5000t/d生产线煅烧高镁熟料的生产实践

2010-03-01 00:00

　　我公司2×5 000t/d生产线I期于2004年底投产，石灰石矿山其一属奥陶纪马家沟组地层(OM)，北庵庄段中薄层灰岩、云斑灰岩中夹白云质灰岩，而且由于受较多断层影响，接触东黄山段白云岩较多，造成石灰岩矿层结构复杂。我公司自开始生产即搭配使用高镁石灰石，在生产过程中，注意总结工艺操作、熟料质量等方面的经验，并采取了积极有效的措施，取得了较好的效果。

　　1 高镁石灰石的应用情况

　　原材料化学分析见表l，熟料质量见表2和表3。

表1 原材料的化学成分分析(%)

项目	Loss	SiO₂	A1₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O
低镁石灰石	42.08	3.31	0.88	0.75	50.06	2.21	0.19	0.09
高镁石灰石	41.96	3.46	0.86	0.69	49.02	3.35	0.17	0.08
砂岩	3.76	68.43	13.29	4.64	1.89	1.35	1.57	0.53
页岩	12.13	50.83	14.63	6.08	7.80	2.46	3.77	0.58
铁矿石	1.35	56.33	2.53	30.55	2.10	3.45	0.31	0.24

表2 调整前熟料化学成分、率值及矿物组成

方案	化学成分/%							率值			矿物组成/%
方案	Loss	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	fCaO	KH	n	p	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF
配方l	0.20	21.54	4.98	3.52	64.98	3.16	0.81	0.914	2.53	1.41	57.42	18.45	7.23	10.70
配方2	0.26	21.44	4.98	3.36	64.86	3.70	1.26	0.918	2.57	1.48	56.36	18.96	7.50	10.2l
配方3	0.31	21.32	4.96	3.46	64.60	4.36	1.55	0.920	2.53	1.43	55.19	19.51	7.28	10.52

3 调整前熟料物理性能

方案	80μm筛余/%	比表面积（m²/kg）	标准稠度用水量/%	SO₃ /%	凝结时间		抗折强度 /MPa		抗压强度/MPa
方案	80μm筛余/%	比表面积（m²/kg）	标准稠度用水量/%	SO₃ /%	初凝	终凝	3d	28d	3d	28d
配方2	2.3	353	23.6	2.3	105	150	6.2	9.0	32.5	62.6
配方3	2.3	350	23.6	2.2	100	145	6.0	8.9	32.1	61.9

　　在实际生产过程中，随着MgO含量的升高，出窑熟料结粒明显增大，而且大小不均匀，飞砂严重，黄块较多；大粒熟料外观颜色发黑，但破碎后多数黄心，结构疏松，f-CaO严重偏高，升重值大幅度下降，熟料质量明显降低。同时工艺上表现为窑内通风不畅，因强加煤而造成还原气氛明显，长厚窑皮、结大球，窑况明显恶化，窑内热工制度很不稳定，多次出现因大料块和结大蛋而停篦冷机处理。并出现预热器堵塞等连锁反应，给窑稳定操作带来了很大困难，熟料产量大幅度降低，熟料质量受到严重影响，熟料MgO含量从3.2%提高到4.8%，3d抗压强度下降了0.9MPa，28d抗压强度下降了2.6MPa。

　　2 MgO对熟料烧成和质量影响的原因分析

　　在近几年的生产实践中，我们总结和验证了熟料MgO含量对熟料煅烧和质量的影响。

　　如果熟料MgO含量偏高(<3.2%)，熟料煅烧时，MgO有一部分与熟料矿物结合成固溶体并存在于中间相中，多余的MgO则如同提高了Fe₂O₃的含量，可降低液相出现的温度并增加液相量，降低液相的表面张力，从而促进C2S对CaO的吸收，有利于煅烧。

　　如果熟料MgO含量较高(3.2%～4.2%)，液相表面张力大幅度下降，含4%MgO时的表面张力为0.51N/m，迫使其煅烧温度要比正常温度低，煅烧范围要比正常窄，不利于f-CaO的吸收和晶体发育。表现在熟料外观结粒细小，飞砂严重。同时，在煅烧方面表现为易烧性好，但烧结范围变窄，操作难度大。

　　如果熟料MgO含量过高(>4.2%)，熟料出现结球严重，窑电流平均达450A以上，频繁出现结大球，冷却破碎之后的熟料大多数为黄块，窑头飞砂严重。我们采取常规的降铁措施，现象不但没有扭转，反而更加恶劣，反常规调整，却有效果。从资料^[1]得知，MgO含量>4.2%时，熟料液相黏度增加，使阿利特结晶困难，从而使结粒变大，窑内极易结圈、结蛋。

综上分析，我公司熟料强度偏低的根本原因是出窑熟料MgO含量偏高，而配料方案和煅烧操作又没有及时或有效地作出适应性的调整，从而造成不正常窑况的出现和熟料强度的降低。

　　3 采取措施

　　3.1 控制石灰石中MgO含量

　　为了使熟料中MgO含量达到公司内控指标4.0%±0.2%，必须控制石灰石中MgO含量2.8%±0.2%。从石灰石进厂质量把关开始严格控制，分矿点搭配到位。同时强化石灰石均化效果，严格控制石灰石堆棚布料层数在400层以上，以改善和稳定生料质量，为稳定操作和熟料质量创造条件。

　　3.2 调整配料方案

　　原配料方案熟料三率值控制指标为：KH=0.91±0.02，SM=2.5±0.1，IM=1.4±0.1。

　　当熟料MgO含量在3.2%～4.2%时，选用三高配料方案，将熟料KH提高到0.92±0.02，SM提高到2.6±0.1，IM提高到1.5±0.1。在此种情况下，随着MgO含量的提高，适当降低生料Fe203指标，以增加液相黏度和烧结范围，改善熟料质量和操作的适应性。

　　熟料MgO含量>4.2%时，熟料率值控制为KH=0.92±0.02，SM=2.6±0.1，IM=1．4±0．1，增加Fe₂O₃的含量，降低铝率，以降低液相黏度，避免窑内结圈、结蛋，控制飞砂料。

　　3.3 优化操作参数

　　3.3.1 降低并稳定分解炉出口、窑尾和C5温度

　　液相过早出现，易形成黏性物料，在预热器、窑尾烟道、C5及下料管道等处极易结皮引起堵塞，针对这些情况，应该严格控制分解炉出口、窑尾和C5温度。正常生产时，分解炉出口温度一般控制在880℃左右，而在煅烧高MgO熟料时，控制在850～880℃，将窑尾温度由原来的1050～1100℃降低至l 000～1050℃，避免液相过早出现，减少结皮堵塞情况的发生，同时也减轻了窑内结长厚窑皮、结圈。我们在C5的下料管位置，设置了吹堵装置，及时有效地处理了故障，提高了窑的运转率。

　　3.3.2 降低并稳定入窑分解率

　　控制入窑物料表观分解率在90％左右，最高不超过94％。在生产实践中，常出现因为入窑物料分解率过高达96％，熟料升重降低，质量下降。分析认为，由于分解率过高，也就是生料预烧较好，使液相提前出现，窑内碳酸盐分解带缩短，固相反应带相应拉长，使化学反应产物活性降低，从而导致熟料升重降低，熟料实物质量下降。

　　3.3.3 加强篦冷机操作

　　熟料急冷，可使熟料中阿利特、贝利特尤其β型C2S晶形稳定，并使液相来不及结晶而形成更多的玻璃体，避免L(液相)+C3S→C3A+C2S的转熔反应；同时也可使方镁石晶体尺寸减小，提高方镁石水化产生应力的分散度，减小因方镁石对水泥安定性的影响。因此，在篦冷机操作过程中，应保持好篦冷机各室合理的压力，特别是一室的压力，调节掌握好篦床速度，并保持一、二室风机用全风，使通过高温料层的风量稳定而充分，确保冷却效果。

　　3.3.4 调节煤粉燃烧器内外用风控制烧成带长度

　　烧成带长，物料在窑内更易提前黏结成球，窑况不稳定时甚至形成大球、大块，熟料结粒不均，f-CaO高，升重低。生产过程中，根据我公司实际情况控制好一次风量，调节好煤粉燃烧器内外用风比例(不同的燃烧器、煤质和热工制度是不同的)，从而确保煤粉快速燃烧，使火焰缩短，控制烧成带长度。

　　4 效果

　　1)随着上述针对性措施的调整到位，出窑熟料外观质量明显改善，熟料结粒细小均齐，粉粒少，黄块极少，升重提高近70g/L，质地坚硬，可以判断熟料实物质量明显提高。熟料3d、28d抗压强度有大幅度的提高，3d抗压强度平均达32.3MPa，较调整前提高了2.0MPa；28d抗压强度平均达62.2MPa，较调整前提高了3.9MPa。调整后的熟料化学分析及物理性能见表4及表5。

表4 调整后熟料化学分析

方案	化学成分/%							率值			矿物组成/%
方案	Loss	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	fCaO	KH	n	p	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF
配方2	0.23	21.33	4.96	3.39	64.72	3.82	0.81	0.921	2.55	1.46	58.27	17.2l	7.39	10.31
配方3	0.26	21.22	4.98	3.50	64.42	4.30	0.90	0.921	2.50	1.42	58.13	17.00	7.26	10.64

表5 调整后熟料物理性能

方案	80μm筛余/%	比表面积（m2/kg）	标准稠度用水量/%	SO3 /%	凝结时间		抗折强度 /MPa		抗压强度/MPa
方案	80μm筛余/%	比表面积（m2/kg）	标准稠度用水量/%	SO3 /%	初凝	终凝	3d	28d	3d	28d
配方2	2.3	353	23.6	2.3	105	150	6.2	9.0	32.5	62.6
配方3	2.3	350	23.6	2.2	100	145	6.0	8.9	32.1	61.9

2)出窑熟料岩相结构明显改观。从显微照片可以看出，形成了较多的带状阿利特晶体，长宽比较大，达2．0以上，晶体尺寸10～50μm，并有少量异常大晶体。B矿数量较少，难见矿巢结构，常见尺寸10～25μm，圆形，大多有双晶纹。

3)通过采取上述配料方案和工艺操作措施，实现了回转窑稳定操作，解决了窑内结大球，结圈现象，提高了窑的运转率，不仅综合利用了我公司自备矿山大量的高氧化镁石灰石矿产资源，而且使熟料质量稳定提高，取得了较好的经济效益和社会效益。

5 应用体会

1)MgO过高对熟料产质量的影响巨大，每上升1％的MgO，熟料28d抗压强度降低约1．5 MPa。但只要对配料方案和工艺操作及时作出适应性的调整，是完全可以扭转的。

2)不能在MgO升高过程中一味地降低Fe2O3。

3)在使用高镁原料时，必须采用高品质烟煤，否则将更加恶化窑情。

4)在回转窑操作中，应控制烧成带长度，适当降低窑尾、分解炉出口温度等工艺参数，控制熟料结粒，实现急冷煅烧。

编辑：监督：18969091791 投稿：news@ccement.com

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