基于原燃材料特性的配料方案選擇及燒成制度優(yōu)化探討

紀(jì)友紅，鐘克輝，李國軍

基于原燃材料特性的配料方案選擇及燒成制度優(yōu)化探討

Selection of Batching Scheme and Study of Firing ScheduleOptimization Based on Raw Materials and Fuel Properties

紀(jì)友紅，鐘克輝，李國軍

通過對(duì)原材料易燒性及煤灰成分變化對(duì)生料易燒性的影響進(jìn)行研究，易燒性較差原料在配料上可適當(dāng)降低硅率控制。在燒成制度上可通過提高煅燒溫度、避免還原氣氛、加快熟料冷卻速度等措施改善熟料性能。

華潤水泥（南寧）有限公司（以下簡(jiǎn)稱我公司）5 000t/d生產(chǎn)線生料制備系統(tǒng)采用PolysiusRM57輥磨粉磨系統(tǒng)，設(shè)計(jì)產(chǎn)量為420t/h，燒成系統(tǒng)采用?4.8m×72m三檔支撐回轉(zhuǎn)窯、雙系列五級(jí)預(yù)熱器和TTF分解爐。該線于2007年12月投產(chǎn)運(yùn)行，投產(chǎn)以來通過不斷調(diào)整優(yōu)化，生產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，工藝指標(biāo)良好。但自2014年8月，在配料方案及操作思路沒有明顯改變情況下，熟料飛砂料增多，煤耗上升，熟料3d強(qiáng)度下降，易磨性變差，水泥磨電耗上升，運(yùn)行指標(biāo)下滑。在采取了一系列措施后，至2014年12月，運(yùn)行狀況得到扭轉(zhuǎn)，運(yùn)行指標(biāo)恢復(fù)到較好水平。

表1　原材料化學(xué)分析，%

1　原材料化學(xué)分析及特性

我公司采用石灰石、砂巖、粘土、鐵粉四組分配料。表1是我公司熟料生產(chǎn)線原材料化學(xué)成分分析。

我公司原料具有以下特性：

（1）石灰石

石灰石中的CaO含量高達(dá)54%，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等組分含量均相對(duì)較低，屬于純度較高的高品位石灰石。理論認(rèn)為：高品位石灰石因純度高、結(jié)晶完整、雜質(zhì)少，易燒性會(huì)相對(duì)較差［1］。

（2）砂巖

砂巖中SiO2含量高達(dá)85%，理論認(rèn)為：砂巖中SiO2含量高，顆粒難于粉磨，易燒性會(huì)相對(duì)較差［2］。對(duì)砂巖結(jié)晶硅進(jìn)行XRD定量測(cè)定，其石英含量為60%（見圖1），石英含量高導(dǎo)致易燒性更差。

（3）粘土、鐵粉

粘土、鐵粉中Al2O3含量均相對(duì)較高。黏土、鐵粉中Al2O3含量高，配料上難以控制，熟料中C3A含量易偏高。

2　配料方案的選擇

（1）前期配料方案

生產(chǎn)線投產(chǎn)初期，因?qū)κ沂?、砂巖原料易燒性差這一特性預(yù)計(jì)不足，按傳統(tǒng)思路配料：KH=0.91、SM= 2.5、AM=1.4，按以上方案配料熟料中fCaO的含量較高，在2%左右；熟料28d強(qiáng)度達(dá)到67MPa，但熟料3d強(qiáng)度不高，在29MPa左右；熟料飛砂料偏多。通過不斷嘗試，逐步調(diào)整配料方案，主要是降低了熟料硅酸率：KH= 0.91、SM=2.3、AM=1.5，調(diào)整后生產(chǎn)線運(yùn)行較穩(wěn)定，窯產(chǎn)質(zhì)量受控，指標(biāo)良好，熟料fCaO的含量總體受控在1%左右，熟料28d強(qiáng)度為66MPa，熟料3d強(qiáng)度為31MPa；熟料飛砂料減少、易磨性好轉(zhuǎn)。硅酸率降低后熟料的化學(xué)成分與礦物組成見表2。

（2）用煤品種改變后出現(xiàn)異常

自2014年8月，由于成本方面的原因，使用煤品種由越南無煙煤改用山西煙煤。煤工業(yè)分析見表3。

山西煙煤灰分低于越南無煙煤，揮發(fā)分、發(fā)熱量均高于越南無煙煤，但使用初期效果并不好，在配料方案及操作思路沒有明顯改變情況下，熟料飛砂料增多，標(biāo)煤耗上升5kg/t，3d強(qiáng)度下降2MPa，易磨性下降，水泥工序電耗升高4kWh/t。為查找原因我們對(duì)當(dāng)時(shí)的熟料進(jìn)行了巖相分析（見圖2）。

從巖相照片看出：當(dāng)時(shí)出窯熟料的巖相結(jié)構(gòu)具有欠燒料特征，熟料中含有較多的游離鈣礦巢；熟料的孔洞率較高，所占體積比率為50%左右，進(jìn)一步說明熟料的煅燒溫度相對(duì)較低；另外，熟料中存在大量的B礦巢，A礦成帶狀分布在B礦巢與氣孔交界處。硅酸鹽礦物中，B礦含量高于A礦含量，該熟料的XRD衍射譜特征也進(jìn)一步證實(shí)熟料為煅燒溫度相對(duì)較低的高B礦熟料（見圖3）。

（3）配料方案調(diào)整

為解決熟料煅燒溫度相對(duì)較低問題，采取提高窯前火力強(qiáng)度及減產(chǎn)煅燒等措施，但效果仍不明顯，為進(jìn)一步查找原因，對(duì)煤灰成分進(jìn)行分析（見表4）。

圖1　砂巖XRD圖譜

表2　熟料的化學(xué)成分與礦物組成，%

表3　煤工業(yè)分析

圖2　2014年9月20日熟料50X巖相照片

圖3　2014年9月20日熟料XRD圖譜

從煤灰成分?jǐn)?shù)據(jù)看出：山西煙煤相對(duì)越南無煙煤SiO2含量低14.51%，而Al2O3含量較越南無煙煤高12.10%。在配料方案總體不變的情況下，煤灰成分變化導(dǎo)致原料配比出現(xiàn)了變化。表5為煤品種改變前后原料配比的變化情況。

受煤灰成分變化的影響，使用山西煙煤較使用越南無煙煤原料配比砂巖用量增加2.24%；粘土用量降低2.41%。鑒于我公司砂巖易燒性較差，原料配比中砂巖比例的增加使生料易燒性變得更差。

為降低原料配比中砂巖比例以改善生料易燒性，我們對(duì)配料方案進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步降低硅酸率，適當(dāng)提高飽和比控制。經(jīng)過不斷嘗試，使用山西煙煤時(shí)按KH=0.92、SM=2.2、AM=1.50配料，熟料飛砂料明顯減少，熟料標(biāo)煤耗、3d強(qiáng)度、水泥工序電耗恢復(fù)到使用越南無煙煤期間較好水平。配料調(diào)整生料易燒性好轉(zhuǎn)，熟料中A礦含量上升，B礦含量降低，熟料的XRD衍射譜特征表現(xiàn)正常。

配料調(diào)整后的熟料的化學(xué)成分與礦物組成見表6。

表5　煤品種改變前后原料配比的變化情況，%

圖4　2014年11月20日熟料XRD圖譜

表6　降低硅率后熟料的化學(xué)成分與礦物組成，%

3　燒成制度優(yōu)化

配料方案調(diào)整后生料易燒性有所好轉(zhuǎn)，但受我公司石灰石、砂巖、黏土、鐵粉幾種原料成分限制，按KH= 0.92、SM=2.2、AM=1.50配料時(shí)，熟料中C3A達(dá)到9%。熟料礦物中C3A活性最高，與水接觸能迅速發(fā)生水化反應(yīng)，熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增加，對(duì)水泥的早期水化和混凝土的流變性影響較大［3］。為消除熟料中C3A偏高對(duì)水泥性能的影響，在熟料煅燒上采取了以下措施。

（1）提高窯前煅燒溫度。

研究結(jié)果表明，隨著熟料煅燒溫度提高，A礦固溶Al2O3、Fe2O3的量顯著提高，活性提高，對(duì)熟料強(qiáng)度及外加劑相容性有利。通過采取提高二三次風(fēng)溫，加大燃燒器對(duì)二次風(fēng)卷吸能力，提高火焰強(qiáng)度，控制合適的燒成帶長(zhǎng)度及火焰長(zhǎng)度（15～20m左右，避免長(zhǎng)焰低溫）等措施，窯前煅燒溫度得到提高。

（2）避免窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛。

窯內(nèi)出現(xiàn)還原氣氛會(huì)降低熟料的燒成溫度，A、B礦發(fā)育不良，形成黃心料后（鐵鈣橄欖石），C3A含量明顯增多，而且暗色中間體析晶嚴(yán)重，結(jié)果導(dǎo)致需水量增大，外加劑相容性變差。為保證系統(tǒng)無還原氣氛，操作上適當(dāng)加大窯尾系統(tǒng)拉風(fēng)，控制窯尾廢氣O2含量在2.5%～3.5%，煙室O2含量在2%～3%，適當(dāng)保證系統(tǒng)通風(fēng)相對(duì)富余。

（3）加快熟料在篦冷機(jī)高溫段冷卻速度。

熟料冷卻速度越慢，A礦晶體增大，自形性差，活性下降。中間體析晶增多，即C3A、C4AF析晶，對(duì)水泥強(qiáng)度、外加劑相容性很不利。通過加大篦冷機(jī)高溫段風(fēng)量及控制合理料層厚度（600～700mm）有利于加快出窯熟料冷卻速度。通過配料及操作調(diào)整，熟料結(jié)粒均勻，減少飛砂料和大塊料也有利于熟料冷卻。

通過采取以上措施，在熟料中C3A達(dá)到9%情況下，熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量仍＜24%，較配料調(diào)整前甚至稍有降低。

4　結(jié)論

（1）不同生產(chǎn)線的原材料易燒性一般存在差異，配料方案的選擇一定要結(jié)合原材料的具體情況進(jìn)行調(diào)整，合適的生料易燒性有利于改善生產(chǎn)線運(yùn)行指標(biāo)，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

（2）生產(chǎn)運(yùn)行過程中，用煤品種或原料的變化均會(huì)對(duì)生料易燒性造成影響，當(dāng)熟料結(jié)粒狀況及運(yùn)行指標(biāo)出現(xiàn)異常變化時(shí)應(yīng)及時(shí)分析易燒性變化情況并作相應(yīng)調(diào)整。

（3）熟料礦物組成及結(jié)晶狀態(tài)均會(huì)影響熟料性能，通過燒成制度優(yōu)化能夠有效彌補(bǔ)熟料中C3A含量偏高對(duì)性能指標(biāo)帶來的不利影響。

［1］陳友德，等.水泥預(yù)分解窯耐火材料應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2013.

［2］陳友德，等.水泥預(yù)分解窯耐火材料應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2013.

［3］胡宏泰，朱祖培，陸純煊.水泥的制造和應(yīng)用［M］.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

表4　煤灰成分分析，%

TQ172.614.1

A

1001-6171（2015）03-0097-03

通訊地址：華潤水泥控股有限公司，廣西南寧530000；2015-03-03；編輯：孫娟