專利名稱：制造水泥熟料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造水泥熟料的方法，該方法是生料先經(jīng)初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥作用，后將生料經(jīng)預熱和煅燒，最后經(jīng)成球和燒成作用，其中成球作用是在固定燒成反應器中進行的。
背景技術：
固定燒成反應器是指相對于回轉窯而言有固定壁的反應器。最通用類型的固定反應器是流化床反應器或噴騰床反應器。
當經(jīng)預熱的或可能煅燒過的水泥生料在經(jīng)受加熱并隨之發(fā)生熔融相形成的條件下，成粒材料的細度從大于0.090mm(含量通常低于15％)的顆粒轉變成細度超過0.5mm(含量高于80％)的粒狀或球形材料時，發(fā)生成球作用和熟料形成作用。
在制造普通水泥熟料的方法中，形成的熔融相是一種在約1300℃形成的氧化物熔體，其組成大致如下55％CaO、6％SiO2、23％Al2O3和17％Fe2O3，其中氧化物熔體一般是熟料總質量的15-25％。
在絕大多數(shù)生產(chǎn)工廠中，熟料形成是在回轉窯中進行的。已知回轉窯的建設費用和活動部件維修耗費都是很高的，為此在水泥生產(chǎn)工藝中對取消回轉窯方面已做了許多嘗試。
從實施如公布的德國專利申請4219697來說，根據(jù)煅燒過物料按兩步法的燒成方法制造水泥熟料，且第一步包括流化床或噴騰床是眾所周知的。在第一步中生料被加熱至預燒結溫度，在該溫度形成熔融相，并且一旦出現(xiàn)熔融相就發(fā)生熟料形成作用。接著將物料導入第二步，在第二步中最終在不低于1300℃下燒成熟料。
然而，該方法的實施設備條件，由于熔融相的形成只發(fā)生在幾度溫度范圍內，因而是很難控制的，因此極難保持那種保證按預定的少量熔融相穩(wěn)定存在所必須的工藝條件。具體說，這種困難可能是由于熔融物料的量在很大程度上取決于生料的組成而不只決定于溫度所造成的。
在美國專利申請No.2465420中提出了采用堿金屬鹽熔體使石灰質淤渣煅燒和成球的方法。這種鹽熔體不總是適合于水泥制造的，因為成品水泥中過高的堿金屬含量可能導致膨脹反應物的形成，從而使成品混凝土龜裂。
丹麥專利申請No.1579/85公開了一種對在干燥廢氣脫硫過程中用過的吸收劑進行處理的方法。根據(jù)該申請所述的方法，由于是以一定量氯化物的存在作為先決條件的，因此利用這一方法供制造水泥熟料是沒有優(yōu)勢的，因為氯化物在預熱器和煅燒器中結塊而可能引起操作上的問題。
先有技術采用向制造水泥的生料添加至多約5％的石膏與氟，以降低C3S形成溫度并隨之也降低燒成溫度，然而達到此溫度時這些水泥已經(jīng)在回轉窯中發(fā)生成球和燒成作用。
根據(jù)本發(fā)明提出了一種可消除操作上問題和可避免加入不需要物質如氯化物，并同時可在固定反應器中實現(xiàn)熟料成球和燒成作用的制造水泥的方法。該方法中關于熔融材料形成的控制有專門的要求。
根據(jù)本發(fā)明，在將生料導入固定燒成反應器前向生料添加大量的硫酸鹽化合物或直接向固定反應器(如經(jīng)燃燒空氣或與燃料一起)添加硫酸鹽化合物來達到本發(fā)明的目的。
出乎意料的是，添加本身不必是能被熔融的硫酸鹽化合物能促使材料在固定反應器中形成熔融相，并且形成的熔融相能滿足通過控制溫度就能調節(jié)熔融相的量的要求。然而，在1000-1300℃溫度范圍內，添加的硫酸鹽化合物可與水泥生料中天然量的堿金屬相混合，形成主要包含添加的硫酸鹽化合物和少量堿金屬硫酸鹽(K2SO4和Na2SO4)的熔體。
本發(fā)明的詳細說明原則上，硫酸鹽化合物可選自對成品水泥質量不會有不良影響的所有類型硫酸鹽。采用硫酸鈣是特別有利的，既可以是天然硫酸鈣也可用工業(yè)副產(chǎn)物和普通廢料，如干燥廢氣脫硫中使用過的吸收劑。如果生料本身含有少量的堿金屬，則可以堿金屬硫酸鹽的形式作為一定量硫酸鹽源添加。硫酸鹽化合物在一定程度上也可與燃料一起導入。
這種熔體與眾不同的特征是其含量隨溫度均勻地變化，而且在很大程度上只要硫酸鹽含量足夠高，與硫酸鹽的含量無關。
利用這種熔體進行經(jīng)煅燒生料的成球作用的最佳溫度在1100-1250℃之間。
為了實施本發(fā)明的方法，如上所述本發(fā)明主要要求是經(jīng)煅燒生料的硫酸鹽含量要顯著地高于堿性氧化物含量。滿足下列關系式(百分比都是指重量百分比)是優(yōu)選的％SO3＞％K2O+1.5.％Na2O其中SO3百分比是進入工藝流程的物流中硫酸鹽總量。
下面根據(jù)有關本發(fā)明方法能采用的裝置實例的圖示對本發(fā)明作進一步的詳細說明。眾所周知，該裝置幾乎未經(jīng)修改，引自歐洲專利No.0380878(1989年12月14日，F(xiàn).L.Smidth & Co.，A/S)。
圖中展示了制造水泥的裝置，該裝置包括由三個旋風式預熱器1、2和3組成的預熱器、附有旋風分離器5的煅燒爐4、位于煅燒爐4之下的固定反應器6及熟料發(fā)生最后反應的裝置7和熟料冷卻器8。裝置7可以是如流化床室或短回轉窯。
運行時，水泥生料通過進口9供入，然后按已知方式通過旋風式預熱器1，2和3經(jīng)導管10傳送到煅燒爐4。燃料經(jīng)進口11、硫酸鹽化合物通過進口11a分別供入煅燒爐4。燃燒空氣是從熟料冷卻器8經(jīng)一個或幾個導管12供入的。
在煅燒爐4，經(jīng)預熱的生料在氣體懸浮體中煅燒，然后煅燒過的生料和廢氣懸浮體經(jīng)出口5a導入旋風分離器5，從旋風分離器分離的廢氣在最終通過出口13排放前繼續(xù)向上通過預熱器1、2和3。經(jīng)煅燒的生料直接從旋風分離器5向下經(jīng)導管14進入反應器6。
反應器6由裝置7通過導管15供給燃燒空氣、經(jīng)入口16供給燃料。燒成的熟料直接導入裝置7，供給裝置7的空氣和燃料的量為使熟料能在適當環(huán)境中達到發(fā)生最后反應所需的程度。最后，熟料經(jīng)導管18送入冷卻器8。
對于反應器6是噴騰床的情況，煅燒過的生料經(jīng)導管14導入并沿著反應器6的最下部分的錐形壁向下流動。當生料達到錐形部分的底部時，小顆粒將被經(jīng)導管15供給的向上流動的燃燒空氣所夾帶，這樣就形成了噴騰床。在噴騰床中物料以特定的方式循環(huán)，隨著物料的粒徑穩(wěn)定地增加從而使物料變成料球。
當顆粒的重量達到由于其重力所產(chǎn)生的拉力大于向上流動氣體所產(chǎn)生的力時，形成的料球通過反應器錐形部分下降并通過導管15下降至裝置7。在裝置7中，產(chǎn)生的料球應有必需的反應時間以便形成所要求的熟料。形成的料球的大小決定于通過導管15導入氣體的體積，因此決定于氣體的流速。
煅燒過的生料在反應器6中進行成粒試驗時，除利用生料本身氧化物熔體外，不另外加入硫酸鹽。在約1325℃下，生料可能形成料球，但是無法避免有相當多物料積聚在反應器的腔壁上，以致運行時間不能超過5小時。這一結果可歸因于在成粒過程中熔融的物料過量所致。
第二個試驗，是將溫度大幅度降至約1200℃。結果是成粒過程幾乎完全停止，只有零星量的料球從反應器6排出。而物料在煅燒爐4、旋風分離器5和反應器6之間形成了強制循環(huán)。
第三個試驗，以每100千克生料添加5千克細磨過的石膏經(jīng)入口11a加入到煅燒爐4中，反應器6溫度設定在1200℃。經(jīng)一定時間后，在煅燒爐4、旋風分離器5與反應器6之間建立起循環(huán)平衡，而在流動物流中通過導管15從反應器排放的粒狀材料的物料相當于在9和11a供入的原材料。制造的水泥熟料的平均顆粒大小為3毫米。
權利要求
1.制造水泥熟料的方法，其中生料先經(jīng)初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥作用，然后生料經(jīng)預熱和煅燒，最后經(jīng)成球和燒成，其中成球作用是在固定裝置中發(fā)生的，其特征在于在初步加工、生料的煅燒或燒成時，供入與生料成比例量的、對成品水泥質量沒有任何不良影響的硫酸鹽化合物，以致生料中硫酸鹽含量遠高于堿金屬氧化物含量，以及在于熟料形成作用在溫度為1000℃與1300℃之間發(fā)生。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于熟料形成過程的溫度范圍為1100℃與1250℃之間。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于基本要求是生料混合物中硫酸鹽含量必須符合下式％SO3＞％K2O+1.5.％Na2O
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于硫酸鹽化合物是硫酸鈣。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造水泥熟料的方法生料先經(jīng)初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥，以及最后經(jīng)成球和燒成，而成球過程是在固定燒成反應器中進行的。根據(jù)本發(fā)明方法，在生料導入固定燒成反應器前，將足量的硫酸鹽化合物添加到生料中，或者直接添加到固定反應器中，如通過燃燒空氣或與燃料一起加到固定反應器中。硫酸鹽化合物可選自不會對成品水泥性能產(chǎn)生影響的所有類型硫酸鹽。采用硫酸鈣，或者天然存在的或者工業(yè)副產(chǎn)物和普通廢料如干燥廢氣脫硫過程用過的吸收劑，是特別是利的。借助熔體存在，使燃燒過生料發(fā)生成球作用的最佳溫度范圍在1100-1250℃之間，為了能實施根據(jù)本發(fā)明的方法，基本要求是燃燒過生料中硫酸鹽含量遠高于堿金屬氧化物含量，并應保證符合下式(所指百分比都是重量百分比)％SO
文檔編號C04B7/45GK1164849SQ9519612
公開日1997年11月12日 申請日期1995年9月25日 優(yōu)先權日1994年11月11日
發(fā)明者E·S·瓊斯 申請人:弗·爾·斯米德恩公司