【文章內(nèi)容簡介】 存儲開采和 研磨同時干破碎 存儲 燥或加泥漿 存儲 干燥和預熱 煅燒 煅燒成渣 熟料冷卻 儲存 水泥研磨 儲存 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開采得來的，采石場多數(shù)位于水泥廠附近。這些原材料開采后在采石場內(nèi)經(jīng)過破碎，然后運輸?shù)剿鄰S內(nèi)臨時存放、均質(zhì)化和進一步準備處理。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”（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破碎機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）中進行處理。當前已采用計算機化方法來估算原材料的蘊藏量和優(yōu)化長期和短期生產(chǎn)計劃。 原材料配制經(jīng)過臨時儲藏和預均質(zhì)化處理后，原材料會變得比較干燥，之后便按預定并經(jīng)嚴格控制的比例投入到原材料研磨機中研磨，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結(jié)構(gòu)。根據(jù)經(jīng)驗，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)場進行。有時可能需要一些特殊的設(shè)施，如適用于固體燃料的磨煤機、筒倉和存料場，適用于液體燃料的儲罐以及把燃料送入水泥窯所需要的運輸和進料裝置。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。 水泥熟料燒制準備好的原材料（“水泥窯進料”）送入水泥窯系統(tǒng)后，將得到一系列高溫熱處理，分別有烘干/預熱、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 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)計選擇配備或不配備“懸掛式預熱器”（和“預煅燒器（用于更先進的系統(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)），以保證有足夠長的材料送入時間實現(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干燥器 純凈氣體氣旋預熱器蒸發(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研磨，或者單獨研磨然后混合到硅酸鹽水泥中。研磨車間可遠離熟料生產(chǎn)設(shè)施。不同類型的水泥在裝袋和配送前應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)場的不同設(shè)施內(nèi)進行烘干、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”也可以遠離熟料生產(chǎn)設(shè)施。 水泥配送水泥可散裝裝運（通常量少）或裝袋并上架配送。所采用的運輸方法（即：公路運輸、鐵路運輸、水運）取決于當?shù)氐膶嶋H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 1450 ℃的燒結(jié)溫度時（即所謂的熟料階段），就會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步驟：l 烘干和預熱（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；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）會變得不穩(wěn)定（“流動成分”）。這些成分大部分會留在水泥窯系統(tǒng)中，最后將隨熟料一起離開水泥窯。其中有少部分會由水泥窯廢氣攜帶，并會在除塵系統(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”預熱器，以使旋轉(zhuǎn)窯部分攜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組成調(diào)節(jié)到所需要的質(zhì)量目標值。根據(jù)可用性和化學組成，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。原料混合物應根據(jù)給定的原材料情況、工藝設(shè)計和工藝要求、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和環(huán)境因素正確設(shè)計。恰當?shù)脑匣旌衔镌O(shè)計、足夠細的原料粉和穩(wěn)定的化學成分是保證良好產(chǎn)品質(zhì)量和水泥窯穩(wěn)定運行的關(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分析進行長期的嚴格控制。 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)計中必須考慮灰份的化學成分。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，會隨煙囪排放物（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準中已有規(guī)定。這些標準通常還規(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)窯是一種長濕法水泥窯。“濕法”水泥窯允許對原材料進行早期處理和均質(zhì)化，尤其是在原材料比較濕潤而有粘性或者其各原料混合物成分的化學組成起伏較大時。不過，利用更先進的現(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)勢在于它的燃料消耗量少得多，進而降低了燃料成本?，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簡單介紹如下：l 干法工藝：向氣旋預熱器或預煅燒器水泥窯或配備內(nèi)置鏈式預熱器的長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，然后送入移動爐篦預熱器預熱，再送入旋轉(zhuǎn)窯內(nèi)，有時送入配備內(nèi)置交叉預熱器的長水泥窯。l 半濕法工藝：首先用壓濾機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爐篦預熱器預熱，或直接送入濾餅干燥器中制成（干）原料粉，再送入預熱器/預煅燒器水泥窯中。l 濕法工藝：先把原料漿直接送入配備內(nèi)置干燥/預熱系統(tǒng)的長旋轉(zhuǎn)窯中（傳統(tǒng)濕法工藝），或者送入原料漿干燥器中，然后再送入預熱器/預煅燒器水泥窯中（現(xiàn)代濕法工藝）。 水泥生產(chǎn)的工藝技術(shù)特點所有工藝在將原材料送入水泥窯之前一般都要首先進行干燥，然后才進行煅燒，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。在這個過程中，送入材料最初的干重大約會喪失三分之一。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，原料粉是在管磨機或豎直滾筒磨機中對原材料成分進行干燥和研磨后制成的，干燥時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)運轉(zhuǎn)的均質(zhì)化筒倉系統(tǒng)中進行處理。在配備懸掛式預熱器的水泥窯中，原料粉從大量旋風的頂部送入，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行充分的熱交換。而旋風則起分離固體和氣體的作用。進入旋轉(zhuǎn)窯前，原料粉會被加熱到大約 8100830 ℃的高溫，此時已完成大約 30% 的燒結(jié)（即釋放出碳酸鹽中的二氧化碳）。所產(chǎn)生的氣體在溫度達到 300360 ℃時離開預熱器，然后用于干燥原料磨機中的原材料。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，這種四級預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格控制；否則，就必須安裝允許旋轉(zhuǎn)窯中部分氣體旁通預熱器的裝置。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)代懸掛式預熱器水泥窯通常有 4 級預熱旋風，其最大流量大約為 4000 噸/日。在某些情況下，受內(nèi)置鏈式熱交換器支持的1級預熱器或2級旋風預熱器始終處于運行狀態(tài)。在旋轉(zhuǎn)窯和預熱器之間增加一個二次燃燒裝置可較大地提高預煅燒器水泥窯的容量。水泥窯系統(tǒng)全部燃料中有 60% 是在預煅燒器中燃燒的。在 880 ℃的出口溫度下，在高溫原料粉進入到旋轉(zhuǎn)窯時，其燒結(jié)程度達到大約 90%。有 5 到 6 級旋風預熱器和預煅燒器的水泥窯系統(tǒng)在當前被一些新水泥廠當作標準技術(shù)采用，因為額外旋風可提高熱效率。采樣站 供應倉庫采石場 破碎車間 原材料儲存和預混合 　矯正材料 冷卻器除塵 均質(zhì)化和儲存筒倉 靜電除塵器 煤原料粉水空氣交 磨煤機換冷卻器 原料磨機旋轉(zhuǎn)窯 旋風預熱器 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 袋 貨盤水泥筒倉 水泥筒倉熟料倉庫 水泥磨機圖 3：采用干法工藝的水泥生產(chǎn)（CEMBUREAU，1999