高KH配料的機(jī)理探討

我公司是年產(chǎn)120萬t水泥的大型濕法回轉(zhuǎn)窯企業(yè)，有5臺(tái)濕法長窯，其中2條為Φ3.3m/3.0m/3.3m/3.0m×118m啞鈴型窯，3條為Φ3.5m×145m的華新窯。經(jīng)過多年的摸索研究，我們成功地開發(fā)利用了磷渣、銅渣和粉煤灰等工業(yè)廢渣作為生料配料燒制高標(biāo)號(hào)水泥熟料，年平均熟料標(biāo)號(hào)一直保持在650號(hào)左右，近年已達(dá)680～695號(hào)，在全國60多家大中型水泥企業(yè)中名列前茅，突出地表現(xiàn)在熟料KH控制較高，本文擬從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，探討我公司高KH配料的理論依據(jù)。 

1　工業(yè)廢渣配料的率值控制 

　　一般濕法回轉(zhuǎn)窯的熟料三率值控制范圍為[1]:KH在0.86～0.94；SM在2.0～2.4；IM在1.1～1.8。我公司自采用石灰石、磷渣、銅渣、粉煤灰4組分配料以來，一直在探索尋求合理的率值控制指標(biāo)，由于原料特性，我公司熟料強(qiáng)度表現(xiàn)出3d抗壓強(qiáng)度偏低，28d抗壓強(qiáng)度增進(jìn)較高的狀況，在使用廢渣配料的初期，考慮到工業(yè)廢渣中多種微量元素引入水泥生料后，對(duì)熟料煅燒起到良好的礦化作用，我們將三率值控制指標(biāo)下達(dá)為:KH=0.95±0.02；SM=2.05±0.10；IM=1.25±0.10，工業(yè)廢渣使用初期統(tǒng)計(jì)資料見表1～5。 

2　高KH配料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料的機(jī)理 

　　通常，KH越高，C3S含量越多，C2S含量越少，同時(shí)易造成fCaO偏高，影響熟料質(zhì)量，但從我公司實(shí)際情況看，KH高達(dá)0.970時(shí)，fCaO仍較低，對(duì)窯皮無損傷，回轉(zhuǎn)窯仍安全運(yùn)轉(zhuǎn)，分析原因如下: 
　　
從礦化劑角度分析[2]，我公司熟料中氟含量一般波動(dòng)在0.25%～0.30%，磷含量波動(dòng)在0.20%左右，由于氟、磷和亞鐵等離子的引入，在高溫煅燒條件下，微量組分對(duì)物料液相出現(xiàn)溫度、粘度和張力等性質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響。據(jù)文獻(xiàn)[3]介紹，F(xiàn)-能降低熟料的最低共熔溫度和液相粘度，由于液相出現(xiàn)早和液相粘度降低，加快了C3S的形成。摻有0.2%～0.5%的P2O5就具有改善生料易燒性的礦化作用，它促進(jìn)了固相反應(yīng)，降低物料共熔溫度。礦化劑是煅燒高KH配料的條件之一。 
　　
我們?cè)谏a(chǎn)中觀察到，當(dāng)KH較高時(shí)，出窯熟料呈細(xì)小結(jié)粒且?guī)Х哿?，進(jìn)入冷卻機(jī)后，細(xì)粉隨二次風(fēng)吹入窯內(nèi)，沉落在燒成帶及過渡帶區(qū)域，成為晶種。由于晶種的摻入，促進(jìn)了C3S的形成速率，并使晶粒的生長發(fā)育處在受控狀態(tài)，熟料質(zhì)量得到明顯改善。 
　　在硅酸鹽水泥熟料的4種主要礦物中[4]，C2S、C3A、C4AF基本都是在固相條件下形成的，而C3S必須在液相條件下才能由C2S和CaO反應(yīng)生成，其形成速率和晶粒的生長發(fā)育又受液相性質(zhì)(如成分、出現(xiàn)溫度、數(shù)量和粘度等)所制約。H.J.雷斯勒(Rosler)指出[4]，均質(zhì)液相中成核，在不飽和區(qū)和剛越過飽和界限，也不會(huì)有穩(wěn)定的晶核形成，只有達(dá)到飽和度，越過所謂的介穩(wěn)區(qū)后，才開始自發(fā)地形成晶核和結(jié)晶。晶核生成速率，晶體成長速率與液相粘度有著密切的關(guān)系，當(dāng)液相粘度降至某一區(qū)域時(shí)，晶體成核速率較低而晶體成長速率較高，在這種情況下，為數(shù)不多的晶核就容易長成為大晶體，此時(shí)，若外加少量物質(zhì)起晶核的作用，造成非均相成核，由于成核能大大降低，晶核可以在小的過飽和度(介穩(wěn))形成。W.沙特(Schatt)論述[4]:在均質(zhì)液相成核時(shí)，界面能起主導(dǎo)作用，為了平衡界面能，必須補(bǔ)充能量來克服液固相的轉(zhuǎn)變能，也就需要相應(yīng)的過冷度或過飽和度，如果在液相中加入某種結(jié)晶粒作為外來界面，會(huì)在很大程度上消除成核的障礙，相當(dāng)于非均相成核，結(jié)晶在很小的過冷度下就可進(jìn)行。在熟料形成過程中[5]，摻加少量晶種能造成非均質(zhì)液相成核，既能消除成核障礙，降低成核能耗，提高成核速度，又能改變晶體結(jié)構(gòu)，控制晶粒的生長發(fā)育，防止晶粒過大。所以加入晶種和礦化劑后，兩者共同發(fā)揮作用，能較好地改善阿利特的形成過程，有效地控制晶體粒徑，提高C3S含量。 
　　
理論上看[6]，加入的晶種應(yīng)發(fā)育良好，最好是高溫煅燒而結(jié)晶細(xì)小的晶體，通常選用KH較高，煅燒溫度較高的優(yōu)質(zhì)熟料，因?yàn)檫@種熟料的C3S含量高且結(jié)晶完好，我們作為晶種的熟料正好符合了理論的要求，故而發(fā)揮了較好的作用，盡管熟料KH高達(dá)0.974，然而fCaO僅為0.59%，熟料強(qiáng)度提高較大。當(dāng)然，入窯煤粉質(zhì)量較好也是燒制優(yōu)質(zhì)熟料的必備因素。 
　　
我們認(rèn)為，在煅燒高KH生料時(shí)，由于礦化劑和晶種的共同作用，改善了生料易燒性，生料易燒性好，燒成帶物料好燒而不傷窯皮，fCaO低，物料結(jié)粒細(xì)小均齊，熟料質(zhì)量較好，同時(shí)窯的快轉(zhuǎn)率也較高，能達(dá)到薄料快燒的要求，利于提高窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。目前我公司按以下指標(biāo)控制熟料率值:KH=0.96±0.02；SM=2.0±0.10；IM=1.3±0.10。 

3　結(jié)束語 

　　晶種的摻入和礦化物質(zhì)的礦化作用是我公司高KH配料燒制優(yōu)質(zhì)熟料的理論依據(jù)，煅燒高KH生料時(shí)產(chǎn)生的細(xì)小結(jié)粒熟料隨二次風(fēng)入窯，成為晶種，和礦化劑共同作用，能較好地改善熟料質(zhì)量。在不損傷窯皮的前提下，適當(dāng)提高熟料KH是有益的。