基于原燃材料特性的配料方案选择及烧成制度优化探讨

2015-08-30纪友红钟克辉李国军

水泥技术 2015年3期

关键词：生料熟料配料

纪友红，钟克辉，李国军

Selection of Batching Scheme and Study of Firing ScheduleOptimization Based on Raw Materials and Fuel Properties

纪友红，钟克辉，李国军

通过对原材料易烧性及煤灰成分变化对生料易烧性的影响进行研究，易烧性较差原料在配料上可适当降低硅率控制。在烧成制度上可通过提高煅烧温度、避免还原气氛、加快熟料冷却速度等措施改善熟料性能。

华润水泥（南宁）有限公司（以下简称我公司）5 000t/d生产线生料制备系统采用PolysiusRM57辊磨粉磨系统，设计产量为420t/h，烧成系统采用ϕ4.8m×72m三档支撑回转窑、双系列五级预热器和TTF分解炉。该线于2007年12月投产运行，投产以来通过不断调整优化，生产线运行稳定，工艺指标良好。但自2014年8月，在配料方案及操作思路没有明显改变情况下，熟料飞砂料增多，煤耗上升，熟料3d强度下降，易磨性变差，水泥磨电耗上升，运行指标下滑。在采取了一系列措施后，至2014年12月，运行状况得到扭转，运行指标恢复到较好水平。

表1　原材料化学分析，%

1　原材料化学分析及特性

我公司采用石灰石、砂岩、粘土、铁粉四组分配料。表1是我公司熟料生产线原材料化学成分分析。

我公司原料具有以下特性：

（1）石灰石

石灰石中的CaO含量高达54%，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等组分含量均相对较低，属于纯度较高的高品位石灰石。理论认为：高品位石灰石因纯度高、结晶完整、杂质少，易烧性会相对较差［1］。

（2）砂岩

砂岩中SiO2含量高达85%，理论认为：砂岩中SiO2含量高，颗粒难于粉磨，易烧性会相对较差［2］。对砂岩结晶硅进行XRD定量测定，其石英含量为60%（见图1），石英含量高导致易烧性更差。

（3）粘土、铁粉

粘土、铁粉中Al2O3含量均相对较高。黏土、铁粉中Al2O3含量高，配料上难以控制，熟料中C3A含量易偏高。

2　配料方案的选择

（1）前期配料方案

生产线投产初期，因对石灰石、砂岩原料易烧性差这一特性预计不足，按传统思路配料：KH=0.91、SM= 2.5、AM=1.4，按以上方案配料熟料中fCaO的含量较高，在2%左右；熟料28d强度达到67MPa，但熟料3d强度不高，在29MPa左右；熟料飞砂料偏多。通过不断尝试，逐步调整配料方案，主要是降低了熟料硅酸率：KH= 0.91、SM=2.3、AM=1.5，调整后生产线运行较稳定，窑产质量受控，指标良好，熟料fCaO的含量总体受控在1%左右，熟料28d强度为66MPa，熟料3d强度为31MPa；熟料飞砂料减少、易磨性好转。硅酸率降低后熟料的化学成分与矿物组成见表2。

（2）用煤品种改变后出现异常

自2014年8月，由于成本方面的原因，使用煤品种由越南无烟煤改用山西烟煤。煤工业分析见表3。

山西烟煤灰分低于越南无烟煤，挥发分、发热量均高于越南无烟煤，但使用初期效果并不好，在配料方案及操作思路没有明显改变情况下，熟料飞砂料增多，标煤耗上升5kg/t，3d强度下降2MPa，易磨性下降，水泥工序电耗升高4kWh/t。为查找原因我们对当时的熟料进行了岩相分析（见图2）。

从岩相照片看出：当时出窑熟料的岩相结构具有欠烧料特征，熟料中含有较多的游离钙矿巢；熟料的孔洞率较高，所占体积比率为50%左右，进一步说明熟料的煅烧温度相对较低；另外，熟料中存在大量的B矿巢，A矿成带状分布在B矿巢与气孔交界处。硅酸盐矿物中，B矿含量高于A矿含量，该熟料的XRD衍射谱特征也进一步证实熟料为煅烧温度相对较低的高B矿熟料（见图3）。

（3）配料方案调整

为解决熟料煅烧温度相对较低问题，采取提高窑前火力强度及减产煅烧等措施，但效果仍不明显，为进一步查找原因，对煤灰成分进行分析（见表4）。

图1　砂岩XRD图谱

表2　熟料的化学成分与矿物组成，%

表3　煤工业分析

图2　2014年9月20日熟料50X岩相照片

图3　2014年9月20日熟料XRD图谱

从煤灰成分数据看出：山西烟煤相对越南无烟煤SiO2含量低14.51%，而Al2O3含量较越南无烟煤高12.10%。在配料方案总体不变的情况下，煤灰成分变化导致原料配比出现了变化。表5为煤品种改变前后原料配比的变化情况。

受煤灰成分变化的影响，使用山西烟煤较使用越南无烟煤原料配比砂岩用量增加2.24%；粘土用量降低2.41%。鉴于我公司砂岩易烧性较差，原料配比中砂岩比例的增加使生料易烧性变得更差。

为降低原料配比中砂岩比例以改善生料易烧性，我们对配料方案进行调整，进一步降低硅酸率，适当提高饱和比控制。经过不断尝试，使用山西烟煤时按KH=0.92、SM=2.2、AM=1.50配料，熟料飞砂料明显减少，熟料标煤耗、3d强度、水泥工序电耗恢复到使用越南无烟煤期间较好水平。配料调整生料易烧性好转，熟料中A矿含量上升，B矿含量降低，熟料的XRD衍射谱特征表现正常。

配料调整后的熟料的化学成分与矿物组成见表6。

表5　煤品种改变前后原料配比的变化情况，%

图4　2014年11月20日熟料XRD图谱

表6　降低硅率后熟料的化学成分与矿物组成，%

3　烧成制度优化

配料方案调整后生料易烧性有所好转，但受我公司石灰石、砂岩、黏土、铁粉几种原料成分限制，按KH= 0.92、SM=2.2、AM=1.50配料时，熟料中C3A达到9%。熟料矿物中C3A活性最高，与水接触能迅速发生水化反应，熟料标准稠度需水量增加，对水泥的早期水化和混凝土的流变性影响较大［3］。为消除熟料中C3A偏高对水泥性能的影响，在熟料煅烧上采取了以下措施。

（1）提高窑前煅烧温度。

研究结果表明，随着熟料煅烧温度提高，A矿固溶Al2O3、Fe2O3的量显著提高，活性提高，对熟料强度及外加剂相容性有利。通过采取提高二三次风温，加大燃烧器对二次风卷吸能力，提高火焰强度，控制合适的烧成带长度及火焰长度（15～20m左右，避免长焰低温）等措施，窑前煅烧温度得到提高。

（2）避免窑内出现还原气氛。

窑内出现还原气氛会降低熟料的烧成温度，A、B矿发育不良，形成黄心料后（铁钙橄榄石），C3A含量明显增多，而且暗色中间体析晶严重，结果导致需水量增大，外加剂相容性变差。为保证系统无还原气氛，操作上适当加大窑尾系统拉风，控制窑尾废气O2含量在2.5%～3.5%，烟室O2含量在2%～3%，适当保证系统通风相对富余。

（3）加快熟料在篦冷机高温段冷却速度。

熟料冷却速度越慢，A矿晶体增大，自形性差，活性下降。中间体析晶增多，即C3A、C4AF析晶，对水泥强度、外加剂相容性很不利。通过加大篦冷机高温段风量及控制合理料层厚度（600～700mm）有利于加快出窑熟料冷却速度。通过配料及操作调整，熟料结粒均匀，减少飞砂料和大块料也有利于熟料冷却。

通过采取以上措施，在熟料中C3A达到9%情况下，熟料标准稠度需水量仍＜24%，较配料调整前甚至稍有降低。