低品位石灰石如何煅燒出合格水泥熟料

  摘要：介紹不同水泥旋窯，在用低品位石灰石（石灰石CaO含量在48%以下）煅燒出合格水泥熟料時(shí)的各種問(wèn)題，以及煅燒方式、方法。

  0 前 言

  面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)水泥企業(yè)只有深挖潛力進(jìn)一步節(jié)能減耗，降低制造成本增加企業(yè)利潤(rùn)，才能立足于市場(chǎng)。因制造水泥的原材料近80%是石灰石。而石灰石中低品位又占了相當(dāng)大的比例。所以利用低品位石灰石燒制出合格的水泥熟料，將大幅度降低水泥熟料的生產(chǎn)制造成本，必然能給企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

  1 現(xiàn)象、實(shí)例

  一般用于燒制水泥熟料的原料石灰石品味需要滿(mǎn)足CaO含量大于48%以上，如小于這個(gè)值配料就會(huì)困難。而一般CaO含量較低的石灰石往往內(nèi)部夾雜有害成分較多，比如（MgO、K、Na，甚至還有結(jié)晶SiO₂）所以用這種石灰石配料與用優(yōu)質(zhì)石灰石配料，在煅燒時(shí)對(duì)燒成系統(tǒng)的適應(yīng)性也大不相同。一般廠用這種石灰石時(shí)往往產(chǎn)量低下、而且運(yùn)轉(zhuǎn)率還不高，最關(guān)鍵的還是熟料后期強(qiáng)度也不高，嚴(yán)重時(shí)甚至影響水泥出廠。所以低品位石灰石雖是比較廉價(jià)，但用的廠也比較少。因此如果成功使用這種原料也能煅燒出合格的水泥熟料，這將是一個(gè)企業(yè)巨大的利潤(rùn)增值空間。

  以下對(duì)不同窯型利用低品位石灰石燒制水泥熟料的生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)出的不少經(jīng)驗(yàn)和方法給予總結(jié)和分析：

  當(dāng)石灰石CaO含量在45%~48%、MgO含量3%以?xún)?nèi)時(shí)，如果按普通配料方法和煅燒工藝操作，會(huì)發(fā)現(xiàn)有這樣的大致規(guī)律， 直徑4m以上的窯在熟料產(chǎn)量、質(zhì)量和窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率上跟普通窯區(qū)別不大，唯一影響熟料的后期強(qiáng)度，一般28天熟料抗壓強(qiáng)度能達(dá)到53—57MPa。而直徑4米以下的窯，情況就有所不同，這類(lèi)窯系統(tǒng)在燒低品位石灰石生料時(shí)，窯尾煙室和分解爐縮口結(jié)皮比一般窯要多，而且比較頻繁，熟料平均粒度偏大，還伴有大塊出現(xiàn)，如不注意還容易長(zhǎng)后圈。熟料產(chǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率一般。熟料質(zhì)量f-CaO在1.5%~2.0%左右。而且28天抗壓在53MPa左右。對(duì)生產(chǎn)高標(biāo)水泥造成嚴(yán)重影響。

  當(dāng)用石灰石CaO含量在45%以下，MgO含量4%以上時(shí)，如果按普通配料方法和煅燒工藝操作，4m以上的窯在熟料產(chǎn)量、質(zhì)量上也受影響，主要是受窯尾和分解爐開(kāi)始頻繁結(jié)皮，主窯皮明顯增厚，嚴(yán)重影響窯內(nèi)通風(fēng)條件，窯產(chǎn)量也顯著下降，同時(shí)還會(huì)伴有黃心還原料出現(xiàn)，此時(shí)的熟料28天抗壓基本上只能維持50—55MPa，處于勉強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。而4米以下窯在燒這種料時(shí)更是明顯困難，具體癥狀表現(xiàn)為當(dāng)窯尾溫度控制稍高在1050℃以上時(shí)，煙室和分解爐結(jié)皮就非常嚴(yán)重了，如直徑4m的窯必須每?jī)尚r(shí)清理一次，才能保證煙室負(fù)壓正常。而且在分解爐下?tīng)t也開(kāi)始結(jié)皮，如果不勤清理，大塊結(jié)皮垮塌甚至可以堵死分解爐縮口造成停窯。在窯內(nèi)表現(xiàn)為窯皮即厚又長(zhǎng)，60m窯的窯皮甚至可達(dá)到30多米，而且在32m左右的地方會(huì)有結(jié)圈，時(shí)常還伴有直徑較大的熟料球，此時(shí)窯由于通風(fēng)不好，熟料f-CaO會(huì)很高，窯產(chǎn)量很低。往往運(yùn)轉(zhuǎn)不到一周就得停窯處理，也就成了我們常說(shuō)的“禮拜窯”了，這種狀況窯直徑越小影響就越嚴(yán)重。所以很難維持正常生產(chǎn)。

  對(duì)于以上狀況許多廠嘗試著摸索調(diào)整，取得了一定的效果。比如在鎂高結(jié)皮嚴(yán)重時(shí)改變?nèi)手?，把出磨生料KH從一般的1.0提高至1.02. ，SM：2.6提至 3.0. ， IM：1.6降至1.3 。為了減小物料的粘性緩解結(jié)皮，但是這樣的料易燒性差，窯頭飛沙嚴(yán)重，熟料產(chǎn)量受限，f-CaO偏高，28天抗壓強(qiáng)度也不高，在這種情況下為提高熟料產(chǎn)量和后期強(qiáng)度，也嘗試改用易燒性更好的粘土取代砂巖配料，改善硅質(zhì)原料的反應(yīng)活性，經(jīng)過(guò)改進(jìn)情況有所好轉(zhuǎn)，出窯熟料結(jié)粒明顯增大，窯頭飛沙減少，熟料28天強(qiáng)度提高2—3MPa，取得一定的效果。為緩解窯尾和分解爐結(jié)皮嚴(yán)重的狀況，有些廠也嘗試著降低爐溫和尾溫，這樣做，結(jié)皮是有所緩解，窯內(nèi)通風(fēng)也相應(yīng)好轉(zhuǎn)，但由于入窯生料溫度偏低控制，入窯生料分解率偏低，只得靠窯頭火焰加強(qiáng)煅燒來(lái)彌補(bǔ)，但窯頭這把火的能力有限，為保證出窯熟料質(zhì)量合格所以也只能減產(chǎn)運(yùn)行。

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  總之，對(duì)燒低品位石灰石可以大致總結(jié)出以下幾點(diǎn)特性：

  第一：在用低鈣高堿，尤其是高M(jìn)gO的劣質(zhì)石灰石配料煅燒水泥熟料時(shí)窯尾和分解爐溫度偏低控制，有助于緩解結(jié)皮。

  第二：采用高飽和比、高硅率、低鋁氧率配料方案有助于窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)蛋、結(jié)長(zhǎng)厚窯皮的緩解。

  第三：采用優(yōu)質(zhì)易燒性更好的粘土當(dāng)作硅質(zhì)原料配料，有助于改善熟料結(jié)粒狀況和提高熟料的后期強(qiáng)度。

  第四：為采用火力更強(qiáng)的窯頭燃燒器加強(qiáng)窯內(nèi)煅燒有助于提高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和熟料質(zhì)量。

  2  應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體狀況和效果

  為驗(yàn)證低品位石灰石煅燒的可行性，我們選擇在低品位石灰石比較集中的某廠Φ3.5×52m日產(chǎn)1000噸熟料生產(chǎn)線上做生產(chǎn)試驗(yàn)。原先此生產(chǎn)線也嘗試著用過(guò)本地劣質(zhì)石灰石，但窯運(yùn)轉(zhuǎn)率很低基本上每周都得停窯處理結(jié)圈、結(jié)蛋或結(jié)厚窯皮，為此，只得花高成本購(gòu)用外地優(yōu)質(zhì)石灰石在做了當(dāng)?shù)厥沂奈锢砗突瘜W(xué)分析后，顯示CaO 40%~46%，MgO：3%~5%。石頭成烏黑色并時(shí)常夾雜著白色結(jié)晶硅，硬度比高鈣石灰石大許多。在改換這種石灰石原料試生產(chǎn)的具體實(shí)施過(guò)程中，我們作了以下調(diào)整方案：生料配料方案把原先KH：從1.0提至1.04，SM: 從2.6提至3.0，把IM從1.6降至1.3，并且把硅質(zhì)砂巖換成優(yōu)質(zhì)粘土。對(duì)燒成系統(tǒng)工藝參數(shù)也相應(yīng)調(diào)整為：窯尾溫度從原先1100℃左右降至950℃-1000℃。C5下料溫度從880℃降至830℃-850℃，三次風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度從50%降至30%。但遇到燃料煤質(zhì)變化時(shí)，尤其是煤灰分增加、熱值降低、煤粉中S含量增加時(shí)，在28—32m處還是容易結(jié)圈，還出現(xiàn)過(guò)長(zhǎng)厚窯皮。針對(duì)這種情況，我們采取提高窯轉(zhuǎn)速?gòu)?.5轉(zhuǎn)提高至3.96轉(zhuǎn)，正常煅燒時(shí)燃燒器位置每四小時(shí)從+500mm與-100mm之間拉伸一次，減少煤粉落點(diǎn)和硫、堿富集而引起長(zhǎng)厚窯皮和熟料圈，以保持窯皮的平整性。并且通過(guò)調(diào)整三次風(fēng)和窯內(nèi)通風(fēng)量，嚴(yán)格控制窯皮在17m以?xún)?nèi)，窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量基本上能穩(wěn)定在60—65 t/h。熟料質(zhì)量月平均f-CaO1.55%，熟料月平均升重1220，熟料28天抗壓平均56.5MPa?；旧线_(dá)到預(yù)期效果。但對(duì)比此前用高鈣石灰石時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)70--75 t/h，看似窯還有提產(chǎn)的可能性，我們也嘗試著增加至產(chǎn)量，但必須以提高爐溫、尾溫為前提，而這種料在高尾溫、高分解率的情況下隨之而來(lái)的就是結(jié)皮的速度加快，窯皮增厚，導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)不良，嚴(yán)重影響出窯熟料質(zhì)量，最直觀的反應(yīng)就是黃心熟料增加F-CaO直線上升，所以只得被迫恢復(fù)到65t/h時(shí)的狀態(tài)。這種現(xiàn)象說(shuō)明這種生料對(duì)后面溫度提高比較敏感。

  提高入窯分解率是提高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的最直接有效方法，所以我們考慮到能否強(qiáng)制給煙室冷卻。為此我們也參考了德國(guó)洪堡公司針對(duì)高堿、氯原料而設(shè)計(jì)的燒成系統(tǒng)，采用旁路放風(fēng)、帶煙室冷卻料幕的設(shè)計(jì)形式來(lái)解決這個(gè)難題。但要增加旁路放風(fēng)系統(tǒng)，投資比較大而且改造周期也比較長(zhǎng)，所以可行性不強(qiáng)。相比較而言，冷卻料幕具有更大的可操作性。于是我們也大膽的改造四級(jí)下料管充當(dāng)料幕，將四級(jí)下料管分出一路料直接進(jìn)入煙室使其強(qiáng)制降溫，同時(shí)還可以將一部分有害成份帶進(jìn)入窯生料里，固定在熟料內(nèi)部，不至于在煙室和窯內(nèi)循環(huán)富集導(dǎo)致結(jié)皮、結(jié)圈、結(jié)厚窯皮等狀況的出現(xiàn)。這樣做降溫效果比較明顯，結(jié)皮也基本緩解。分入煙室料量需要摸索，因?yàn)樗募?jí)所收集的料分解率很低，冷卻料幕如果偏大，窯內(nèi)反應(yīng)會(huì)很敏感，窯電流下降明顯，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致竄生料。所以使用料幕的料量還要根據(jù)窯的適應(yīng)性，結(jié)合煙室的結(jié)皮狀況合理加減。為了減小料幕對(duì)煅燒的影響，也為了增強(qiáng)窯對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)性。唯有增強(qiáng)窯頭火力的強(qiáng)度，才能提高窯的適應(yīng)能力。這就需要窯頭燃燒器具有更強(qiáng)的火力強(qiáng)度。要解決這一問(wèn)題，改換同一類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)燒劣質(zhì)煤的進(jìn)口燃燒器是有效辦法，但進(jìn)口燃燒器價(jià)格比較昂貴，維護(hù)成本也比較大，對(duì)比較小的私企來(lái)說(shuō)可行性不佳。還有一種辦法也可以解決這一問(wèn)題，就是我們將燃燒器的配置等級(jí)放大一級(jí)來(lái)彌補(bǔ)，以達(dá)到增強(qiáng)火力的效果。也就是我們用國(guó)產(chǎn)普通配置于2000t/d窯的燃燒器放在1000t/d線上，來(lái)增加窯頭火力強(qiáng)度。換上后，試驗(yàn)的效果非常明顯。我們將分解爐和五級(jí)下料溫度提高10--15℃的前提下，把窯喂料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量從65 t/h提至75t/h,時(shí)，由于煙室沖著一小股料幕，煙室和分解爐溫度就是稍微提高一些，結(jié)皮狀況也可以得到有效控制，而且即使尾溫，由于窯頭火力比以前更強(qiáng)更有力，所以窯依然可以適應(yīng)。最可喜的還是當(dāng)在煤質(zhì)變化較大的情況下（尤其煤中S含量偏高時(shí)，煤熱值降至5000大卡左右）對(duì)燒成系統(tǒng)的影響也不是很明顯了。只要煤質(zhì)比較好時(shí)，窯喂料臺(tái)時(shí)產(chǎn)量最高可提至80t/h，也就是日產(chǎn)可以達(dá)到1200噸以上。而且熟料質(zhì)量、產(chǎn)量都比較穩(wěn)定。盡管這種方法煅燒熟料的煤耗超標(biāo)，但從整體上看，企業(yè)效益還是合算的。

  3 結(jié)束語(yǔ)

  通常窯直徑越小對(duì)原、燃料的適應(yīng)性越弱。也就是窯越小越難燒。所以低鈣石灰石如能在小直徑窯上成功應(yīng)用，那么，在其他大直徑窯上的效果將會(huì)更好。雖然利用這種方式、方法煅燒水泥熟料時(shí)的能耗會(huì)稍高些，但在與高、低品位石灰石的價(jià)格差距相比，和石灰石的巨大用量上相比，效益還是非?？捎^的。在現(xiàn)如今水泥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)殘酷的大環(huán)境下，這必將給一些水泥企業(yè)創(chuàng)造出巨大的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。