低品位原燃材料燒制優(yōu)質(zhì)水泥熟料的工業(yè)性試驗(yàn)

杜鳳懷，涂敏，吳秀俊

（云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司 云南 昆明 650221）

0 引言

建筑材料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料工業(yè)之一，是改善民生的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。緬甸水泥工業(yè)目前存在的主要問題是專業(yè)技術(shù)人才缺乏、生產(chǎn)技術(shù)和管理較落后、設(shè)備制造業(yè)基礎(chǔ)薄弱、生產(chǎn)水泥的原燃材料品位較低、燃煤以褐煤為主等，近年來，隨著中國水泥行業(yè)的進(jìn)入，緬甸水泥工業(yè)已取得了重大的發(fā)展。云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)院依托云南省科技廳國際合作科研課題，利用緬甸低品位原燃材料，采取了優(yōu)劣搭配、跟蹤檢驗(yàn)、分區(qū)堆放、充分均化的措施，調(diào)整工藝參數(shù)，改造相關(guān)設(shè)備，加強(qiáng)生產(chǎn)管理，積累了使用低鈣高硅石灰石和褐煤燒制水泥熟料的相關(guān)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對東南亞和我國低鈣高硅石灰石、褐煤產(chǎn)區(qū)的水泥生產(chǎn)，及云南省水泥工業(yè)面臨的原燃材料品質(zhì)逐漸劣化的現(xiàn)實(shí)情況，均具有較大的指導(dǎo)意義。

1 生產(chǎn)原燃材料情況

該水泥生產(chǎn)線原燃材料品質(zhì)較低，主要體現(xiàn)為：配套礦山石灰石屬變質(zhì)灰?guī)r，方解石普遍呈重結(jié)晶狀態(tài)，含有較多的它形石英，且CaO含量偏低、游離SiO2含量偏高、成分波動較大，見表1；緬甸本地褐煤成煤年代較早，可燃基揮發(fā)分和硫含量較低[1]，但熱值普遍較低，且進(jìn)廠褐煤由多個(gè)產(chǎn)地供應(yīng)，質(zhì)量波動很大，見表2。

2 水泥生產(chǎn)線配置情況

該水泥生產(chǎn)線位于緬甸曼德勒地區(qū)，水泥熟料設(shè)計(jì)能力為5000t/d，以國產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備為主，生產(chǎn)線配置情況和特點(diǎn)如下：

表1 本廠礦山石灰石波動表/%

表2 本地褐煤波動表

（1） 石灰石破碎采用2-PPC1818雙轉(zhuǎn)子單段錘式破碎機(jī)，但轉(zhuǎn)子、錘頭等材質(zhì)較差，不耐磨，不能很好的適應(yīng)高硅石灰石的破碎。

（2） 進(jìn)廠石灰石采用圓形預(yù)均化堆棚，燃煤和其它原材料采用矩形預(yù)均化堆棚，對原燃材料質(zhì)量波動的適應(yīng)性較好。

（3）生料磨制采用立磨三風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，利用窯尾廢氣烘干原料，物料受磨輥與磨盤的擠壓和剪切等作用力達(dá)到粉磨效果，對高硅石灰石適應(yīng)性較好。

（4） 燒成窯尾采用五級旋風(fēng)雙系列預(yù)熱器系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為Φ4.8×74m，窯頭采用第四代篦冷機(jī)，煤磨采用Ф3.8x7.75+35風(fēng)掃煤磨，水泥粉磨采用2-Φ4×13m+輥壓機(jī)的半終粉磨系統(tǒng)，能滿足新型干法水泥生產(chǎn)的需要。

（5） 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制采用ARLPERFORX系列熒光光譜儀，進(jìn)行原料、生料和熟料分析，對低品位原燃材料生產(chǎn)水泥的指導(dǎo)性較好。

3 工業(yè)性試驗(yàn)存在的問題和采取的措施

3.1 石灰石質(zhì)量的管理

3.1.1石灰石破碎系統(tǒng)管理

原石灰石破碎機(jī)不適應(yīng)本廠礦山高硬度、高硅石灰石，試生產(chǎn)期間達(dá)不到設(shè)計(jì)破碎產(chǎn)量、設(shè)備故障多、維修工作量大。采取了以下措施提高了使用壽命，并降低了維修成本。

（1） 對SiO2≥10%的高硅石灰石和SiO2≤10%低硅石灰石進(jìn)行搭配后再進(jìn)破碎機(jī)，并嚴(yán)格控制進(jìn)破碎機(jī)石灰石粒度≤1000mm。

（2） 將錘頭材質(zhì)由ZGMn13更換為ZGMn18Cr2MoVTiRe+WTi，將篦板材質(zhì)由ZGMn13更換為ZGMn18Cr2Mo，并增加5mm厚度。

（3） 錘頭端面磨損比較嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)進(jìn)行翻面，翻面后繼續(xù)使用；定期進(jìn)行耐磨堆焊，延長使用周期；更換時(shí)，對每個(gè)錘頭進(jìn)行稱重，保證破碎機(jī)的動平衡。

3.1.2外購石灰石搭配使用和預(yù)均化管理

雖然石灰石在礦山破碎前進(jìn)行了初步搭配，但仍需加強(qiáng)石灰石預(yù)均化管理，進(jìn)一步降低石灰石成分波動。并外購了高鈣低硅石灰石進(jìn)行搭配使用，以提高石灰石品質(zhì)。

（1） 石灰石進(jìn)圓形預(yù)均化堆棚不準(zhǔn)定點(diǎn)堆料，行走堆料角度不小于60°，堆料高度達(dá)到最高堆料位置。

（2） 每天對進(jìn)入圓形預(yù)均化堆棚的石灰石堆料區(qū)域和取料區(qū)域進(jìn)行記錄（共劃分16個(gè)區(qū)），便于化驗(yàn)室對石灰石的跟蹤和配料。

（3） 進(jìn)入圓形預(yù)均化堆棚的石灰石每1000t取1次綜合樣，數(shù)據(jù)偏差大時(shí)取瞬時(shí)樣，并及時(shí)調(diào)整與外購石灰石的搭配比例。

（4） 外購石灰石成分波動較小，進(jìn)廠后采取簡易預(yù)均化，并對外購石灰石不同區(qū)域的化學(xué)成分、堆料和取料情況做好記錄。

（5）嚴(yán)格控制本廠和外購石灰石配料比例，使入磨石灰石化學(xué)成分滿足生料配料方案要求，并通過X熒光分析儀在線監(jiān)測原料和生料質(zhì)量。經(jīng)半年生產(chǎn)，搭配后石灰石化學(xué)成分平均指標(biāo)見表3。

3.2 燃煤質(zhì)量的管理

3.2.1 褐煤進(jìn)廠管理

燒成用燃煤質(zhì)量的穩(wěn)定，關(guān)系到回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量、質(zhì)量和穩(wěn)定運(yùn)行，加強(qiáng)對進(jìn)廠燃煤的管理就顯得非常的重要，是做好配料工作的前提和保障。

表3 搭配后石灰石化學(xué)成分平均指標(biāo)表/%

（1）嚴(yán)格控制褐煤進(jìn)廠的品質(zhì)，不同礦點(diǎn)的不同批次褐煤各取一次綜合樣進(jìn)行化驗(yàn)，其控制指標(biāo)見表4。

表4 褐煤進(jìn)廠控制指標(biāo)表

（2）對進(jìn)廠的褐煤，各礦點(diǎn)都做到定點(diǎn)堆放，做好標(biāo)識。

（3）對定點(diǎn)堆放的褐煤，化驗(yàn)室都要做全面的化驗(yàn)分析，并做好記錄。

3.2.2外購煙煤搭配使用和預(yù)均化管理

緬甸本地褐煤產(chǎn)地多、品質(zhì)波動大、水分高、熱值低很難滿足煅燒需要。外購澳大利亞煙煤和本地褐煤進(jìn)行搭配使用，并采取了兩次均化的措施，減小入窯燃煤工業(yè)分析和熱值的波動，為回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件。

（1）外購澳大利亞煙煤和本地褐煤進(jìn)廠后分別進(jìn)行簡易預(yù)均化，再根據(jù)搭配比例混合后進(jìn)入矩形預(yù)均化堆棚進(jìn)行二次均化，并做好記錄。

（2）嚴(yán)格控制褐煤和外購澳大利亞煙煤的搭配比例，搭配后燃煤的控制指標(biāo)見表5。每次煤的搭配都要求取樣化驗(yàn)和跟蹤。

表5 搭配后燃煤控制指標(biāo)表

3.3 配料方案的調(diào)整

由于使用高硅石灰石，原設(shè)計(jì)采用了高硅率配方。雖然避免了預(yù)熱器、分解爐底部和煙室由于硫堿的富集循環(huán)或液相量過多產(chǎn)生的結(jié)皮現(xiàn)象，保證了回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)及熟料的強(qiáng)度，但實(shí)際生產(chǎn)中最大的問題是窯頭飛砂嚴(yán)重，甚至頻繁的出現(xiàn)篦冷機(jī)堆雪人的現(xiàn)象。

（1）高硅石灰石、高硅率配料及褐煤的高揮發(fā)份、高水分是熟料燒成產(chǎn)生飛砂料的主要原因，硅率越高，液相量越少，飛砂現(xiàn)象越嚴(yán)重。為此進(jìn)行了率值的調(diào)整：適當(dāng)降低硅酸率，提高物料的液相量，放寬燒結(jié)范圍，促進(jìn)熟料的燒結(jié)。

（2） 加強(qiáng)原材料的源頭控制，對石灰石的搭配比例進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，增加取樣頻率，適當(dāng)?shù)奶岣咄赓徥沂氖褂昧浚档投趸韬俊?/p>

（3） 加強(qiáng)對質(zhì)量調(diào)度的培訓(xùn)，采用及時(shí)補(bǔ)差的過程質(zhì)量控制法來進(jìn)行生產(chǎn)控制。與控制指標(biāo)相差遠(yuǎn)應(yīng)調(diào)整快，稍微偏離時(shí)需微調(diào)，以減小班平均值與中值的偏離程度。

3.4 回轉(zhuǎn)窯的操作與管理

3.4.1回轉(zhuǎn)窯操作的優(yōu)化

針對使用褐煤摻燒和高硅石灰石較難分解的特點(diǎn)，對回轉(zhuǎn)窯操作進(jìn)行了優(yōu)化。

（1） 適當(dāng)加大分解爐用煤（占67%左右），減少窯頭用煤比例（占33%左右）；并提高了入窯生料溫度，使表觀分解率平均達(dá)到96%左右。

（2） 加大窯頭燃燒器一次風(fēng)及其外風(fēng)用量，減少內(nèi)風(fēng)用量，并適當(dāng)降低窯頭二次風(fēng)的溫度；調(diào)整燃燒器位置，偏料下10~20mm。

（3） 提高窯頭篦冷機(jī)固定篦床風(fēng)量，加快1、2、3室篦床速度；并在篦冷機(jī)固定篦床頭部加裝了推雪人裝置。

3.4.2 回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)的調(diào)整

（1）針對3次風(fēng)管入分解爐彎部管道耐火材料磨蝕嚴(yán)重，將澆注料調(diào)整為砌筑耐火磚（硅莫磚），延長其使用周期。

（2） 由于燃煤中的兩種煤并非同步燃燒，因而降低了燃煤的平均燃燒速率，燃煤著火溫度和燃盡溫度降低，對于回轉(zhuǎn)窯高溫?zé)蓭Ш突鹧娴男螒B(tài)有一定的影響。主要表現(xiàn)為窯口到窯內(nèi)3.5m處沖刷嚴(yán)重，2.5~3.5m處窯筒體出現(xiàn)高溫。為此，對窯內(nèi)砌磚進(jìn)行了調(diào)整，原設(shè)計(jì)是砌筑2m硅莫磚，調(diào)整為砌筑3.5m硅莫磚，以提高回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率。

3.4.3 回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)低煤耗的管理

（1） 穩(wěn)定窯系統(tǒng)熱工制度，提高窯襯的使用周期，并加強(qiáng)設(shè)備巡檢和維護(hù)保養(yǎng)力度，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率每月超過90%。

（2） 統(tǒng)一操作思路，不斷優(yōu)化操作參數(shù)，發(fā)揮回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)最大潛力，保證窯產(chǎn)量長期在高位運(yùn)行。

（3） 優(yōu)化噴煤量和窯內(nèi)熱工工況，并加強(qiáng)操作員節(jié)能降耗意識，精心操作，確保回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)高效節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 取得的效果

（1） 經(jīng)過2個(gè)月試生產(chǎn)，5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線順利實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，2個(gè)月試生產(chǎn)期間運(yùn)轉(zhuǎn)率超過92%。

（2） 熟料質(zhì)量符合GB/T21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的技術(shù)要求，其中：熟料3天抗壓強(qiáng)度≥30MPa、28天抗壓強(qiáng)度≥55 MPa；熟料能耗達(dá)到GB/T16780-2012《水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額》中相關(guān)規(guī)定，其中：可比熟料綜合煤耗≤108kgce/t。

（3）本廠低品位石灰石和外購優(yōu)質(zhì)石灰石平均約按1：1的比例進(jìn)行混合使用，緬甸本地褐煤和澳大利亞進(jìn)口煙煤平均約按1∶1比例搭配，與全使用優(yōu)質(zhì)石灰石和進(jìn)口煙煤生產(chǎn)相比，合計(jì)每年節(jié)約超4000萬元。

5 結(jié)語

（1）通過搭配適當(dāng)比例的優(yōu)質(zhì)原燃材料，并嚴(yán)格控制搭配后的質(zhì)量指標(biāo)和均化效果，可有效利用本地低品位原燃材料，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，并可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料的穩(wěn)定生產(chǎn)。

（2）由于石灰石和燃煤采用了優(yōu)劣搭配的方式，應(yīng)在其試驗(yàn)分析和研究的基礎(chǔ)上，制定相適應(yīng)的原料控制指標(biāo)、配方、工藝參數(shù)和生產(chǎn)管理制度，并進(jìn)行工藝和設(shè)備的優(yōu)化和調(diào)整，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，以使生產(chǎn)工藝、設(shè)備、配方和操作都能更好地適應(yīng)低鈣高硅石灰石和褐煤燒制水泥熟料的技術(shù)要求。