高鎂原料在預(yù)分解窯上的應(yīng)用

　　在水泥生產(chǎn)中，MgO能夠降低熟料煅燒溫度，但過(guò)多的MgO，在熟料形成過(guò)程中生成方鎂石晶體，會(huì)引起水泥的安定性不良。它對(duì)水泥性能和對(duì)煅燒操作的影響，已受到人們的普遍關(guān)注。因此，許多國(guó)家的水泥標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了硅酸鹽水泥或熟料中MgO的含量(見表1)。對(duì)我國(guó)大多數(shù)水泥廠所用石灰石原料來(lái)說(shuō)，MgO含量都比較低。而我廠由于礦山結(jié)構(gòu)的變化，從1994年8月開始在1000t/d熟料預(yù)分解窯生產(chǎn)線使用含鎂量較高的石灰石。高M(jìn)gO的原料，對(duì)預(yù)分解窯的操作和熟料質(zhì)量的影響，引起了我們的高度重視。為此，生產(chǎn)中在技術(shù)和管理上，采取了積極措施，并取得了良好的效果。  

表1  不同國(guó)家水泥標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)MgO的要求  

　　1、生料中MgO的來(lái)源 

　　我廠原料的化學(xué)組成見表2。由表可看出，生料中MgO的來(lái)源，主要是含MgO較高的石灰石。我國(guó)現(xiàn)行的《水泥原料礦床地質(zhì)勘探規(guī)范》中規(guī)定：石灰石中MgO≤3.0%。我廠部分石灰石中的MgO含量已超出此標(biāo)準(zhǔn)，并且MgO波動(dòng)大，熟料中MgO含量波動(dòng)在2.6%～4.9%之間，從而給生產(chǎn)帶來(lái)了一定困難。 

表2  石灰質(zhì)、粘土和鐵粉的化學(xué)組成  

　　我廠MgO在石灰石中主要以白云石形式存在。 

　　2、煅燒操作中出現(xiàn)的問(wèn)題 

　　許多預(yù)分解窯廠家的經(jīng)驗(yàn)證明，熟料率值的選擇，對(duì)熟料強(qiáng)度有重要的影響。我們結(jié)合本廠的原料，曾采用了熟料KH=0.88、n=2.5、P=1.5的配料方案，這種方案適應(yīng)微量元素較小的原料。在沒有使用高M(jìn)gO石灰石之前，這一方案在生產(chǎn)中比較適應(yīng)，熟料組成見表3。當(dāng)使用高M(jìn)gO石灰石后，熟料組成發(fā)生了變化，見表4。

　　熟料液相量增大，液相粘度降低。操作中窯皮明顯增長(zhǎng)，由正常煅燒時(shí)15～16m左右，增長(zhǎng)到22m多，有時(shí)甚至長(zhǎng)達(dá)30多米。浮窯皮厚度增加，最厚時(shí)達(dá)到600mm，嚴(yán)重影響了窯內(nèi)通風(fēng)。熟料結(jié)粒明顯增大，粗細(xì)不均，窯內(nèi)常出現(xiàn)大料塊和結(jié)大蛋現(xiàn)象。致使窯內(nèi)情況惡化，熟料的質(zhì)量降低，常因大蛋和后圈而停窯，給窯的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和穩(wěn)定操作帶來(lái)了很大困難。 

表3  使用低MgO石灰石時(shí)熟料組成

  
表4  使用高M(jìn)gO石灰石時(shí)熟料組成  

　　3、生產(chǎn)中采取的措施 

　　我廠預(yù)分解窯煅燒系統(tǒng)，采用了Φ3.2m×46m回轉(zhuǎn)窯(斜度4.0%，轉(zhuǎn)速0.6～3.01r/min)，低壓損五級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器、TC—DD型分解爐、三風(fēng)道煤粉燃燒器、富勒式篦冷機(jī)等主要設(shè)備。

　　在正常生產(chǎn)的狀態(tài)下，入窯物料的分解率波動(dòng)在82%～89%，偏下限較多?；剞D(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速控制2.5～2.8r/min，預(yù)分解窯具有窯頭溫度高、燒成帶長(zhǎng)、轉(zhuǎn)速高、熟料結(jié)粒均細(xì)等特點(diǎn)，根據(jù)這些特點(diǎn)，針對(duì)MgO高的生料，我們采取了以下措施。

　　(1)嚴(yán)格控制生料，穩(wěn)定MgO含量

　　為了使熟料中MgO含量達(dá)到廠內(nèi)控指標(biāo)(MgO＜4.6），必須控制生料中Mg≤2.6%。從原料石灰廠進(jìn)廠嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，分采點(diǎn)按鎂高低分類儲(chǔ)存。在廠灰廠破碎階段，合理搭，配并按比例摻入10％左右的白堊土（因白堊土礦已枯，量不足）。另一方面因地制宜，把原儲(chǔ)存庫(kù)改造為布料小車預(yù)均化庫(kù)，使配料用石灰石Mg的含量波動(dòng)低，變化小。

　?。?）調(diào)整配料方案 

　　許多預(yù)分解窯企業(yè)，普遍采用“高硅酸率、高鋁氧率、中飽和比”的配料方案。率值的控制一般為KH=0.87～0.88，SM=2.5±0.1，IM=1.6±0.1，這一方案，多數(shù)能保證熟料中硅酸鹽礦物的總量，并有較大的燒結(jié)范圍。但由于MgO含量的增加，熟料在高溫帶的液相量相應(yīng)增加，液相粘度降低，反而燒結(jié)范圍變窄，易結(jié)大塊。其作用可看作與Fe2O3相似。針對(duì)這種現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整了配料方案。即降低熟料中Fe2O3含量，同時(shí)適當(dāng)降低Al2O3含量，提高SM和IM值。石灰飽和系數(shù)值也由過(guò)去的0.88提高到0.90～0.92，調(diào)整后熟料組成見表5。 

表5  調(diào)整配比后熟料組成  

　　(3)穩(wěn)定入窯物料分解率

　　我廠使用煙煤，屬褐煤類。煤粉水分波動(dòng)在3.5%～6.0%左右，加上喂煤系統(tǒng)設(shè)備計(jì)量不準(zhǔn)，分解爐喂煤不夠穩(wěn)定，入窯物料分解率波動(dòng)大。為解決這一難題，首先將原喂煤?jiǎn)喂苈菪龣C(jī)由Φ180mm改為Φ250mm，由高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速。同時(shí)改進(jìn)了煤粉倉(cāng)底部吹風(fēng)管位置，使煤粉能穩(wěn)定連續(xù)供應(yīng)。我廠分解爐為DD爐，三次風(fēng)為切向進(jìn)入。為了提高煤粉燃燒速度，在三次風(fēng)管上距入爐口1.8m處，增加了一個(gè)噴煤管，即噴煤管由原來(lái)兩個(gè)改為三個(gè)。使新增噴煤管喂煤量占爐用煤量的30%。此管煤粉在三次風(fēng)的預(yù)熱下，燃燒快，起到了煤粉的預(yù)燃作用，穩(wěn)定了爐溫，有效地控制了入窯物料分解率，并穩(wěn)定在84%～87%。減少了因MgO高而造成的結(jié)皮堵塞現(xiàn)象，同時(shí)避免了因入窯物料分解率過(guò)低引起的“慢窯”和“跑生”，抑制了厚窯皮的生長(zhǎng)。

　　(4)加強(qiáng)操作，嚴(yán)格檢查

　　使用高鎂原料，C5及下料管常發(fā)生堵塞。我們?cè)贑5的下料管上，增加了吹堵裝置，完善了測(cè)壓三級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，有效防范了故障，提高了大窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

　　(5)控制燒成帶長(zhǎng)度

　　預(yù)分解窯的燒成帶長(zhǎng)度，通常為窯長(zhǎng)的40%左右。它的長(zhǎng)短反映了物料在高溫帶停留時(shí)間。由于高M(jìn)gO的摻入，使物料從窯尾到燒成帶的液相量相應(yīng)增加，并降低了燒成帶液相的粘度。燒成帶增長(zhǎng)，浮窯皮長(zhǎng)度增加，且物料在窯內(nèi)容易提前粘結(jié)成球，在燒成帶形成大塊，這種大塊經(jīng)過(guò)燒成帶后，只是表面燒結(jié)，內(nèi)部反應(yīng)不完全，熟料結(jié)粒粗細(xì)不均，性脆、欠燒，fCaO高。在這種條件下煅燒，能促進(jìn)MgO形成方鎂石晶體，影響熟料質(zhì)量。同時(shí)在冷卻機(jī)中熟料冷卻不夠，二、三次風(fēng)溫低，冷卻帶相應(yīng)延長(zhǎng)，使窯系統(tǒng)操作困難。

　　因此，在操作中盡量加速窯頭煤的燃燒，提高篦冷機(jī)物料厚度，提高二次風(fēng)溫，縮短燒成帶和冷卻帶，使窯尾溫度控制在1000～1050℃，具體方法如下：

　　(1)調(diào)節(jié)煤粉燃燒器內(nèi)外用風(fēng)

　　我廠回轉(zhuǎn)窯使用三風(fēng)道燃燒器。為了提高窯頭溫度，控制內(nèi)風(fēng)閥門開度100%，外風(fēng)開度0～30%，加大一次風(fēng)量。調(diào)節(jié)內(nèi)風(fēng)出口的間隙，使出口風(fēng)速加大，增強(qiáng)煤粉與高溫二次風(fēng)的混合，從而確保煤粉快速燃燒，使火焰縮短，控制燒成帶長(zhǎng)度。

　　(2)調(diào)節(jié)煤粉燃燒器的合理位置

　　我廠回轉(zhuǎn)窯用煤，揮發(fā)分較高，見表6。 

表6  煤粉的工業(yè)分析(%)  

　　原煤綜合水分高達(dá)10%～13%，而且煤粉水分含量高。這種煤容易在窯內(nèi)形成低溫長(zhǎng)帶煅燒。為此將噴煤管拉出來(lái)，調(diào)至-100～-300mm處，使煤粉噴出后，快速受到窯內(nèi)高溫輻射和二次風(fēng)的對(duì)流傳熱，加速了煤粉燃燒，提高了火焰溫度，進(jìn)而使冷卻帶縮短。對(duì)于熟料急冷，提高二、三次風(fēng)溫都是有利的。為了防止窯皮增厚和拉長(zhǎng)，在不損傷窯皮的前提下，適當(dāng)抬高噴煤管，遠(yuǎn)離物料。

　　(3)加速熟料的冷卻

　　熟料的急冷，可使熟料中C3S、β-C2S晶形穩(wěn)定，產(chǎn)生更多的玻璃體，避免L(液相)+C3S→C3A+C2S的轉(zhuǎn)熔反應(yīng)，提高C3S含量。同時(shí)也可使方鎂石晶體尺寸減小，提高M(jìn)gO在液相中的溶解度，減小因方鎂石對(duì)水泥安定性的影響。因此，在篦冷機(jī)操作時(shí)，應(yīng)保持好篦冷機(jī)各室的壓力，特別是一室的壓力。根據(jù)一室篦下壓力調(diào)節(jié)篦床速度，并保持一、二室風(fēng)機(jī)用全風(fēng)，使通過(guò)高溫料層的風(fēng)量穩(wěn)定而充分。熟料得到急冷，壓蒸安定性也有改善，見表7。

　　4、效果 

　　通過(guò)上述措施的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定操作，解決了窯內(nèi)結(jié)球，結(jié)圈現(xiàn)象，提高了窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。不僅充分利用了我廠高鎂原料資源，而且使熟料質(zhì)量有一定提高(見表8)，為我廠創(chuàng)造了近百萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。 

表7  措施調(diào)整前后熟料壓蒸安定性對(duì)照表  

注：表中fCaO、MgO數(shù)據(jù)為本廠檢驗(yàn)結(jié)果;壓蒸試驗(yàn)委托國(guó)家水泥質(zhì)量中心檢驗(yàn)。 

表8  采取措施前后熟料質(zhì)量對(duì)照表  

　　5、體會(huì) 

　　通過(guò)使用高鎂原料，我們認(rèn)為：
　　(1)MgO對(duì)預(yù)分解窯的操作和對(duì)熟料質(zhì)量的影響，是不能低估的;但生產(chǎn)中做好控制，使用高鎂原料是可行的。
　　(2)MgO的作用可看作與Fe2O3相似，在配料中應(yīng)降低Fe2O3含量，使SM、IM值提高。
　　(3)在回轉(zhuǎn)窯操作中，應(yīng)控制燒成帶長(zhǎng)度，適當(dāng)降低窯尾溫度，控制熟料結(jié)粒。
　　(4)加強(qiáng)熟料冷卻，減少方鎂石對(duì)水泥安定性的影響。
　　(5)在應(yīng)用高鎂原料時(shí)，采用高品質(zhì)的煙煤是很必要的。

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