旋窑操作手基础知识（一）

水泥 2003-03-25

一.熟料组成对烧成之effect. 二.熟料形成. 三.窑. 四.烧成研究构想. 五.生料组成对易烧性之影响. 六.烧成性分析.

一.熟料组成对烧成之effect.
    1.烧成条件:氧化气氛→黑色熟料(是)
                       →黄色熟料(否)
    2.烧成影饷主要因素:原料化学组成,矿物组成,物理性质(颗粒大小,均匀度).
    3.窑operatcon, o2/co, cooler 为第一阶段控制, 加减煤,加减料,窑KW, pyroclon 控制, clinker FL 控制之effect, SM,ZM,LSF 对烧成之effect.

二.熟料形成.
    1.熟料开始的组成:
             分解石(CaCO3)
             石英(SiO2)
             黏土(SiO2 M2O3 H2O)
             铁粉(Fe2O3)
    2.熟料形成之过程:熟料形成期间可发生之反应以如下温度范围来概述之.
          200℃以下生料中游离水干燥
          100~400℃ 粘土中结晶水遗失
          400~900℃ 黏土分解成Al2O3+SiO2
          550~900℃ 生料→CaO+CO2
          >800℃    CA
固态反应 >850℃    aluminate
          >830℃    C2S(至1200℃时,完全生成)
烧成反应 >1260℃   出现夜体(溶融物)
           ━1450℃时夜体含量达20~30%,视化学组成而定,SM↑夜体含量高↑
           ━1260℃ 烧成反应开始,料中主要含固体C2S,游离CaO及夜体, 固体在夜体中形成溶液,使扩散反应加速,C2S+CaO→C3S.C3S是水泥中的主要矿物.
          >1400℃ 液体组成,几乎生料中所有之Al2O3 +Fe2O3皆在液体中了,CaO 56%, SiO2 7%, Al2O3 23%, Fe2O3 14%. 冷却期间液体熔融物结晶成C3A及C4AF.
     3.烧成后的熟料矿物组成(具有水硬性)
          硅酸三钙 C3S━3CaO·SiO2
          硅酸二钙 C2S━2CaO·SiO2
          铝酸三钙 C3A━3CaO·Al2O3
          铁铝酸四钙 C4AF━4CaO·Al2O3·Fe2O3
       它们的生成量视温度,滞留时间,冷却速度而定.

三.窑.
     1.窑中各带之长度.
               分解带   过渡带烧成带   冷却带
    L/D━14~17 3~4D      5D     5~5.5D   1.5D
    L/D━10~11 1.5~2D    4.5D   3.5~4D    1D
    物料停留时间 2"       6"      10"    2"━20"
     2.短窑脱酸度,应该保持90~95%,避免窑内废气温度过高造成进料室及C4下料筛结皮堵塞.脱酸度超标会造成窑内温度分布波动,引起结圈,结皮.而且,将缩短分解带长度,使过渡带长度过长,窑速上不去,形成懒火焰烧成,失去快速锻烧之优势,产量,品质无法达标.
     3.熟料中MgO为2%时,熟料烧成温度降50℃,熟料中碱及硫也会降低.
>1260℃时,应该让绝大部份液相生成,以补快速锻烧.
     4.短窑采用快速锻烧,烧成带相对较短,火焰温度较高,但较短.故熟料粉形成温度要高,原料必须能“吃火”.
     5.RF:
       (1).Labahn,otto. and B. Kohihaas cement Engineers´ Handbook.
               Bauverlag Gmbh Wiesbaden and Berlin.4 th ed.1983.
       (2).H.F.W.Tsylor.Cement chemistry. Academil Prem Ltd.1990.
       (3).Peray,Kurt E.THE Rotary Cement Kiln, 2nd ed. Chemical Publishing1986N.F.
     6.影响预锻窑产量和品质的因素友有许多,如:操作水平,原料及燃料品质,生料成份及预均化程度.
          生料LSF高,窑内物料松散,不易燃烧及结窑皮,熟料f-CaO高使须提高温度,降低窑速及产量.
          生料LSF低,窑内物料紧贴,易形成长厚窑皮,窑皮和结大球使窑的操作状态恶化.
          所以保持生料的均衡稳定是保持旋窑易燃烧平衡的关键.
          SM低的生料,熔剂性矿的总量增加,即物料的夜体量增加,易造成窑内结圈结球,使窑内操作恶化,破坏热平衡.
          采用SM(2.50+-0.10),ZM(1.50+-0.10),LSF(91.5+-1.0)之配料,稳定声料品质,降低标准偏差.
          SM高,使物料易燃性降低,因Al2O3+Fe2O3含量降低,不利CaO+SiO2燃结,但预锻窑中需热量少,而热量供应很充分,故可胜任熟料烧成.
          IM高,使夜体黏度提高,但由于窑中火焰温度高,故也没有问题.
          LSF高,生料中碳酸盐矿物含量低,减少熟料的形成热,可降低热耗量. MgO在燃结温度下是一种助燃剂,使烧成反应易于进行,但含量过高易使烧成带结球. SO3来自原料及燃料,其在1000℃时形成SO2气体,并在窑系统中生成CaSO4,K2SO4,易在窑后段造成结圈及结料. Na2O及K2O对熟料品质及窑操作均有不良影响,它们在烧成带开始处挥发,随窑气飘到预热机底段,在900℃下凝结下来与SO2, CO2及氯反应,碱份循环易在窑内造成结料及结圈. 氯来自原料及煤炭,氯也会在高温下挥发与碱份形成氯化碱在窑中循环,造成预热机底段及窑尾结圈.适合燃煤用的生料若突然改燃油时,会造成难烧,这是因为缺少煤灰中的Al2O3及Fe2O3助燃剂之故.

四.烧成研究构想.
    1.(1).脱酸度一天一次 ,adj.煤量 of pyrodon.
      (2).ono mlthod 一天一次, adj.窑 operation.
    2. 配料方向：
      (1).确保入窑生料一致稳定.
      (2).熟料品质高,易燃性好,烧成带易结皮.
      (3).连续一致的入窑生料成份,是窑适当操作的最重要因素.

五.生料组成对易烧性之影响.
生料易烧性：生料在窑中转变成熟料之相对难易程度.可标示将生料烧成良好品质熟料所需之燃料量.
生料易烧性视生料组成而定,可用如下来表示：
   1.硅率系数(SM).
          SM= SiO2 / Al2O3+Fe2O3　
　硅率系数增加将使易燃性变差,因为Al2O3及Fe2O3含量使得CaO及SiO2可在较低温度下化合.
名词定义　易烧：生料须较少之燃料即可烧成熟料.
难烧：生料须较多之燃料才可烧成熟料.
   2.铝率系数(IM).
          IM= Al2O3 / Fe2O3　
　　铝率系数越高,生料越难烧.当其它成份固定时,铝含量越高越容易烧,因铝可促进CaO及SiO2之‘反应速率’. 熟料IM=1.4~1.6之间最佳,易烧性好,偏高时,会产生易烧性变差.
   3.石灰石饱和系数(LSF).
          LSF= CaO/（2.8SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3）
　熟料LSF在0.99以上时,将相当难烧,且即使升高窑温,熟料中游离石灰含量也舞法降低,反而会损失及窑皮及火砖. LSF在一般值时,窑温升高,熟料中F.L.降低,此时可从F.L. 含量来判断窑中temp是否适当,熟料F.L.以控制在0.8%较佳, 一般0.4〜1.2%.LSF0.90以下将使熟料F.L.偏太低.
　 4.水硬系数(HM):目前不常用了.
           HM= CaO /（SiO2+Al2O3+Fe2O3）
   5.液体含量:熟料在1450℃烧成时将形成半液体状态,此熟料床粘稠外观是窑操作手观察烧成带时一项很重要的控制参数. 液体%(1450℃)=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+Na2O当量总碱份. 或=1.13C3A+1.35C4AF+MgO+Na2O当量总碱份,其中MgO含量最高计至2%. 熟料中液体含量通常介于25〜27.5%之间,与温度成正比观系. 液体含量较高时,烧成带熟料床外观较粘,将使熟料较易烧成.

六.烧成性分析.
   1.生料成份之改变对窑操作有很大的影响,故窑操作手应预先掌握入窑的生料之成份变化情况,如Ⅰ型生料改换成Ⅱ型生料.
   2.入窑生料之粒度分布状况应尽量均一,减少变化.尤其粗颗粒的生料对烧成性及窑操作稳定性有很大影响.
     *.Kuehls烧成指数（BI）= C3S/ （C4AF+C3A）    值越高表示越难烧.
     *.Peray烧成参数(BF)=100(LSF)+10(SM)-3(MgO+Na2O当量总碱份).值越高表示越难烧.
     *.经验烧成参数(BF)=x(LSF)+y(SM)-j(MgO+Ma2O当量总碱份).(针对各窑,然后用多重回归分析决定x,y,j值).
例:熟料参数计算:（%）
    烧失量          0.16        0.16
    SiO2            22.00       22.15
    Al2O3           5.40        5.40
    Fe2O3           3.40        3.40
    CaO             65.00       64.75
    MgO             2.85        2.85
    Na2O当量        0.75        0.75
    总碱份
    SO3             0.30        0.30
    总计            99.86       99.86
    C3S             55.35       52.43
    C2S             21.41       24.33
    C3A             8.56        8.56
    C4AF            10.34       10.34
    HM              2.11        2.09
    SM              2.50        2.53
    ZM              1.59        1.59
    LSF             92.6        91.3
    液体含量(%)     26.38       26.38
    Kuehls烧成指数 2.93        2.77
    Peray烧成参数   106.8       105.8