一种高活性高炉水渣微粉与水泥掺配生产方法与流程

本发明涉及水泥制备，具体为一种高活性高炉水渣微粉与水泥掺配生产方法。

背景技术：

1、高炉水渣作为钢铁工业生产过程中产生的大宗工业固体废弃物，其资源化高效利用是建材行业与环保领域的重要发展方向，水泥生产作为工业固废消纳的主要应用场景，通过掺加工业废渣替代部分水泥熟料，既能实现固废资源化利用，又能推动水泥生产向低碳化、绿色化转型，高炉水渣微粉凭借自身潜在活性，成为水泥生产中优质的混合材原料，提升水渣微粉活性、优化其与水泥组分的掺配工艺，成为水泥生产提质增效的关键，当前水泥生产行业逐步向智能化、精细化方向发展，原料预处理、粉磨调控、组分掺配、质量管控等环节的协同联动，以及数据化算法在生产工艺中的应用，成为行业技术升级的核心方向，因此，如何实现水渣微粉制备与水泥掺配的全流程高效管控，成为行业亟待突破的技术瓶颈。

2、传统水泥生产中掺加水渣微粉的工艺存在明显的技术短板，原料处理环节缺乏标准化的除杂与粒度管控流程，杂质残留与粒径不均会直接影响后续粉磨质量与微粉活性，原料性能检测仅停留在基础指标检测层面，未构建系统化的原料数据体系，无法为工艺调控提供精准依据，微粉粉磨环节多依靠人工经验调整参数，无法根据原料特性实现精准调控，导致水渣微粉活性与粒度稳定性不足，组分掺配采用固定配比模式，未结合微粉活性、产品性能需求与生产成本动态优化掺量，难以平衡产品质量、固废利用率与生产效益，生产均化环节缺乏各工艺段的协同调控，原料混合均化效果不佳，成品性能波动较大，质量管控仅以终端检测为主，未形成闭环反馈机制，工艺偏差无法及时修正，易造成原料损耗、生产效率低下，无法满足现代水泥生产的高品质与低成本要求。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种高活性高炉水渣微粉与水泥掺配生产方法，该方法通过采集高炉水渣核心性能参数，建立原料数据库，利用活性预测算法调控粉磨参数，制备高活性微粉；再依托掺量优化算法确定水泥熟料、水渣微粉、矿渣粉等最佳配比，经预混合与均化粉磨，实现三元组分的均匀掺配，最后通过成品性能检测，将结果反馈至算法模型，动态调整前端工艺参数，适用于轻质建筑材料等对水泥性能要求较高的生产场景。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种高活性高炉水渣微粉与水泥掺配生产方法，该方法的具体步骤为：

3、s100、原料预处理检测：对高炉水渣进行除杂破碎，控制入磨粒度，检测高炉水渣核心性能参数，采集活性预测算法所需原料数据并建立原料性能数据库；

4、s200、微粉定向粉磨：将预处理达标后的高炉水渣进行粉磨加工，依托活性预测算法调控粉磨参数，制备指定粒度范围的高炉水渣微粉，传输活性指数数据至配料控制终端；

5、s300、三元组分掺配：对水泥熟料、高炉水渣微粉、矿渣粉及其他混合材进行称重计量，依托掺量优化算法确定各组分配比，将计量后的原料送入预混合仓进行初步混合，形成三元复合掺配原料；

6、s400、一体化均化生产：将初步混合后的三元复合掺配原料进行粉磨均化加工，结合活性预测算法与掺量优化算法的运算结果调整粉磨参数，完成原料混合均化；

7、s500、质量闭环管控：对粉磨均化后的水泥成品进行性能检测，将检测结果反馈至活性预测算法与掺量优化算法，判定成品质量，调整前端工艺参数。

8、进一步地，所述高炉水渣采用双层振动筛进行机械筛分，上层筛网孔径20mm去除大块杂质，下层筛网孔径5mm完成初步粒径筛选，通过人工拣选剔除铁块、废钢渣及硬质非活性杂物，将筛分拣选后的水渣送入颚式破碎机进行二次破碎，破碎后的物料经5mm孔径标准筛网再次筛分，反复破碎筛分至全部水渣颗粒均可通过5mm孔径筛网，严格将水渣入磨粒度控制在5mm以内，完成高炉水渣的除杂净化与入磨粒度的标准化控制。

9、更进一步地，所述高炉水渣核心性能参数检测具体为：对完成除杂破碎与粒度控制的高炉水渣进行多点随机取样，对取样后的高炉水渣开展全面性能检测，依次检测高炉水渣的玻璃体含量、化学组成、基准活性指数、碱度系数，同步检测水渣的水分含量、颗粒密度、易磨性特征数据，将玻璃体含量、基准活性指数作为活性预测算法的核心原料输入数据，把所有检测获取的原料性能数据按生产批次逐一整理，将整理完成的数据完整录入数据库并完成分类归档，构建专属的高炉水渣原料性能数据库，为活性预测算法提供全面且完整的原料基础数据。

10、更进一步地，所述预处理达标的高炉水渣通过皮带输送机匀速送入闭路粉磨设备，启动活性预测算法，输入水渣玻璃体含量及基准活性指数参数，输出目标粉磨时间与选粉机转速区间，通过变频控制器将粉磨时间控制在28min～32min，选粉机转速稳定在180r/min～200r/min，粉磨过程中每30min取样检测一次45μm筛余，当筛余高于10%时，上调选粉机转速5r/min，当筛余低于8%时，下调选粉机转速5r/min，制得45μm筛余稳定在8%～10%的水渣微粉，将实测活性指数数据通过工业以太网传输至配料控制终端。

11、更进一步地，所述活性预测算法的数学表达式为：

12、；

13、其中，为高炉水渣微粉28天活性指数，为本发明中后续高炉水渣微粉掺配比例确定的直接依据；为基准活性指数，取值为行业通用值75%，对应水渣玻璃体含量为85%、粉磨时间为30min、45μm筛余为9%的标准工况；为玻璃体贡献系数，为实验确定的常数0.8，表征高炉水渣玻璃体含量对活性指数的影响程度；v为实测高炉水渣玻璃体含量，为本发明步骤s100中检测得到的高炉水渣玻璃体含量，不低于80%；为基准玻璃体含量，取值为85%，为标准工况下的高炉水渣玻璃体含量；为粉磨时间活化系数，为实验确定的常数0.5，表征实际粉磨时间偏离最优时间对活性指数的负面影响程度；为最优粉磨时间，取值为30min，为标准工况下的粉磨时间；t为实际粉磨时间，为本发明步骤s200中粉磨加工的实际作业时长，取值在28min～32min之间；为粒度影响系数，为实验确定的常数0.6，表征45μm筛余偏离基准值时对活性指数的影响程度；为基准45μm筛余，取值为9%，为标准工况下的水渣微粉筛余指标；r为实测45μm筛余，为粉磨加工后得到的水渣微粉筛余指标，取值在8%～10%之间。

14、更进一步地，所述称重计量采用称量精度为±0.1%的电子定量配料秤，分别对水泥熟料、高炉水渣微粉、矿渣粉及其他混合材进行独立计量；水泥熟料与矿渣粉通过皮带秤进行连续称重计量，计量过程中实时采集称重数据，每批次计量完成后自动生成计量记录；高炉水渣微粉与其他混合材采用减量法进行静态称重计量，所述减量法为先称量计量料斗的初始空重，再向计量料斗内输送原料，称量料斗与原料的总重，以初始空重与总重的差值确定原料实际计量重量的计量方式，计量完成后通过密闭螺旋输送装置将各原料分别送入预混合仓的对应进料口，计量过程中同步记录各批次原料的计量数据并存储至生产台账。

15、更进一步地，所述掺量优化算法的数学表达式为：

16、；

17、其中，为高炉水渣微粉最优掺量，为本发明中三元组分掺配时高炉水渣微粉的质量占比，控制区间为2%～5%；为水渣微粉最大允许掺量，为本发明中根据轻质建筑材料强度下限确定的高炉水渣微粉质量占比上限，取值为5%；为高炉水渣微粉28天活性指数，为本发明中活性预测算法输出的高炉水渣微粉活性指数预测值；为基准活性指数，为本发明中设定的标准工况下的水渣微粉活性指数参考值，对应水渣玻璃体含量85%、粉磨时间30min、45μm筛余9%的工况，取值为75%；为轻质建材强度适配系数，为本发明中表征轻质建筑材料强度要求与高炉水渣微粉掺量关联程度的系数，取值为0.7；为轻质建筑材料对水泥的28天强度要求，为本发明中轻质建筑材料生产对水泥强度的最低要求值，取值不低于42.5mpa；为基准水泥28天强度，为本发明中设定的标准工况下的水泥28天强度参考值，取值为42.5mpa；为成本权重系数，为本发明中通过实验确定的表征水泥生产成本与高炉水渣微粉掺量关联程度的系数，取值为0.5；为基准水泥生产成本，为本发明中设定的标准工况下的水泥生产成本参考值；为实际水泥生产成本，为本发明中当前工况下的水泥生产成本实测值。

18、更进一步地，所述计量完成的水泥熟料、高炉水渣微粉、矿渣粉及其他混合材，分别通过对应密闭输送装置送入预混合仓的专用进料口，水泥熟料与矿渣粉通过皮带输送装置送入，高炉水渣微粉与其他混合材通过密闭螺旋输送装置送入，各原料进料口按仓体高度分层布设；原料全部进料完成后，启动预混合仓内的搅拌装置，以60r/min的转速运行8min～10min，搅拌装置沿仓体轴线持续旋转，搅拌过程中，预混合仓处于密闭状态，仓顶排气装置保持开启；搅拌结束后，仓内形成三元复合掺配原料，输送至下一工序。

19、更进一步地，所述粉磨均化加工将预混合后的三元复合原料通过空气输送斜槽匀速送入闭路球磨机内，结合活性预测算法与掺量优化算法的运算结果，将磨内研磨体填充率控制在28%～32%，粉磨压力调整为12mpa～15mpa，筒体转速控制在16～17r/min，通风量保持在35000～40000m³/h，粉磨过程中，根据掺量优化算法输出的高炉水渣微粉掺量变化实时调整粉磨参数，当水渣掺量每提高1个百分点时，粉磨压力提高0.5mpa，通风量增加；当水渣掺量每降低1个百分点时，粉磨压力降低0.5mpa，通风量减少，粉磨过程中每小时取样检测水泥比表面积，控制比表面积在范围内。

20、更进一步地，所述性能检测的具体操作为：对粉磨均化后的水泥成品按生产批次进行均匀取样，每批次取样量不少于12kg，将所取样品分为检测样与留样，留样密封封存不少于90d；对检测样依次开展物理性能检测、力学性能检测及掺配组分验证检测；物理性能检测项目包括比表面积、45μm筛余、标准稠度用水量、初凝时间与终凝时间、水泥安定性；力学性能检测项目包括3天与28天的抗压强度、抗折强度；掺配组分验证检测项目包括成品中高炉水渣微粉掺量占比及活性贡献度；检测过程中同步记录所有检测数据，形成批次检测报告。

21、与现有技术相比，该一种高活性高炉水渣微粉与水泥掺配生产方法具备如下有益效果：

22、一、本发明通过对高炉水渣进行系统化的原料预处理与性能检测，实现原料除杂净化与入磨粒度的标准化控制，同时构建完善的原料性能数据库，为后续工艺调控提供全面的基础数据支撑，依托活性预测算法对微粉粉磨过程进行定向调控，能够根据原料自身性能特征动态匹配粉磨工艺参数，精准制备符合活性要求的高炉水渣微粉，有效避免传统粉磨工艺中因参数固定导致的活性不足或过度粉磨问题，该方式能够提升高炉水渣微粉的活性发挥效率，同时将微粉活性数据实时传输至后续配料环节，为掺配比例的科学确定提供直接依据，保障整个生产流程的连贯性与工艺参数的精准匹配。

23、二、本发明通过掺量优化算法实现三元组分的动态精准掺配，结合活性预测算法的输出结果科学确定各组分配比，在保证水泥成品各项性能指标满足使用要求的前提下，充分发挥高炉水渣微粉的活性贡献，合理提升其掺加比例，减少高价值原料的消耗，实现生产成本的有效降低，采用一体化粉磨均化工艺，能够根据掺配比例的变化实时调整粉磨均化参数，提升不同组分之间的混合均匀度与成品性能的一致性，同时通过全流程质量闭环管控，将成品性能检测结果反馈至前端各工艺环节，持续迭代优化算法模型与工艺参数，减少不合格品的产生，降低生产过程中的物料损耗与返工成本，提升整体生产效益。

24、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。