合理利用高鎂質石灰石煅燒優(yōu)質熟料

　　我公司兩條2500T/D熟料生產線采用Φ4.0m×60m回轉窯，分解爐設計為TDF型。2010年因公司礦山開采面出現(xiàn)大面積條帶狀紅褐色高鎂石灰石礦層，使進廠石灰石氧化鎂含量上升，且波動幅度較大，導致兩臺預分解窯熱工不穩(wěn)定，出窯熟料質量波動大, 熟料煅燒困難，質量明顯下降，生產較為被動。通過實踐摸索，我們采取調整配料方案、優(yōu)化煅燒操作等一系列措施，取得了較好的效果?，F(xiàn)將生產經驗淺談如下，以供參考。

　　一、入窯生料及出窯熟料MgO含量變化情況：

　　在正常生產時，熟料配料方案采用KH=0.89、n=2.7、P=1.45，對公司兩臺干法水泥窯比較適應，其生料和熟料化學成分、率值及礦物組成見表1和表2

　　入窯生料化學成分表1

　　熟料化學成分、率值及礦物組成表2

　　2010年5~6月，因礦山開采面礦石分布發(fā)生變化，且搭配不均勻，造成進廠石灰石氧化鎂含量上升，MgO含量由1%上升至6%，且波動幅度較大，入窯生料中MgO含量達2.3%以上。由于使用高MgO石灰石的經驗缺乏，配料方案和煅燒操作沒有及時有效地作出適應性調整，造成窯況長時間不正常和熟料強度降低的現(xiàn)象。使用高MgO石灰石后,入窯生料和熟料組成,見表3、表4

　　高MgO石灰石入窯生料化學成分表3

　　高MgO石灰石熟料組成表4

　　二、高MgO石灰石對熟料煅燒的影響：

　　生產中由于入窯生料MgO含量上升，出窯熟料結粒明顯增大,粗細不均,飛沙嚴重，窯內結圈、結蛋現(xiàn)象頻繁。從液相量計算公式L=3.0Al₂O₃+2.25Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+MgO可以看出，液相量與熟料中所含Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、堿含量有關，熟料中MgO含量超過2%以上需乘以系數(shù)1.5，熟料中堿含量為0.6%，通過計算可知，表2中熟料液相量為24.18%，表4中液相量高達26.7%，上升了2.52% ，MgO上升相當于增加了液相量。由于MgO含量的增加，降低了熟料出現(xiàn)液相的溫度，使得熟料低溫液相量增加，液相粘度降低，從而使過渡帶出現(xiàn)了大量的液相量，熟料提前結粒，且結粒逐步增大，這些大結粒的物料到達燒成帶后，熱量從顆粒表面?zhèn)鞯絻炔啃枰臅r間延長，而預分解窯物料運動速度又比較快，物料在窯內停留時間短，熟料不易燒透，就會造成f-CaO含量增加。為了降低f-CaO含量，中控操作員通常的操作方法是降低窯速，延長煅燒時間，來達到降低f-CaO含量的目的，但這樣的做法往往適得其反，更加惡化了窯的煅燒操作。從筒體掃描儀也可以觀察到，隨著MgO含量的增加，窯皮明顯增長,由正常煅燒時的17～19m，增長到21～25m,此時應采取及時降低熟料中Al₂O₃含量和縮短火焰長度等措施來沖刷窯皮，否則窯皮會長達28米以上，厚度也會增加，我們在停窯查看時最厚處曾達到過700mm,通風直徑僅為2.0m,嚴重影響了窯內通風，致使窯內工況惡化,熟料質量降低,被迫停窯處理結圈和大蛋,給窯的連續(xù)運轉和穩(wěn)定操作帶來了很大困難。

　　其次因我公司預熱器系統(tǒng)分解爐為帶預燃室的TDF爐，使用高鎂石灰石配料時，生料的易燒性得到改善，相應降低了液相出現(xiàn)的溫度，分解爐出口溫度在正?？刂频那闆r下，預燃室結皮或積料較為頻繁。

　　三、使用高鎂質石灰石原料對熟料質量的影響

　　我公司兩條干法生產線在使用高MgO石灰石之前，出窯熟料質量基本穩(wěn)定，3天抗壓強度平均可達24.5 MPa，28天抗壓強度平均達55.0 MPa。搭配高 MgO石灰石后，由于 MgO和Fe₂O₃的合量增加，熟料液相量增多，粘度下降，雖然熟料的易燒性得到改善，但煅燒范圍變窄，不利于f-CaO的吸收和各種礦物晶體發(fā)育，窯內易結圈，窯電流比正常生產時大幅度上升，物料被帶起的高度增加，為了降低燒成溫度，可通過減少用煤量來降低窯的熱力強度，但是隨著窯頭用煤量的減少，窯內熱焓降低，出窯熟料結構疏松，f-CaO嚴重偏高，升重值大幅度下降，熟料質量明顯降低。熟料中MgO含量從1.5%上升至3.8%時，出窯熟料3d抗壓強度從24.5 MPa下降至21.0 MPa，下降了3.5MPa，28d抗壓強度從55.0MPa下降至52.2 MPa，下降了2.8MPa。熟料性能變化見表5

　　熟料性能變化表5

　　通過生產實踐得出的結論是，隨著石灰石中MgO含量的上升，熟料強度會逐步降低，因此可通過提高生料中SM和適當提高KH，相應提高C₃S和C₂S的含量，以提高熟料強度。

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　　四、采取的措施：

　　為穩(wěn)定熟料質量和煅燒操作，盡可能降低高鎂質石灰石原料對煅燒操作的影響，生產出優(yōu)質熟料，公司組織相關人員認真分析和總結，從生產過程的各環(huán)節(jié)進行控制，積極采取措施，取得了較好的效果，具體的做法是：

　　1、合理并嚴格搭配高鎂質石灰石以穩(wěn)定配料。

　　為了使熟料中MgO含量能穩(wěn)定在2.2%以內，必須控制生料中MgO含量≤1.3%。因此從石灰石進廠和搭配上嚴格把關，增加檢測頻次，將高MgO含量的石灰石連續(xù)穩(wěn)定的搭配進廠，盡可能減少MgO含量波動。同時為穩(wěn)定生料質量，在石灰石進廠時加強對石灰石均化堆場的管理，嚴禁定點布料，做好原料的均化，確保入窯生料中MgO含量均勻，為穩(wěn)定操作和熟料煅燒創(chuàng)造條件。

　　2、對配料方案進行調整

　　隨著生料中鎂含量的逐步升高，明顯感覺到熟料結粒粗大、窯內結球、結蛋、長厚窯皮，煅燒困難。因此考慮通過調整配料率值對MgO升高進行調節(jié)，但由于原、燃材料中帶入的MgO數(shù)量及晶體大小、堿、硫及微量元素的影響，很難在實際生產中進行準確計算和測試，只能通過分析、判斷和摸索合理的配料方案進行生產。因此我們參考其它預分解窯企業(yè)經驗，對熟料三率值進行摸索調整，采用“高硅酸率、高鋁氧率、中飽和比”的配料方案，主要目的是提高硅率以降低熟料形成的液相量；提高鋁率以減少鐵的含量，增加液相黏度，有利于減輕窯內結球、結蛋、長厚窯皮，控制飛砂料，因此將熟料三率值確定為KH=0.89～0.91，SM =3.0～3.2，IM=1.8～2.0。調整配料后熟料成分及熟料性能變化見表6、表7

　　調整配料后熟料化學成分表6

　　調整配料前后熟料性能對比表7

　　3、降低生料出磨細度，提高生料易燒性。

　　我公司低堿熟料生產采用礦山廢石作為硅質校正原料，而礦山廢石易磨性差，在生料制備中較為難磨，為提高生料立磨臺時產量，將出磨生料細度由0.08mm篩的篩余量從12%提高至15%，但實際出磨生料細度的篩余量在飽磨時可能高達20～30%,同時操作員為了提高臺時產量，細度跑粗現(xiàn)象較為嚴重，這也是影響生料易燒性，造成熟料煅燒困難的一個原因。

　　由于生料中MgO含量的逐步上升，且礦山廢石易磨和易燒性差，在細度跑粗時氧化硅粒徑增粗，使熟料煅燒困難， f-CaO持續(xù)偏高，質量明顯下降，經參考大量文獻，得出的結論是：在生料制備過程中，降低氧化硅粒徑是提高生料易燒性的重要途徑。因在熟料煅燒過程中，由硅酸二鈣生成硅酸三鈣的途徑有兩條：由硅酸二鈣靠固相反應自我合成，析出氧化硅；或由硅酸二鈣與氧化鈣靠液相完成反應。不論是何種方式，反應均在原有顆粒中進行，但這將與生料粒徑有很大關系，粒徑一定后，C₂S、C₃S的結晶大小就基本確定，尤其是含氧化硅原料的細度是關鍵，因為碳酸鈣分解后形成多孔的氧化鈣，是靠氧化硅向氧化鈣的孔內移動后進行反應的。大粒徑的SiO₂更容易形成瘤狀、帶狀群的C₂S，在生料飽和比偏高情況下，既使形成了C₃S，結晶也較粗大，游離鈣更易形成。因此我們通過降低出磨生料細度控制指標和加強對立磨操作員的管理，控制出磨生料細度在12%以內，提高了生料的易燒性。

　　4、降低煤粉細度和水分

　　由于進廠原煤質量差，灰分比較高（26～31%）且波動大（見表6），發(fā)熱量低，加上煤磨選粉機出現(xiàn)故障和烘干能力差、導致煤粉細度粗、水分大。而煤粉的燃燒速度與煤粉的細度、灰分、揮發(fā)分和水分有關，灰分高、細度粗、水分大的煤粉著火點高，燃燒速度慢，黑火頭長，容易產生不完全燃燒，在窯內形成低溫長帶煅燒，煤灰不均勻地摻入生料，火焰過長，窯后溫度過高，液相提前出現(xiàn)，容易在窯內結蛋，生料中MgO含量高時更加劇了結球、結蛋、結圈現(xiàn)象的發(fā)生，對穩(wěn)定操作和熟料煅燒極為不利。由于受地域和礦點選定的限制，在原煤的揮發(fā)分、灰分基本固定的情況下，只有降低煤粉細度和水分才能滿足特定的燃燒工藝要求，因此我們通過調整煤磨鋼球級配、對煤磨選粉機進行檢修、提高入磨熱風溫度等手段來降低煤粉細度和水分，加速煤粉燃燒，提高窯前溫度，控制火焰長度。

　　煤粉的工業(yè)分析及細度變化表8

　　5、操作中采取的措施：

　?、艊栏窨刂品纸鉅t出口溫度和窯尾溫度，實現(xiàn)預分解窯后系統(tǒng)低溫煅燒

　　由于高MgO的摻入，降低了熟料液相生成溫度，增加了液相數(shù)量，降低了液相粘度，在生產中體會到若分解爐溫度和窯尾溫度按正?？刂疲G尾煙室和分解爐縮口極易結皮，影響窯內通風，窯內還原氣氛加重，形成惡性循環(huán)，從而進一步加劇了窯內結圈、結蛋現(xiàn)象發(fā)生。因此將分解爐出口溫度做了嚴格要求，從正常生產時的870℃降低至850℃，同時謹慎小幅度降低窯頭用煤量，將窯尾溫度控制在1000±50℃以內，以防液相過早出現(xiàn)，減少因MgO高造成的結皮堵塞現(xiàn)象，同時也避免了因入窯物料分解率過高而引起窯內長厚窯皮、結圈的情況發(fā)生，使窯后系統(tǒng)保持在低溫煅燒狀態(tài)，可以緩解Mg0含量高造成燒成范圍變窄、操作困難的狀況

　?、铺岣吒G速，發(fā)揮預分解窯“薄料快轉”的特點

　　由于入窯生料中MgO含量上升，出窯熟料結粒粗大、窯內結球、結蛋現(xiàn)象嚴重，熟料燒不透，f-CaO增加，因此在操作中嚴格執(zhí)行薄料快轉制度，提高窯的快轉率，將窯速從正常運轉時的3.5r/min，提高至3.7 r/min,增加了物料在窯內的翻動頻率，減少物料黏結，有利于C₃S的形成和熱交換的進行。同時薄料快轉相對降低了窯內物料的填充率，減少了窯內通風阻力，有利于煤粉燃燒。因此，在保證熟料正常煅燒的前提下，力求將窯保持在高轉速，嚴禁慢窯大料、頂火逼燒，降低了窯內長厚窯皮、結球、結圈的幾率，控制出窯熟料結粒細小均齊。

　?、侵匾曮骼錂C操作、努力提高二、三次風溫，加速熟料冷卻

　　因煤粉細度粗、水分大、燃燒速度慢，容易產生不完全燃燒，在窯內易形成低溫長帶煅燒，因此在操作中力求控制好篦冷機的料層厚度，降低出篦冷機熟料溫度和廢氣溫度，提高入窯二次風溫和入分解爐三次風溫，保證窯內火焰順暢和煤粉在分解爐內充分燃燒，高度認識篦冷機在操作中的重要地位是非常必要的。要求篦冷機料層厚度控制在合理范圍之內。有效保證入窯二次風溫在1050～1150℃，同時三次風溫也能控制在850～950℃，從而提高煤粉的燃燒速度和燒成帶的溫度，提高熱回收能力。

　　另外控制好篦冷機的料層厚度，可加速熟料的冷卻，使熟料中C₃S、β-C₂S晶形穩(wěn)定,產生更多的玻璃體,避免L(液相)+C₃S→C₃A+C₂S的轉熔反應。同時也有利于形成小晶格的MgO礦物，提高MgO在液相中的溶解度,減小方鎂石對水泥安定性的影響。

　?、瓤刂坪侠淼臒蓭чL度

　　在煅燒高鎂質石灰石生料的過程中，從筒體掃描儀觀察到窯皮明顯增長增厚,浮窯皮長度增加，物料在窯內提前成球，易形成大蛋。在生產中，要根據(jù)實際煅燒狀況控制好一次風用量，及時調節(jié)燃燒器間隙和內外風用量。為了提高窯頭溫度,控制內風閥門開度為100%,外風開度為50～80%,加大一次風量，調節(jié)內風出口的間隙,使出口風速加大,增強煤粉與高溫二次風的混合,確保煤粉快速燃燒,使火焰縮短,控制燒成帶長度。當發(fā)現(xiàn)窯電流波動較大，判斷窯內有結圈、結蛋跡象時及時移動燃燒器，改變燃燒器火點位置，從而使結圈在冷熱交替的情況下不易形成。也防止窯皮增厚和拉長，穩(wěn)定火焰的形狀，可避免由于火焰不穩(wěn)定而引起窯皮異常等問題。

　　6、及時對窯尾煙室及分解爐縮口進行處理，保證窯內通風

　　因Mg0含量高，窯尾煙室和分解爐縮口極易結皮，影響窯內煅燒，因此制定了相關措施對煙室和分解爐縮口不定期進行清理，以保證窯內通風，減少還原氣氛。

　　五、效果

　　通過采取上述措施，充分利用現(xiàn)有高鎂質礦產資源，實現(xiàn)了回轉窯的穩(wěn)定操作，解決了窯內長厚窯皮、結球、結圈現(xiàn)象，提高了出窯熟料質量和窯的運轉率，減少了礦山開采剝離量，取得了較好的經濟效益。