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CN104010985A - 水泥熟料制备系统 - Google Patents

水泥熟料制备系统 Download PDF

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CN104010985A
CN104010985A CN201280063958.4A CN201280063958A CN104010985A CN 104010985 A CN104010985 A CN 104010985A CN 201280063958 A CN201280063958 A CN 201280063958A CN 104010985 A CN104010985 A CN 104010985A
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CN
China
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grog
amount
fluorine
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Application number
CN201280063958.4A
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山下牧生
田中久顺
田中幸生
市原克彦
坂本一夫
太幡一男
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种适于水泥熟料的低温烧成，并且能够获得高品质水泥的水泥熟料制备系统。这种水泥熟料制备系统具备：供给矿化剂的氟源和硫磺源的机构；供给熟料原料的机构；对混合有矿化剂的氟源和熟料原料的调合原料进行粉碎的机构；烧成经粉碎的调合原料的窑；将矿化剂的硫磺源投入到窑中的机构；以及向窑供给燃料的机构，所述水泥熟料制备系统的特征在于，设置有分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料，并且根据所采集的试样种类测定氟量、主成分量及游离石灰量的试样分析系统，并且基于该测定量，控制氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。

Description

水泥熟料制备系统
技术领域
本发明涉及一种适于削减水泥熟料的烧成热量，并且能够获得高品质水泥的制备系统。 
本申请基于2011年12月26日在日本申请的特愿2011-283114号要求优先权，并且在此援引其内容。 
背景技术
在水泥制备中所需的大部分热能是在熟料的烧成工序中消耗的。因此，若能降低熟料的烧成温度，就能大幅降低能源成本，另外还能有助于削减CO2排放量。 
通常，在旋转窑中将调合原料烧成至1450℃以上来制备普通硅酸盐水泥熟料。在该熟料的烧成工序中，为了降低烧成温度，一直以来研究了如下的方案。 
(a)通过改变熟料的组成来增加烧成时的液相量，从而即使在较低温度下也易生成熟料(非专利文献1)。 
(b)在旋转窑的前段设置急速升温炉，在使投入原料迅速升温至融液反应温度以上之后，在旋转窑内进行低温烧成(1300～1400℃)(专利文献1)。 
(c)由于在作为熟料的主要矿物的阿利特的生成中需要高温，因此在熟料原料中预先掺入阿利特结晶生成中成为晶核的物质(专利文献2)。 
然而，上述(a)方法可能会导致由矿物组成的改变引起的水泥的强度下降和流动性的下降。上述(b)方法导致由制备设备的改造引起的高成本。另一方面，上述(c)方法具有能够以与以往相比小的单位耗热量烧成高品质熟料的优点，但作为阿利特结晶生成中成为晶核的物质，需要具有与水泥熟料的液相生成温度(1200～1300℃)相比高的熔点的物质。 
另外研究了(d)在熟料原料中加入萤石(氟化钙)等熔剂(矿化剂)，来降低熟料的烧成温度的方案。例如，如果加入氟源及硫磺源作为矿化剂来制备普通硅酸盐水泥熟料，则能够使烧成温度降低100℃左右。 
例如，使用包括萤石或氟的废弃物等作为矿化剂的氟源，并且使用无水石膏或硫磺成分高的燃料等作为硫磺源，在利用破碎机粉碎这些物质之后通过与作为熟料的铝 源的粘土、煤灰或各种焚烧灰等进行混合来调整熟料的单位消耗量，并且在利用干燥机进行干燥之后，在通过与作为熟料成分的干燥粘土、石灰石、萤石以及铁原料混合来调整原料比率之后，利用磨粉机粉碎这些混合原料，并且投入到烧成窑中。 
专利文献1：特开平7-17751号公报 
专利文献2：特开2006-182638号公报 
非专利文献1：H.F.W.Taylor：Cement chemistry(1990)p80、p93 
在原料中加入矿化剂并在低温下对熟料进行烧成时，为了制备高品质的水泥，需要准确地把握混合原料中的氟量及主成分量、熟料中的氟量、三氧化硫量及游离石灰量。为了测定这些物质的含量，例如使用与成分相应的如下的测定方法。 
(e)通过JIS R 52042002：2002“水泥的X射线荧光分析方法”或JCAS I-03“硅酸盐水泥的X射线荧光分析方法”来测定水泥的化学组成。 
(f)通过使用粉末块的X射线荧光分析或水泥协会标准试验方法I-51:1981“水泥及水泥原料中的微量成分的定量方法”或加热气化吸收离子色谱议来测定水泥中的氟量。 
(g)通过热重-差热分析(TG-DTA)或粉末X射线衍射/里特沃尔德解析来测定所添加的石膏量和半水化率。 
(h)通过水泥协会标准试验方法I-01:1997“游离氧化钙的定量方法”或粉末X射线衍射/里特沃尔德解析来测定游离石灰量(f.Cao)。 
在上述测定方法中使用X射线衍射装置及X射线荧光分析装置等，并且所采集的试样则通过熔融而成为熔珠，或者将其压制来进行分析。此时，在氟量的测定中，若使试样成为熔珠，则因氟被稀释及挥发而无法进行准确的定量，另外，在游离石灰量的测定中，若使试样成为熔珠，则因熟料矿物变质而无法进行准确的定量。因此，在氟量和游离石灰的定量中，不使试样成为熔珠，而配制成压制试样，并且通过X射线衍射的矿物成分分析来对游离石灰量进行定量。如此，为了准确地测定氟量及游离石灰量，需要使用X射线衍射和X射线荧光分析这两种分析装置，配制成与测定元素相应的状态的试样。 
发明内容
本发明提供一种能够对烧成前的调合原料及烧成后的熟料有效地实施在氟量及游离石灰量的测定中所需的X射线衍射分析、X射线荧光分析及其试样的配制，从而能够迅速且准确地测定氟量及游离石灰量，以制备高品质水泥的制备系统。 
本发明涉及一种具有以下构成的水泥制备系统。 
[1]一种水泥熟料制备系统，具备：供给矿化剂的氟源和硫磺源的机构；供给熟料原料的机构；对混合有矿化剂的氟源和熟料原料的调合原料进行粉碎的机构；烧成经粉碎的调合原料的窑；将矿化剂的硫磺源投入到窑中的机构；以及向窑供给燃料的机构，所述水泥熟料制备系统的特征在于，设置有分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料，并且根据所采集的试样种类测定氟量、主成分量及游离石灰量的试样分析系统，基于该测定量，控制氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。 
[2]在上述[1]的水泥熟料制备系统中，设置有试样分析系统，该试样分析系统具有：分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料的机构；使所采集的试样成为熔珠的机构；对所采集的试样进行压制的机构；X射线衍射装置；以及X射线荧光分析装置，并且根据烧成前的调合原料与烧成后的熟料的不同，配制熔珠试样或压制试样，根据配制的试样的种类，通过X射线衍射装置或X射线荧光分析装置来测定氟量、主成分量及游离石灰量，并且根据该测定量，控制矿化剂的氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。 
[3]在上述[1]或[2]所述的水泥熟料制备系统中，通过试样分析系统，在烧成前的调合原料被配制成熔珠试样或压制试样之后通过X射线荧光分析装置来测定氟量及主成分量，另外，在熟料被配制成压制试样之后通过X射线衍射装置来测定游离石灰量，进而通过X射线荧光衍射装置来对该压制试样测定氟量及主成分量，并且与该测定量相应的控制信号被传递到矿化剂的氟源和硫磺源的供给机构及调合原料的供给机构中，控制这些物质的供给量。 
[4]在上述[1]至上述[3]中的任一项所述的水泥熟料制备系统中，试样分析系统具备：接收部，所采集的调合原料试样和熟料试样被搬入该接收部；粉碎试样的装置；使经粉碎的试样成为熔珠的装置；对经粉碎的试样进行压制的装置；X射线衍射装置；X射线荧光分析装置；试样搬出部；以及进行试样的存取的分配装置，并且上述试样接收部、上述熔珠试样配制装置、上述压制试样配制装置、X射线衍射装置、X射线荧光分析装置和试样搬出部被配置成环状，在该环状排列的中央部设置有分配装置，通过该分配装置，调合原料试样或熟料试样按其种类被分配到上述各装置并被存取。 
[5]在上述[1]至上述[4]中的任一项所述的水泥熟料制备系统中，调合原料为混合有氟源和熟料原料的进给原料，该熟料原料为在混合有煤灰的原料精粉中加入收尘粉而形成的原料。 
本发明的制备系统由于测定烧成前的调合原料、熟料的氟量及游离石灰量，并且基于该测定量来供给适当量的矿化剂和调合原料，因此能够降低熟料烧成温度而不增 加由矿化剂引起的窑内或预热器内的结皮，从而能够制备高品质的水泥。 
另外，本发明的制备系统由于能够基于熟料中所包含的游离石灰量来控制燃料的使用量，因此能够大幅削减单位热能消耗量和燃料成本。另外，能够通过减少燃料使用量而降低CO2气体排放量。 
本发明的制备系统由于能够使用包含氟化钙的污泥作为矿化剂的氟源，并且能够使用废石膏板和含有较多硫磺的燃料等作为矿化剂的硫磺源，因此有助于降低制备成本，另外能够促进废石膏板等废弃物的利用。 
附图说明
图1是表示本发明的制备系统的一例的示意图。 
图2是关于本发明的制备系统表示试样分析系统的一例的示意图。 
图3是表示使用试样分析系统的分析例的处理工序图。 
具体实施方式
下面，基于实施方式对本发明进行具体说明。 
本发明的制备系统为水泥熟料制备系统，具备：供给矿化剂的氟源和硫磺源的机构；供给熟料原料的机构；对混合有矿化剂的氟源和熟料原料的调合原料进行粉碎的机构；烧成经粉碎的调合原料的窑；将矿化剂的硫磺源投入窑中的机构；以及向窑供给燃料的机构，所述水泥熟料制备系统的特征在于，设置有分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料，并且根据所采集的试样的种类测定氟量、主成分量及游离石灰量的试样分析系统，基于该测定量，控制氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。 
本发明的制备系统例如为如下的水泥熟料制备系统：设置有试样分析系统，该试样分析系统包括分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料的机构；使所采集的试样成为熔珠的机构；对所采集的试样进行压制的机构；X射线衍射机构；以及X射线荧光分析装置，根据烧成前的调合原料和烧成后的熟料的不同而配制熔珠试样或压制试样，并且根据配制的试样的种类通过X射线衍射装置或X射线荧光分析装置来测定氟量、主成分量及游离石灰量，根据该测定量，控制矿化剂的氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。 
图1表示本发明的制备系统的一例。在图示的本发明的制备系统中设置有粉碎作为矿化剂的氟源的氟化钙污泥10的机构11；供给粉碎的上述污泥的机构12；供给熟 料原料粘土的机构13；对氟化钙污泥粉碎物与粘土的混合原料进行干燥的干燥机14；在干燥的混合原料中加入干燥粘土的机构15；供给熟料原料石灰石16的机构17；供给熟料原料萤石和铁原料的机构18；粉碎这些原料的机构19；向粉碎的原料供给煤灰的机构20；储存粉碎的原料与煤灰的混合物的机构21；以及在碎细的混合物中混合煤灰而形成原料精粉，并且将在该原料精粉中加入收尘粉而形成的调合原料(进给原料)投入到窑22中的机构23。此外，在窑22上设置有从窑前投入废石膏板的机构(省略图示)。 
进一步，在图1的制备系统中设置有试样分析系统，该试样分析系统具有采集烧成前的调合原料的机构(省略图示)、采集烧成后的熟料的机构(省略图示)、粉碎所采集的试样的机构、使粉碎的试样成为熔珠的机构、对粉碎的试样进行压制的机构、X射线衍射装置以及X射线荧光分析装置。 
图2表示上述试样分析系统的结构例。在图2中设置有：所采集的调合原料试样被搬入的接收部30、所采集的熟料试样被搬入的接收部31、粉碎这些试样的机构(粉碎机)32、使粉碎的试样成为熔珠的装置33、对粉碎的试样进行压制的装置34、X射线荧光分析装置35、X射线衍射装置36、试样搬出部37和在各装置中存取试样的分配装置38。 
试样接收部30及31、粉碎机32、熔珠装置33、压制装置34、X射线荧光分析装置35、X射线衍射装置36和试样搬出部37被配置成环状，并且在该环状排列的中央部设置有分配装置38。该分配装置38具有旋转自如的臂40和设置于该臂前端的夹具41。 
搬入到试样接收部30、31的试样被分配装置38的夹具41夹持，臂40进行旋转而将试样装入到粉碎机32之后打开夹具41，并且留下试样后，臂40返回到待机位置。在通过粉碎机32将试样碎细后，臂40再次旋转到粉碎机32并用夹具41夹持试样，在经粉碎的试样为调合原料试样时，将试样装入到熔珠装置33或压制装置34中。在经粉碎的试样为熟料试样时，将试样装入到压制装置34中。在将试样装入到这些试样配制装置中后留下试样，臂40进行旋转而返回到待机位置。 
在试样根据其种类被配制成熔珠试样或压制试样之后，通过分配装置38取出试样，臂40进行旋转来将试样搬入到X射线荧光分析装置35或X射线衍射装置36中。在搬入之后，打开夹具41，并且将试样留在分析装置后臂41返回到待机位置。 
在X射线荧光分析装置35或X射线衍射装置36中分析出目标成分之后，臂40再次进行旋转来夹持试样，并且将试样送入到搬出部37中并且留下试样后，臂返回到待机位置。从搬出部37向外部取出完成分析的试样。 
图3表示使用上述试样分析系统所进行的氟量、三氧化硫量、主成分量及游离石灰量的分析工序例。如图所示，在所采集的烧成前的调合原料粉碎之后，配制成用于测定氟量和氯量的压制试样。另外，配制成用于测定主成分量及三氧化硫的熔珠试样。将这些熔珠试样及压制试样装入到X射线荧光分析装置35中，测定氟量、三氧化硫量及主成分量。 
另外，在所采集的熟料试样粉碎之后，利用压制装置34配制成压制试样。将该压制试样装入到X射线衍射装置36中，并且基于矿物成分测定矿物组成及游离石灰量。其次，将该压制试样装入到X射线荧光分析装置35中，并且测定氟量、三氧化硫量及主成分量。 
如此，若使用上述试样分析系统，根据所采集的试样的种类及测定元素的种类，配制成熔珠试样或压制试样。具体来讲，将烧成前的调合原料配制成熔珠试样和压制试样这两种，并且通过熔珠试样测定三氧化硫量和主成分量，通过压制试样测定氟量。因此，在不稀释微量的氟的情况下配制试样，从而能够进行准确的定量而不导致挥发。 
另外，由于将熟料试样配制成压制试样并且直接测定游离石灰量，因此能够测定准确的游离石灰量及矿物组成而不使熟料矿物变质。进一步，能够通过使用该熟料试样来测定氟量、三氧化硫量及主成分量。 
在上述试样分析系统中，可通过自动控制电路连续地进行从试样的存取至分析后搬出的一系列的操作。此外，可根据X射线荧光分析方法(熔珠法或粉末块法)测定三氧化硫、氟量及主成分量，并且可根据使用粉末X射线衍射的校准曲线法、内标法或里特沃尔德解析法测定游离石灰量(f.Cao)。 
与测定出的氟量、三氧化硫量及主成分量相应的控制信号被传递到矿化剂的氟源和硫磺源的供给机构、调合原料的供给机构及燃料供给机构中，并且控制它们的供给量。 
关于本发明的制备系统，上述的例子表示了采集烧成前的调合原料并进行分析的例子，但对于调合原料的熟料原料或原料精粉，可对它们分别采集并且测定氟量、三氧化硫量及主成分量。本发明的制备系统也包括这种方式。 
产业上的可利用性 
本发明的制备系统由于测定烧成前的调合原料和熟料的氟量及游离石灰量，并且基于该测定量来供给适当量的矿化剂和调合原料，因此能够降低熟料烧成温度而不增加由矿化剂引起的窑内和预热器内的结皮，从而能够适用于高品质水泥的制备。 
附图标记说明 
10-氟化钙污泥 
11-粉碎机构(破碎机) 
12、13-供给机构(加料斗) 
14-干燥机(干燥器) 
15-供给机构(加料斗) 
16-石灰石 
17-供给机构 
18-供给机构 
19-粉碎机构(RM) 
20-供给机构 
21-储存机构 
22-窑 
23-投入机构 
30、31-试样接收部 
32-粉碎装置 
33-熔珠装置 
34-压制装置 
35-X射线荧光分析装置 
36-X射线衍射装置 
37-搬出部 
39-分配装置 
40-臂 
41-夹具 。

Claims (5)

1.一种水泥熟料制备系统，具备：
供给矿化剂的氟源和硫磺源的机构；
供给熟料原料的机构；
对混合有矿化剂的氟源和熟料原料的调合原料进行粉碎的机构；
烧成经粉碎的调合原料的窑；
将矿化剂的硫磺源投入到窑中的机构；以及
向窑供给燃料的机构，
所述水泥熟料制备系统的特征在于，
设置有分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料，并且根据所采集的试样种类测定氟量、主成分量及游离石灰量的试样分析系统，
基于该测定量，控制氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。
2.根据权利要求1所述的水泥熟料制备系统，其中，
设置有试样分析系统，该试样分析系统具有：
分别采集烧成前的调合原料和烧成后的熟料的机构；
使所采集的试样成为熔珠的机构；
对所采集的试样进行压制的机构；
X射线衍射装置；以及
X射线荧光分析装置，
并且根据烧成前的调合原料与烧成后的熟料的不同，配制熔珠试样或压制试样，
根据配制的试样的种类，通过X射线衍射装置或X射线荧光分析装置来测定氟量、主成分量及游离石灰量，
根据该测定量，控制矿化剂的氟源和硫磺源的供给量、调合原料的供给量及燃料的供给量中的至少任一供给量。
3.根据权利要求1或2所述的水泥熟料制备系统，其中，
通过试样分析系统，烧成前的调合原料被配制成熔珠试样或压制试样之后通过X射线荧光分析装置来测定氟量及主成分量，
另外，在熟料被配制成压制试样之后通过X射线衍射装置来测定游离石灰量，进而通过X射线荧光衍射装置来对该压制试样测定氟量及主成分量，
与该测定量相应的控制信号被传递到矿化剂的氟源和硫磺源的供给机构及调合原料的供给机构中，控制这些物质的供给量。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的水泥熟料制备系统，其中，
试样分析系统具备：
接收部，所采集的调合原料试样和熟料试样被搬入该接收部；
粉碎试样的装置；
使粉碎的试样成为熔珠的装置；
对粉碎的试样进行压制的装置；
X射线衍射装置；
X射线荧光分析装置；
试样搬出部；以及
进行试样的存取的分配装置，
上述试样接收部、上述熔珠试样配制装置、上述压制试样配制装置、X射线衍射装置、X射线荧光分析装置和试样搬出部被配置成环状，
在该环状排列的中央部设置有分配装置，
通过该分配装置，调合原料试样或熟料试样按其种类被分配到上述各装置并被存取。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的水泥熟料制备系统，其中，
调合原料为混合有氟源和熟料原料的进给原料，该熟料原料为在混合有煤灰的原料精粉中加入收尘粉而形成的原料。
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