高抗硫酸盐硅酸盐水泥

高抗硫酸盐硅酸盐水泥（精选五篇）

高抗硫酸盐硅酸盐水泥 篇1

1 熟料烧成

1.1 原材料的选择

生产油井水泥对C3S要求较高, 矿山石灰石应选用Ca O含量在50.0%左右的优质石灰石, Mg O含量<2.0%。铁质原材料需要含铁量高的铜渣和硫酸渣按一定比例搭配使用, 以满足熟料对铝率要求较低的配料要求。硅质原材料使用Si O2>90%、Al203<5.0%、碱含量<1.0%的硬质砂岩, 利于生产。

1.2 熟料三率值的选择

由于油井水泥熟料要求较高的C3S和较低的C3A, 因此要选择高饱和比、中硅酸率和低铝氧率的配料方案。KH:0.90±0.02;SM:2.40±0.1;AM:0.75±0.1。

1.3 熟料生产过程中遇到的问题及解决方案

(1) 由于在生产初期矿山石灰石Ca O含量只有47.0%左右, 进厂硫酸渣的品位低, Fe2O3含量只有26%左右, 烧出的熟料饱和比普遍偏低, 熟料易磨性较差, 水泥粉磨时间长, 造成水泥初始稠度大, 给油井水泥的生产带来了困难。2011年9月, 公司开始使用进厂Fe2O3>48%的铜渣与进厂Fe2O3为26%的硫酸渣按比例搭配进行生产。由于铜渣进厂水分大, 下料时容易堵塞, 造成原料断料, 影响生产, 所以进厂铜渣应严格控制水分, 提前进厂适当晾晒, 为生产提供条件, 防止在储库板结, 避免生产时下料不畅。生产初期熟料三率值为:KH:0.90±0.02, SM:2.40±0.1, AM:0.75±0.1。但在生产过程中, 硅酸率选择偏低导致水泥较难满足质量指标, 并且水泥质量指标可控范围比较窄, 从而主要影响到水泥的稠化时间和游离液的稳定性。将熟料SM上调到2.50±0.1后, 水泥的质量和稳定性有了很大的提高。

(2) 当生料库位高时会导致变料慢, 易造成窑系统大幅波动, 熟料f Ca O控制难度加大。所以变料时应合理控制生料库位以实现快速变料, 从而保证窑系统的稳定生产, 熟料f Ca O合格率也会大幅提高。同时应严格控制熟料中Fe2O3含量, 以便于窑的煅烧, 避免出现因结皮导致窑内通风性差的问题和液相提前出现熟料烧结成大块的情况, 熟料烧结以细小均齐为宜。

2 水泥制成

2.1 缓凝剂的选择

由于在高抗硫酸盐油井水泥生产过程中, 除使用油井水泥熟料与天然石膏外不再添加其他混合材, 所以对天然石膏的品质要求非常高, 尤其是要严格控制石膏中不溶物的质量指标, 以保证生产出的油井水泥各项质量指标合格。

生产初期, 天然石膏的进厂指标只规定了结晶水和SO3的质量指标, 检验出磨水泥时发现水泥不溶物有超过0.75%的情况。经多方查找原因发现, 有的石膏SO3含量可以达到38%以上, 结晶水超过12%, 但不溶物含量差别较大, 低的只有0.62%, 高的达到5%以上。找到问题症结所在后, 我们调整了进厂质量指标, 把天然石膏不溶物指标定为<3.0%。后续生产的水泥再没有出现过不溶物超标的情况。

2.2 合理的取样和留样方法

生产过程中发现, 出磨水泥和出厂水泥在稠化时间和游离液上存在偏差, 特别是当保存条件不一样时, 得出的结果相差较大。油井水泥对环境温度和湿度比较敏感, 同样的水泥露天放置和密封放置达到同样的实验温度时, 稠化时间可相差20~30min。露天放置的水泥由于吸潮导致稠化时间偏长, 同样的水泥温度越高稠化时间越短, 水泥生产过程中应注意以上因素造成的偏差。出磨水泥检验稠化时间和游离液时, 取瞬时样替代连续综合样, 避免水泥连续综合样在取样桶里放置吸潮的情况发生。瞬时样品取出后应放入密封塑料袋内自然冷却至实验温度再检验其稠化时间和游离液, 保证出磨水泥和出厂水泥的一致性。

2.3 出厂水泥的控制

油井水泥正常生产后, 为满足客户的需求, 一般会储存在10 000t容量的水泥库里, 因库存大、散热差, 当储存时间超过两个月后, 水泥的稠化时间和游离液等指标就会发生变化, 特别是稠化时间会变得很长。另外, 由于在生产水泥时, 为了降温会在熟料上进行适当的喷水, 当库里水泥储存时间较长时, 就会在库壁上结块, 不但影响水泥质量, 而且导致库里下料不畅。

2.4 注重质量控制细节

根据油井水泥的特性, 必须对生产过程采取更精细化的控制。每小时监控水泥的比表面积、细度和出磨温度, 每三个小时检验稠化时间, 一旦发现有不合格指标出现应及时采取措施, 缩短调整时间, 并将这些不合格控制指标纳入水泥磨操作员的考核指标内, 提高操作员的责任心。

2.5 保证水泥出磨温度

油井熟料外置堆棚, 自然降温。出窑熟料温度可达120℃左右, 而外置堆棚熟料生产时温度可以降低到80℃以下。熟料上料生产水泥时将库底下料阀开至最小, 上料皮带速度调至最慢, 使熟料以最大面积散热, 降低入磨熟料温度。熟料尽量少喷水, 需要喷水降温时应采取水雾喷水并控制水量的稳定性。水泥发货前将包装好的水泥放站台降温。油井水泥实行先包装、再检验、后出厂的控制制度, 针对不同客户的需求进行专门生产, 专库储存, 稳定水泥质量, 确保满足客户的要求。

3 结语

G级高抗硫酸盐型油井水泥生产浅析 篇2

1生产情况简介

主机设备情况

生料磨:3.5m×10m中卸式烘干磨

回转窑:3.2m×46m

预热器:五级悬浮预热器

分解炉:TD炉带N-MFC炉

水泥磨:3.8m×13m开流磨, 带HF1400-700辊压机。

原燃材料、熟料化学成分及水泥主要性能与国家标准对比见表1～4。

2生产过程中的注意事项

2.1配料设计

GB 10238-2005对G级高抗硫酸盐型油井水泥的化学成分及物理性能有着严格的规定, 因此, 采用的原燃材料及配料方案必须满足生产油井水泥的质量要求。

2.1.1选用优质原燃材料

我公司生产油井水泥熟料时, 采用石灰石、型砂、粉煤渣、铁矿粉四组分配料 (表1) , 燃料使用优质烟煤 (表2) 。其中, 石灰石为自备矿山开采, 储量丰富, 但因石灰石矿构造较复杂, 矿石夹层较多, 不易剔除, 造成石灰石品位较低 (钙低镁高) , 且不稳定。生产普通熟料时, 石灰石在适度挑选与搭配后, CaO含量能稳定在46.5%左右, MgO的含量在2.7%左右, 有时高达3.8%, 但生产油井水泥熟料时, 我公司石灰石内控指标:CaO含量≥47%, MgO含量≤2.5%。硅质原料取自公司附近架子梁天然砂岩矿的粉状砂岩 (我公司惯称型砂) , 储量丰富, 质量稳定。粉煤渣质量稳定。进厂铁矿粉中Fe2O3含量≥48%, 但Al2O3含量较高, 一般在4.5%～6.5%之间, 有时高达9.0%, 在采取严格控制进厂质量及有效的均化措施后, 能稳定在5.0%左右。生产时, 要严格控制各种进厂原材料的质量, 密切关注石灰石中MgO及铁矿粉中Al2O3的含量。如MgO的含量过高, 易导致熟料在煅烧过程中因液相量过大, 液相粘度低, 熟料烧结范围较窄, 看火工操作被动, 不利于窑系统安全稳定运转;如铁矿粉中Al2O3的含量过高, 配料时, 可采用三组分配料, 停用铝质原料。各种原材料在使用前, 要做好均化措施, 使其化学成分基本稳定, 符合生产要求。

2.1.2合理确定熟料率值

因GB 10238-2005规定, G级高抗硫酸盐型油井水泥中C3S为48%～65%、C3A≤3.0%、C4AF+2C3A≤24%, 这就要求, 在确定配料方案时, 必须要满足上述条件。在实际生产时, 因熟料在转运、储存、粉磨过程中不可避免地要带入其他杂质, 易导致水泥中C3S含量减少、C3A含量增加, 不能满足上述要求, 因此, 在确定配料方案时, 要保证熟料中有较高的C3S和较低的C3A。我公司生产G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料时, 熟料率值按如下范围控制:KH=0.91±0.02, SM=2.40±0.10, AM=0.70±0.10, 可确保熟料中C3S含量在57%～64%、C3A≤1.0% (为保证较高的C3S和较低的C3A, 在实际生产中, KH偏上限控制, AM偏下限控制) , 熟料化学成分见表3。

2.2生料粉磨及熟料煅烧

(1) 要生产优质的熟料, 就必须要有质量合格、稳定的生料

生料磨工要根据各种原材料的变化, 及时合理地调整入磨物料配比及各项操作参数, 岗位工要勤检查, 保证各种入磨物料下料通畅, 不发生断料现象, 确保入窑生料质量稳定, 符合煅烧要求。

(2) 稳定窑内热工制度, 合理控制熟料煅烧参数, 保证出窑熟料质量

因为G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料中Fe2O3的含量较高, 同时, 因我公司原料中的MgO含量偏高, 熟料在窑内煅烧时, 液相量大且液相粘度低, 如操作不当, 会导致窑况恶化, 出现结圈、结球现象, 窑内热工制度紊乱, 致使出窑熟料质量不稳定。因此, 看火工在操作时, 要尽可能做到“薄料快转, 长焰顺烧”, 要加强风、煤、料、窑转速的合理配合, 保证熟料结构致密, 结粒细小均匀, 冷却效果良好, 升重、游离氧化钙符合质量要求 (我公司内控指标:升重≥1300g/l, 游离氧化钙≤0.80%) 。

(3) 因条件所限, 我公司生产的油井水泥熟料只能露天堆放储存, 储存采取逐层平铺堆放, 并使料堆保持较高的高度, 以起到良好的均化效果, 如遇雨天, 也可减少熟料被雨水浸湿的面积, 避免熟料水化, 影响水泥物理性能 (可明显导致水泥浆游离液升高, 抗压强度下降) 。熟料在转运、堆放、储存期间, 要避免混入杂质 (如其他品种熟料、泥土等杂物) 。

2.3水泥粉磨

有了合格的熟料, 并不意味着就一定能够磨制出合格的油井水泥, 粉磨过程各项指标的控制效果, 在很大程度上决定着油井水泥的各项性能是否合格稳定。

(1) 普通水泥在粉磨过程中, 一般只要水泥中SO3含量合格, 筛余小于控制指标, 即可保证水泥各项指标合格, 除考虑到磨机能耗外, 一般不对筛余下限作出要求。而油井水泥则不同, 因其对稠化时间、游离液、抗压强度有特殊的要求, 我公司在实际生产中, 对出磨水泥的筛余不但控制上限, 也控制下限, 目的是为了在一定程度上间接、粗略地控制水泥的颗粒级配。从理论上讲, 水泥在制备成水泥浆后, 水泥的颗粒级配就决定了水泥颗粒的水化速度和水化程度。水泥颗粒越细小, 水泥水化速度就越快, 水化程度就越高, 水泥浆的稠化时间也就越短、游离液越低、抗压强度越高;反之, 水泥颗粒越粗大, 水泥水化速度就越慢, 水化程度就越低, 水泥浆的稠化时间也就越长、游离液越高、抗压强度越低。我公司在生产G级高抗油井水泥时, 在确保入磨物料 (熟料、石膏) 质量稳定的情况下, 出磨水泥SO3含量控制在1.70%±0.20%, 80μm方孔筛筛余控制在1.3%～2.0% (比表面积在300～360m2/kg) 之间, 水泥各项理化性能基本稳定。我公司生产的油井水泥主要性能见表4。

(2) 因油井水泥在粉磨时, 只加入熟料和石膏, 在熟料质量稳定的情况下, 如石膏质量波动较大, 油井水泥的各项性能也随之发生明显变化。根据我公司多次试验数据表明, 水泥中SO3含量、筛余保持稳定的情况下, 若使用的石膏品位较低, 因其SO3含量较低, 不溶物及杂质含量较高, 在磨制水泥时, 为保证水泥中SO3含量稳定, 只有增加石膏掺入量, 这样, 带入水泥中的不溶物及杂质含量增加, 在磨制成水泥后, 不溶物较高, C3S含量下降幅度大, 初始稠度也较高, 严重时会导致上述指标不符合GB10238-2005的规定。但使用SO3含量>40%优质石膏后, 初始稠度、不溶物较低, C3S含量下降幅度小, 水泥各项性能指标均符合标准要求, 且各项性能优良、稳定。

(3) 在水泥粉磨时, 最好使用已采取均化措施且有一定数量的熟料, 因其化学成分基本稳定, 对不同批次 (编号) 的水泥来说, 只要粉磨效果 (筛余、SO3含量) 基本稳定, 使用的石膏品位稳定, 水泥各项理化性能也就基本稳定, 同时也便于控制。粉磨时, 要尽可能避免使用刚出窑的熟料, 因为刚出窑的熟料, 其不同时段的化学成分不同, 按同一控制指标磨制的水泥, 其理化性能就不同, 如果熟料冷却效果差, 温度高, 直接入磨, 易导致磨内温度过高 (尤其在夏季气温高时) , 使磨况恶化 (如糊磨) , 控制指标失控, 严重时必须停磨处理, 温度过高, 也易造成石膏脱水, 使水泥性能发生根本变化。

(4) 在各项操作参数、熟料质量、石膏质量基本稳定的前提下, 磨内研磨体级配发生变化, 可导致出磨水泥颗粒级配发生变化, 致使出磨水泥性能 (主要是稠化时间、游离液) 发生变化, 各企业要根据实际情况, 合理制定磨内研磨体级配方案, 一旦确定, 不要轻易改变, 以确保水泥各项性能稳定。

(5) 水泥磨在运转一定时间后, 磨内研磨体会出现不同程度的磨损、碎裂, 金属碎屑随水泥进入包装袋内, 在固井作业时, 会导致水泥浆的可泵性、流动性变差, 严重时堵塞、损坏设备, 甚至使固井作业失败, 各企业要根据各自的实际情况, 采取相应的措施进行预防, 避免给企业及客户造成不必要的损失。

2.4包装出厂

2.4.1检测

严格按标准要求对水泥进行各项物理、化学性能检测, 检测仪器、设备要运转正常, 符合检验要求, 同时, 取样要有代表性, 所取试样要及时检测, 避免受潮, 以确保检测数据准确可靠, 正确指导水泥生产。

2.4.2水泥包装注意事项

包装时采取多库搭配的方式, 包装好的水泥在储存、运输期间, 要注意做好防雨, 防潮措施, 避免水泥受潮水化, 质量发生变化。如水泥受潮, 可明显导致稠化时间延长, 游离液增高。

高抗硫酸盐硅酸盐水泥 篇3

我国的新型干法硅酸盐水泥熟料生产技术已日渐成熟。但是, 受使用范围及用量限制, 特种水泥熟料生产工艺技术仍处于探索阶段, 尤其是大型专用生产线更是屈指可数。

G级高抗硫酸盐型油井水泥是一种基本的油井水泥, 适用于自地面至2440m井深的水泥注入。与促凝剂或缓凝剂一起使用, 能适应于较大的井深和温度范围。随着我国油田建设的蓬勃发展, 高抗硫酸盐型油井水泥需求量激增, 开发建设高抗硫酸盐型油井水泥熟料生产线具有重要的工程应用前景, 本文介绍的3200t/d (G级) 高抗硫酸盐型油井水泥熟料生产线, 是目前已知国内规模较大、工艺领先的油井水泥熟料生产线。

2 油井水泥熟料生产线的特点

油井水泥熟料的生产, 是以适当成分的石灰石、铝矾石、采矿废渣或硫酸渣为主原料, 以煤粉为燃料, 经高温煅烧而成的以硅酸三钙、铁铝酸四钙和少量铝酸三钙为主要矿物组成的熟料, 掺加适量的促凝剂或缓凝剂粉磨制成的水硬性胶凝材料。

某3200t/d油井专用水泥熟料生产线技术改造项目采用了五级旋风预热器+在线型分解炉+回转窑+第四代篦式冷却机的生产工艺。辅助原料破碎系统, 辅助原料、原煤的均化系统及水泥粉磨系统与原有生产线共用, 不在本设计范围内。

与普通硅酸盐水泥熟料生产线相比, G级高抗硫酸盐型油井水泥在配料设计时应保证较高的C3S和较低的C3A, 熟料率值的控制范围:KH=0.91±0.02、n=2.40±0.10、p=0.70±0.10。实际生产中, KH宜取上限值, P宜取下限值, 这样可以确保C3S的含量在48%~65%, C3A含量≤3%, C4AF+2C3A含量≤24。由于G级高抗硫酸盐水泥熟料中小颗粒或粉状物料所占比例较大, 因此篦冷机的篦床面积应适当加大、料层厚度应适当降低, 篦冷机的冷却风机压力应适当加大。另外由于小颗粒或粉状物料较多, 在入库或转运点的粉尘量也较大, 在设计中应特别注意。

3 配料方案、工艺选型及设计计算

3.1 配料计算

原料化学成分见表1。表1中, 石灰石、铝矾石、采矿废渣及硫酸渣的化学成分均由业主提供, 作为设计的依据。灼烧基生料和熟料的化学成分由配料计算得出。原煤工业分析见表2, 熟料率值见表3, 生料配比见表4。表4中, G级高抗硫酸型油井水泥的配料通过设定石灰石饱和系数 (KH) 、硅酸率 (SM/n) 及铝氧率IM (p) 三个熟料率值, 通过规划求解得出。

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注:G级高抗硫酸盐型油井水泥的矿物含量硅酸三钙 (C3S) 为48%-65%、铝酸三钙 (C3A) ≤3%、铁铝酸四钙 (C4AF) +2铝酸三钙 (C3A) ≤24, 这就要保证熟料中具有较高的C3S和较低的C3A。我院在设计该项目时, 熟料率值按如下范围控制:KH=0.91±0.02、n=2.40±0.10、p=0.70±0.10。

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3.2 矿物组成计算

根据原料配料结果得知:Al2O3/Fe2O3=0.65>0.64, Na2O当量=0.55。熟料矿物组成见表5。

3.3 废气成分计算

窑尾、窑头废气成分计算分别见表6、表7, 预热器出口废气平均重度为1.47kg/Nm3;窑头废气 (空气) 重度为1.29 kg/Nm3。

3.4 平衡计算

该生产线物料平衡计算、热量平衡计算和生料物料平衡情况分别见表8、表9和表10。通过平衡计算可以得出:熟料烧成热耗3166k J/kg, 单位熟料中煤灰掺入量22.21kg/t, 单位熟料烧成用煤量126.64kg/t。平衡计算结果汇总见表11。

4 工艺设备选型及计算

4.1 烧成系统

烧成系统采用五级旋风预热器+在线型分解炉, 三档支撑回转窑, 多通道燃烧器和第四代篦冷机。熟料正常生产能力3200t/d, 熟料热耗3166k J/kg。根据上述计算, 烧成系统设备的相关参数分别见表11、表12和表13。

回转窑规格:Φ4.3×66 m, 筒体斜度3.5% (正弦) , 主传动筒体转速0.4~3.96r/min, 配套500k W电机;篦冷机生产能力3600t/d, 篦床面积80m2, 入料温度1400℃, 出料温度70℃+环境温度。窑头收尘采用“空冷器+袋式收尘器”的模式, 使窑头排放浓度可有效控制在30mg/Nm3。

4.2 石灰石破碎及均化系统

石灰石破碎采用单段锤式破碎机P C F 2 0 2 2型, 设计能力600~800t/h, 进料粒度<1000 mm, 出料粒度≤75mm占90%, 配800k W高压电机。

石灰石均化采用圆形预均化堆场, 堆场直径90m, 储量52000吨, 储期12.23天, 堆料机能力800t/h, 堆料层数>500层, 取料能力500t/h。

4.3 辅助原料、原煤破碎及均化系统

辅助原料、原煤破碎及均化系统利用原有系统。

4.4 原料配料及生料粉磨系统

原料配料站分别储存石灰石、铝矾石、采矿废渣及硫酸渣, 库锥部设有空气炮接口和人工捅料口, 以确保物料的下料通畅, 库底设有定量给料机。

生料粉磨采用三风机系统:立磨采用LGM4521Ⅱ型生料立磨, 系统产量300t/h, 入磨粒度0~75mm占90%, 出磨粒度:88μm筛筛余≤12%, 0.2mm筛筛余≤1.5%, 入磨水分6%, 出磨水分≤0.5%, 配3150k W电机;循环风机风量730000m3/h, 风压11000 Pa, 配3150k W变频电机。

窑尾高温风机600000 m3/h (余热锅炉停) , 526000 m3/h (余热锅炉开) , 压力8500Pa, 配2000k W变频电机;窑尾袋收尘器处理风量730000 m3/h, 静过滤面积12960m3, 废气温度正常200℃, 最大280℃ (短时2小时) , 入口废气浓度≤120 g/Nm3;最大180g/Nm3, 出口废气浓度≤30 g/Nm3;窑尾排风机风量750000 m3/h, 风压3500Pa, 配1120k W变频电机。

4.5生料均化系统

生料均化库采用多点流式CP型均化库, 直径Φ18m, 储量9000t, 储期1.8天, 该均化库库顶设置溢流式生料分配器, 避免库内偏料现象。库底带中心锥, 环形库底减少了库内充气面积, 环形充气区耗气量少, 降低单位电耗, 库的卸空率可达99%。库底下设生料计量仓, 并带有荷载传感器, 充气装置, 集称重、喂料和搅拌作用于一身。该生料计量仓出口配有两套出料系统, 并设有固体流量计以控制入窑生料量。该库均化效果良好, 出库生料Ca CO3标准编差±0.25%左右, 可以满足熟料煅烧要求。

4.6烧成系统

烧成窑尾采用五级旋风预热器和在线分解炉, 该系统具有高分解率、高分离效率、低NOx的特点。有利于环境保护的要求。并可适应于不同品种煤的要求。入窑物料表观分解率92%, 出一级筒废气温度<320℃, 预热器出口系统阻力<5500Pa。预热器出来的废气经增湿系统处理后由高温风机送入生料粉磨或废气处理系统进行综合利用。分解炉所用热风来自窑头罩, 三次风温可达850℃以上。熟料冷却机采用第四代篦式冷却机, 经篦式冷却机冷却后的熟料温度可达到70℃+环境温度。高温废气一部分去煤粉制备车间用于烘干煤粉, 另一部分经空气冷却器冷却后, 经袋式收尘器过滤 (含尘浓度≤30mg/Nm3) , 由窑头排风机排入大气。熟料经破碎后, 送往熟料库进行存储。

熟料储存采用Φ40m, 储量36500t, 储期11.4天, 库侧设有三套熟料散装系统, 供商品熟料外销。库底设有卸料及输送系统送往一期工程粉磨系统进行粉磨。

5 结语

(1) 该系统运行效果表明, 实际产量已达到3500t/d, 并可长期稳定运转。熟料烧成热耗低于3166k J/kg.cl, 可比熟料综合电耗低于63k Wh/t, 可比水泥综合电耗89k Wh/t, 粉尘排放小于30mg/Nm3, 以上指标均优于国家标准。

(2) G级高抗硫酸盐型油井水泥熟料生产线设计, 在配料秤的选型时, 应充分兼顾生产普通的硅酸盐水泥, 这样用户可以根据市场情况适时调整产品;由于硫铝酸盐水泥熟料中小颗粒或粉状物料所占比例较大、颗粒之间的缝隙较小, 冷却风机难以吹透, 会影响冷却效果, 因此篦冷机设计选型时应适当加大篦床面积、减小料层厚度, 同时增加冷却风机的风压。

高抗硫酸盐硅酸盐水泥 篇4

2005年, 国家标准委员会重新修订了《抗硫酸盐硅酸盐水泥》标准, 颁布了GB748—2005《抗硫酸盐硅酸盐水泥》 (简称“新标准”) 。新标准中取消了旧标准中中抗硫硅酸盐水泥和高抗硫硅酸盐水泥的适用范围, 并明确提出抗硫硅酸盐水泥的抗硫酸盐性须通过GB/T749—2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》测定。

新标准提示了我们抗硫硅酸盐水泥其抵抗硫酸盐侵蚀的能力有一定的局限性。为探究抗硫硅酸盐水泥的抗侵蚀能力, 现以高抗硫硅酸盐水泥为研究对象, 研究在长期侵蚀过程中高抗硫硅酸盐水泥的实际抗侵蚀能力。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

水泥:采用新疆天山水泥股份有限公司生产的高抗硫硅酸盐水泥。其物理性能指标和化学成分指标分别见表1和表2。

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减水剂:新疆格辉科技有限公司生产的FDN萘系高效减水剂, 适宜掺量为1.0%。

1.2 试验方法

GB748—2005《抗硫酸盐硅酸盐水泥》中规定, 高抗硫水泥的抗侵蚀性, 应依据GB/T749—2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》中的K法进行检测。由此, 本试验制作了水胶比为0.50的胶砂试件, 标准养护28d之后, 将试件浸泡于不同浓度的侵蚀溶液中, 在长期侵蚀过程中, 观测高抗硫水泥的实际抗侵蚀能力。

为了对比高抗硫水泥在不同水灰比条件下的抗侵蚀性能, 又制作了水胶比为0.40、0.35的高抗硫水泥胶砂试件 (各试件的配合比见表3) , 共同浸泡于侵蚀溶液中。侵蚀溶液中硫酸根离子的浓度参照GB748—1996中规定的中抗硫水泥和高抗硫水泥的适用范围以及GB/T50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中“水、土中硫酸盐对混凝土的环境侵蚀作用等级”标准划分, 取0mg/L, 1 000mg/L、2 500mg/L、4 000mg/L、8 000mg/L、10 000mg/L, 侵蚀龄期为28d、2个月、4个月、6个月、8个月、10个月、12个月。然后测试不同侵蚀龄期的试件抗折强度, 并计算各组试件的抗蚀系数:

式中:

K———抗蚀系数;

R液———试件浸泡在侵蚀溶液中一定龄期时的抗折强度, MPa;

R水———试件浸泡在淡水中一定龄期时的抗折强度, MPa。

当K≤0.8时, 认为试件抗侵蚀不合格, 即试件遭受侵蚀破坏。

2 结果与分析

对不同水灰比 (0.5、0.40、0.35) 的高抗硫水泥胶砂试件在不同浓度硫酸盐侵蚀溶液中侵蚀28d、2个月、4个月、6个月、8个月、10个月、12个月龄期的抗蚀系数进行测定, 试验结果汇总于表4。

以各侵蚀龄期的抗蚀系数K≥0.8为抗侵蚀合格标准, 分析表4试验结果可以得出:

1) 对于水灰比为0.50的试件, 在硫酸根离子浓度≥4 000mg/L溶液中经过6个月的浸泡, 抗蚀系数就已经低于0.8。

2) 对于水灰比为0.40的试件, 在硫酸根离子浓度≥4 000mg/L溶液中经过8个月的浸泡, 抗蚀系数就已经低于0.8。

3) 对于水灰比为0.35的试件, 在硫酸根离子浓度为10 000mg/L溶液中经过12个月的浸泡, 试件依然具有较高的抗蚀系数。

4) 在不同溶液中浸泡28d时, 所有试件的抗蚀系数都大于1。

3 结论

1) 通过研究发现, 短期 (28d) 的浸泡不能真实反映出高抗硫硅酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀能力。室内试验表明:在不同浓度溶液中浸泡28d时, 硫酸盐侵蚀不但对试件没有影响, 反而有助于提高试件的强度。

2) 高抗硫硅酸盐水泥长期抵抗硫酸盐侵蚀能力具有一定的局限性, 且受侵蚀溶液浓度的影响, 若环境水中硫酸根离子浓度≥4 000mg/L时, 直接采用高抗硫硅酸盐水泥混凝土就有遭受侵蚀破坏的危险, 为避免给工程留下安全隐患, 宜采用其他更为稳妥的抗侵蚀措施。

3) 水灰比对高抗硫硅酸盐水泥抗侵蚀能力有一定影响, 在硫酸根离子浓度≤10 000mg/L的侵蚀溶液中, 降低混凝土的水灰比 (≤0.35) , 可增强试件的抗侵蚀能力。

摘要：对高抗硫硅酸盐水泥配制的不同水灰比的胶砂试件进行硫酸盐长期侵蚀试验, 研究了长期浸泡下胶砂试件抗硫酸盐侵蚀能力。结果表明:短期 (28d) 的浸泡不能真实反映出高抗硫水泥抗硫酸盐侵蚀能力, 在不同浓度的溶液中浸泡28d时, 硫酸盐侵蚀不但对试件没有影响, 反而有助于提高试件的强度;高抗硫水泥长期抵抗硫酸盐侵蚀能力具有一定的局限性, 且受侵蚀溶液浓度的影响, 若环境水中硫酸根离子浓度≥4 000mg/L时, 直接采用高抗硫水泥混凝土就有遭受侵蚀破坏的危险;水灰比对高抗硫水泥抗侵蚀能力有一定影响, 在硫酸根离子浓度≤10 000mg/L的侵蚀溶液中, 降低混凝土的水灰比 (≤0.35) , 可增强试件的抗侵蚀能力。

关键词：高抗硫水泥,混凝土,水灰比,抗侵蚀能力

参考文献

[1]吴中伟, 廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.

[2]李双喜, 王志明, 唐新军.高炉粒化矿渣粉用于提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究[J].新疆农业大学报, 2013, 36 (4) :340-344.

[3]胡全, 唐新军, 翟超, 等.水灰比对高抗硫硅酸盐水泥混凝土抗侵蚀性能的影响[J].新疆农业大学学报, 2013, 36 (3) :255-258.

G级高抗油井水泥的研制与生产 篇5

近几年国内水泥市场竞争激烈,要想在市场上占有一席之地,必须主打水泥差异化战。苏丹罗赛雷斯大坝加高工程是苏丹国家实施的重要工程,工程所需G级油井水泥研制成功并中标,可为广西鱼峰水泥股份有限公司以后生产其他级别的油井水泥奠定基础,意味着公司在特种水泥方面将拥有更广阔的市场。

G级油井水泥是由水硬性硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料,通常加入适量的符合GB/T 5483的石膏经磨细制成的产品。在生产G级油井水泥时,除了加石膏或水或两者一起与熟料相互粉磨或混合外,不得掺入其他外加剂。该产品是一种基本油井水泥,有中抗硫酸盐(MSR)和高抗硫酸盐(HSR)2种类型。

1 原燃材料配料方案及设计要求

根据GB 10238-2005标准要求,想生产出合格的G级油井水泥熟料,必须从配料和熟料煅烧着手。

(1) G级高抗油井水泥主要化学要求:MgO≤6.0%,S03≤3.0%,LOSS≤3.0%,不溶物≤0.75%,48%≤C3S≤65%,C3A≤%,碱含量≤0.75%。

(2) G级高抗硫酸盐油井水泥物理性能要求见表1。

(3)我们从油井水泥化学成分要求设定熟料配料方案,G-HSR油井水泥熟料配料三率值定为:LSF=94.5±1.5;SM=2.30±0.1;IM=0.80±0.1。表2为生产油井水泥熟料原、燃材料成分分析及配料比例。

油井水泥标准中对熟料矿物组成的要求非常严格,高品质的原燃材料是生产油井水泥熟料的基础。原、燃材料质量要求见表3。

2 G级油井水泥配料、熟料煅烧要点

从配料指标可以看出,生产G级油井水泥的难度要比普通品种的水泥要难得多,IM和LSF都偏低,在锻烧的工序上易烧性好,烧结范围窄,易出现液相,可能导致结球和结圈等不良后果,所以操作比较困难,能否生产出合格的油井水泥熟料决定了是否能够生产合格的G级油井水泥。配料必须考虑G级油井水泥的C3S、C3A、稠化时间与8 h抗压强度之间的关系,同时熟料的8 h强度跟煅烧有很大关系,因此,配料和煅烧一定要在这四者之间寻找一个平衡点,既要保证熟料的8 h强度不低于国家标准要求,又要保证熟料中的C3S、C3A、稠化时间符合国家标准。这就需要配料方面控制好生料中的三率值(LSF、SM、IM),煅烧方面要注意强化窑前煅烧,尽量提高窑速,避免熟料“包心”现象。

在配料方面,我们利用半干法生产线独特的工艺优势来生产油井水泥。广西鱼峰水泥股份有限公司半干法生产线有4台开路生料磨(每台产量40～45 m3/h)、8个料浆库(每个库容量350m3)、2个生料大池(每个大池容量2 600m3浆)。每个配好料浆的大池可以供窑使用12～16 h。窑况或者煤灰波动时,可以通过存库料浆质量情况进行初步选择,然后对大池进行边放边用,快速调整入窑料浆率值以稳定窑况。半干法相对于干法,在生料率值调整方面更快捷,在生料预均化方面更均匀更稳定,保证了油井熟料配料和煅烧的稳定性。

在煅烧方面生产操作过程当中,我们主要是稳定热工制度,合理分配二、三次风量。根据煅烧要求,系统用风量比原来略增大一些,适量增大三次风量,保证分解炉内煤粉的燃烧和生料的分解,坚持“薄料快转、.长焰顺烧”的原则。增大次风量,内外风比例由3:7调为4:6,加强风煤混合,确保熟料的烧成。窑炉用煤比例由4:6趋向于3:7,确保分解炉内生料的分解。相对固定窑速、喂料量和篦冷机篦床,保持各个阀门、旋风筒等设备完好,杜绝系统漏风。通过以上调整,煅烧过程中出现故障较少,效果满意。出窑熟料控制结粒细小、均匀、避免大块和黄心料,控制熟料立升重≥1 380 g/L,f-CaO≤0.8%。油井水泥熟料的化学成分及矿物组成见表4。

3 G级油井水泥粉磨要点

3.1 挑选石膏

水泥中的不溶物主要是由石膏带入,为保证油井水泥的不溶物含量,我们在石膏进厂时优先挑选没有含泥量的、块状均匀质地较好的天然石膏,检测合格后安排破碎另外堆存用于油井水泥的生产。天然石膏质量要求:S03≥35%,不溶物≤10%,结晶水≥10%。

3.2 冷却熟料

由于新生产的油井熟料结果紧密,质地坚硬不易粉磨,熟料温度较高,磨机容易包球包锻,且熟料温度高容易引起石膏脱水,因此我们把新生产的油井熟料堆放一段时间后,熟料温度降低到80℃左右,熟料不但容易破碎粉磨,而且生产的油井水泥稠化时间也便于调整,也避免了因熟料温度高石膏在磨内脱水导致水泥产生假凝的现象。

3.3 调节磨机级配、搭配入库

由于广西鱼峰水泥股份有限公司半干法生产线有4台开路水泥磨,平时均在生产通用水泥,因此生产油井水泥时必须先调节磨机级配,用2台水泥生产水泥并搭配进入水泥库,避免出现大的质量波动。

3.4 水泥生产质量控制

根据资料和它厂生产经验,粉磨过程中石膏掺量、比表面积对油井水泥物理性能的影响显著,在粉磨细度相近的条件下,随着石膏掺量的增加,抗压强度明显提高;当石膏掺量—定时,随比表面积的提高,水泥的初始稠度增大,抗压强度提高,稠化时间缩短。因此广西鱼峰水泥股份有限公司比表面积和S03控制指标定为:比表面积,305+10 m2/kg;SO3,2.3+0.2%。

广西鱼峰水泥股份有限公司研制生产的油井水泥各项物理化学指标均达到国标要求,见表5。

4 结语

G级高抗油井水泥在生料配料、熟料煅烧与水泥粉磨方面需要把握好平衡点,成功地生产了油井熟料未必能生产出合格的油井水泥。水泥的各项物理性能和化学成分要求息息相关,必须深入研究,总结经验。

参考文献

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[2]张超,张永谋,王振辉.2 000 t/d预分解窑生产油井水泥熟料的实践[J].新世纪水泥导报,2007(4).

[3]冯志敏,任延岭.生产G级高抗硫酸盐型油井水泥的质量控制措施[J].水泥,2007(7).

[4]陈砚斌.G级高抗硫酸盐油井水泥的试制与生产[J].水泥,2006(10).