【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存儲(chǔ)開采和 研磨同時(shí)干破碎 存儲(chǔ) 燥或加泥漿 存儲(chǔ) 干燥和預(yù)熱 煅燒 煅燒成渣 熟料冷卻 儲(chǔ)存 水泥研磨 儲(chǔ)存 均質(zhì)化 均質(zhì)化 裝入袋中或貨盤上采礦 原材料配制 水泥窯中處理 水泥研磨 包裝和配送 采礦石灰石/白堊、泥灰?guī)r和粘土/頁巖等天然（“原始”）原材料都是從采石場(chǎng)開采得來的，采石場(chǎng)多數(shù)位于水泥廠附近。這些原材料開采后在采石場(chǎng)內(nèi)經(jīng)過破碎，然后運(yùn)輸?shù)剿鄰S內(nèi)臨時(shí)存放、均質(zhì)化和進(jìn)一步準(zhǔn)備處理。根據(jù)工藝和產(chǎn)品規(guī)范的要求，為了保證原始混合物的化學(xué)成分，還可能需要礬土、鐵礦石或砂等“矯正用”材料。這些矯正材料的用量通常比主要原材料的用量要少。在特定情況下，還需要采用來自其他工業(yè)行業(yè)的“次級(jí)”（或“代用”）原材料來代替天然原材料和矯正材料。與傳統(tǒng)原材料一樣，這些代用材料需要送入采石場(chǎng)破碎機(jī)或直接送入水泥廠的原材料配制體系（后一種情況更為常見）中進(jìn)行處理。當(dāng)前已采用計(jì)算機(jī)化方法來估算原材料的蘊(yùn)藏量和優(yōu)化長(zhǎng)期和短期生產(chǎn)計(jì)劃。 原材料配制經(jīng)過臨時(shí)儲(chǔ)藏和預(yù)均質(zhì)化處理后，原材料會(huì)變得比較干燥，之后便按預(yù)定并經(jīng)嚴(yán)格控制的比例投入到原材料研磨機(jī)中研磨，從而為干法（和半干法）工藝提供原材料粉。在濕法（和半濕法）工藝中，原材料將制成漿狀并加入足量的水再進(jìn)行研磨，以形成原漿。根據(jù)所使用的工藝過程，可能還需要其他工藝步驟，例如：將干粉做成“球狀”（半干法工藝）或采用過濾工藝除去原料漿中的水分以形成“濾餅”（半濕法工藝）。所得到的中間產(chǎn)物（原料粉或原料漿，或者其他形式的中間產(chǎn)物）將在原料粉筒倉、料倉或泥漿盆中存放并進(jìn)一步均質(zhì)化，以便在送入水泥窯系統(tǒng)前形成所需要的均勻化學(xué)結(jié)構(gòu)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)一噸燒制水泥熟料需要大約 到 噸（干）原材料。 燃料配制歐洲水泥行業(yè)所采用的傳統(tǒng)（礦物）燃料主要是煤（褐煤和硬煤）、油餅（原油提煉后的一種產(chǎn)物）和重油（“C 類燃料”）。天然氣由于成本高而很少使用。“代用”燃料 – 工業(yè)（廢棄物）來源的非礦物燃料 – 在當(dāng)前廣泛用于代替部分傳統(tǒng)的礦物燃料。燃料配制 – 破碎、干燥、研磨和均質(zhì)化 – 通常在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。有時(shí)可能需要一些特殊的設(shè)施，如適用于固體燃料的磨煤機(jī)、筒倉和存料場(chǎng)，適用于液體燃料的儲(chǔ)罐以及把燃料送入水泥窯所需要的運(yùn)輸和進(jìn)料裝置。燃料的消耗量大多取決于水泥熟料燒制過程所采用的基本工藝設(shè)計(jì)。 水泥熟料燒制準(zhǔn)備好的原材料（“水泥窯進(jìn)料”）送入水泥窯系統(tǒng)后，將得到一系列高溫?zé)崽幚?，分別有烘干/預(yù)熱、煅燒（釋放出石灰石中的二氧化碳）和燒結(jié)（或者說“熟料燒結(jié)”，如：在高達(dá) 1450 ℃的溫度下形成熟料）。燒制過程得到的產(chǎn)物“熟料”將在空氣中冷卻到 100200 ℃，然后送入中間存放區(qū)。水泥窯通常采用旋轉(zhuǎn)窯，可根據(jù)所選用的主要工藝設(shè)計(jì)選擇配備或不配備“懸掛式預(yù)熱器”（和“預(yù)煅燒器（用于更先進(jìn)的系統(tǒng)”））的旋轉(zhuǎn)窯。旋轉(zhuǎn)窯本身是一根傾斜的鋼管，其長(zhǎng)度與直徑的比值在 10 到 40 之間。旋轉(zhuǎn)窯有些微的傾斜（ 到 %）并能緩慢旋轉(zhuǎn)（每分鐘旋轉(zhuǎn) 到 轉(zhuǎn)），以保證有足夠長(zhǎng)的材料送入時(shí)間實(shí)現(xiàn)所需要的熱轉(zhuǎn)換過程。從水泥窯系統(tǒng)中出來的殘余熱量可用于烘干磨機(jī)中的原材料、固體燃料或礦物添加劑。排出的尾氣在釋放到大氣中前，采用靜電除塵器或袋式過濾器系統(tǒng)除塵。純凈氣體靜電除塵器原料氣原料粉粉塵回收磨機(jī)干燥器 純凈氣體氣旋預(yù)熱器蒸發(fā)冷卻器燃燒器集塵旋轉(zhuǎn)窯冷卻空氣水泥熟料柵格冷卻器 圖 2：帶氣旋預(yù)熱器和氣體粉塵收集裝置的旋轉(zhuǎn)窯 水泥研磨硅酸鹽水泥是水泥熟料加入一定百分比的天然或工業(yè)石膏（或硬石膏）后在水泥磨機(jī)中研磨而成的。摻配水泥（或“混合”水泥）中還加入了其他成分，如：顆粒狀高爐礦渣、天然或工業(yè)火山灰（如：火山凝灰?guī)r或熱電廠產(chǎn)出的飛灰）或惰性填充料（如石灰石）等。摻配水泥中的礦物添加劑可與熟料同時(shí)研磨，或者單獨(dú)研磨然后混合到硅酸鹽水泥中。研磨車間可遠(yuǎn)離熟料生產(chǎn)設(shè)施。不同類型的水泥在裝袋和配送前應(yīng)存放在不同的水泥筒倉中。 礦物添加劑配制摻配水泥中所用的、天然來源或工業(yè)來源的礦物添加劑需要在現(xiàn)場(chǎng)的不同設(shè)施內(nèi)進(jìn)行烘干、破碎或研磨處理。僅用于生產(chǎn)礦物添加劑和摻配水泥的“研磨設(shè)備”也可以遠(yuǎn)離熟料生產(chǎn)設(shè)施。 水泥配送水泥可散裝裝運(yùn)（通常量少）或裝袋并上架配送。所采用的運(yùn)輸方法（即：公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水運(yùn)）取決于當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和需要。 水泥生產(chǎn)材料的工藝特性硅酸鹽水泥熟料是采用含有鈣、硅、鋁和鐵等主要成分的原材料燒制而成的。按正確比例混合后，加熱到高達(dá) 1450 ℃的燒結(jié)溫度時(shí)（即所謂的熟料階段），就會(huì)形成具有水硬性的新礦物質(zhì)。 主要水泥熟料階段水泥熟料的主要礦物成分是鈣的硅酸鹽、鋁酸鹽和鐵酸鹽。l 三鈣硅酸鹽 3CaO x SiO2 C3S 硅酸三鈣l 二鈣硅酸鹽 2CaO x SiO2 C2S 硅酸二鈣l 鋁酸鈣 3CaO x Al2O3 C3A 鋁酸鹽l 鈣鐵酸鹽 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 C4AF 鐵酸鹽熟料的形成過程可分為四個(gè)步驟：l 烘干和預(yù)熱（20900 ℃）：釋放出游離水和化合水；l 煅燒（600900 ℃）：釋放出二氧化碳：水泥熟料材料形成和中間相的初期反應(yīng)；l 燒結(jié)（1250 到 1450 ℃）：硅酸鈣和液相形成階段；l 水泥窯內(nèi)部冷卻（13501200 ℃）：硅酸鈣和鐵酸鈣結(jié)晶階段。水泥熟料中的次要礦物成分包括未結(jié)合的氧化鈣（“游離石灰”）和氧化鎂以及堿性硫酸鹽。原材料中的其他化學(xué)成分（如鎂、磷、鈦或重金屬等）主要存在于主要熟料階段的礦物結(jié)構(gòu)中。熟料的屬性（以及由熟料制成的水泥的屬性）主要由其礦物成分和結(jié)構(gòu)決定。在水泥窯系統(tǒng)內(nèi)部長(zhǎng)期汽化和聚合作用形成的高溫條件下，原材料中的某些成分（如堿金屬、硫和氯化物）會(huì)變得不穩(wěn)定（“流動(dòng)成分”）。這些成分大部分會(huì)留在水泥窯系統(tǒng)中，最后將隨熟料一起離開水泥窯。其中有少部分會(huì)由水泥窯廢氣攜帶，并會(huì)在除塵系統(tǒng)隨顆粒物一起沉降。如果不穩(wěn)定元素過剩量太高，就需要安裝“旁通”預(yù)熱器，以使旋轉(zhuǎn)窯部分?jǐn)y帶粉塵的廢氣得到回收。過濾器和旁通系統(tǒng)中收集的粉塵可被水泥生產(chǎn)工藝全部或部分回收利用。 原料混合物的成分熟料生產(chǎn)中經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的原料混合物一般由富含鈣質(zhì)的鈣質(zhì)成分如高于 75% 的碳酸鹽（石灰石、白堊、大理石、灰質(zhì)泥灰?guī)r）、富含鋁、硅和鐵的泥質(zhì)成分（如灰?guī)r、泥灰質(zhì)粘土、頁巖、粘土）以及富含四種主要元素之一的矯正成分組成（礬土、鐵礦、砂、高品位石灰石等）。矯正成分的用量很少，只用于將原料混合的化學(xué)組成調(diào)節(jié)到所需要的質(zhì)量目標(biāo)值。根據(jù)可用性和化學(xué)組成，原料混合物的主要成分和矯正成分還可取自工業(yè)（“非礦物”）來源（“代用”原材料）。例如：可以采用發(fā)電行業(yè)的煤灰、鋼渣、鑄造用砂、污水污泥、石灰渣、石油冶煉廠的FCC 催化劑，等等。原料混合物應(yīng)根據(jù)給定的原材料情況、工藝設(shè)計(jì)和工藝要求、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和環(huán)境因素正確設(shè)計(jì)。恰當(dāng)?shù)脑匣旌衔镌O(shè)計(jì)、足夠細(xì)的原料粉和穩(wěn)定的化學(xué)成分是保證良好產(chǎn)品質(zhì)量和水泥窯穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。原料混合物成分的均質(zhì)性和一致性必須通過充分抽樣檢查和化學(xué)分析進(jìn)行長(zhǎng)期的嚴(yán)格控制。 燃料水泥行業(yè)所采用的主要礦物燃料（“原始”燃料）有煤、油餅、重油和天然氣（較少采用）。目前，常采用輪胎、廢油、塑料、溶劑等取自其他行業(yè)的非礦物“代用”燃料作為代用燃料。固體燃料灰份的化學(xué)成分將與原材料結(jié)合，并將完全熔合到水泥熟料中。因此，在原料混合物的設(shè)計(jì)中必須考慮灰份的化學(xué)成分。同樣，作為主要成分的、隨液體或固體燃料送入水泥窯的金屬物質(zhì)也將大部分進(jìn)入水泥熟料結(jié)構(gòu)中。但是，那些在水泥窯系統(tǒng)中部分或完全揮發(fā)的金屬物質(zhì)（如汞、鈦或鎘）除外。這些元素將被水泥窯（過濾器）粉塵捕獲，或者，如果管理不當(dāng)，會(huì)隨煙囪排放物（汞）一起排出。 水泥的成分硅酸鹽水泥是水泥熟料與一定百分比的、作為調(diào)節(jié)劑的天然或工業(yè)石膏或硬石膏（硫酸鈣）混合研磨而成的。在許多歐洲國家，此類“次要成分”（如原料粉、石灰石或過濾器粉塵）的允許添加量為 5%。在摻配（或“混合”）水泥中，部分水泥采用的是天然或工業(yè)來源的礦物添加劑。這些礦物添加劑可能具有水硬性（粒狀高爐礦渣）、凝硬性（火山巖、煤灰、微硅石、煅燒粘土）或填充作用（石灰石）。摻配水泥的成分在國家水泥標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定。這些標(biāo)準(zhǔn)通常還規(guī)定了各種礦物添加劑的質(zhì)量技術(shù)規(guī)格。 四種主要工藝路線在歷史上，水泥熟料生產(chǎn)工藝的發(fā)展曾從“濕法”系統(tǒng)演變到“干法”系統(tǒng)，其間還曾有“半濕法”和“半干法”等過渡工藝。1895 年左右第一次采用的旋轉(zhuǎn)窯是一種長(zhǎng)濕法水泥窯。“濕法”水泥窯允許對(duì)原材料進(jìn)行早期處理和均質(zhì)化，尤其是在原材料比較濕潤(rùn)而有粘性或者其各原料混合物成分的化學(xué)組成起伏較大時(shí)。不過，利用更先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)，就可以采用“干法”工藝制備均質(zhì)的原料粉，也就是說，在制備原料漿時(shí)不需要加水。與傳統(tǒng)濕法系統(tǒng)相比，現(xiàn)代干法工藝的主要優(yōu)勢(shì)在于它的燃料消耗量少得多，進(jìn)而降低了燃料成本?，F(xiàn)在，在某些特定的原材料和工藝條件下只能選用濕法工藝。四種不同基本工藝的特點(diǎn)簡(jiǎn)單介紹如下：l 干法工藝：向氣旋預(yù)熱器或預(yù)煅燒器水泥窯或配備內(nèi)置鏈?zhǔn)筋A(yù)熱器的長(zhǎng)干法水泥窯中加入的是干燥的原料粉。l 半干法工藝：在這種工藝中，干原料粉窯先加水制成球狀，然后送入移動(dòng)爐篦預(yù)熱器預(yù)熱，再送入旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)，有時(shí)送入配備內(nèi)置交叉預(yù)熱器的長(zhǎng)水泥窯。l 半濕法工藝：首先用壓濾機(jī)除去原料漿中的水分。再把所得到的濾餅擠壓成小球狀并送入移動(dòng)爐篦預(yù)熱器預(yù)熱，或直接送入濾餅干燥器中制成（干）原料粉，再送入預(yù)熱器/預(yù)煅燒器水泥窯中。l 濕法工藝：先把原料漿直接送入配備內(nèi)置干燥/預(yù)熱系統(tǒng)的長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)窯中（傳統(tǒng)濕法工藝），或者送入原料漿干燥器中，然后再送入預(yù)熱器/預(yù)煅燒器水泥窯中（現(xiàn)代濕法工藝）。 水泥生產(chǎn)的工藝技術(shù)特點(diǎn)所有工藝在將原材料送入水泥窯之前一般都要首先進(jìn)行干燥，然后才進(jìn)行煅燒，以便從原材料的碳酸鈣中分解出二氧化碳，最后在 1400 到 1450 ℃之間的高溫下燒結(jié)成水泥熟料。在這個(gè)過程中，送入材料最初的干重大約會(huì)喪失三分之一。所得到的高溫熟料被熟料冷卻器中的空氣冷卻到 100200 ℃。被加熱的空氣可用做水泥窯的二次助燃空氣。 干法工藝在干法和半干法水泥窯系統(tǒng)中，原料粉是在管磨機(jī)或豎直滾筒磨機(jī)中對(duì)原材料成分進(jìn)行干燥和研磨后制成的，干燥時(shí)利用了從高溫水泥窯出來的氣體或從冷卻器出來的熱空氣。原料粉在送入水泥窯之前，需要分批均質(zhì)化和/或混合，或者在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的均質(zhì)化筒倉系統(tǒng)中進(jìn)行處理。在配備懸掛式預(yù)熱器的水泥窯中，原料粉從大量旋風(fēng)的頂部送入，然后逆流而下與來自旋轉(zhuǎn)窯的高溫廢氣充分接觸，使固體顆粒與高溫氣體進(jìn)行充分的熱交換。而旋風(fēng)則起分離固體和氣體的作用。進(jìn)入旋轉(zhuǎn)窯前，原料粉會(huì)被加熱到大約 8100830 ℃的高溫，此時(shí)已完成大約 30% 的燒結(jié)（即釋放出碳酸鹽中的二氧化碳）。所產(chǎn)生的氣體在溫度達(dá)到 300360 ℃時(shí)離開預(yù)熱器，然后用于干燥原料磨機(jī)中的原材料。如果送入的原材料含有過量容易在水泥窯系統(tǒng)中揮發(fā)的硫、氯化物或堿金屬等元素，這種四級(jí)預(yù)熱器水泥窯就有可能被堵塞和結(jié)垢。因此，這些成分在送入前必須嚴(yán)格控制；否則，就必須安裝允許旋轉(zhuǎn)窯中部分氣體旁通預(yù)熱器的裝置。通過該裝置，部分揮發(fā)性化合物可與氣體一起提取出來。旁通系統(tǒng)可通過水泥窯和預(yù)熱器之間的立管把部分（通常為 515%）水泥窯氣體提取出來。這種氣體含有大量的粉塵。通過空氣冷卻后，揮發(fā)性化合物會(huì)縮合到顆粒物質(zhì)上，而氣體則通過粉塵過濾器?，F(xiàn)代懸掛式預(yù)熱器水泥窯通常有 4 級(jí)預(yù)熱旋風(fēng)，其最大流量大約為 4000 噸/日。在某些情況下，受內(nèi)置鏈?zhǔn)綗峤粨Q器支持的1級(jí)預(yù)熱器或2級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器始終處于運(yùn)行狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱器之間增加一個(gè)二次燃燒裝置可較大地提高預(yù)煅燒器水泥窯的容量。水泥窯系統(tǒng)全部燃料中有 60% 是在預(yù)煅燒器中燃燒的。在 880 ℃的出口溫度下，在高溫原料粉進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)窯時(shí)，其燒結(jié)程度達(dá)到大約 90%。有 5 到 6 級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和預(yù)煅燒器的水泥窯系統(tǒng)在當(dāng)前被一些新水泥廠當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)采用，因?yàn)轭~外旋風(fēng)可提高熱效率。采樣站 供應(yīng)倉庫采石場(chǎng) 破碎車間 原材料儲(chǔ)存和預(yù)混合 　矯正材料 冷卻器除塵 均質(zhì)化和儲(chǔ)存筒倉 靜電除塵器 煤原料粉水空氣交 磨煤機(jī)換冷卻器 原料磨機(jī)旋轉(zhuǎn)窯 旋風(fēng)預(yù)熱器 空調(diào)塔 石膏 過濾器熟料冷卻器 礦物成分 散裝配送 包裝機(jī) 袋 貨盤水泥筒倉 水泥筒倉熟料倉庫 水泥磨機(jī)圖 3：采用干法工藝的水泥生產(chǎn)（CEMBUREAU，1999