专利名称：制造水泥熟料的方法
技术领域：
本发明涉及制造水泥熟料的方法，该方法是生料先经初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥作用，后将生料经预热和煅烧，最后经成球和烧成作用，其中成球作用是在固定烧成反应器中进行的。
背景技术：
固定烧成反应器是指相对于回转窑而言有固定壁的反应器。最通用类型的固定反应器是流化床反应器或喷腾床反应器。
当经预热的或可能煅烧过的水泥生料在经受加热并随之发生熔融相形成的条件下，成粒材料的细度从大于0.090mm(含量通常低于15％)的颗粒转变成细度超过0.5mm(含量高于80％)的粒状或球形材料时，发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，形成的熔融相是一种在约1300℃形成的氧化物熔体，其组成大致如下55％CaO、6％SiO2、23％Al2O3和17％Fe2O3，其中氧化物熔体一般是熟料总质量的15-25％。
在绝大多数生产工厂中，熟料形成是在回转窑中进行的。已知回转窑的建设费用和活动部件维修耗费都是很高的，为此在水泥生产工艺中对取消回转窑方面已做了许多尝试。
从实施如公布的德国专利申请4219697来说，根据煅烧过物料按两步法的烧成方法制造水泥熟料，且第一步包括流化床或喷腾床是众所周知的。在第一步中生料被加热至预烧结温度，在该温度形成熔融相，并且一旦出现熔融相就发生熟料形成作用。接着将物料导入第二步，在第二步中最终在不低于1300℃下烧成熟料。
然而，该方法的实施设备条件，由于熔融相的形成只发生在几度温度范围内，因而是很难控制的，因此极难保持那种保证按预定的少量熔融相稳定存在所必须的工艺条件。具体说，这种困难可能是由于熔融物料的量在很大程度上取决于生料的组成而不只决定于温度所造成的。
在美国专利申请No.2465420中提出了采用碱金属盐熔体使石灰质淤渣煅烧和成球的方法。这种盐熔体不总是适合于水泥制造的，因为成品水泥中过高的碱金属含量可能导致膨胀反应物的形成，从而使成品混凝土龟裂。
丹麦专利申请No.1579/85公开了一种对在干燥废气脱硫过程中用过的吸收剂进行处理的方法。根据该申请所述的方法，由于是以一定量氯化物的存在作为先决条件的，因此利用这一方法供制造水泥熟料是没有优势的，因为氯化物在预热器和煅烧器中结块而可能引起操作上的问题。
先有技术采用向制造水泥的生料添加至多约5％的石膏与氟，以降低C3S形成温度并随之也降低烧成温度，然而达到此温度时这些水泥已经在回转窑中发生成球和烧成作用。
根据本发明提出了一种可消除操作上问题和可避免加入不需要物质如氯化物，并同时可在固定反应器中实现熟料成球和烧成作用的制造水泥的方法。该方法中关于熔融材料形成的控制有专门的要求。
根据本发明，在将生料导入固定烧成反应器前向生料添加大量的硫酸盐化合物或直接向固定反应器(如经燃烧空气或与燃料一起)添加硫酸盐化合物来达到本发明的目的。
出乎意料的是，添加本身不必是能被熔融的硫酸盐化合物能促使材料在固定反应器中形成熔融相，并且形成的熔融相能满足通过控制温度就能调节熔融相的量的要求。然而，在1000-1300℃温度范围内，添加的硫酸盐化合物可与水泥生料中天然量的碱金属相混合，形成主要包含添加的硫酸盐化合物和少量碱金属硫酸盐(K2SO4和Na2SO4)的熔体。
本发明的详细说明原则上，硫酸盐化合物可选自对成品水泥质量不会有不良影响的所有类型硫酸盐。采用硫酸钙是特别有利的，既可以是天然硫酸钙也可用工业副产物和普通废料，如干燥废气脱硫中使用过的吸收剂。如果生料本身含有少量的碱金属，则可以碱金属硫酸盐的形式作为一定量硫酸盐源添加。硫酸盐化合物在一定程度上也可与燃料一起导入。
这种熔体与众不同的特征是其含量随温度均匀地变化，而且在很大程度上只要硫酸盐含量足够高，与硫酸盐的含量无关。
利用这种熔体进行经煅烧生料的成球作用的最佳温度在1100-1250℃之间。
为了实施本发明的方法，如上所述本发明主要要求是经煅烧生料的硫酸盐含量要显著地高于碱性氧化物含量。满足下列关系式(百分比都是指重量百分比)是优选的％SO3＞％K2O+1.5.％Na2O其中SO3百分比是进入工艺流程的物流中硫酸盐总量。
下面根据有关本发明方法能采用的装置实例的图示对本发明作进一步的详细说明。众所周知，该装置几乎未经修改，引自欧洲专利No.0380878(1989年12月14日，F.L.Smidth & Co.，A/S)。
图中展示了制造水泥的装置，该装置包括由三个旋风式预热器1、2和3组成的预热器、附有旋风分离器5的煅烧炉4、位于煅烧炉4之下的固定反应器6及熟料发生最后反应的装置7和熟料冷却器8。装置7可以是如流化床室或短回转窑。
运行时，水泥生料通过进口9供入，然后按已知方式通过旋风式预热器1，2和3经导管10传送到煅烧炉4。燃料经进口11、硫酸盐化合物通过进口11a分别供入煅烧炉4。燃烧空气是从熟料冷却器8经一个或几个导管12供入的。
在煅烧炉4，经预热的生料在气体悬浮体中煅烧，然后煅烧过的生料和废气悬浮体经出口5a导入旋风分离器5，从旋风分离器分离的废气在最终通过出口13排放前继续向上通过预热器1、2和3。经煅烧的生料直接从旋风分离器5向下经导管14进入反应器6。
反应器6由装置7通过导管15供给燃烧空气、经入口16供给燃料。烧成的熟料直接导入装置7，供给装置7的空气和燃料的量为使熟料能在适当环境中达到发生最后反应所需的程度。最后，熟料经导管18送入冷却器8。
对于反应器6是喷腾床的情况，煅烧过的生料经导管14导入并沿着反应器6的最下部分的锥形壁向下流动。当生料达到锥形部分的底部时，小颗粒将被经导管15供给的向上流动的燃烧空气所夹带，这样就形成了喷腾床。在喷腾床中物料以特定的方式循环，随着物料的粒径稳定地增加从而使物料变成料球。
当颗粒的重量达到由于其重力所产生的拉力大于向上流动气体所产生的力时，形成的料球通过反应器锥形部分下降并通过导管15下降至装置7。在装置7中，产生的料球应有必需的反应时间以便形成所要求的熟料。形成的料球的大小决定于通过导管15导入气体的体积，因此决定于气体的流速。
煅烧过的生料在反应器6中进行成粒试验时，除利用生料本身氧化物熔体外，不另外加入硫酸盐。在约1325℃下，生料可能形成料球，但是无法避免有相当多物料积聚在反应器的腔壁上，以致运行时间不能超过5小时。这一结果可归因于在成粒过程中熔融的物料过量所致。
第二个试验，是将温度大幅度降至约1200℃。结果是成粒过程几乎完全停止，只有零星量的料球从反应器6排出。而物料在煅烧炉4、旋风分离器5和反应器6之间形成了强制循环。
第三个试验，以每100千克生料添加5千克细磨过的石膏经入口11a加入到煅烧炉4中，反应器6温度设定在1200℃。经一定时间后，在煅烧炉4、旋风分离器5与反应器6之间建立起循环平衡，而在流动物流中通过导管15从反应器排放的粒状材料的物料相当于在9和11a供入的原材料。制造的水泥熟料的平均颗粒大小为3毫米。
权利要求
1.制造水泥熟料的方法，其中生料先经初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥作用，然后生料经预热和煅烧，最后经成球和烧成，其中成球作用是在固定装置中发生的，其特征在于在初步加工、生料的煅烧或烧成时，供入与生料成比例量的、对成品水泥质量没有任何不良影响的硫酸盐化合物，以致生料中硫酸盐含量远高于碱金属氧化物含量，以及在于熟料形成作用在温度为1000℃与1300℃之间发生。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于熟料形成过程的温度范围为1100℃与1250℃之间。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于基本要求是生料混合物中硫酸盐含量必须符合下式％SO3＞％K2O+1.5.％Na2O
4.根据权利要求1的方法，其特征在于硫酸盐化合物是硫酸钙。
全文摘要
本发明涉及制造水泥熟料的方法生料先经初步加工，例如粉碎、均化和/或干燥，以及最后经成球和烧成，而成球过程是在固定烧成反应器中进行的。根据本发明方法，在生料导入固定烧成反应器前，将足量的硫酸盐化合物添加到生料中，或者直接添加到固定反应器中，如通过燃烧空气或与燃料一起加到固定反应器中。硫酸盐化合物可选自不会对成品水泥性能产生影响的所有类型硫酸盐。采用硫酸钙，或者天然存在的或者工业副产物和普通废料如干燥废气脱硫过程用过的吸收剂，是特别是利的。借助熔体存在，使燃烧过生料发生成球作用的最佳温度范围在1100-1250℃之间，为了能实施根据本发明的方法，基本要求是燃烧过生料中硫酸盐含量远高于碱金属氧化物含量，并应保证符合下式(所指百分比都是重量百分比)％SO
文档编号C04B7/45GK1164849SQ9519612
公开日1997年11月12日 申请日期1995年9月25日 优先权日1994年11月11日
发明者E·S·琼斯 申请人:弗·尔·斯米德恩公司