水泥熟料產(chǎn)生白心的原因探索

  涇陽(yáng)聲威建材有限公司一期2500t ／ d 熟料生產(chǎn)線于 2004 年投產(chǎn)以來(lái)，熟料一直存有“夾心料”，顏色呈白色，較為松散，所占體積一般在5％～8％之間，最高可達(dá)到 12％。 現(xiàn)將我公司熟料產(chǎn)生“白心料”的原因和解決方案簡(jiǎn)述如下，供同行參考。

  1 形成機(jī)理

  眾所周知， 在組成熟料的四種主要物料氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵中， 除氧化鐵會(huì)產(chǎn)生顏色外，其余三個(gè)氧化物均為白色。 在氧化氣氛下，氧化鐵為黑色，但在還原氣氛下， 根據(jù)還原氣氛的強(qiáng)弱所表現(xiàn)出來(lái)的顏色有所不同，如黃色、綠色。 如果還原氣氛很強(qiáng)，甚至可以把三價(jià)鐵還原成金屬鐵， 此時(shí)表現(xiàn)為白色。 因此，氧化鐵在不同程度的還原氣氛下，可以表現(xiàn)出黃色、綠色或白色等不同的顏色。 可見 “白心料”與還原氣氛有直接關(guān)系。

  2 白心料的表觀性狀

  熟料煅燒中存在大量的直徑100～300mm 的球形大塊料， 最大甚至達(dá) 1000mm 左右。大塊球料外殼為堅(jiān)硬的燒成物， 而內(nèi)核則為兩類色澤不一的結(jié)構(gòu)物。 內(nèi)核為致密型結(jié)構(gòu)的黃色包裹體，即“黃心料”；大多數(shù)為內(nèi)核不堅(jiān)硬而且易碎松散物料，顏色呈灰白土色的“白心料”。

  3 原因分析

  （1）經(jīng)取樣化驗(yàn) （表 1）分析 ，可以很容易看出，“白心料” 是經(jīng)過(guò)高溫煅燒， 且經(jīng)過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)生成的熟料， 具有熟料的各種物理化學(xué)性能，與窯內(nèi)竄出的生料相比，游離鈣和燒失量均低于“夾生料”，色澤和粒徑均不相同。 因此，不是我們認(rèn)為的“夾生料”現(xiàn)象。

  從表 1 數(shù)據(jù)可看出， 兩組樣品化學(xué)成分基本相近，雖然“白心料”中游離鈣達(dá) 4.41％，但也說(shuō)明物料在窯內(nèi)已充分固相反應(yīng)， 物料在液相反應(yīng)中仍然 C₂S 吸收 CaO， 變成 C₃S不充分，故可認(rèn)為“白心料”是經(jīng)過(guò)煅燒但沒有完全燒熟之故， 但又不是“夾生料”，從燒失量指標(biāo)即可斷定。

  沒有正常熟料強(qiáng)度高， 強(qiáng)度貢獻(xiàn)值僅是正常熟料的 74．39％， 游離鈣較高， 雖對(duì)整體熟料強(qiáng)度會(huì)有所下降，但“白心料”也并不是熟料的無(wú)效成分（表 2）。

  （2）有一種看法認(rèn)為 ，在熟料煅燒過(guò)程中，如果通風(fēng)不良，就會(huì)產(chǎn)生還原氣氛， 此時(shí)在燒成帶熟料中的氧化鐵就會(huì)表現(xiàn)出黃色、 綠色或白色，熟料也就變成相應(yīng)的顏色。 但是熟料進(jìn)入篦冷機(jī)后， 由于空氣中含氧量提高，往往變成氧化氣氛，此時(shí)熟料中的低價(jià)氧化鐵就慢慢被氧化成三價(jià)鐵，又重新變成了黑色。 但是由于此時(shí)熟料已經(jīng)結(jié)粒， 氧氣擴(kuò)散到熟料內(nèi)部比較困難， 而且熟料溫度下降得很快， 這樣就形成了熟料顆粒外表黑色，內(nèi)部白色。

  我公司試驗(yàn)結(jié)果表明， 其并非主要成因， 因?yàn)榇髩K熟料顆粒拿到室外，用風(fēng)鎬打散，分別進(jìn)行水冷和風(fēng)冷，熟料仍是白心或黃心料。 故可認(rèn)為， 未燃盡的煤粉落入熟料中繼續(xù)燃燒，在進(jìn)入燒成帶時(shí)逐漸包裹，體積變大， 由于在熟料煅燒中是高溫缺氧狀態(tài)， 煤很容易產(chǎn)生大量的CO， 造成熟料中的三氧化二鐵發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生白心料。

  （3） 一般工藝管理不嚴(yán)格的企業(yè)， 未確定窯的理想熟料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，為爭(zhēng)取產(chǎn)量最大化 ，過(guò)度發(fā)揮窯的產(chǎn)能， 窯熱工制度抗風(fēng)險(xiǎn)能力變差，當(dāng)質(zhì)量有所惡化時(shí)，采取增加頭煤， 加以改善， 但長(zhǎng)時(shí)間沒有減下來(lái)，或采取降窯速，從而改變窯氧含量和填充率， 為還原氣氛產(chǎn)生創(chuàng)造了條件， 從而進(jìn)一步影響及窯皮的平整度， 長(zhǎng)厚窯皮和結(jié)圈等工藝事故，形成白心料就不可避免了。

  4 解決措施和效果

  （1）加強(qiáng)工藝管理。 嚴(yán)格操作規(guī)程， 三班統(tǒng)一操作， 均衡穩(wěn)定地生產(chǎn)， 每月進(jìn)行一次熱工參數(shù)和配料方案優(yōu)化。 根據(jù)生產(chǎn)原始臺(tái)帳，找出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低消耗的區(qū)間， 生產(chǎn)參數(shù)和配料方案及其原燃材料成分進(jìn)行分析和總結(jié)， 便于進(jìn)一步反饋和指導(dǎo)生產(chǎn)。

  （2） 進(jìn)一步核實(shí)噴煤管技術(shù)參數(shù)性能。 噴煤管購(gòu)進(jìn)后，首先應(yīng)對(duì)每個(gè)風(fēng)道的橫截面積進(jìn)行計(jì)算， 同一次風(fēng)機(jī)實(shí)際作功， 產(chǎn)生的風(fēng)量計(jì)算出各出道的風(fēng)速， 是否達(dá)到設(shè)計(jì)制造廠家或理論的技術(shù)參數(shù)性能，風(fēng)速過(guò)大的應(yīng)予以放風(fēng)處理， 保證煤管火焰的渦流和高推力， 為建立良好熱工制度創(chuàng)造前提條件。

  （3）明確噴煤管的定位。 提高燃燒器角度和增加內(nèi)風(fēng)， 噴煤管一般情況下調(diào)節(jié)水平位置低 3°， 讓煤灰在落入熟料時(shí)燃盡，但操作不好時(shí)，往往容易燒耐火磚， 造成局部高溫點(diǎn)。

  （4） 加強(qiáng)煤質(zhì)與配料在生產(chǎn)中的適宜性分析。 在實(shí)際生產(chǎn)中，企業(yè)為降低成本或大宗原燃材料品位較低時(shí)，劣質(zhì)原燃材料進(jìn)入生產(chǎn)線，采取均化處理后， 仍需分析總結(jié)煤質(zhì)與配料在生產(chǎn)過(guò)程中適宜性， 及時(shí)調(diào)整配料方案，保證熟料的產(chǎn)質(zhì)量。我公司實(shí)際生產(chǎn)表明， 煤發(fā)熱量越低， 鋁氧率則必須控制在低水平運(yùn)行。

  （5）加強(qiáng)原燃材料成分的控制 。我公司曾因銅礦渣鐵含量下降，造成大量熟料產(chǎn)生白心料。 經(jīng)分析認(rèn)為：銅礦渣含有氟化鈣，具有礦化劑的性能，因品位低，配比時(shí)摻入量相應(yīng)提高，造成易結(jié)大塊和厚窯皮，產(chǎn)生“白心料”。 在一次銅礦渣供應(yīng)不足的情況下， 更換成低品位的鐵礦石，其他控制指標(biāo)未變，煅燒出的熟料呈墨綠色，解決了白心料現(xiàn)象。 這就進(jìn)一步證實(shí)了工業(yè)廢渣含有或多或少的礦化物， 可降低熟料低固融點(diǎn)溫度， 是造成白心料的一大主要因素。

  我公司加強(qiáng)了上述五個(gè)方面工作，取得了較好的防范和處理效果。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析， 游離鈣合格率得到進(jìn)一步提高，從 73％提高到 87％，增強(qiáng)了安定性。 熟料 3d 和 28d 抗壓強(qiáng)度分別由 24MPa 和 48MPa 提高到 28MPa 和 57MPa， 從而大幅增加了水泥中混合材的摻加量。

  5 結(jié)論

  （1） 還原氣氛是造成熟料夾有白心料的真實(shí)原因。 一般在熱工制度不穩(wěn)定（如頭煤過(guò)多、長(zhǎng)厚窯皮、結(jié)圈結(jié)蛋、 窯速頻繁調(diào)整、 頻繁塌料、窯爐風(fēng)不匹配等）狀態(tài)下，熟料粒徑大，不均齊，極易產(chǎn)生白心料，嚴(yán)重影響熟料質(zhì)量和二次風(fēng)溫，操作困難，合格率低，煤耗較高，必須結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況及時(shí)分析調(diào)整。

  （2） 白心料對(duì)熟料安定性和強(qiáng)度的影響隨白心料的增加而惡化，生產(chǎn)過(guò)程中必須高度重視。 在良好的熱工制度下， 即使產(chǎn)生少量的白心料， 對(duì)熟料強(qiáng)度和安定性不會(huì)造成過(guò)大影響，僅是色澤問(wèn)題，不必過(guò)于擔(dān)心。 但應(yīng)做好相應(yīng)的記錄，分析原因，做到白心料不再增加。

  （3） 必須高度關(guān)注原燃材料的指標(biāo)變化情況，“生在料上， 死在窯上” 說(shuō)明了實(shí)踐是檢驗(yàn)認(rèn)知的唯一手段。 因此， 利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析工具， 反求原燃材料的控制指標(biāo)是指導(dǎo)和處理生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的有效手段，具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

  （4）超產(chǎn)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況 ，定出窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量高限， 即窯理想熟料產(chǎn)量，不能隨意性地創(chuàng)出臺(tái)產(chǎn)新高，均衡穩(wěn)定才是生產(chǎn)之根本，也是杜絕“白心料”的有效途徑。