【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
专利
本专利技术涉及一种用于制造熟料(clinker)的工艺。这样的熟料随后可以被研磨以生产水泥。一种感兴趣的这样的水泥是波特兰水泥，尽管可以使用本专利技术生产其他水泥。
技术介绍
0、背景
1、众所周知，混凝土是作为一种建筑材料。简单来说，混凝土典型地由灰浆(paste)和骨料(aggregate)的混合物组成。合适的骨料是粗颗粒和细颗粒(例如砂、砾石、碎石)。波特兰水泥通常作为灰浆使用。当将水添加到波特兰水泥时，发生水化反应，导致互锁晶体(interlocking crystal)的形成，这为水合的波特兰水泥提供强度和硬度。
2、典型地，波特兰水泥使用水泥窑来制造。起始材料可以是石灰石、页岩、粘土和铁矿石。水泥窑内的温度(典型地温度为1450℃-1500℃)导致气体诸如co2的排放、煅烧和烧结(clinkerisation)。来自窑的水泥熟料采取不同大小的团块(lump)或球粒(nodule)的形式。水泥熟料典型地从窑温度相对快速地冷却，以便保持在烧结期间形成的优选的相组成。水泥熟料被研磨成细粉末，并且通常与石膏(其充当早期缓凝剂(early set retarder))混合。该组合形成波特兰水泥。
3、世界上许多国家正在实施减少温室气体的排放的计划。例如，英国承诺到2050年实现零排放，以目前的技术，这要求关闭所有水泥生产工厂。然而，在没有水泥的情况下，建造零排放经济的基础设施将是不可能的。30年来，碳捕获和储存(carbon capture andstorage)(ccs)一直被
4、当前，水泥的生产导致来自石灰石的脱碳(decarbonation)和燃料的燃烧两者的工艺和生产排放。零排放社会将仍然需要大量的水泥和混凝土用于基础设施的建造和维护以及用于低碳能源的建设[1]。因此，减少以及最终消除这些排放是非常重要的，并且已经为此目的提出了许多选项。大多数提议的减排策略集中在由使用替代材料进行的脱碳导致的工艺排放上，但达不到消除排放。此外，许多提议的水泥生产排放的解决方案无法以所需的规模部署，因为它们依赖于相对稀有的材料，或没有未来供应的材料，诸如镁水泥和碱活化的粘合剂。
5、许多提议的替代材料还具有在温度方面要求较低的优点，但是它们的生产工艺仍然是高温工艺，并且因此可能难以经济地电气化(electrify)。电气化、生物燃料和氢燃烧是当前提供所需的热量和温度两者的唯一现实的选项，并且它们都具有明显的缺点：差的可扩展性、获得困难或非常差的效率。
6、可能的解决方案是在修改的当前技术上部署ccs，但这在很大程度上是实验性的，并且也不太可能在满足净零排放2050目标的规模上可用。
7、因此，没有一个提议的解决方案能够在2050年提供零碳混凝土，并且它们的联合部署潜力将远远达不到无排放的目标。
8、下面是对提议的减少水泥生产排放的途径的简短综述。
9、由碱活化的粘合剂替代水泥。碱活化的粘合剂[2,3,4]，还被称为“地质聚合物(geopolymer)”，由初级炼钢(primary steel-making)和煤燃烧的副产品制成。因此，并且达到需要减少这样的活性以便满足减少co2排放的目标的程度，对于地质聚合物的原材料的可用供应不足一个或两个数量级，并且随着生产它们的碳排放行业在零碳社会中的衰落，该供应可能会下降到零。
10、硫铝酸镁水泥(magnesium sulfo-aluminate cement)(msa)[5,6,7]。这些新型粘合剂由主要的菱镁矿mgco3在相对低的温度的煅烧来生产。工艺排放与波特兰水泥的生产相同，但能源和温度要求较低。它们具有与波特兰水泥相当的性质，但地球上存在相对少的可用的蕴藏(deposit)，主要的蕴藏是在中国和美国。在英国(以及生产区域以外的世界大部分区域)，它们并不代表合理的替代方案。
11、硅灰石/硅钙石(wollastonite/rankinite)水泥(solidia).这些粘合剂由在1200℃煅烧石灰石制成[8]。与波特兰水泥的关键差异在于固化是在60℃的co2气氛下进行的，重新捕获在煅烧期间排放的大部分co2。这些粘合剂通常不能被用作水泥的替代品，但具有用于生产低碳、未加强的预制元件的潜力。
12、硫铝酸钙(calcium sulfo-aluminate)水泥(csa)[5,6,7]。这些新型粘合剂由主要的铝土矿在相对低的温度的煅烧来生产。它们具有比波特兰水泥更快硬化的有价值的性质。然而，它们仍然需要在窑中煅烧(例如通过燃烧燃料)，不能与普通的替代的水泥质材料(cementitious material)共混，并且铝土矿不是随处可得的，诸如在英国不是随处可得的。因此，这种方法仅有助于部分地减少来自煅烧的排放，并且经历结垢问题。它可能将限于预制应用，大概代表当前水泥市场的20％。
13、直接煅烧(ccs)。leilac项目[9]将石灰石与煅烧炉中的燃烧气体分离，这允许接近纯的co2流被有效地捕获。这项技术解决了工艺排放问题，但仍然需要燃烧燃料(并且因此需要另外的ccs工艺来从燃料燃烧中捕获co2)以达到煅烧温度。与所有基于碳捕获的技术一样，它在很大程度上取决于co2的储存或使用的未来发展。
14、可选择的建筑技术和材料。存在许多其他用于建筑，主要用于较小的结构：夯土(rammed earth)、砖和石灰砂浆等的现有选项。这些都在未来的零碳世界中占有一席之地，但是不能大规模地取代水泥的多种用途(all its many uses)。可能的例外是木材，木材具有甚至用于高层建筑中的潜力。然而，用于制造合适的木材元件的排放是不可忽略的，因为干燥需要窑并且使用大量的胶合剂。此外，只有森林被永久维护，排放才会被木材捕获，并且对生态和生物多样性的其他关注缓解人类对生物质的日益增加的占用。
15、作为水泥替代品的煅烧粘土(lc3)。煅烧粘土可以替代高达50％的波特兰水泥，并且另外的15％由石灰石粉(ground limestone)替代。粘土中包含的偏高岭土不仅作为火山灰(pozzolanically)起作用，而且这种反应的产物又可以与石灰石的溶解产物形成水合物，从而允许非常高的替代率[10]。在比波特兰水泥低的温度煅烧，这些广泛可用的材料是减少与水泥生产相关的很大一部分排放的经济方式。对可能的替代的量的限制是所用波特兰水泥的反应性。更高反应性的水泥可能能够允许高达80％的替代。
16、使用建筑和拆除废料(construction and demolition waste)(cdw)作为用于生产新型水泥的生料。存在示范厂，该示范厂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于钢和水泥熟料的联合制造的工艺，所述工艺包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述熔结的电弧炉渣在所述电弧炉中经历的最高操作温度是至少1500℃。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的工艺，其中在从所述电弧炉移除时，所述熔结的电弧炉渣被从所述电弧炉的所述操作温度冷却，并且所述熔结的电弧炉渣的冷却速率使得所述熔结的电弧炉渣的温度在20分钟或更短时间内从所述电弧炉的所述操作温度冷却至950℃或低于950℃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中被添加到所述电弧炉中的所述水泥灰浆在被添加到所述电弧炉中之前被造粒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中所述水泥灰浆与一种或更多种另外的材料组合以帮助所述钢的助熔。
6.根据权利要求5所述的工艺，其中所述另外的材料是CaO或包含CaO。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的工艺，其中水泥灰浆与另外的材料的比例在由一个极限处的75wt％水泥灰浆:25wt％另外的材料至另一个极限处的99wt％水泥灰浆:1wt％另外的材料限定的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺，其中所述熔结的电弧炉渣是波特兰水泥熟料。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺，其中所述熔结的电弧炉渣是由按质量计至少三分之二的钙硅酸盐组成的水硬性材料，CaO与SiO2的比率不小于2.0，并且氧化镁含量不超过按质量计5.0％。
10.根据权利要求9所述的工艺，其中所述钙硅酸盐是阿利特、贝利特、或阿利特和贝利特的组合。
11.水泥熟料，通过根据权利要求1至10中任一项所述的工艺获得或可获得。
12.水泥，通过研磨根据权利要求11所述的水泥熟料并且添加石膏获得或可获得。
13.根据权利要求12所述的水泥，所述水泥是CEM I水泥。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于钢和水泥熟料的联合制造的工艺，所述工艺包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工艺，其中所述熔结的电弧炉渣在所述电弧炉中经历的最高操作温度是至少1500℃。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的工艺，其中在从所述电弧炉移除时，所述熔结的电弧炉渣被从所述电弧炉的所述操作温度冷却，并且所述熔结的电弧炉渣的冷却速率使得所述熔结的电弧炉渣的温度在20分钟或更短时间内从所述电弧炉的所述操作温度冷却至950℃或低于950℃。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中被添加到所述电弧炉中的所述水泥灰浆在被添加到所述电弧炉中之前被造粒。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中所述水泥灰浆与一种或更多种另外的材料组合以帮助所述钢的助熔。
6.根据权利要求5所述的工艺，其中所述另外的材料是cao或包含cao。
7.根据权利要求5或权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：西里尔·杜南特，朱立安·M·奥伍德，菲利帕·霍顿，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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