熟料中f－CaO含量高的原因分析及处理措施

2015-04-16杨利军刘利民智海企业集团有限公司晋中混凝土公司山西晋中03069山西省工业产品生产许可证审查中心山西太原03000

建材技术与应用 2015年4期

□ 杨利军，刘利民(.智海企业集团有限公司晋中混凝土公司，山西晋中 03069;.山西省工业产品生产许可证审查中心，山西太原 03000)

引言

熟料中f－CaO是重要的质量控制指标之一，其含量对水泥的强度及安定性均有直接影响，且关系到熟料的能耗水平和企业的生产成本。影响熟料中f－CaO含量的因素较复杂，只有掌握导致f－CaO含量过高的原因，才能采取相应的措施予以克服。原料、配料、煤质、煅烧操作等控制不合理，是造成熟料中f－CaO含量过高的主要原因，本文结合笔者多年来从事水泥熟料生产实践和产品质量管理工作的经验，对造成熟料中f－CaO含量过高的原因进行分析和总结，并提出了相应的处理措施，供参考。

1 配料方案的影响

新型干法窑一般采用“两高一中”的配料方案，即KH高，SM高，IM居中。如果KH过高，SM和IM过高或过低，都易造成熟料中f－CaO含量偏高。这是因为熟料KH值过高，窑内煅烧温度升高，f－CaO合格率降低，因此，熟料KH值一般控制在0.90±0.02。SM过高时，熔剂矿物减少，烧成温度要升高，生成的熟料结粒小且回转窑内不易挂窑皮，同时，SM提高后，还会减慢水泥的凝结和硬化速度;SM过低时，硅酸盐矿物减少，熔剂矿物增加，会降低熟料强度，且煅烧过程中熟料易结大块，因此，熟料SM值应控制在2.60±0.10。IM过高，水泥趋于早凝，早期强度高，需增加水泥中石膏掺入量，且熟料煅烧时，液相黏度增大，不利于C2S与CaO进一步化合生成C3S;反之，当IM过低时，熟料中C3A含量降低，C4AF含量提高，水泥趋于缓凝，早期强度低。熟料煅烧时，液相黏度小，有利于C3S的形成，故控制IM 在1.60 ±0.10。

2 石灰石质原料的影响

2.1 石灰石中Al2O3含量的影响

石灰石中Al2O3含量过高时，导致熟料中C3A含量偏高，易造成窑内液相过早出现，易结蛋、结圈，如操作不当，容易长厚窑皮，影响窑的安全稳定运行和产量的提高;且熟料中C3A过高，造成水泥水化热过大，易引起大体积混凝土开裂。另一方面，由于熟料C3A含量偏高，熟料结粒大，出窑熟料冷却不透，造成熟料温度高，易磨性差，水泥磨台时产量降低，磨内易出现糊球、糊锻现象，严重时还会造成石膏脱水，致使水泥发生急凝、需水量增大。当熟料中Al2O3含量＞6.0%时，由于熟料液相提前产生，窑内易结后圈、结球，预热器分解炉结皮开始加重，不仅影响系统用风，且难以保证熟料中f－CaO合格率。

2.2 处理措施

一方面，可适当提高熟料的SM值，降低熟料中Fe2O3的含量，以降低液相量;适当降低分解炉出口温度，将其控制在870℃ ±5℃，加大清理分解炉和烟室缩口的频次;根据投料量的大小，在现有用风的情况下，高温风机转速提高15 r/min左右，加大系统用风量。另一方面，可通过调整硅质和铁质校正原料的种类来降低入窑生料中Al2O3的含量，如砂岩中SiO2含量为80% ～85%，Al2O3含量为8% ～15%，硅渣和石英砂中 SiO2含量为92% ～96%，Al2O3含量为2% ～5%，可采取硅渣100%替代砂岩、50%硅渣+50%石英砂替代砂岩，或者采用砂岩∶石英砂∶硅渣=1∶1∶1的配料方案，以降低入窑生料中Al2O3的含量。

3 生料质量的影响

(1)生料的粉磨细度影响生料燃烧时的熟料形成速度。生料磨得越细，其比表面积越大，生料在窑内发生碳酸钙分解、固相反应和固液相反应的速度越快，越有利于f－CaO的吸收，熟料f－CaO合格率越高。生料颗粒变粗，其比表面积相应减小，煅烧时物料反应速度减慢，反应不完全。若生料颗粒不均匀，特别是粗颗粒较多，并含有一些粗大的石英和方解石晶体时，其反应活性低，影响熟料f－CaO的吸收，很难保证熟料中f－CaO含量合格。若过分追求生料细度，在经济上又不合理。正常生产过程中的生料粉磨细度为:用管磨机生产时，通常控制在0.080 mm方孔筛筛余15%左右，0.20 mm方孔筛筛余＜2.0%;用辊压机或立磨生产时，由于产品粒度较均匀，粗大颗粒较少，0.080 mm方孔筛筛余可适当放宽至16% ～20%，甚至更高，但应控制0.20 mm方孔筛筛余＜2.0%;当原料中含有石英、隧石、方解石等结晶粗大、难以煅烧的成分时，生料细度应控制在0.080 mm方孔筛筛余12%左右，0.20 mm方孔筛筛余＜1.5%。

(2)生料均化不好。干法生产最容易出现此问题，由于出磨生料质量不均，波动大，搭配放料又不好，造成入窑物料成分波动大，KH忽高忽低，回转窑内热工制度不稳定，致使烧成困难，物料反应不完全，很难保证熟料f－CaO的合格率。尤其在石灰石换堆、煤换堆、辊压机或磨机停机后窑正常运行阶段等入窑生料波动较大的情况下，要提前与化验室沟通，做好调料准备，以满足煅烧要求。要求化验室随时根据来料情况及窑磨开停机状况进行调料，同时，均化库内各阀件要保持正常运转状态，确保各区下料的连续性。

4 煅烧系统操作不当的影响

4.1 喂煤量不当的影响及处理

正常情况下窑头喂煤量合适时，熟料结粒大小均匀，砸开后致密，熟料的立升重和f－CaO指标合格率均可达到90%以上，熟料强度等其他各项指标及系统的安全运行也都较为可靠。

操作过程中，如果熟料KH值和IM值正常，当窑头喂煤量过多或头煤秤偏实时，熟料结粒会变大，f－CaO含量偏低，熟料砸开后会发现料中间夹有少量黄心料。窑头喂煤量长时间过多时，烧成带温度偏高，不仅会损伤窑皮且窑尾烟室结皮会加重，导致预热器堵塞，此时如果熟料KH值变小，不仅熟料强度降低，而且恶性循环影响窑内通风和煅烧，致使系统工况紊乱。

当窑头喂煤量过少或头煤秤偏虚时，烧成带热力强度偏低且不集中，黑火头过长，熟料结粒变小且不均匀、不致密，砸开后感觉明显欠烧，料疏松多孔并伴有白块料，熟料的立升重偏低，f－CaO含量偏高，这种情况大多是操作不当所致。发生这种现象时，说明回转窑煅烧温度不够，不能进行充分的化学反应，熟料中残留的f－CaO多，二、三次风温度偏低，窑电流偏低且不稳定。在这种情况下，应先减少喂料量，逐步加大窑头喂煤量，待窑电流和熟料质量合格后再逐步加料至正常。

4.2 煤质差的影响及处理

煤粉质量差(包括灰分高、颗粒粗、水分大及发热量低)时，窑内煅烧温度低，物料反应不完全，必然导致熟料立升重偏低、f－CaO含量偏高。这时应提高煤粉的细度，严格控制0.080 mm方孔筛筛余≤1.5%，水分≤1.0%;增大头煤比例，同时逐步提高一次风的风压，加大喷煤管内外风对煤粉的作用，强化高速轴流风对高温二次风的卷吸和包裹，提高火焰强度。

4.3 喷煤管定位的影响及处理

(1)喷煤管离物料太近，会造成一部分煤粉被裹入物料层内而不能充分燃烧，导致火焰温度降低，物料热交换不良;喷煤管位置低、一次风用量小时，容易造成火焰软弱无力，燃烧不完全，烧成温度低，长时间运行会导致窑内结圈、结蛋，严重影响窑内通风，造成熟料f－CaO含量偏高，且料中夹有咖啡色料。喷煤管离物料太远，造成火焰细长而不集中，烧成带温度不集中，此时如果风、煤、料匹配不好，极易导致f－CaO不稳定，从外观看熟料正常，但砸开后结粒疏松。确定喷煤管在窑内的合理位置为:冷态下喷煤管中心线和窑内衬料的交点用强光照射后落在窑尾下料舌头中心，正常运行中一定要根据窑皮和熟料质量情况不断摸索。

(2)喷煤管在使用过程中头部易结焦或变形，影响火焰的形状和力度，火焰容易分叉和偏斜，造成煤粉的不完全燃烧，火焰温度明显降低，烧成带热力强度降低，造成熟料中f－CaO不合格，此时应及时清理燃烧器前端的结焦，修复变形的风管或更换喷煤管。

(3)喷煤管风道磨穿后，各风道的风量、风压、风速及风向都会发生变化，影响煤粉的正常燃烧，易造成熟料中f－CaO不合格。风道磨穿或浇筑料脱落导致煤管烧穿，一次风机的风压降低、电流降低;输送煤粉的罗茨风机的风压升高、电流增大，严重时中心管向外冒煤粉，此时应立即停窑修复磨穿的风管或更换喷煤管。

4.4 风、煤、料、窑速匹配不当的影响及处理

窑炉内不同的位置需要不同的温度。为确保温度在合理的范围内，首先要严格控制煤的使用，其次要注意风、料的搭配。系统的抽风对温度的影响尤为明显，温度对风量也有一定的反作用，风速大小影响着对流传热系数。风速低，不能完成预热器系统内选粉、沉降功能，易造成塌料、堵塞;风速过高，易使风料换热不充分，C1筒出口处温度偏高，浪费热量。

喂料量波动大时，造成系统负压波动大，这时预热器内容易发生小股生料塌料，影响生料的分散、预热和入窑生料分解率，导致窑内料层过厚或出现短焰急烧。窑内料层过厚，物料不易烧透，熟料中f－CaO含量过高;短焰急烧时，黑影近，窜生料，物料在烧成带停留时间短，物料反应不完全，所以操作时要稳定窑尾喂料量。

当窑头和分解炉的煤量不变时，窑内通风量增加，烧成带拉长，将导致烧成带温度下降，同时影响窑尾温度;三次风量减少，使三次风速降低，易造成风管积灰，且影响炉内煤粉燃烧，C5筒出口温度与分解炉出口温度可能出现倒挂，产生不完全燃烧，极易造成结皮、堵塞;窑内风量减少，煤粉在窑内燃烧不完全，会造成烧成温度低，窑内出现还原气氛，同时，过量的空气进入分解炉，使炉内温度降低，特别是三次风温较低时，入窑生料的分解率降低，加重了窑的热负荷。

在生产中，可根据实际情况及时调整各个参数。一般当预热预分解系统内物料悬浮不好、出现塌料、窑头返火及C1筒出口温度偏低时，说明系统总风量不足，应适当加大系统排风;反之，当C1筒出口温度偏高、系统负压增大时，说明系统总风量过大，应适当减小系统排风。在风量分配上，当入炉二次风量大、窑内用风量小时，一般表现为窑尾温度和分解炉出口温度偏高，此时应关小三次风阀门开度，使窑内风量相应增大;反之，入炉三次风量小，窑内用风量大时，一般表现为窑尾温度偏高，C5筒出口温度与分解炉出口温度可能倒挂，且窑内火焰长，窑头和窑尾负压较大，此时应开大三次风阀门开度，使窑内通风量相应减小。

窑内结圈、掉窑皮时，窑内热工制度不稳定，煅烧不正常，温度升不起来，加之窑皮本身f－CaO含量过高，虽经二次煅烧，但大块烧不透。此时，要根据结圈的部位和形成原因尽快处理，同时车间与化验室一定要做好沟通，一方面对清理预热器和移动喷煤管班班形成制度，另一方面要加大对中控操作员和化验室配料员的考核和奖罚制度，以确保工艺系统的稳定。