永豐南方用高鎂石原料生產(chǎn)熟料的措施

  摘要：5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線其石灰石礦山質(zhì)量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO2：0.50%～4.00%）差異性波動(dòng)大，原料主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣石，通過礦山開采的精細(xì)化管理，多點(diǎn)搭配裝車進(jìn)廠等措施，滿足水泥熟料生產(chǎn)用原料的基本要求。

  江西永豐南方水泥有限公司一條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，于2010年6月28日竣工投產(chǎn)。其石灰石礦山質(zhì)量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO₂：0.50%～4.00%）差異性波動(dòng)大，石灰石原料品質(zhì)主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣石，通過礦山開采的精細(xì)化管理，多點(diǎn)搭配裝車進(jìn)廠等措施，才能滿足水泥熟料生產(chǎn)用原料的基本要求。

  1   MgO對(duì)熟料煅燒的影響

  1.1  MgO在煅燒過程中的表現(xiàn)

  （1）熟料煅燒時(shí)，生料中MgO：2.50%～3.00%和熟料礦物結(jié)合成固熔體，此類固熔體甚多，例如：CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·2SiO₂、3CaO·MgO·2SiO、7CaO·MgO·2Al₂O₃、3CaO·MgO·2Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、MgO·Fe₂O₃以及C₃MS₂等等，此類化合物的穩(wěn)定溫度在1200～1350℃，同時(shí)它還可能含有一些微量元素。

  （2）在溫度超過1400℃以上時(shí)，MgO的化合物會(huì)分解，且從熔融物中結(jié)晶出來。

  （3）當(dāng)熟料中含有少量細(xì)小方鎂石晶格的MgO時(shí)，它能降低熟料液相生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘度，增加液相表面張力，有利于熟料形成和結(jié)粒，也有利于C3S的生成，還能改善熟料色澤。

  （4）當(dāng)熟料中粗大方鎂石晶體的MgO超過3.0%時(shí)，則易形成方鎂石晶體，導(dǎo)致熟料安定性不良。

  （5）當(dāng)氧化鎂（MgO）含量過高時(shí)，則易生成大塊、結(jié)圈和結(jié)厚窯皮，以及表面呈液相的熟料顆粒，此類熟料易損壞篦冷機(jī)篦板。

  1.2  MgO對(duì)熟料結(jié)粒的影響

  1.2.1  煅燒中液相對(duì)熟料結(jié)粒的影響

  （1）窯內(nèi)熟料顆粒是在液相（熔體）作用下形成的，液相在晶體外形成毛細(xì)管橋。

  （2）液相毛細(xì)管橋起到兩個(gè)作用：一是使顆粒結(jié)合在一起，另一作用是作為中間介質(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。

  （3）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，較低的液相粘度，適宜的結(jié)粒時(shí)間和溫度等。

  1.2.2  MgO對(duì)液相性質(zhì)的影響

  1.2.2.1  液相量

  由液相量計(jì)算公式可知，MgO對(duì)液相量有較大的影響，其計(jì)算公式為：1450℃時(shí)液相量：L=3.0Al₂O₃+2.25Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+MgO，液相量在25%～28%時(shí)，對(duì)結(jié)粒最有利。當(dāng)MgO含量超過2%以上的值乘以系數(shù)1.5計(jì)。

  1.2.2.2  液相表面張力

  液相表面張力是液相的重要性質(zhì)，與熟料結(jié)粒有直接關(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)（見圖1），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。

  1.2.2.3  液相粘度

  MgO僅對(duì)液相粘度有較小的降低作用（圖2）。熟料在1450℃含25%～35%液相時(shí)，粘度為0.16Pa·S，表面張力0.58N/m，含有MgO等化合物后的液相表面張力和液相粘度均發(fā)生變化，影響熟料的結(jié)粒（見表1）。

  2  MgO對(duì)熟料強(qiáng)度的影響

  MgO存在于熟料內(nèi)，會(huì)影響CaO的數(shù)量，因而MgO在一定程度上影響熟料的強(qiáng)度。為緩和MgO對(duì)熟料強(qiáng)度的影響，在熟料生產(chǎn)中，應(yīng)盡量提高石灰飽和系數(shù)和硅酸率，相應(yīng)提高C3S和C2S的含量，以提高熟料的強(qiáng)度。

  3  MgO對(duì)產(chǎn)品安定性的影響

  在硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固熔體總量可達(dá)2%，多余的MgO即結(jié)晶出來呈游離狀方鎂石，就會(huì)產(chǎn)生有害作用。所以應(yīng)對(duì)它有所限制。

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  4   緩和高M(jìn)gO原料對(duì)質(zhì)量影響的對(duì)策

  4.1  礦山開采工作的精細(xì)化管理

  針對(duì)礦山石灰石質(zhì)量的復(fù)雜性，采用多點(diǎn)開采，靈活控制手段。為此，加大礦山開采質(zhì)量的監(jiān)控力度，質(zhì)控處抽調(diào)專人負(fù)責(zé)礦山開采現(xiàn)場監(jiān)督與鉆孔樣品的采集與分析，根據(jù)每次檢測(cè)結(jié)果及時(shí)制定階段性科學(xué)合理的搭配裝車方案進(jìn)行調(diào)控，指導(dǎo)礦山開采工作的精細(xì)化管理能持續(xù)有效進(jìn)行，做好石灰石原料礦山開采方案實(shí)施，確保開采進(jìn)廠石灰石質(zhì)量波動(dòng)在合理的預(yù)控范圍之內(nèi)，基本滿足熟料煅燒用石灰石原料的質(zhì)量之需。

  4.2  做好生料配料和均化工作

  第一步是合理搭配裝車；第二步是嚴(yán)格實(shí)行自動(dòng)連續(xù)堆料預(yù)均化工作；再是橋式取料機(jī)按照進(jìn)一步均化的方式進(jìn)行取料入原料配料站供生產(chǎn)配料之用，這樣就可以將石灰石質(zhì)量的波動(dòng)控制在本階段要求的合理范圍內(nèi)，確保入磨石灰石品質(zhì)（CaO：50.0±1.0%；MgO：2.5±0.5%；SiO₂：1.5±0.5%）基本穩(wěn)定，生料中MgO含量較穩(wěn)定、均勻入窯。

  當(dāng)出磨生料中含有不同MgO含量時(shí)，其石灰飽和系數(shù)應(yīng)作如下調(diào)整：

  ①不含MgO時(shí)，LSF=100CaO/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ② MgO<2%時(shí)，LSF=100（CaO+0.75MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ③ MgO>2%時(shí)，LSF=100（CaO +1.150 MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）。

  4.3  控制合適的液相量、液相表面張力、液相粘度

  液相量是熟料結(jié)粒的重要因素，在計(jì)算液相量時(shí)，應(yīng)注意MgO超過2%時(shí)的校正系數(shù)，還應(yīng)考慮堿含量的因素。為緩和MgO對(duì)液相量的影響，在提高熟料質(zhì)量的前提下，適當(dāng)提高石灰飽和系數(shù)及硅酸率值，減少Al₂O₃和Fe₂O₃的含量，減輕MgO對(duì)液相量的影響，相應(yīng)減緩結(jié)大球的趨勢(shì)。同時(shí)KH值和SM值增加，增加了CaO、SiO2的含量，也增加了C3S和C2S的生成量及熟料煅燒溫度，有利于提高熟料強(qiáng)度。

  （1）生料中MgO含量較高且易燒性較好、SiO2的易磨性好且顆粒較細(xì)、堿含量與硫含量對(duì)液相粘度影響不大時(shí)，C2S有利于與CaO結(jié)合生成C3S，則SM值可提高至3.00甚至更高，在生產(chǎn)過程中結(jié)粒均齊，fCaO含量較低，熟料強(qiáng)度較高。

  （2） 生料中MgO含量較高但易燒性較差、SiO2的易磨性差且顆粒較粗，此外原料中帶入的堿含量較高時(shí)，對(duì)液相粘度影響較大，不利于液相中的C2S與fCaO結(jié)合生成C3S。

  在生產(chǎn)過程中，為緩和MgO對(duì)液相量的影響，可提高SM值；但SM值提高后，更不利于生成C3S，易使fCaO含量偏高（2.50%～3.80%）；為降低fCaO含量，生產(chǎn)時(shí)提高燒成溫度，但又易增大C3S的晶格易形成飛砂料，不利于熟料強(qiáng)度的提高；這種工況，SM值是很難真正提高的。

  通過幾個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐表明：為了改善生料易燒性的不一致性，將其生料細(xì)度（顆粒級(jí)配）控制在17%～19%，生料率值（KH：1.02～1.06；SM：2.7～2.90；IM：1.5～1.70），基本前提是石灰石中MgO含量不等且晶體大小有別，另外帶入生料的原燃料中堿含量也不一致，此時(shí)只能結(jié)合實(shí)際狀況，通過分析，找出優(yōu)化點(diǎn)，進(jìn)行微量調(diào)節(jié)，使熟料強(qiáng)度保持在3d：3.5～4.5/32～36.5MPa；28d：7.8～8.6/62.0～64.5MPa水平。

  4.4  中控操作措施

  （1）在生產(chǎn)過程中，適當(dāng)加大窯尾風(fēng)機(jī)風(fēng)量，控制煤粉細(xì)度≤2.0%，使火焰集中，減少窯內(nèi)還原氣氛，適當(dāng)降低窯尾煙室溫度，避免硫酸鹽在還原氣氛下分解造成窯后部結(jié)長厚窯皮，減緩MgO含量較高的生料在高溫下出現(xiàn)結(jié)圈、結(jié)蛋，避免進(jìn)一步加劇窯內(nèi)通風(fēng)不良、還原氣氛加重的惡性操作狀況的產(chǎn)生。

  （2）適當(dāng)加快窯速，即由原來2.8～3.0r/min加到3.2～3.6r/min；減少結(jié)厚窯皮的幾率。

  （3）避免窯頭過燒，在保證熟料質(zhì)量合格的前提下，適當(dāng)減少窯頭煤粉用量，降低出窯熟料溫度，減少表面帶液相的大塊熟料落入篦冷機(jī)內(nèi)損壞前端篦板，或形成表面帶液相的大晶格粉狀熟料，在冷卻機(jī)進(jìn)料口處粘結(jié)成雪人。

  （4）加強(qiáng)篦冷機(jī)高溫端通風(fēng)，使熟料急冷，有利于形成小晶格的MgO礦物，相應(yīng)減緩MgO水化的膨脹影響。

  5  結(jié) 論

  （1）MgO是熟料礦物中最多的有害成分，對(duì)熟料煅燒、結(jié)粒、強(qiáng)度以及安定性均帶來一定的影響。

  （2）在生產(chǎn)過程中，當(dāng)遇到MgO含量偏高、波動(dòng)對(duì)水泥熟料煅燒造成影響時(shí)，應(yīng)分析生料的易燒性及顆粒級(jí)配，結(jié)合MgO的含量以及原、燃料帶入的堿（R₂O）、SO₃的狀況，作出判斷，進(jìn)行測(cè)算，并對(duì)熟料率值進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行必要的試燒，在取得成功的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，必將使系統(tǒng)呈現(xiàn)工藝事故率低、熟料產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、低消耗的良性生產(chǎn)狀況。