM -1.23IM
-3.34CaF2+2.7SO3+6.49
表2 二次回歸正交試驗(yàn)方案及結(jié)果
為了能直觀地得出在速燒條件下,熟料的最佳配比方案以及熟料KH、SM、IM對(duì)fCaO的影響,利用上述回歸公式繪制成fCaO等高線圖,結(jié)果如圖1和圖2所示。
圖1 KH-SM等高線
L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;
L4—fCaO=3%;L5—fCaO=4%;L6—fCaO=5%
圖2 KH-SM等高線
L1—fCaO=0.5%;L2—fCaO=1%;L3—fCaO=2%;L4—fCaO=3%
由圖1和圖2可見(jiàn),在相同的KH和SM條件下,IM變化對(duì)fCaO含量變化影響不大;而在相同的IM條件下,變化SM或KH都將引起fCaO含量大的變化。
增大KH或SM,都將增大fCaO含量。因此,采用高KH,必須選擇低SM方案,而采用高SM,則必須選擇低KH方案。
從圖1中選取KH=0.90、0.93、0.95、0.97的值作平行于橫軸的直線,就可得到fCaO含量為1%、2%、3%和4%條件下允許的最大SM值。結(jié)果見(jiàn)表3所示。
表3 允許的最大SM值
注:IM=1.2,SO3=1.5%,CaF2=0.8%。
3、最佳配方實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證回歸方程的可靠性,同時(shí)進(jìn)一步探討熟料速燒的最佳配方。重新配制了一批試樣進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。
3.1 實(shí)驗(yàn)方法及配比
按表4的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行配料,所得生料在1450℃下煅燒,分別保溫5min、10min、20min、35min、50min。其余實(shí)驗(yàn)方法同上。
表4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
按表4實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 1450℃時(shí)不同保溫時(shí)間下fCaO含量(%)
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論
根據(jù)表5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可得出fCaO含量與KH、SM及保溫時(shí)間的關(guān)系圖,見(jiàn)圖3和圖4。
從圖3和圖4可知,隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),fCaO含量均有所下降,但下降趨勢(shì)越來(lái)越緩。同時(shí)結(jié)合水泥生產(chǎn)控制我們知道,在立窯生產(chǎn)中,熟料fCaO含量??刂圃?%或更高,回轉(zhuǎn)窯的fCaO含量一般控制在1%~1.5%左右。因此,對(duì)應(yīng)不同的fCaO控制指標(biāo),分析圖3我們就可得到在SM=2.2、IM=1.2條件下,對(duì)應(yīng)不同fCaO控制值和不同保溫時(shí)間時(shí)允許的最大KH,如表6所示。
圖3 不同保溫條件下KH與fCaO的關(guān)系
圖4 不同保溫條件下SM與fCaO的關(guān)系
表6 允許的最大KH
同樣對(duì)圖4分析可知:對(duì)應(yīng)于不同的fCaO、時(shí)間控制指標(biāo),得到允許的最大SM值如表7所示(KH=0.93、IM=1.2)。
表7 允許的最大SM值
從表6和表7的數(shù)據(jù)可清楚地看到:在相同的fCaO控制指標(biāo)下,燒成速度(保溫時(shí)間)對(duì)KH和SM的選擇有較大的影響,不合適的配比選擇將引起fCaO過(guò)高,難以達(dá)到快速燒成的目的。燒成速度越快,KH和SM的選擇應(yīng)略為降低。同時(shí)將表7中保溫10min條件下,SM的選擇方案與表3的結(jié)果對(duì)比也可看到,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與回歸公式給出的結(jié)果基本一致,表明回歸方程有較好的重現(xiàn)性和較高的可靠性。
4、結(jié)論
(1)利用現(xiàn)有的工藝設(shè)施,在較快的升溫速度下可實(shí)現(xiàn)熟料的快速燒成。熟料在高溫帶停留時(shí)間不同,KH和SM的選擇也有所不同。
(2)影響熟料速燒的主要因素是KH和SM,IM影響較小。
(3)在速燒條件下,KH和SM的降低都將顯著降低熟料fCaO含量。采用高KH時(shí),應(yīng)選擇低SM方案;采用高SM時(shí),應(yīng)選擇低KH方案。
參考文獻(xiàn)
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