新型干法窑生料配料理念和配料设计
1 配料理念
在窑内烧成熟料，不仅涉及到生料易烧性，还与生料均匀程度、燃料性质、生产工艺装备条件及生产的水泥品种有关。
配料设计的核心是确定熟料的矿物组成或率值，配料设计的目的是企业产品方案的实现。 1．1 水泥品种
不同品种的水泥，其矿物组成是不同的；因此生产不同品种的水泥，要确定不同的矿物组成是不言而喻的，如生产中热水泥，必须降低水化热较高的矿物C3S、C 3A的含量。即使生产同一品种的水泥，其矿物组成的含量也可能不同：如生产硅酸盐水泥，按国家标准，对矿物组成没有特殊要求，只要求凝结时间正常，具有良好的安定性和符合相应强度指标就可以了。因此，可以根据企业自身条件，采用多种配料方案来实现。 1．2原料品质
原料的化学成分与工艺性能极大地影响着熟料矿物组成的设计。有时由于原料的某种成分或性能不能满足回转窑的工艺性能要求，需要另找原料或采取其它技术措施。硅、铝、铁校正料为的就是补充原料中相应元素的短缺。若原料中K2O、Na2O、S03、Cl-含量过高，必须另找原料，或采取旁路放风或冷凝放灰等措施。
过去，由于分析检验条件所限，企业只能利用Ca0、Fe203快速滴定，在强调黏土质原料稳定的前提下，生料粉磨工艺皆采用三组分配料控制。这样往往得不到理想的熟料矿物组成。在多元素X——荧光分析仪问世后，四组分配料成为可能，现今设计的生料磨配料站都有4～5个原料仓，使我们能随心所欲地调配Ca0、Si02、A1203、Fe2O3比例，使熟料形成理想的矿物组成。 所用原料易烧性好，配料时即可提高硅酸盐矿物含量。如北京怀北水泥厂，大量使用泥灰岩做原料；工艺性能试验表明，在相同率值条件下(KH=0.90，SM=2.5，AM=1.6)，一般企业熟料fCaO=2.0％，该厂熟料
fCaO=0.2％，表现出良好的易烧性；该厂实际生产控制KH=0.92，SM≥3.0，fCa0≤1.5％，一台700t／d的预分解窑很快达到高于800t／d规模。 1．3燃料品质
燃料品质通过影响自身的燃烧过程，影响熟料的煅烧过程。
固体燃料—煤，由挥发分、固定碳和灰分组成，它对熟料的煅烧和质量影响较大。
近些年，预分解窑采用低挥发分煤作燃料，已在南方得到广泛使用。 煤的灰分虽然掺入熟料不多，但对熟料质量影响很大。煤灰的掺入会不等地降低熟料饱和比(KH)、硅酸率(SM)、提高铝氧率(AM)。虽然配料计算时，是把煤灰作为一种原料组分考虑的，但实际上煤灰掺入是不均匀的，煤灰沉落多的部位熟料饱和比降低幅度大，沉落少的部位降低幅度小，结果熟料矿物形成不匀，岩相结构不好；煤灰分愈高、煤粉愈粗，影响愈大。 使用性能良好的煤粉燃烧器，煤粉在窑内能充分燃烧，不但可以省煤，配料时也可适当提高硅酸盐矿物含量、减少熔剂矿物含量，从而提高熟料质量。吉林圆山水泥厂，所用烟煤Vad=21％，Aad=29.5％，Qnetad=20 908kJ／kg，原用单通道喷煤管，熟料率值为：KH=0.92，SM=2.00，AM=1.20，fCa0≤1.5％，熟料强度3天25MPa，28天53MPa。换上四通道煤粉燃烧器后，熟料率值逐步达到KH=0.94，SM=2.90，AM=1.80，熟料强度3天32MPa，28天62MPa。 1．4生料成分均匀性
为使窑内热工制度稳定，加速生料各组分之间的反应，以保证熟料质量，应提高生料成分的均匀性。在确定熟料矿物组成时，要和生料的均匀性相适应；生料均匀性好的企业可适当提高硅酸盐矿物含量，以提高熟料质量；均匀性较差的企业需降低生料饱和比，以免fCa0过高，且不均匀。 1.5回转窑规格
一般小型预分解窑易结圈、结长厚窑皮、结大蛋，适当提高硅酸盐矿物含量，减少液相量，有利于提高回转窑运转率。
影响熟料矿物组成设计的因素是多方面的。应该随着原燃材料、产品方案、设备、操作条件等的不同而变化。例如：某厂黏土中硅酸率偏低，为配出理想的熟料率值，需掺硅质校正料。当地只有石英岩；石英岩难磨又难烧，从而产生了生料配料率值与粉磨、煅烧的矛盾；分析矛盾：如石英岩过硬，且晶粒粗，工厂粉磨能力有限，加石英岩会造成生料磨的粉磨能力不够，使煅烧发生困难，对熟料质量和生产影响较大，而不掺石英岩，窑上尚能适应，熟料质量相对影响较小，则可不掺石英岩，而采取低硅配料并相应调整生料率值，提高饱和比，使其与之相适应；相反，如不掺石英岩，熟料硅酸率过低，严重影响熟料质量，此时熟料化学成分成为主要矛盾，可以决定掺一定量的石英岩，同时减少一些铁粉，两个因素促使提高了熟料硅酸率，避免单一掺加石英岩的不利影响。 2 配料计算
2．1 熟料率值确定
熟料率值的确定，首先要满足产品方案的要求，并在生产中逐步摸索适合本厂设备和资源条件的指标。若原料易烧性较好，烧成熟料游离钙<1％，即可提高率值，以取得高强度熟料，从而增加混合材掺加量：若生产硅酸盐水泥。买方又不需要高标号，即可在满足产品质量要求的前提下,适当降低率值,以减少煤耗,这就是经济率值。
表1 国内外部分水泥厂熟料率值及矿物组成举例
国名 厂名 北京 冀东 新疆 宁国 中国 柳州 江西 鲁南 铜陵 双阳 大连 Martin Marietta Capital 美国 Ash Grove Majave Tijcras Teutonia 德国 Spenner Dyckerhoff LSF 92.90 91.10 91.77 91.40 95.81 92.55 92.44 92.40 91.94 91.40 92～94 KH 0.885 0.875 0.880 0.887 0.920 0.889 0.888 0.890 0.885 0.879 SM 2.51 AM 1.84 备注 95～97 91～94 93-96 86～88 87 97～l00 88～92 87～92 92 89～95 87 88 90 93 93 一般范围 Pokoj A Pokoj B Wysok Chetm GroCtric 波兰 2.50 1.60 2.50 1.60 2.45 1.61 2.2l 1.59 2.46 1.61 2.37 1.58 2.45 1.65 2.59 1.55 2.50 1.60 3.5～3.7 1.1～l.3 2.8～3.0 2.7～3．O 2.9～3.1 1.2～1.4 2.9～3.9 0.7～1.2 I,II型水泥 2.7～3.3 0.6～O．9 V型水泥 2.8 1.3 2.9～3.2 3．O～3.3 矿渣水泥 3.0～3.2 1.1～l.3 2.1～3.5 1.6～2.1 范围 2.33 1.73 平均 1.14～ 1.94～ 4.O5 2.87 4.O5 1.69 3.28 2.24 3.08 1.68 2.96 1.96 2.2l 1.72 由于传统观念影响，我国熟料率值控制范围较窄，实际可操作范围则宽得多，
从表1罗列的国内外一些厂家数据可以看出，随着经济的发展，工程项目会对水
泥品质提出更高要求，国内应该在熟料率值确定方面加强探索，以得到更高质量的水泥，以及更广泛的原料适应性。 2.2生料配合比计算
熟料中主要化学成分是Ca0、Si02、Al2O3、Fe2O3，主要矿物组成是C3S、C2S、C 3A、C4AF，通常又是用三个率值来调配四种物质之间的比例。四组分配料可满足三个率值和四种矿物的比例关系要求，而三组分和两组分只能满足两个率值和一个率值的要求(见表2)。
表2 原料组分与率值关系
确保熟料品质项目 参与配料原料组分 率值 矿物组成 4 KH、SM、AM C3S：C2S：C 3A：C4AF 3 KH、SM C3S(％)和C2S(％) 3 KH、AM C3S(％)和C 3A(％) 2 KH C3S：C2S 水泥生料配合比计算是为了确定原料组分的数量比例，即通常所谓的配料计
算。原料组分按此比例混合，即能得到成分和性质符合要求的熟料。20年前人们多用误差尝试法进行配料计算，如今配料计数器、各种微机配料软件已屡见不鲜，但其原理还是采用不同方法解四元一次不定方程。配料涉及的物料氧化物组分百分含量以及物料配比分率符号定义见表3，表4。 熟料中煤灰掺入量用下式计算：
式中：q—熟料中煤灰掺入量，％； P—熟料单位热耗，kJ／kg熟料； Aad—煤粉空气干燥基灰分，％； S—煤灰沉落率，一般皆为100％；
(1)
Qnet.ad—煤粉空气干燥基低位热值，kJ／kg煤。
表3 物料中氧化物组分百分数含量符号的定义 氧化生料第一 第二 第三 第四 熟料中 煤灰中 物 中 Ca0 Si02 A1203 Fe203 C S A F C0 S0 A0 F0 Ca Sa Aa Fa 组分 组分 组分 组分 C1 C2 C3 C4 S1 S2 S3 S4 A1 A2 A3 A4 F1 F2 F3 F4 表4熟料中各物料配比分率
熟料中各组分所占比例 煤灰中 第一组分 第二组分 第三组分 第四组分 两组分配料 q X Y , g X Y Z 三组分配料 四组分配料 g X Y Z W 配料单元 2．1二组分配料
；；
；
将C，S，A，F的值代入下列公式
；
；；
并将此两公式整理为普通含两个未知数方程式类型，能够得到： x[(2.80KHSl+1.65Al+0.35Fl)-Cl]+y[(2.80KHS2+ 1.65A2+ 0.35F2)-C2] =qCa-(2.80KHqSa+1.65qAa+0.35qFa) x[SM(Al+Fl)-Sl]+y[SM(A2+F2)-S2] =qSa-SM(qAl+qFa)采用缩写符号： al=(2.80KHSl+1.65Al+0.35Fl)-Cl bl=(2.80KHS2+ 1.65A2+ 0.35F2)-C2