混合材复合优化降低水泥生产成本的试验
水泥 《水泥》杂志2017年第1期 2017-03-22
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引言
福建水泥炼石水泥厂是福建水泥股份有限公司的生产基地之一，已有2000t/d、2300t/d、2500t/d 3条生产线，年熟料产能可达230万吨，本部有2条水泥粉磨生产线，年水泥产能120万吨。2014年熟料产量212万吨，水泥产量122万吨。而2015年熟料产量只有120万吨，水泥产量只有98万吨。水泥行业已经产能过剩，企业之间竞争越来越激烈，需求量和销量都在减少，利润在不断下滑。在这种情况下，切实有效地降低水泥生产成本，提高效率，提高企业竞争力显得尤为重要。掺加混合材是降低水泥生产成本的有效途径之一，本文通过不同品种混合材的对比试验，找出对水泥强度影响最小，综合效益最佳的混合材组合方式。2015年混合材综合成本较2014年下降了18.78元/t，水泥配比成本下降了6.76元/t。
1、不同品种混合材的水泥强度比试验
通过对福建水泥炼石水泥厂周边的混合材资源情况进行调查，选取有一定供应量的混合材进行取样试验，最后只选取了4种混合材：转炉渣（钢渣与矿渣的复合粉）、电炉渣、煤矸石和石灰石进行试验。
1.1 试验方法
混合材的强度比试验按照GB/T12957—2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》进行。
1.2 样品的制备
硅酸盐水泥（对比样品）就是用正常生产的熟料进行小磨试验的样品，比表面积在(350±10) m2/kg，SO3含量在(2.0±0.5)％。
各种混合材按照GB/T12957—2005规定的步骤制备样品，取约5kg的混合材在105～110 ℃下烘干至水分＜1%，然后用化验室统一试验小磨磨细至80μm筛筛余为1%～3%。
混合材和对比样品的化学分析见表1。
表1 混合材和对比样品的化学分析%
1.3 试验结果
混合材细粉比例为30％，其余为硅酸盐水泥。通过外掺适量石膏，调整试验样品与对比样品SO3含量相同，相差不大于0.3％，样品经过充分混匀。水泥胶砂强度试验方法按GB/T17671—1999进行，分别测定试验样品和对比样品（硅酸盐水泥样品）的28d抗压强度。试验结果见表2。
表2 不同混合材水泥样品抗压强度比试验结果%
从表2中可以看出，掺转炉渣的水泥抗压强度比最好，掺电炉渣和掺煤矸石的相近，掺石灰石的7d抗压强度比最好，28d抗压强度比最差。
2、不同质量混合材的抗压强度比试验
2.1 煤矸石
焙烧煤矸石质量的好坏，烧失量是一个衡量指标，一般烧失量＜3%以下为焙烧较好的煤矸石，并且绝大部分呈红色状，我们选取了烧失量2.59%呈红色状的煤矸石与烧失量5.29%呈黑色状的煤矸石进行对比试验。试验结果见表3。
从表3中可以看出，红色煤矸石比黑色煤矸石28d抗压强度比更好。
表3 掺不同质量煤矸石试验结果
2.2 石灰石
掺不同质量石灰石的水泥抗压强度试验结果见表4。
表4 掺不同质量石灰石的水泥抗压强度比试验结果
从表4可见，当混合材用的石灰石CaO含量越高，其28d抗压强度比越好，特别是掺入石灰石更有利于水泥的早期强度发挥。
3、多品种混合材混掺的正交试验
3.1 混合材种类的确定
对混合材的价格进行排序，转炉渣：195元/t，电炉渣：51.5元/t，煤矸石：49.8元/t，石灰石：18.8元/t。由于转炉渣价格太高，已经接近熟料的成本，在水泥供不应求时，可增加水泥产量以增加企业的利润。而在当前水泥销售困难，销量大幅下降的情况下，转炉渣则不适合使用。因此只选用了电炉渣、煤矸石和石灰石3种混合材来进行正交试验，以找出各品种混合材的最佳组合方式，实现成本效益的最大化。
3.2 试验的设计
选用石灰石、煤矸石和电炉渣作为试验的3个因子。经分析研究，试验中采用的水平见表5，正交试验结果见表6。
表5 因子水平表
表6 正交试验结果
从表6可见，既符合公司内控质量指标要求，配料成本又最低的最佳组合为：强度等级P·C32.5R水泥的最佳生产成本的配比为：熟料61%、石膏5％、石灰石11%、煤矸石15%、电炉渣8%，配比成本为154.30元/t。虽然这个组合的3d、28d强度略为偏低，可在生产过程中进行适当的调整。参考表6中1～4组的试验结果，P·O42.5水泥混合材总量控制在20%以内，3d、28d强度都能符合公司内控质量指标要求，经测算并考虑到生产的实际情况，P·O42.5水泥最佳配比成本为熟料75%，石膏5%，石灰石8%，煤矸石8%，电炉渣4%，配比成本为179元/t。
4、实际生产中降低成本的效果
将上述试验用于指导2015年的生产，通过调整混合材的配比，3月份以后停用了价格高的转炉渣， P·O42.5水泥中将石灰石比例调整到7%~8%，煤矸石8%~9%，电炉渣3%~4%。P·C32.5R水泥中石灰石比例调整到8%~11%，煤矸石13%~16%，电炉渣5%~8%。通过这样的调整，各品种水泥质量都达到公司内控质量指标的要求，2015年混合材综合成本46.21元/t，比2014年64.99元/t下降了18.78元/t，水泥配比成本下降了6.76元/t，取得了较好的经济效益。
5、结论
1）转炉渣的28 d抗压强度比最好，对水泥的后期强度影响较小。但是，转炉渣价格太高，在当前水泥销售困难的情况下，不适合使用。
2）煤矸石和电炉渣性能相近，这两种混合材28 d抗压强度比比转炉渣差，但比石灰石好，3d强度下降较大，而28d强度下降较小。价格也较为合适，在我厂附近有一定的供应量，适合作为混合材使用。
3）石灰石的28d抗压强度比最差，3d强度较好，28d强度下降较大，但石灰石由厂内自产，供应量充足，价格最低，适合作为混合材使用。
4）将煤矸石、电炉渣和石灰石通过正交试验得出强度等级P·C32.5R水泥的最佳生产成本的配比为：熟料61%、石膏5%、石灰石11%、煤矸石15%、电炉渣8%，配比成本为154.30元/t。
5）通过2015年的生产验证，水泥配比成本下降了6.76元/t。
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