專利名稱：水泥的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的水泥的生產(chǎn)方法，屬于水泥生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
水泥是粉狀水硬性無(wú)機(jī)膠凝材料，是一種重要的基礎(chǔ)建筑材料，廣泛地應(yīng)用于土木建筑、水利、國(guó)防等，我國(guó)每年水泥的需求量約為13億噸。
硅酸鹽水泥熟料主要由硅酸三鈣(C3S)、硅酸二鈣(C2S)、鋁酸三鈣(C3A)和鐵鋁酸四鈣(C4AF)組成。其中硅酸三鈣是熟料的主要礦物，其含量通常在54％～60％左右。硅酸三鈣、鋁酸三鈣早期強(qiáng)度高，硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，其中以硅酸三鈣強(qiáng)度在四種主要礦物中為最高，適當(dāng)提高熟料中硅酸三鈣含量，可獲得高質(zhì)量水泥熟料。
生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料為石灰質(zhì)和黏土質(zhì)，有時(shí)摻加校正原料以補(bǔ)充某些成分的不足，其工藝流程是首先將各種原料破碎，經(jīng)配料、磨粉、均化制得水泥生料，生料經(jīng)懸浮預(yù)熱、預(yù)分解，進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行煅燒，煅燒溫度在1350℃～1450℃，煅燒時(shí)間在30～45分鐘，熟料經(jīng)冷卻后與石膏等一起粉磨，制得成品水泥。
以預(yù)分解窯為代表的新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)是國(guó)際公認(rèn)的代表當(dāng)代技術(shù)發(fā)展水平的水泥生產(chǎn)方法，具有生產(chǎn)能力大、自動(dòng)化程度高、工業(yè)廢棄物利用量大等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今世界水泥工業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)。該方法存在以下問(wèn)題(1)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，一般為30～45分鐘，能量消耗大；(2)原料需要充分均化以獲得穩(wěn)定的入窯生料，否則會(huì)影響水泥質(zhì)量；(3)水泥燒成窯體積龐大，設(shè)備投資高。(4)煅燒過(guò)程中，液相量一般只能控制在22％～26％左右，液相量較低，造成傳質(zhì)傳熱效率低，反應(yīng)速率較慢，若提高液相量，會(huì)給煅燒操作帶來(lái)困難，如結(jié)大塊、結(jié)圈、燒流等，且容易損壞煅燒設(shè)備，使水泥生產(chǎn)無(wú)法順利進(jìn)行。(5)熟料經(jīng)蓖式冷卻機(jī)冷卻過(guò)程中產(chǎn)生大量熱空氣，廢熱利用投資大。
水泥作為高耗能行業(yè)，節(jié)約能耗已成為全行業(yè)面臨的一個(gè)迫切問(wèn)題。本說(shuō)明人經(jīng)常長(zhǎng)期努力，提出了一種新的水泥生產(chǎn)技術(shù)，旨在克服當(dāng)前水泥生產(chǎn)中存在的諸多問(wèn)題，進(jìn)一步降低水泥生產(chǎn)的能耗，提高水泥產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種低能耗的水泥生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括原料破碎、配料、磨粉、均化制得水泥生料，水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解、熔融、煅燒、冷卻、配料、粉磨得成品水泥，其特征在于水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解后由以下步驟完成 a、將水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解后進(jìn)入溫度為1350℃-1650℃(優(yōu)選1450～1550℃)的高溫熔池中熔融反應(yīng)得到熔融體； 其中，所述高溫熔池是由水泥生料分解后進(jìn)一步升溫熔化為熔融體形成過(guò)流態(tài)的反應(yīng)池，使得連續(xù)進(jìn)入高溫熔池中的生料(預(yù)分解后)能進(jìn)行熔池熔煉反應(yīng)(熔融燒成反應(yīng))； b、通過(guò)浸沒于熔融體中的噴槍噴入燃料和助燃?xì)怏w提供能量，進(jìn)行水泥熔融燒成反應(yīng)； 其中，熔融燒成反應(yīng)溫度1350℃～1650℃(優(yōu)選的是1450～1550℃)；反應(yīng)時(shí)間2～10分鐘(優(yōu)選的是3～5分鐘)； 所述噴入燃料或助燃?xì)怏w采用的噴槍可以是側(cè)噴槍，從側(cè)面噴入，也可以是頂噴槍，從熔池上部噴入。
c、高溫熔融熟料連續(xù)地經(jīng)冷卻、配料、粉磨即得成品水泥。
上述的燃料可以是煤、天然氣、一氧化碳或水煤氣。
上述的助燃?xì)怏w可以是空氣或富氧空氣。
高溫熔池是為了使高溫熔池內(nèi)熔融體在熔化后形成過(guò)流態(tài)，使得連續(xù)進(jìn)入高溫熔池的預(yù)分解生料能進(jìn)行熔池熔煉反應(yīng)(熔融燒成反應(yīng))。最低溫度是依據(jù)硅酸二鈣向硅酸三鈣轉(zhuǎn)化的最低溫度點(diǎn)確定，溫度高限是依據(jù)高溫耐材的承受溫度限度來(lái)確定的。
熔融熟料采用霧化冷卻，冷卻效率高、效果好，并可提高了余熱的利用率。
本發(fā)明水泥生產(chǎn)方法是全熔融液相反應(yīng)，傳質(zhì)傳熱速率大大提高，反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化速率高，提高了生產(chǎn)能力，從而也節(jié)省了大量能耗。
另外，采用本發(fā)明方法，水泥熟料的質(zhì)量可調(diào)控，可通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間，控制C3S、A3S、C2S、C4FA的含量，以生產(chǎn)不同標(biāo)號(hào)的水泥。
而且，熔池熔煉噴入燃料和氧氣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了熔池?cái)噭?dòng)，既加快了反應(yīng)，又降低了對(duì)水泥生料均化的要求；熔池熔煉噴入燃料和氧氣減少了水泥燒成過(guò)程中的煙氣量和粉塵量，減小了收塵系統(tǒng)的設(shè)備投資。
同時(shí)，本發(fā)明方法采用熔池熔煉，熱效率高，尾氣量少，廢熱利用的投資較小。其中，霧化冷卻產(chǎn)生的熱空氣可以用于水泥生料的預(yù)熱、預(yù)分解或熔融，燒成反應(yīng)，以便回收利用能源。
其中，水泥生料的預(yù)分解溫度在800～950℃為佳。預(yù)分解過(guò)程是碳酸鈣的分解，溫度過(guò)低反應(yīng)不能進(jìn)行，過(guò)高的溫度，水泥生料中的低熔點(diǎn)物料熔化會(huì)堵塞預(yù)熱器。
所述的水泥生料可以是現(xiàn)有技術(shù)的水泥生料，如現(xiàn)有技術(shù)中制備硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、白水泥、彩色水泥等的水泥生料。
比如將石灰質(zhì)、黏土質(zhì)、校正原料(如果需要的話)破碎后按比例進(jìn)行配料，然后經(jīng)粉磨、均化得水泥生料。
上述的石灰質(zhì)可以是石灰石、泥灰?guī)r、白堊，或工業(yè)廢渣(如電石渣、白泥等)中的至少一種。
上述的黏土質(zhì)可以是黃土、黏土、頁(yè)巖、粉砂巖、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一種 上述的校正原料可以是硅質(zhì)校正原料，石英、長(zhǎng)石中的至少一種；鋁質(zhì)校正原料如爐渣、鋁釩土中的至少一種；鐵質(zhì)校正原料如鐵礦石、菱鐵礦、煉鐵廠的尾礦、硫酸渣、銅礦渣、鉛礦渣等中的至少一種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于 (1)本反應(yīng)是全熔融液相反應(yīng)，傳質(zhì)傳熱速率大大提高，反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化速率高，提高了生產(chǎn)能力，從而也節(jié)省了大量能耗。
(2)熔池熔煉的熱效率高，尾氣量少，廢熱利用的投資較小。
(3)水泥熟料的質(zhì)量可調(diào)控，可通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間，控制C3S、A3S、C2S、C4FA的含量，以生產(chǎn)不同標(biāo)號(hào)的水泥。
(4)熔池熔煉噴入燃料和氧氣的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了熔池?cái)噭?dòng)，既加快了反應(yīng)，又降低了對(duì)水泥生料均化的要求。
(5)熔池熔煉噴入燃料和氧氣減少了水泥燒成過(guò)程中的煙氣量和粉塵量，減小了收塵系統(tǒng)的設(shè)備投資。
(6)熔融熟料采用霧化冷卻，冷卻效率高、效果好，并提高了余熱的利用率。



圖1為本發(fā)明水泥生產(chǎn)工藝流程圖。

具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1 將產(chǎn)地四川什邡的石灰石礦，干燥粘土及鐵礦渣經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎為10～30mm的粒狀物料輸送進(jìn)原料料倉(cāng)，經(jīng)皮帶計(jì)量稱按80％石灰石和15％粘土、5％鐵礦渣的比例進(jìn)行計(jì)量配料，配料后的粒狀物料經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送進(jìn)立式制粉磨機(jī)粉磨，控制細(xì)度在80um篩余物小于＜12％，磨制后的生料進(jìn)入生料均化庫(kù)進(jìn)行均化，制得水泥生料，生料經(jīng)斗式機(jī)提升到熔融燒成爐上方懸浮預(yù)熱系統(tǒng)料倉(cāng)中，經(jīng)計(jì)量螺旋計(jì)量后，加入懸浮預(yù)熱系統(tǒng)的旋風(fēng)預(yù)熱器第1級(jí)，生料通過(guò)五級(jí)懸浮預(yù)熱器呈流化態(tài)下落，與熔融燒成爐來(lái)的高溫空氣換熱，進(jìn)入第5級(jí)后的生料溫度達(dá)780℃，生料轉(zhuǎn)入窯外預(yù)分解器，在高溫流化態(tài)下分解放出CO2，調(diào)節(jié)置于窯外分解爐內(nèi)的噴煤槍噴煤量，分解爐內(nèi)溫度為870℃，分解后的生物料落入熔融燒成爐內(nèi)。
向浸沒在熔融燒成爐內(nèi)熔融體中的噴槍噴入煤粉和純氧，進(jìn)行浸沒燃燒供熱，控制熔池液相溫度在于1450～1500℃使氧化鈣發(fā)生硅化反應(yīng)，在對(duì)應(yīng)的生料加入速度下5分鐘完成礦化反應(yīng)，高溫熔融熟料連續(xù)地進(jìn)入熟料霧化冷卻機(jī)進(jìn)行換熱冷卻，與冷空氣進(jìn)行熱交換控制礦物組份，產(chǎn)生的熱氣供熔融、分解、預(yù)熱使用，冷卻后的熟料與石膏進(jìn)行配料、粉磨制得成品水泥。
表1水泥熟料礦物組成 實(shí)施例2 將產(chǎn)地四川安縣的方解石礦，什邡的干燥黃土礦及鐵礦渣經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎為10～30mm的粒狀物料輸送進(jìn)原料料倉(cāng)，經(jīng)皮帶計(jì)量稱按80％方解石和15％黃土、5％鐵礦渣的比例進(jìn)行計(jì)量配料，配料后的粒狀物料經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送進(jìn)立式制粉磨機(jī)粉磨，控制細(xì)度在80um篩余物小于＜12％，磨制后的生料進(jìn)入生料均化庫(kù)進(jìn)行均化，制得水泥生料，生料經(jīng)斗式機(jī)提升到熔融燒成爐上方懸浮預(yù)熱系統(tǒng)料倉(cāng)中，經(jīng)計(jì)量螺旋計(jì)量后，加入懸浮預(yù)熱系統(tǒng)的旋風(fēng)預(yù)熱器第1級(jí)，生料通過(guò)五級(jí)懸浮預(yù)熱器呈流化態(tài)下落，與熔融燒成爐來(lái)的高溫空氣換熱，進(jìn)入第5級(jí)后的生料溫度達(dá)820℃，生料轉(zhuǎn)入窯外預(yù)分解器，在高溫流化態(tài)下分解放出CO2，調(diào)節(jié)置于窯外分解爐內(nèi)噴槍的CO氣體的噴入量，分解爐內(nèi)溫度為896℃，分解后的生物料落入熔融燒成爐內(nèi)。
向浸沒在熔融燒成爐內(nèi)熔融體中的噴槍，高速噴入CO和800℃助燃空氣，進(jìn)行浸沒燃燒供熱，控制熔池液相溫度在于1370～1420℃使氧化鈣發(fā)生硅化反應(yīng)，在對(duì)應(yīng)的生料加入速度下8分鐘完成礦化反應(yīng)，高溫熔融熟料連續(xù)地進(jìn)入熟料霧化冷卻機(jī)進(jìn)行換熱冷卻，與冷空氣進(jìn)行熱交換，控制礦物組份，將產(chǎn)生的熱氣供熔融、分解、預(yù)熱器使用，冷卻后的熟料與石膏進(jìn)行配料、粉磨制得成品水泥成品。
表2水泥熟料礦物組成 實(shí)施例3 將產(chǎn)地四川綿陽(yáng)的白云石礦(白堊)，干燥頁(yè)巖礦及硫酸渣經(jīng)鄂式破碎機(jī)破碎為10～30mm的粒狀物料輸送進(jìn)原料料倉(cāng)，經(jīng)皮帶計(jì)量稱按80％白云石和15％頁(yè)巖、5％硫酸渣的比例進(jìn)行計(jì)量配料，配料后的粒狀物料經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送進(jìn)立式制粉磨機(jī)粉磨，控制細(xì)度在80um篩余物小于＜12％，磨制后的生料進(jìn)入生料均化庫(kù)進(jìn)行均化，制得水泥生料，生料經(jīng)斗式機(jī)提升到熔融燒成爐上方懸浮預(yù)熱系統(tǒng)料倉(cāng)中，經(jīng)計(jì)量螺旋計(jì)量后，加入懸浮預(yù)熱系統(tǒng)的旋風(fēng)預(yù)熱器第1級(jí)，生料通過(guò)五級(jí)懸浮預(yù)熱器呈流化態(tài)下落，與熔融燒成爐來(lái)的高溫空氣換熱，進(jìn)入第5級(jí)后的生料溫度達(dá)765℃，生料轉(zhuǎn)入窯外預(yù)分解器，在高溫流化態(tài)下分解放出CO2，調(diào)節(jié)置于窯外分解爐內(nèi)的噴槍的天然氣體噴入量，分解爐內(nèi)溫度為880℃，分解后的生物料落入熔融爐內(nèi)。
向浸沒在熔融燒成爐內(nèi)熔融體中的噴槍，噴入天然氣和含氧量為50％富氧空氣，進(jìn)行浸沒燃燒供熱，控制熔池液相溫度在于1610～1635℃使氧化鈣發(fā)生硅化反應(yīng)，在對(duì)應(yīng)的生料加入速度下4分鐘完成礦化反應(yīng)，高溫熔融熟料連續(xù)地進(jìn)入熟料霧化冷卻機(jī)進(jìn)行換熱冷卻，與冷空氣進(jìn)行熱交換，控制礦物組份，產(chǎn)生的熱氣供熔融、分解、預(yù)熱使用，冷卻后的熟料與石膏進(jìn)行配料、粉磨制得成品水泥成品。
表3水泥熟料礦物組成
權(quán)利要求
1.水泥的生產(chǎn)方法，包括原料破碎、配料、磨粉、均化制得水泥生料，水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解、熔融、煅燒、冷卻、配料、粉磨得成品水泥，其特征在于水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解后由以下步驟完成
a、將水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解后進(jìn)入溫度為1350℃-1650℃的高溫熔池中熔融成為熔融體；
b、通過(guò)浸沒于熔融體中的噴槍噴入燃料和助燃?xì)怏w提供能量，進(jìn)行水泥熔融燒成反應(yīng)得到高溫熔融熟料；其中，燒成反應(yīng)溫度1350℃～1650℃；反應(yīng)時(shí)間2～10分鐘；
c、高溫熔融熟料連續(xù)地經(jīng)冷卻、配料、粉磨即得成品水泥；
其中，所述高溫熔池是由水泥生料分解后進(jìn)一步升溫熔化及完成熟料燒成的反應(yīng)池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于水泥生料的預(yù)分解溫度在800～950℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟b所述的燃料是煤、天然氣、一氧化碳或水煤氣；所述的助燃?xì)怏w是空氣或富氧空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于步驟c所述的熔融熟料冷卻是采用霧化冷卻方式進(jìn)行冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于霧化冷卻產(chǎn)生的熱空氣用于水泥生料的預(yù)熱、預(yù)分解或熔融燒成反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的水泥生料為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、白水泥或彩色水泥的水泥生料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于所述水泥生料是將石灰質(zhì)、黏土質(zhì)、校正原料破碎后按比例進(jìn)行配料，然后經(jīng)粉磨、均化得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的石灰質(zhì)是石灰石、泥灰?guī)r、白堊，或工業(yè)廢渣(如電石渣、白泥等)中的至少一種；
所述的黏土質(zhì)是黃土、黏土、頁(yè)巖、粉砂巖、河泥、粉煤灰、煤矸石等中的至少一種
所述的校正原料是硅質(zhì)校正原料、鋁質(zhì)校正原料或鐵質(zhì)校正原料中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于所述硅質(zhì)校正原料是石英、長(zhǎng)石中的至少一種；所述鋁質(zhì)校正原料是爐渣、鋁釩土中的至少一種；所述鐵質(zhì)校正原料是鐵礦石、菱鐵礦、煉鐵廠的尾礦、硫酸渣、銅礦渣、鉛礦渣中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥的生產(chǎn)方法，其特征在于b步驟中熔融燒成反應(yīng)溫度為1450～1550℃，反應(yīng)時(shí)間為3～5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新的水泥的生產(chǎn)方法，屬于水泥生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是降低水泥生產(chǎn)過(guò)程中的能耗。本發(fā)明水泥的生產(chǎn)方法其特征在于將水泥生料經(jīng)預(yù)熱、預(yù)分解后，進(jìn)入溫度為1350℃-1650℃的高溫熔池中轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴隗w，通過(guò)浸沒于熔融體中的噴槍噴入燃料和助燃?xì)怏w提供能量，進(jìn)行水泥熔融燒成反應(yīng)，完成燒成的熔融熟料連續(xù)地經(jīng)冷卻、配料、粉磨制得成品水泥。本發(fā)明方法采用全熔融液相反應(yīng)，傳質(zhì)傳熱速率大大提高，反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化速率高，提高了生產(chǎn)能力，從而也節(jié)省了大量能耗。
文檔編號(hào)C04B7/44GK101811838SQ201010148179
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者李進(jìn), 李光明, 王佳才, 鄒建, 侯雋, 馬永強(qiáng) 申請(qǐng)人:四川川恒化工股份有限公司