預(yù)分解窯飛砂料生成原因和減緩措施
摘要:飛砂料是預(yù)分解窯生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象,對窯的生產(chǎn)操作和熟料質(zhì)量均產(chǎn)生一定的影響,成為生產(chǎn)操作人員關(guān)注的焦點。初步分析其生成原因和減緩措施,以促進(jìn)國內(nèi)有關(guān)單位的重視,加強(qiáng)此方面的研究,從根本上解決這個問題。
1 飛砂料的危害性
預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中,經(jīng)常出現(xiàn)飛砂料,一些工廠介紹的文章稱熟料顆粒小于1mm時,稱之為飛砂料,少的低于窯產(chǎn)量的10%,多的高達(dá)20%~30%,其危害性如下:
飛砂料易磨性差,不利于水泥粉磨。國外資料介紹純飛砂料易磨性差,個別資料稱粉磨時較正常熟料增加電耗20%~30%。
飛砂料形成熱高。國外資料介紹較普通熟料增加約30~40kcal/kg,熟料的強(qiáng)度亦較正常熟料低。
熟料在窯內(nèi)煅燒時,受離心力的作用,產(chǎn)生離析,大顆粒一般集中在中間,隨著顆粒直徑變小,細(xì)顆粒則集中在窯筒體一邊。當(dāng)熟料從窯頭落至篦床上時,大顆粒集中在一側(cè),細(xì)顆粒集中在另一側(cè),篦床橫截面中部為粗細(xì)顆粒的過渡部位。當(dāng)窯速較快且窯內(nèi)細(xì)顆粒飛砂熟料較多時,細(xì)顆粒集中在一側(cè)的現(xiàn)象尤為明顯。堆積的細(xì)顆粒料層密度高,篦下冷風(fēng)不易透過,熟料得不到冷卻,形成一條高溫紅色熟料帶(俗稱紅河),極易損壞料層下的篦板。
當(dāng)篦冷機(jī)的噴速較高時,飛砂料則隨高溫?zé)釟饬魅敫G和入三次風(fēng)管,在此過程中,未經(jīng)冷卻的飛砂料將熱量傳遞給三次風(fēng),提高了三次風(fēng)溫,但飛砂料進(jìn)入三次風(fēng)管時,因其磨蝕性強(qiáng),易對三次風(fēng)管內(nèi)耐火材料和三次風(fēng)閥板造成磨蝕;當(dāng)大量的飛砂料進(jìn)入分解爐時,易使物料過熱,加重分解爐內(nèi)物料負(fù)荷,影響了入窯物料分解率的控制。
飛砂料顆粒隨二次風(fēng)入窯,再次在窯內(nèi)加熱,易產(chǎn)生熟料的重結(jié)晶,再次產(chǎn)生不易粉磨的飛砂料;形成飛砂料的生產(chǎn)循環(huán)也影響窯的操作,在一定程度上造成熱工制度的混亂,同時造成窯頭混蝕,影響正確地判斷火焰溫度,此外飛砂料也易造成窯頭護(hù)板及耐火澆注料的磨蝕。
2 飛砂料的主要成分
國外的研究報道稱,飛砂料主要是熟料煅燒過程中,生成的大晶格熟料,此類熟料不易成球,易形成粉塵料。
飛砂料主要是在熟料煅燒過程中形成的,要分析其形成的原因,首先要對熟料在窯內(nèi)煅燒過程中的物理、化學(xué)作用作一分析,也就是對窯內(nèi)各帶作一介紹。
3 熟料在窯內(nèi)煅燒過程
窯料在預(yù)分解窯內(nèi)煅燒成熟料時,根據(jù)其物理、化學(xué)作用過程,大致分成5個帶:即分解帶、過渡帶、液相燒成帶、最高溫度燒成帶、冷卻帶,各帶是根據(jù)其功能決定的,其長度因功能變化而變化,各帶的主要功能介紹如下:
3.1 預(yù)熱器分解爐系統(tǒng)(CZ)
從預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)的入窯生料分解率一般均大于90%,未分解的生料在此帶加熱分解,已分解的生料中的fCaO與SiO2顆粒作用生成C2S,C2S生成時要放出熱量(610kJ/kg),生料在此帶內(nèi)較快的加熱分解,帶內(nèi)有少量的C2S與游離CaO生成C3S。
預(yù)分解窯內(nèi)的分解帶與入窯物料分解率有關(guān),分解率愈高則此帶愈短。分解率愈低則帶愈長。
3.2 過渡帶(HZ)
物料從900℃加熱至1300℃,在此帶內(nèi)物料溫度增加很快,液相僅有少量出現(xiàn),但溫度上升到~1300℃時,液相突然大量增加,進(jìn)入液相燒成帶。
3.3 液相燒成帶(LZ)
此帶內(nèi),液相已大量生成,隨著溫度增加,液相增加的速率不高,熟料顆粒開始形成。熟料顆粒的形成,取決于液相的性質(zhì)和數(shù)量、顆粒在物料中的分布和在液相帶內(nèi)停留的時間。在液相燒成帶內(nèi)C3S開始生成,由于溫度增加,則C3S生成量愈來愈多,其晶格隨溫度增加而增大,當(dāng)C3S晶格過大時,將不易成球,形成飛砂料。
3.4 最高溫度燒成帶(MZ)
最高溫度燒成帶在火焰的最高溫度部位,窯內(nèi)物料溫度達(dá)到最高值,C3S完全生成,熟料完成成球,熟料在此帶內(nèi)完成全部煅燒過程。
3.5 冷卻帶(AZ)
此帶內(nèi)熟料開始降溫,熟料固化。
3.6 窯內(nèi)各帶氣體溫度、物料溫度、液相量、C3S生成率
3.7 窯內(nèi)熟料顆粒生成情況
飛砂料的形成與熟料顆粒有關(guān),更與C3S晶體生成的大小有著直接關(guān)系,也就是窯料在形成熟料過程中,在窯內(nèi)各帶停留時間有關(guān),更與窯料的內(nèi)在性能有關(guān)。國外的研究資料稱:一些易燒的生料較易地完成煅燒熟料的物理、化學(xué)功能,即過渡帶、液相燒成帶較長、最大溫度燒成帶較短時且煅燒溫度相對較低時,C3S不易生成大晶格,熟料易結(jié)粒。而難燒的生料在煅燒過程中,在過渡帶、液相燒成帶停留時間較短,而在最大燒成帶停留時間較長,且溫度較高時,在此條件下,易生成大晶格的C3S,此類礦物不易成球,易生成飛砂料。
4 影響熟料結(jié)粒的因素
窯內(nèi)熟料顆粒是在液相(有些資料稱熔體)作用下形成的,液相在晶體外形成毛細(xì)管橋。液相毛細(xì)管橋起到兩個作用:一是使顆粒結(jié)合在一起,另一作用是作為是中間介質(zhì),使CaO和C2S在熔融態(tài)內(nèi)擴(kuò)散生成C3S,顆粒的強(qiáng)度取決于毛細(xì)管橋的強(qiáng)度,橋的強(qiáng)度即連接顆粒的力隨液相表面張力和顆粒直徑的降低而增加。毛細(xì)管橋的數(shù)量又和顆粒直徑的平方根成反比。要結(jié)好粒,必須有足夠的液相,并要求顆粒在液相內(nèi)分布均勻,形成較高的表面張力和適宜的結(jié)粒時間和溫度?,F(xiàn)對影響結(jié)粒的因素作一敘述。
4.1 液相量
窯內(nèi)液相量太少不易結(jié)粒,太多結(jié)成致密的大塊熟料。液相量的計算公式較多,用得較多的計算公式為:
1400℃時液相量L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K2O+Na2O+MgO
液相量在25%~28%時,對結(jié)粒最有利。
[Page]
4.2 生料易燒性
易燒性是指生料轉(zhuǎn)變?yōu)樗笸氖炝舷喑煞蛛y易的程度,通過原料的化學(xué)成分、礦物性能和細(xì)度來確定,現(xiàn)將經(jīng)多次優(yōu)化的F.L.Smidth公司的易燒性公式表述如下:
fCaO1400℃=0.343LSF-93+2.7AM-2.3+0.83Q45+0.10C125+0.39R45
方程式前半部份表示生料化學(xué)性能所起的作用,從公式來看,石灰飽和系數(shù)LSF、硅酸率AM愈高,則fCaO的值愈高,煅燒溫度也愈高,方程式的后半部份則表示生料中不同礦物的細(xì)度對易燒性所起的作用,其中尤為受到關(guān)注的是水泥熟料內(nèi)主要原料的粗顆粒SiO2及少量酸性不溶物,對易燒性有較大的影響,此外大于125μm的石灰石顆粒也有一定影響。
公式表明,在1400℃時生料易燒性實驗時,其所得的fCaO數(shù)值愈低,生料易燒,則燒成帶火焰溫度相應(yīng)低些,相應(yīng)易結(jié)粒,若生料易燒性實驗的fCaO值愈高,生料難燒,則燒成帶火焰溫度也愈高,相應(yīng)結(jié)粒差些,易生成飛砂料。
4.3 生料成分、細(xì)度的均勻性
上節(jié)所述,不同成分的生料和細(xì)度對易燒性都有一定的影響,在生產(chǎn)的過程中,當(dāng)出現(xiàn)原料成分及細(xì)度發(fā)生較大變化時,必然會引起物料在窯內(nèi)物理、化學(xué)作用的位置及溫度的變化,將會引起熟料結(jié)粒的變化,當(dāng)生料成分和細(xì)度變化的情況符合形成飛砂料的條件時,便會形成飛砂料。
4.4 液相表面張力
液相表面張力是液相的重要性質(zhì),與結(jié)粒有著直接的關(guān)系。液相表面張力增大易結(jié)粒,熟料顆粒的大小與液相表面張力呈良好的線性關(guān)系。
液相的表面張力與元素外層電子的負(fù)電性有關(guān),有些元素如:K、Cl、S的表面張力值較低,不利于結(jié)粒。而Mg、Al等元素的表面張力值較高,有利于結(jié)粒。
一般熟料液相內(nèi)含有幾種元素,它們之間的表面張力并非單元素表面張力的疊加。
液相表面張力與溫度有關(guān),不同成分的熟料液相表面張力值在同一溫度時有所不同,但隨溫度的升高,其液相表面張力值有所下降。
4.5 液相粘度
不同成分熟料的液相粘度值是不同的,一般說來液相粘度值減少易結(jié)粒,液相粘度與溫度有關(guān),隨溫度上升而下降。
幾種元素共存的液相粘度值并非單元素值的疊加。
近年來,國內(nèi)一些單位相繼報導(dǎo)了MgO、R2O、SO3對結(jié)皮和結(jié)粒有較大的影響。R2O含量增加,粘度值增加較大,不利于結(jié)粒。SO3含量增加,粘度值降低,但SO3的粘度值較R2O低得多,因此SO3存在時結(jié)粒有所改善。若R2O、SO3均存在時,MgO含量增加,液相粘度值大大降低,有利于結(jié)粒。
4.6 物料在窯內(nèi)各帶停留時間的影響
原料成分,入窯物料分解率,火焰形狀等因素,決定了物料在窯內(nèi)各帶的停留時間,也決定了熟料結(jié)粒的大小。
若原料不易煅燒,入窯物料分解率低,相應(yīng)物料在分解帶和過渡帶停留時間就長,而在熔融帶的停留時間就短些。在此條件下,易生成大晶格的C2S,此類C2S和fCaO很難結(jié)合也難結(jié)粒。若生料中有難燒物質(zhì),則需較高的燒成溫度,此時未結(jié)粒物質(zhì)反應(yīng)較快,C3S在此條件下易生成難以結(jié)粒的大晶格礦物。
4.7 生料率值的影響
KH值高,物料不易煅燒,所需的煅燒溫度高,最高溫度帶較長,相應(yīng)熔融帶縮短,易結(jié)細(xì)粒。
硅酸率SM增加,燒成溫度增高,物料不易煅燒,易結(jié)細(xì)粒。
鋁氧率AM增加,液相粘度增大,燒成溫度增高,物料熔融困難,C2S和fCaO結(jié)合生成C3S困難。
液相量與鋁氧率和溫度有一定的關(guān)系,當(dāng)AM=1.63時,有利于結(jié)粒。AM值偏離1.63值愈大,對熟料結(jié)粒愈不利。
5 減緩飛砂料的措施
從一些發(fā)表的研究資料和生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的飛砂情況來看,飛砂料的起因很復(fù)雜,涉及到生料成分、生料細(xì)度、生料均勻性以及熟料煅燒狀況、燃料性能、熟料在煅燒過程中在窯內(nèi)各帶的停留時間及煅燒溫度、工藝裝備狀況等均有一定程度的關(guān)系,在生產(chǎn)過程中,尋找飛砂料的成因及解決措施是有一定的復(fù)雜性,為簡化措施,重點從原料性能和煅燒狀況來解決。
5.1 原料性能
當(dāng)生產(chǎn)過程中,出現(xiàn)飛砂料時,應(yīng)考慮在不影響熟料強(qiáng)度和性能的前提下,適當(dāng)改變配料率值,如降低KH值、硅酸率SM值,將鋁氧率AM值接近1.63,適當(dāng)降低易燒性指數(shù)、提高液相量、減少不易磨易和煅燒的大顆粒石英和石灰石等物質(zhì),適當(dāng)調(diào)節(jié)原料中的MgO、R2O、SO3的含量。使原料成分、生料易燒性、液相表面張力液體粘度等均有利于結(jié)粒。
生產(chǎn)過程中,盡可能保持生料成分的均勻,以避免出現(xiàn)不利于結(jié)粒的成分和細(xì)度波動值過大的生料入窯。
5.2 改善窯的操作
為使熟料結(jié)粒均齊,應(yīng)盡量提高入窯物粒分解率,改善篦冷機(jī)的操作,盡可能提高二次和三次風(fēng)溫,改善噴煤管火焰形狀,延長物料在窯內(nèi)分解帶和過渡帶和液相燒成帶的停留時間,在最高溫度帶保持合適的燒成溫度,以上操作狀況有利生成小晶格C3S料,也有利于結(jié)粒。
提高入窯物料分解率的措施是加強(qiáng)窯、預(yù)熱器、三次風(fēng)管、廢氣管道等裝備的密閉,減少漏風(fēng),改善預(yù)熱器、分解爐的性能,提高換熱效率,增強(qiáng)上述裝備的隔熱,減少散熱損失等。
在操作中,盡量避免物料在過渡帶、液相燒成帶過短的停留,在最高溫度燒成帶過長時間停留及過高的燒成溫度,上述操作狀況有利于生成大晶格的C3S,不利于熟料結(jié)粒。
當(dāng)前,生產(chǎn)過程中出現(xiàn)燃料品位降低,燃料所含的熱值、灰分、揮發(fā)分、硫含量、水分的數(shù)值變化較大,因此必須配用與燃料性能變化相匹配的燃燒器,以保證火焰形狀有利于結(jié)粒。
在生產(chǎn)過程中,盡量避免過高提產(chǎn),此時入窯物料分解率一般較低,易出現(xiàn)窯料在窯內(nèi)欠燒,不得不延長最高溫度燒成帶和提高燒成溫度來降低熟料中的fCaO,造成C3S晶格過大,生成飛砂料。同時應(yīng)避免窯內(nèi)呈還原氣氛,此種狀況雖然入窯物料的分解率較高,但窯內(nèi)火焰燃燒不充分,不利于物料的熱交換,當(dāng)物料進(jìn)入最高溫度燒成帶時只得延長燒成帶的長度和提高燒成溫度,來降低熟料中的fCaO,此時,易生成大晶格熟料飛砂料。
6 結(jié)束語
飛砂料是預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象,對生產(chǎn)造成一定的危害。為了減緩飛砂料,應(yīng)從窯內(nèi)熟料形成的物理、化學(xué)作用入手,分析尋找飛砂料形成的原因,如原料性能以及窯內(nèi)煅燒過程中,熟料在各帶的停留時間和溫度,尤其是液相燒成帶和最高溫度燒成帶的停留時間和溫度對結(jié)粒的影響,從而找出減緩飛砂料生成的措施。
編輯:王欣欣
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com