還原熟料形成機理

　　1 前言
　　在水泥生產(chǎn)中正常熟料是在窯內(nèi)空氣略有過剩的情況下燒成的,即有足夠的氧使燃料中的碳完全燃燒成CO2,放出熱量。如窯內(nèi)氧氣不足,燃料燃燒不完全,產(chǎn)生CO時,就形成還原氣氛,其反應(yīng)式為:C+O₂→CO₂+408630J/molC+12O₂→CO+123053J/mol

　　在還原氣氛條件下生產(chǎn)出來的熟料,我們稱之為“還原熟料”。在還原氣氛下燒成時,窯內(nèi)熱力強度低,高價的過渡型的元素氧化物被還原成低價的,產(chǎn)生各種異常顏色的熟料。據(jù)此特點,一般把還原料分為黃心料、綠心料、析鐵料三種。

　　還原熟料常見的為黃心料,在熟料中所占比例也較大。而綠心料、析鐵料較少出現(xiàn),即使存在,量也不多。還原熟料的危害很多,影響窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、煤耗、熱工制度的穩(wěn)定;影響熟料、水泥的質(zhì)量外觀顏色等。特別是熟料、水泥的外觀上,還原料較多時,不僅熟料顏色難看,就連磨制出的水泥顏色也發(fā)黃,水泥用戶極易把此熟料水泥比作立窯的廢品熟料黃料球來看待,使用戶購買使用都不放心,影響企業(yè)的聲譽,因此,必須采取措施進行解決。

　　1.1 黃心料
　　窯外分解窯產(chǎn)生的黃心料,可分為:疏松性黃心料和致密性黃心料,疏松性黃心料結(jié)構(gòu)疏松,熟料燒失量高, fCaO也高,后期強度
明顯降低,它是在窯頭溫度低,窯尾存在還原氣氛下產(chǎn)生的。而致密性黃心料外殼的顏色與正常熟料相似,結(jié)粒較大,砸開熟料球,核
心呈大小不等的黃心,它是在還原氣氛或煤粉直接還原作用下,氧化鐵還原致使熟料顏色發(fā)黃,當冷卻時,表層熟料因再氧化而呈黑
色。黃心料其化學成分上最突出的變化就是隨黃心程度的增加其中FeO含量也增加,而總的鐵含量卻沒有明顯變化;而有些黃心料
中SiO₂和Al₂O₃的含量較高,這主要是煤灰摻入造成的。

　　致密性黃心料在巖相結(jié)構(gòu)上有兩個特征:其一,B礦呈手指狀、樹葉狀,這種B礦的產(chǎn)生與還原氣氛下C₂S和CFS固溶體的分離有關(guān)。其二,A礦數(shù)量少,發(fā)育差。這與煤灰的摻入有關(guān),由于摻入煤灰物料,使SiO₂和Al₂O₃成分增加,局部(黃心部分)的KH值下降,再加上煤燃燒形成CO放出的熱量少,至使燒成溫度較低,給A礦形成造成困難,所以A礦數(shù)量少。此外,由于Fe3+被還原成Fe2+, Fe²⁺大量進入B礦及玻璃體,所以C₄AF的量極少,中間體數(shù)量也相對減少。

　　1.2 綠心料
　　有時遇到外觀與普通熟料相同,但中間呈嫩綠色的熟料,化學分析表明,此種熟料中含較多Cr₂O₃、MnO。巖相分析表明含Cr₂O₃的熟料中A礦顏色變綠,此種A礦稱為鉻阿利特。Cr₂O₃主要來自窯中的鉻質(zhì)耐火材料,含MnO的熟料呈綠色的主要原因是β-C₂S和MnO形成固溶體,在C₂S-Mn₂S系統(tǒng)中形成綠色橄欖石(CaO·MnO·SiO2),溫度較高時, C2S和CMnS的固溶體也可分解桃紅色含錳的B礦。MnO主要來自鐵質(zhì)原料和耐火材料雜質(zhì)。

　　綠心料的水硬性差,強度下降。由于Cr³⁺和低價錳都只有在還原氣氛下出現(xiàn),故綠心料是還原氣氛的產(chǎn)物,屬還原料。

　　1.3 析鐵料
　　當窯內(nèi)通風不良,燃料在缺氧條件下燃燒,則出現(xiàn)強烈的還原氣氛,這時熟料中的高價鐵化合物被還原成低價鐵化合物,甚至金
屬鐵,其反應(yīng)過程為:2C₄AF→C₆A₂F+C₂F　C₆A₂F+CO→2C₃A+2FeO+CO₂↑　FeO+CO→Fe+CO₂

金屬鐵在高溫下為液相,由于表面張力而呈球形圓粒,冷卻后保留下來,因為它的折射率比硅酸鹽礦物高得多,所以在巖相顯微鏡下呈很亮的小圓粒。

　　析鐵熟料除金屬鐵外,主要礦物還有C₂S固溶體和C₃A、C₁₂A₇,熟料強度顯著降低,有時凝結(jié)較快,它是窯內(nèi)熱工制度不正常的一種標志。