合理利用高鎂質(zhì)石灰石煅燒優(yōu)質(zhì)熟料

　　我公司兩條2500T/D熟料生產(chǎn)線采用Φ4.0m×60m回轉(zhuǎn)窯，分解爐設(shè)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(dǎo)致兩臺預(yù)分解窯熱工不穩(wěn)定，出窯熟料質(zhì)量波動大, 熟料煅燒困難，質(zhì)量明顯下降，生產(chǎn)較為被動。通過實踐摸索，我們采取調(diào)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(chǎn)經(jīng)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(chǎn)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(yīng)，其生料和熟料化學(xué)成分、率值及礦物組成見表1和表2

　　入窯生料化學(xué)成分表1

　　熟料化學(xué)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(jīng)驗缺乏，配料方案和煅燒操作沒有及時有效地作出適應(yīng)性調(diào)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(xué)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(chǎn)中由于入窯生料MgO含量上升，出窯熟料結(jié)粒明顯增大,粗細不均,飛沙嚴(yán)重，窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)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(guān)，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(dāng)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(jié)粒，且結(jié)粒逐步增大，這些大結(jié)粒的物料到達燒成帶后，熱量從顆粒表面?zhèn)鞯絻?nèi)部需要的時間延長，而預(yù)分解窯物料運動速度又比較快，物料在窯內(nèi)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(yīng)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(fēng)直徑僅為2.0m,嚴(yán)重影響了窯內(nèi)通風(fēng)，致使窯內(nèi)工況惡化,熟料質(zhì)量降低,被迫停窯處理結(jié)圈和大蛋,給窯的連續(xù)運轉(zhuǎn)和穩(wěn)定操作帶來了很大困難。

　　其次因我公司預(yù)熱器系統(tǒng)分解爐為帶預(yù)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(yīng)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(yù)燃室結(jié)皮或積料較為頻繁。

　　三、使用高鎂質(zhì)石灰石原料對熟料質(zhì)量的影響

　　我公司兩條干法生產(chǎn)線在使用高MgO石灰石之前，出窯熟料質(zhì)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(nèi)易結(jié)圈，窯電流比正常生產(chǎn)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(nèi)熱焓降低，出窯熟料結(jié)構(gòu)疏松，f-CaO嚴(yán)重偏高，升重值大幅度下降，熟料質(zhì)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(chǎn)實踐得出的結(jié)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(dāng)提高KH，相應(yīng)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(zhì)量和煅燒操作，盡可能降低高鎂質(zhì)石灰石原料對煅燒操作的影響，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)熟料，公司組織相關(guān)人員認真分析和總結(jié)，從生產(chǎn)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(yán)格搭配高鎂質(zhì)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(nèi)，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(yán)格把關(guān)，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(zhì)量，在石灰石進廠時加強對石灰石均化堆場的管理，嚴(yán)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(diào)整

　　隨著生料中鎂含量的逐步升高，明顯感覺到熟料結(jié)粒粗大、窯內(nèi)結(jié)球、結(jié)蛋、長厚窯皮，煅燒困難。因此考慮通過調(diào)整配料率值對MgO升高進行調(diào)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(chǎn)中進行準(zhǔn)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(chǎn)。因此我們參考其它預(yù)分解窯企業(yè)經(jīng)驗，對熟料三率值進行摸索調(diào)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(nèi)結(jié)球、結(jié)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(diào)整配料后熟料成分及熟料性能變化見表6、表7

　　調(diào)整配料后熟料化學(xué)成分表6

　　調(diào)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(chǎn)采用礦山廢石作為硅質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)量，細度跑粗現(xiàn)象較為嚴(yán)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(zhì)量明顯下降，經(jīng)參考大量文獻，得出的結(jié)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(yīng)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(yīng)。不論是何種方式，反應(yīng)均在原有顆粒中進行，但這將與生料粒徑有很大關(guān)系，粒徑一定后，C₂S、C₃S的結(jié)晶大小就基本確定，尤其是含氧化硅原料的細度是關(guān)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(nèi)移動后進行反應(yīng)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(jié)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(biāo)和加強對立磨操作員的管理，控制出磨生料細度在12%以內(nèi)，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(zhì)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(dǎo)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(guān)，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(chǎn)生不完全燃燒，在窯內(nèi)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(nèi)結(jié)蛋，生料中MgO含量高時更加劇了結(jié)球、結(jié)蛋、結(jié)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(diào)整煤磨鋼球級配、對煤磨選粉機進行檢修、提高入磨熱風(fēng)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?yán)格控制分解爐出口溫度和窯尾溫度，實現(xiàn)預(yù)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(chǎn)中體會到若分解爐溫度和窯尾溫度按正?？刂?，窯尾煙室和分解爐縮口極易結(jié)皮，影響窯內(nèi)通風(fēng)，窯內(nèi)還原氣氛加重，形成惡性循環(huán)，從而進一步加劇了窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)蛋現(xiàn)象發(fā)生。因此將分解爐出口溫度做了嚴(yán)格要求，從正常生產(chǎn)時的870℃降低至850℃，同時謹(jǐn)慎小幅度降低窯頭用煤量，將窯尾溫度控制在1000±50℃以內(nèi)，以防液相過早出現(xiàn)，減少因MgO高造成的結(jié)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(nèi)長厚窯皮、結(jié)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(yù)分解窯“薄料快轉(zhuǎn)”的特點

　　由于入窯生料中MgO含量上升，出窯熟料結(jié)粒粗大、窯內(nèi)結(jié)球、結(jié)蛋現(xiàn)象嚴(yán)重，熟料燒不透，f-CaO增加，因此在操作中嚴(yán)格執(zhí)行薄料快轉(zhuǎn)制度，提高窯的快轉(zhuǎn)率，將窯速從正常運轉(zhuǎn)時的3.5r/min，提高至3.7 r/min,增加了物料在窯內(nèi)的翻動頻率，減少物料黏結(jié)，有利于C₃S的形成和熱交換的進行。同時薄料快轉(zhuǎn)相對降低了窯內(nèi)物料的填充率，減少了窯內(nèi)通風(fēng)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(zhuǎn)速，嚴(yán)禁慢窯大料、頂火逼燒，降低了窯內(nèi)長厚窯皮、結(jié)球、結(jié)圈的幾率，控制出窯熟料結(jié)粒細小均齊。

　?、侵匾曮骼錂C操作、努力提高二、三次風(fēng)溫，加速熟料冷卻

　　因煤粉細度粗、水分大、燃燒速度慢，容易產(chǎn)生不完全燃燒，在窯內(nèi)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(fēng)溫和入分解爐三次風(fēng)溫，保證窯內(nèi)火焰順暢和煤粉在分解爐內(nèi)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(nèi)。有效保證入窯二次風(fēng)溫在1050～1150℃，同時三次風(fēng)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(chǎn)生更多的玻璃體,避免L(液相)+C₃S→C₃A+C₂S的轉(zhuǎn)熔反應(yīng)。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(zhì)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(nèi)提前成球，易形成大蛋。在生產(chǎn)中，要根據(jù)實際煅燒狀況控制好一次風(fēng)用量，及時調(diào)節(jié)燃燒器間隙和內(nèi)外風(fēng)用量。為了提高窯頭溫度,控制內(nèi)風(fēng)閥門開度為100%,外風(fēng)開度為50～80%,加大一次風(fēng)量，調(diào)節(jié)內(nèi)風(fēng)出口的間隙,使出口風(fēng)速加大,增強煤粉與高溫二次風(fēng)的混合,確保煤粉快速燃燒,使火焰縮短,控制燒成帶長度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)窯電流波動較大，判斷窯內(nèi)有結(jié)圈、結(jié)蛋跡象時及時移動燃燒器，改變?nèi)紵骰瘘c位置，從而使結(jié)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(nèi)通風(fēng)

　　因Mg0含量高，窯尾煙室和分解爐縮口極易結(jié)皮，影響窯內(nèi)煅燒，因此制定了相關(guān)措施對煙室和分解爐縮口不定期進行清理，以保證窯內(nèi)通風(fēng)，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(zhì)礦產(chǎn)資源，實現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定操作，解決了窯內(nèi)長厚窯皮、結(jié)球、結(jié)圈現(xiàn)象，提高了出窯熟料質(zhì)量和窯的運轉(zhuǎn)率，減少了礦山開采剝離量，取得了較好的經(jīng)濟效益。