熟料中f－CaO含量高的原因分析及處理措施

□ 楊利軍，劉利民(.智海企業(yè)集團有限公司 晉中混凝土公司，山西 晉中 03069;.山西省工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證審查中心，山西太原 03000)

引言

熟料中f－CaO是重要的質(zhì)量控制指標(biāo)之一，其含量對水泥的強度及安定性均有直接影響，且關(guān)系到熟料的能耗水平和企業(yè)的生產(chǎn)成本。影響熟料中f－CaO含量的因素較復(fù)雜，只有掌握導(dǎo)致f－CaO含量過高的原因，才能采取相應(yīng)的措施予以克服。原料、配料、煤質(zhì)、煅燒操作等控制不合理，是造成熟料中f－CaO含量過高的主要原因，本文結(jié)合筆者多年來從事水泥熟料生產(chǎn)實踐和產(chǎn)品質(zhì)量管理工作的經(jīng)驗，對造成熟料中f－CaO含量過高的原因進行分析和總結(jié)，并提出了相應(yīng)的處理措施，供參考。

1 配料方案的影響

新型干法窯一般采用“兩高一中”的配料方案，即KH高，SM高，IM居中。如果KH過高，SM和IM過高或過低，都易造成熟料中f－CaO含量偏高。這是因為熟料KH值過高，窯內(nèi)煅燒溫度升高，f－CaO合格率降低，因此，熟料KH值一般控制在0.90±0.02。SM過高時，熔劑礦物減少，燒成溫度要升高，生成的熟料結(jié)粒小且回轉(zhuǎn)窯內(nèi)不易掛窯皮，同時，SM提高后，還會減慢水泥的凝結(jié)和硬化速度;SM過低時，硅酸鹽礦物減少，熔劑礦物增加，會降低熟料強度，且煅燒過程中熟料易結(jié)大塊，因此，熟料SM值應(yīng)控制在2.60±0.10。IM過高，水泥趨于早凝，早期強度高，需增加水泥中石膏摻入量，且熟料煅燒時，液相黏度增大，不利于C2S與CaO進一步化合生成C3S;反之，當(dāng)IM過低時，熟料中C3A含量降低，C4AF含量提高，水泥趨于緩凝，早期強度低。熟料煅燒時，液相黏度小，有利于C3S的形成，故控制IM 在1.60 ±0.10。

2 石灰石質(zhì)原料的影響

2.1 石灰石中Al2O3含量的影響

石灰石中Al2O3含量過高時，導(dǎo)致熟料中C3A含量偏高，易造成窯內(nèi)液相過早出現(xiàn)，易結(jié)蛋、結(jié)圈，如操作不當(dāng)，容易長厚窯皮，影響窯的安全穩(wěn)定運行和產(chǎn)量的提高;且熟料中C3A過高，造成水泥水化熱過大，易引起大體積混凝土開裂。另一方面，由于熟料C3A含量偏高，熟料結(jié)粒大，出窯熟料冷卻不透，造成熟料溫度高，易磨性差，水泥磨臺時產(chǎn)量降低，磨內(nèi)易出現(xiàn)糊球、糊鍛現(xiàn)象，嚴重時還會造成石膏脫水，致使水泥發(fā)生急凝、需水量增大。當(dāng)熟料中Al2O3含量＞6.0%時，由于熟料液相提前產(chǎn)生，窯內(nèi)易結(jié)后圈、結(jié)球，預(yù)熱器分解爐結(jié)皮開始加重，不僅影響系統(tǒng)用風(fēng)，且難以保證熟料中f－CaO合格率。

2.2 處理措施

一方面，可適當(dāng)提高熟料的SM值，降低熟料中Fe2O3的含量，以降低液相量;適當(dāng)降低分解爐出口溫度，將其控制在870℃ ±5℃，加大清理分解爐和煙室縮口的頻次;根據(jù)投料量的大小，在現(xiàn)有用風(fēng)的情況下，高溫風(fēng)機轉(zhuǎn)速提高15 r/min左右，加大系統(tǒng)用風(fēng)量。另一方面，可通過調(diào)整硅質(zhì)和鐵質(zhì)校正原料的種類來降低入窯生料中Al2O3的含量，如砂巖中SiO2含量為80% ～85%，Al2O3含量為8% ～15%，硅渣和石英砂中 SiO2含量為92% ～96%，Al2O3含量為2% ～5%，可采取硅渣100%替代砂巖、50%硅渣+50%石英砂替代砂巖，或者采用砂巖∶石英砂∶硅渣=1∶1∶1的配料方案，以降低入窯生料中Al2O3的含量。

3 生料質(zhì)量的影響

(1)生料的粉磨細度影響生料燃燒時的熟料形成速度。生料磨得越細，其比表面積越大，生料在窯內(nèi)發(fā)生碳酸鈣分解、固相反應(yīng)和固液相反應(yīng)的速度越快，越有利于f－CaO的吸收，熟料f－CaO合格率越高。生料顆粒變粗，其比表面積相應(yīng)減小，煅燒時物料反應(yīng)速度減慢，反應(yīng)不完全。若生料顆粒不均勻，特別是粗顆粒較多，并含有一些粗大的石英和方解石晶體時，其反應(yīng)活性低，影響熟料f－CaO的吸收，很難保證熟料中f－CaO含量合格。若過分追求生料細度，在經(jīng)濟上又不合理。正常生產(chǎn)過程中的生料粉磨細度為:用管磨機生產(chǎn)時，通?？刂圃?.080 mm方孔篩篩余15%左右，0.20 mm方孔篩篩余＜2.0%;用輥壓機或立磨生產(chǎn)時，由于產(chǎn)品粒度較均勻，粗大顆粒較少，0.080 mm方孔篩篩余可適當(dāng)放寬至16% ～20%，甚至更高，但應(yīng)控制0.20 mm方孔篩篩余＜2.0%;當(dāng)原料中含有石英、隧石、方解石等結(jié)晶粗大、難以煅燒的成分時，生料細度應(yīng)控制在0.080 mm方孔篩篩余12%左右，0.20 mm方孔篩篩余＜1.5%。

(2)生料均化不好。干法生產(chǎn)最容易出現(xiàn)此問題，由于出磨生料質(zhì)量不均，波動大，搭配放料又不好，造成入窯物料成分波動大，KH忽高忽低，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，致使燒成困難，物料反應(yīng)不完全，很難保證熟料f－CaO的合格率。尤其在石灰石換堆、煤換堆、輥壓機或磨機停機后窯正常運行階段等入窯生料波動較大的情況下，要提前與化驗室溝通，做好調(diào)料準(zhǔn)備，以滿足煅燒要求。要求化驗室隨時根據(jù)來料情況及窯磨開停機狀況進行調(diào)料，同時，均化庫內(nèi)各閥件要保持正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，確保各區(qū)下料的連續(xù)性。

4 煅燒系統(tǒng)操作不當(dāng)?shù)挠绊?/h2>

4.1 喂煤量不當(dāng)?shù)挠绊懠疤幚?/h3>

正常情況下窯頭喂煤量合適時，熟料結(jié)粒大小均勻，砸開后致密，熟料的立升重和f－CaO指標(biāo)合格率均可達到90%以上，熟料強度等其他各項指標(biāo)及系統(tǒng)的安全運行也都較為可靠。

操作過程中，如果熟料KH值和IM值正常，當(dāng)窯頭喂煤量過多或頭煤秤偏實時，熟料結(jié)粒會變大，f－CaO含量偏低，熟料砸開后會發(fā)現(xiàn)料中間夾有少量黃心料。窯頭喂煤量長時間過多時，燒成帶溫度偏高，不僅會損傷窯皮且窯尾煙室結(jié)皮會加重，導(dǎo)致預(yù)熱器堵塞，此時如果熟料KH值變小，不僅熟料強度降低，而且惡性循環(huán)影響窯內(nèi)通風(fēng)和煅燒，致使系統(tǒng)工況紊亂。

當(dāng)窯頭喂煤量過少或頭煤秤偏虛時，燒成帶熱力強度偏低且不集中，黑火頭過長，熟料結(jié)粒變小且不均勻、不致密，砸開后感覺明顯欠燒，料疏松多孔并伴有白塊料，熟料的立升重偏低，f－CaO含量偏高，這種情況大多是操作不當(dāng)所致。發(fā)生這種現(xiàn)象時，說明回轉(zhuǎn)窯煅燒溫度不夠，不能進行充分的化學(xué)反應(yīng)，熟料中殘留的f－CaO多，二、三次風(fēng)溫度偏低，窯電流偏低且不穩(wěn)定。在這種情況下，應(yīng)先減少喂料量，逐步加大窯頭喂煤量，待窯電流和熟料質(zhì)量合格后再逐步加料至正常。

4.2 煤質(zhì)差的影響及處理

煤粉質(zhì)量差(包括灰分高、顆粒粗、水分大及發(fā)熱量低)時，窯內(nèi)煅燒溫度低，物料反應(yīng)不完全，必然導(dǎo)致熟料立升重偏低、f－CaO含量偏高。這時應(yīng)提高煤粉的細度，嚴格控制0.080 mm方孔篩篩余≤1.5%，水分≤1.0%;增大頭煤比例，同時逐步提高一次風(fēng)的風(fēng)壓，加大噴煤管內(nèi)外風(fēng)對煤粉的作用，強化高速軸流風(fēng)對高溫二次風(fēng)的卷吸和包裹，提高火焰強度。

4.3 噴煤管定位的影響及處理

(1)噴煤管離物料太近，會造成一部分煤粉被裹入物料層內(nèi)而不能充分燃燒，導(dǎo)致火焰溫度降低，物料熱交換不良;噴煤管位置低、一次風(fēng)用量小時，容易造成火焰軟弱無力，燃燒不完全，燒成溫度低，長時間運行會導(dǎo)致窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)蛋，嚴重影響窯內(nèi)通風(fēng)，造成熟料f－CaO含量偏高，且料中夾有咖啡色料。噴煤管離物料太遠，造成火焰細長而不集中，燒成帶溫度不集中，此時如果風(fēng)、煤、料匹配不好，極易導(dǎo)致f－CaO不穩(wěn)定，從外觀看熟料正常，但砸開后結(jié)粒疏松。確定噴煤管在窯內(nèi)的合理位置為:冷態(tài)下噴煤管中心線和窯內(nèi)襯料的交點用強光照射后落在窯尾下料舌頭中心，正常運行中一定要根據(jù)窯皮和熟料質(zhì)量情況不斷摸索。

(2)噴煤管在使用過程中頭部易結(jié)焦或變形，影響火焰的形狀和力度，火焰容易分叉和偏斜，造成煤粉的不完全燃燒，火焰溫度明顯降低，燒成帶熱力強度降低，造成熟料中f－CaO不合格，此時應(yīng)及時清理燃燒器前端的結(jié)焦，修復(fù)變形的風(fēng)管或更換噴煤管。

(3)噴煤管風(fēng)道磨穿后，各風(fēng)道的風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)速及風(fēng)向都會發(fā)生變化，影響煤粉的正常燃燒，易造成熟料中f－CaO不合格。風(fēng)道磨穿或澆筑料脫落導(dǎo)致煤管燒穿，一次風(fēng)機的風(fēng)壓降低、電流降低;輸送煤粉的羅茨風(fēng)機的風(fēng)壓升高、電流增大，嚴重時中心管向外冒煤粉，此時應(yīng)立即停窯修復(fù)磨穿的風(fēng)管或更換噴煤管。

4.4 風(fēng)、煤、料、窯速匹配不當(dāng)?shù)挠绊懠疤幚?/h3>

窯爐內(nèi)不同的位置需要不同的溫度。為確保溫度在合理的范圍內(nèi)，首先要嚴格控制煤的使用，其次要注意風(fēng)、料的搭配。系統(tǒng)的抽風(fēng)對溫度的影響尤為明顯，溫度對風(fēng)量也有一定的反作用，風(fēng)速大小影響著對流傳熱系數(shù)。風(fēng)速低，不能完成預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)選粉、沉降功能，易造成塌料、堵塞;風(fēng)速過高，易使風(fēng)料換熱不充分，C1筒出口處溫度偏高，浪費熱量。

喂料量波動大時，造成系統(tǒng)負壓波動大，這時預(yù)熱器內(nèi)容易發(fā)生小股生料塌料，影響生料的分散、預(yù)熱和入窯生料分解率，導(dǎo)致窯內(nèi)料層過厚或出現(xiàn)短焰急燒。窯內(nèi)料層過厚，物料不易燒透，熟料中f－CaO含量過高;短焰急燒時，黑影近，竄生料，物料在燒成帶停留時間短，物料反應(yīng)不完全，所以操作時要穩(wěn)定窯尾喂料量。

當(dāng)窯頭和分解爐的煤量不變時，窯內(nèi)通風(fēng)量增加，燒成帶拉長，將導(dǎo)致燒成帶溫度下降，同時影響窯尾溫度;三次風(fēng)量減少，使三次風(fēng)速降低，易造成風(fēng)管積灰，且影響爐內(nèi)煤粉燃燒，C5筒出口溫度與分解爐出口溫度可能出現(xiàn)倒掛，產(chǎn)生不完全燃燒，極易造成結(jié)皮、堵塞;窯內(nèi)風(fēng)量減少，煤粉在窯內(nèi)燃燒不完全，會造成燒成溫度低，窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛，同時，過量的空氣進入分解爐，使?fàn)t內(nèi)溫度降低，特別是三次風(fēng)溫較低時，入窯生料的分解率降低，加重了窯的熱負荷。

在生產(chǎn)中，可根據(jù)實際情況及時調(diào)整各個參數(shù)。一般當(dāng)預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)物料懸浮不好、出現(xiàn)塌料、窯頭返火及C1筒出口溫度偏低時，說明系統(tǒng)總風(fēng)量不足，應(yīng)適當(dāng)加大系統(tǒng)排風(fēng);反之，當(dāng)C1筒出口溫度偏高、系統(tǒng)負壓增大時，說明系統(tǒng)總風(fēng)量過大，應(yīng)適當(dāng)減小系統(tǒng)排風(fēng)。在風(fēng)量分配上，當(dāng)入爐二次風(fēng)量大、窯內(nèi)用風(fēng)量小時，一般表現(xiàn)為窯尾溫度和分解爐出口溫度偏高，此時應(yīng)關(guān)小三次風(fēng)閥門開度，使窯內(nèi)風(fēng)量相應(yīng)增大;反之，入爐三次風(fēng)量小，窯內(nèi)用風(fēng)量大時，一般表現(xiàn)為窯尾溫度偏高，C5筒出口溫度與分解爐出口溫度可能倒掛，且窯內(nèi)火焰長，窯頭和窯尾負壓較大，此時應(yīng)開大三次風(fēng)閥門開度，使窯內(nèi)通風(fēng)量相應(yīng)減小。

窯內(nèi)結(jié)圈、掉窯皮時，窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，煅燒不正常，溫度升不起來，加之窯皮本身f－CaO含量過高，雖經(jīng)二次煅燒，但大塊燒不透。此時，要根據(jù)結(jié)圈的部位和形成原因盡快處理，同時車間與化驗室一定要做好溝通，一方面對清理預(yù)熱器和移動噴煤管班班形成制度，另一方面要加大對中控操作員和化驗室配料員的考核和獎罰制度，以確保工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定。

5 結(jié)語

造成熟料中f－CaO含量偏高的原因很多，既有原料、配料、煤質(zhì)及設(shè)備的客觀原因，也有熟料煅燒過程中操作和判斷的主觀原因。當(dāng)發(fā)現(xiàn)熟料中f－CaO含量偏高時，一定要從原料、配料、操作方法、設(shè)備、生產(chǎn)管理等實際生產(chǎn)狀況進行原因分析，采取相應(yīng)的處理措施，才能達到較理想的效果。