一次熟料質(zhì)量波動的分析與處理

  筆者公司兩條新型干法窯窯熟料先后出現(xiàn)游離鈣高、結(jié)粒偏大、黃心料多的較大質(zhì)量波動，由于C3A含量增大凝結(jié)時間縮短，不僅增加了水泥粉磨中石膏的摻量而且水泥與砼減水劑的相容性變差，也嚴(yán)重影響了水泥的外觀。通過綜合分析引起黃心料的原因、物料影響因素，采取了相關(guān)改進(jìn)措施及時扭轉(zhuǎn)了熟料質(zhì)量波動。

  1 問題的出現(xiàn)

  公司現(xiàn)有2000t/d、2500t/d兩條新型干法水泥生產(chǎn)線，2013年8月29日起2000t/d線出窯熟料出現(xiàn)少量黃心料，9.8-9.11日集中出現(xiàn)大量黃心料（圖1），70%以上熟料結(jié)粒在40mm左右，比前期正常熟料結(jié)粒增大約10mm，C3A含量最高達(dá)到了9.60%，出窯熟料fCaO持續(xù)偏高，最高達(dá)7.79%，平均值超過2.0%，熟料率值n下降近0.35，P上升近0.25，燒失量增加，立升重下降(表1)。2500t/d線自9.10日檢修結(jié)束點(diǎn)火投料后，也出現(xiàn)類似現(xiàn)象（表1,圖2）。

  2 原因分析

  結(jié)合黃心料形成機(jī)理和實(shí)際熟料質(zhì)量狀況，分析此次質(zhì)量波動的主要原因有：（1）窯內(nèi)通風(fēng)不良,煤粉不完全燃燒產(chǎn)生還原氣氛，熟料外殼顏色為正常黑色而內(nèi)核Fe³⁺被還原成Fe²⁺形成黃芯。（2）煤粉燃燒性能差、熟料液相量偏高且黏度增大，沉降混入料球中的煤粉二次缺氧燃燒形成黃心料，隨著Al₂O₃升高液相粘度的增大，C3S生成趨于困難，引起fCaO偏高、燒失量增大，反映熟料燒結(jié)反應(yīng)不充分。（3）MgO含量下降致使熟料液相生成溫度同比上升，液相粘度減少、表面張力下降，不利于熟料結(jié)粒，間接造成煅燒困難。

  3 采取的措施

  最初根據(jù)8.29-9.8日熟料質(zhì)量及分析結(jié)果認(rèn)為熟料黃心料多、fCaO高是由于窯內(nèi)通風(fēng)不良及煤粉不完全燃燒以及窯內(nèi)熟料煅燒不充分引起的，因此對2000t/d線重點(diǎn)采取降臺時、加大二次風(fēng)量、減少總喂煤量、降低生料Fe₂O₃含量等措施，即窯投料量由145t/h降至130t/h，三次風(fēng)閥開度減小至35%~40%，頭煤由5t/h降至4.2t/h（表2），由于前后煤粉質(zhì)量除揮發(fā)分略有下降外基本沒有變化，僅對水分、細(xì)度做了進(jìn)一步控制，但整體調(diào)整效果不明顯，未改變熟料黃心料多、游離鈣高的現(xiàn)狀。

  直至9月10日2500t/d生產(chǎn)線檢修完畢，點(diǎn)火投料后也出現(xiàn)大量結(jié)粒偏大的黃心料，熟料率值變化趨勢與2000t/d線相同，至此排除了系統(tǒng)方面的原因，將調(diào)整目標(biāo)放在了原材料方面。根據(jù)進(jìn)廠原燃材料化學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果，熟料質(zhì)量波動前后鐵礦石尾礦、粘土、進(jìn)廠煤質(zhì)量相對穩(wěn)定，入窯煤粉水分、細(xì)度基本沒有發(fā)生變化，只有進(jìn)廠石灰石有較大質(zhì)量波動（表3）。

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  當(dāng)時預(yù)均化堆棚內(nèi)石灰石占3/4，儲量約1.8萬t，為9.1-9.9日進(jìn)廠石灰石，使用區(qū)域主要為9.1-9.3進(jìn)廠，由檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，發(fā)生波動時石灰石SiO₂含量明顯下降，生料KH異常升高。由于三組分（石灰石、粘土、鐵礦尾礦）配料，為保證熟料KH在控制指標(biāo)范圍內(nèi)，采取了減少石灰石、增大粘土配料比例的方案，但是伴隨著SiO₂含量上升，生料中Al₂O₃含量同步增加，加之石灰石中SiO₂含量太低，依靠增加粘土補(bǔ)充的SiO₂含量不僅不能完全扭轉(zhuǎn)熟料低硅率的現(xiàn)狀，反而進(jìn)一步加劇了液相量、液相粘度的變大，不利于C2S吸收fCaO形成C3S，從而導(dǎo)致熟料fCaO偏高。

  由于石灰石品位太好，現(xiàn)有三組分配料三率值無法實(shí)現(xiàn)飽和比和鋁率適中、硅率上調(diào)的調(diào)整，因石灰石預(yù)均化堆棚入口通道被料堆阻擋，鏟車無法進(jìn)入，不能實(shí)施堆棚內(nèi)石灰石二次搭配（與硅含量較高石灰石搭配增加SiO₂含量）方案。為了增加SiO₂含量，降低生料配料粘土配比，減少生料Al₂O₃含量，調(diào)整生熟料三率值。9-9日下午15:30左右摻入硅砂尾泥（硅質(zhì)校正料）板喂機(jī)給定3Hz（體積約為硫酸渣的1/4-1/5），9-10日下午鏟車進(jìn)入石灰石預(yù)均化堆棚進(jìn)行庫內(nèi)搭配（與9.7-9日進(jìn)廠石灰石1:1搭配），中班開始生料Al2O3下降，1#線3.5%、2#線3.3%，至9-13日熟料硅率、鋁率逐步恢復(fù)，兩線窯投料量也達(dá)到了正常值，出窯熟料色澤、結(jié)粒、fCaO正常（表4-5）。

  4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

  在此次質(zhì)量波動的處理過程中，我們前期以理論黃心料形成機(jī)理為依據(jù)，主要從改善窯系統(tǒng)通風(fēng)、下調(diào)Fe₂O₃含量入手進(jìn)行了調(diào)整，但黃心料偏多和fCaO超標(biāo)現(xiàn)象未明顯改觀。隨后針對石灰石原料中SiO₂不足的實(shí)際情況，通過摻加硅質(zhì)校正料和二次搭配石灰石，在熟料配料上采取下調(diào)飽和比、適中硅率、較低鋁率的配料方案，及時扭轉(zhuǎn)了熟料質(zhì)量波動。具體經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

  （1）石灰石質(zhì)量控制和認(rèn)知上存在缺陷，礦山對品位特好的石灰石未能嚴(yán)格搭配直接進(jìn)廠是導(dǎo)致本次質(zhì)量波動的主要誘導(dǎo)原因，配料人員對石灰石檢驗(yàn)結(jié)果敏感度不高，對SiO₂含量的控制認(rèn)識上有誤區(qū)，只關(guān)注上限控制而忽視了下限控制。

  （2）入窯煤粉揮發(fā)分偏低，影響了煤粉燃燒速度，熟料硅率、鋁率的失衡直接影響熟料結(jié)粒和燒結(jié)反應(yīng)，由于液相量、液相粘度的同步增大，大塊熟料顆粒會包裹未燃燒煤粉顆粒，在煅燒過程中內(nèi)部煤粉在氧不充分的環(huán)境下燃燒形成內(nèi)部還原氛圍，形成黃心料，由于液相粘度的增加抑制了C3S的形成速度，產(chǎn)生了較多的fCaO。因此確保煤粉快速燃燒、調(diào)整適宜的三率值可以從本質(zhì)上有效避免黃心料的形成和大量fCaO的產(chǎn)生。

  （3）日常過程控制中分析判斷依據(jù)偏少，致使沒有及時做出準(zhǔn)確判斷，需要充分利用熒光分析生料各化學(xué)含量變化趨勢分析指導(dǎo)生產(chǎn)。