[发明专利]在水泥熟料的生产中使用钢渣的方法和装置

说明书

技术领域

概括地说，本发明涉及在长的回转窑中制备水泥熟料。本发明尤其涉及在传统的长的湿法或干法回转窑中制备水泥熟料的方法和装置，其中钢渣与含氧化钙的物料流一起加入窑的进料端，以使物料流和钢渣朝向窑炉加热端的热区移动，钢渣被熔融和分散到物料中，形成水泥熟料。

背景技术

正如US5,156,676所述的，该文献涉及的工艺可实现水泥组分的煅烧和烧结。采用湿法或干法回转窑的典型工艺是众所周知的。水泥原料如石灰石，粘土和砂子等经细磨并完全混合在窑炉的进料或供料端提供了基本上均匀的混合物。窑炉以一定的角度向下倾斜，以使窑炉的加热端低于供料端。窑炉通常有四个工作区域，它们包括预煅烧区，煅烧区，烧结区和冷却区。常规的燃料与预热空气混合，在加热端被喷入窑内。在水泥制造工艺中一般使用的燃料为天然气，油或煤粉。

当经细磨的水泥物料在回转窑的供料端通入到回转窑中时，在预煅烧区，物料从接近室温被加热到约1000°F(537.8℃)。在该区域中，来自煅烧区的燃烧气体的热量被用来提高物料的温度。另外，在该窑炉中，可将链条系统等连接到窑的内部，用来改进气体和物料之间的热交换效率。

当物料通过煅烧区时，物料的温度由约1000°F(537.8℃)增加到约2000°F(1093.3℃)，在该区域中，CaCO₃分解，放出CO₂。

在约2000°F(1093.3℃)的温度下，经煅烧的物料接着通入到烧结或烧成区中，在该区域中，温度被升高到约1500℃(2732°F)。在该区域中，最初的物料被转变成典型的水泥化合物如硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙。然后，水泥熟料离开熟料被冷却的煅烧区域，随后进一步进行加工如研磨。

此外，从1774年就开始使用粒状高炉矿渣作为水硬性物料(cementitiousmaterial)。在铁的生产中，从高炉的顶部连续地装入氧化铁源、助熔石和燃料。由炉内获得两种产品：在炉的底部收集到的熔化的铁和浮在铁熔池上的液态铁高炉矿渣。这两种产品在约1500℃(2732°F)的温度下间歇地从炉中排放出。该渣主要由与得自助熔石的氧化钙和氧化镁结合的氧化硅和氧化铝组成。用于砂浆或混凝土的这种渣的水硬活性可通过其组成和来自炉内的熔融物料冷却的速率来确定。

另外，在钢的生产中，发生了类似的过程，其中液态钢渣浮在钢熔池上。而且，钢渣主要由与氧化钙和氧化镁结合的氧化硅和氧化铝组成。对钢渣和高炉矿渣的处置给其制造者带来了大量的废弃问题。

钢渣和高炉矿渣由极硬的颗粒组成。钢渣颗粒足以硬到能切割玻璃。高炉矿渣总是以细粉末形式使用，这就意味着需要使用大量的能量来将渣研磨和粉化成细粉形式。US2600515公开了这类方法，其中高炉矿渣以细粉末混合物形式与石灰石一起被送入回转水泥窑中，并直接输入到窑的火焰中。同时并通过与燃料即煤粉，重油或煤气相同的管路吹入渣粉。该工艺有几个缺点。最明显的一个缺点是需要大量的能量来粉末化和干燥物料，以使它能被吹进炉内。

钢渣和高炉矿渣中的许多化合物是水泥化合物所共有的，在其有关的工艺中，已经有生成热形成。钢渣的X射线衍射分析表明组成是高熔化(highly fluxed)的β硅酸二钙2CaO·SiO₂(C₂S)。在回转窑的烧成区中，这种化合物在添加CaO后可转变成3CaO·SiO₂(C₃S)。

试验表明钢渣对水泥回转窑的运行没有负作用。从回转窑中散发的可挥发性物质得到改进，这是因为渣已预先进行了热处理，大部分挥发性物质即二氧化碳、碳、挥发性有机物等已被除去。但是，如上所述，需要细磨或粉碎或粉化钢渣，由此，对水泥制造工艺而言，增加了昂贵的步骤。

发明的公开

由于长期以来，人们已认识到钢渣中的许多化合物是水泥化合物所共有的，且由于钢渣可大量地获得并存在着大量的废弃问题，所以，如果钢渣能以比目前要求的粉末态更粗的状态使用，且，如果钢渣能在窑的供料端而不是加热端被加入到待送入窑中的物料中，那么在水泥制造工艺中可使用钢渣将会是有益的。

本发明提供了钢渣的这类应用，并提供了使用各种钢渣的方法和装置，这些钢渣已被粗碎和筛分，以使将与物料一起被送入到窑炉进料端的粗钢渣组分的直经为2″(5.08cm)以下，由此获得了使用钢渣的全部优点，而不存在需要将钢渣细磨，粉碎的缺点。