一次熟料质量波动的分析与处理
水泥 中材汉江水泥股份有限公司 赵永林 2015-01-13
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笔者公司两条新型干法窑窑熟料先后出现游离钙高、结粒偏大、黄心料多的较大质量波动，由于C3A含量增大凝结时间缩短，不仅增加了水泥粉磨中石膏的掺量而且水泥与砼减水剂的相容性变差，也严重影响了水泥的外观。通过综合分析引起黄心料的原因、物料影响因素，采取了相关改进措施及时扭转了熟料质量波动。
1 问题的出现
公司现有2000t/d、2500t/d两条新型干法水泥生产线，2013年8月29日起2000t/d线出窑熟料出现少量黄心料，9.8-9.11日集中出现大量黄心料（图1），70%以上熟料结粒在40mm左右，比前期正常熟料结粒增大约10mm，C3A含量最高达到了9.60%，出窑熟料fCaO持续偏高，最高达7.79%，平均值超过2.0%，熟料率值n下降近0.35，P上升近0.25，烧失量增加，立升重下降(表1)。2500t/d线自9.10日检修结束点火投料后，也出现类似现象（表1,图2）。
2 原因分析
结合黄心料形成机理和实际熟料质量状况，分析此次质量波动的主要原因有：（1）窑内通风不良,煤粉不完全燃烧产生还原气氛，熟料外壳颜色为正常黑色而内核Fe3+被还原成Fe2+形成黄芯。（2）煤粉燃烧性能差、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烧形成黄心料，随着Al2O3升高液相粘度的增大，C3S生成趋于困难，引起fCaO偏高、烧失量增大，反映熟料烧结反应不充分。（3）MgO含量下降致使熟料液相生成温度同比上升，液相粘度减少、表面张力下降，不利于熟料结粒，间接造成煅烧困难。
3 采取的措施
最初根据8.29-9.8日熟料质量及分析结果认为熟料黄心料多、fCaO高是由于窑内通风不良及煤粉不完全燃烧以及窑内熟料煅烧不充分引起的，因此对2000t/d线重点采取降台时、加大二次风量、减少总喂煤量、降低生料Fe2O3含量等措施，即窑投料量由145t/h降至130t/h，三次风阀开度减小至35%~40%，头煤由5t/h降至4.2t/h（表2），由于前后煤粉质量除挥发分略有下降外基本没有变化，仅对水分、细度做了进一步控制，但整体调整效果不明显，未改变熟料黄心料多、游离钙高的现状。
直至9月10日2500t/d生产线检修完毕，点火投料后也出现大量结粒偏大的黄心料，熟料率值变化趋势与2000t/d线相同，至此排除了系统方面的原因，将调整目标放在了原材料方面。根据进厂原燃材料化学检验结果，熟料质量波动前后铁矿石尾矿、粘土、进厂煤质量相对稳定，入窑煤粉水分、细度基本没有发生变化，只有进厂石灰石有较大质量波动（表3）。
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当时预均化堆棚内石灰石占3/4，储量约1.8万t，为9.1-9.9日进厂石灰石，使用区域主要为9.1-9.3进厂，由检验数据可知，发生波动时石灰石SiO2含量明显下降，生料KH异常升高。由于三组分（石灰石、粘土、铁矿尾矿）配料，为保证熟料KH在控制指标范围内，采取了减少石灰石、增大粘土配料比例的方案，但是伴随着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，依靠增加粘土补充的SiO2含量不仅不能完全扭转熟料低硅率的现状，反而进一步加剧了液相量、液相粘度的变大，不利于C2S吸收fCaO形成C3S，从而导致熟料fCaO偏高。
由于石灰石品位太好，现有三组分配料三率值无法实现饱和比和铝率适中、硅率上调的调整，因石灰石预均化堆棚入口通道被料堆阻挡，铲车无法进入，不能实施堆棚内石灰石二次搭配（与硅含量较高石灰石搭配增加SiO2含量）方案。为了增加SiO2含量，降低生料配料粘土配比，减少生料Al2O3含量，调整生熟料三率值。9-9日下午15:30左右掺入硅砂尾泥（硅质校正料）板喂机给定3Hz（体积约为硫酸渣的1/4-1/5），9-10日下午铲车进入石灰石预均化堆棚进行库内搭配（与9.7-9日进厂石灰石1:1搭配），中班开始生料Al2O3下降，1#线3.5%、2#线3.3%，至9-13日熟料硅率、铝率逐步恢复，两线窑投料量也达到了正常值，出窑熟料色泽、结粒、fCaO正常（表4-5）。
4 经验总结
在此次质量波动的处理过程中，我们前期以理论黄心料形成机理为依据，主要从改善窑系统通风、下调Fe2O3含量入手进行了调整，但黄心料偏多和fCaO超标现象未明显改观。随后针对石灰石原料中SiO2不足的实际情况，通过掺加硅质校正料和二次搭配石灰石，在熟料配料上采取下调饱和比、适中硅率、较低铝率的配料方案，及时扭转了熟料质量波动。具体经验总结如下：
（1）石灰石质量控制和认知上存在缺陷，矿山对品位特好的石灰石未能严格搭配直接进厂是导致本次质量波动的主要诱导原因，配料人员对石灰石检验结果敏感度不高，对SiO2含量的控制认识上有误区，只关注上限控制而忽视了下限控制。
（2）入窑煤粉挥发分偏低，影响了煤粉燃烧速度，熟料硅率、铝率的失衡直接影响熟料结粒和烧结反应，由于液相量、液相粘度的同步增大，大块熟料颗粒会包裹未燃烧煤粉颗粒，在煅烧过程中内部煤粉在氧不充分的环境下燃烧形成内部还原氛围，形成黄心料，由于液相粘度的增加抑制了C3S的形成速度，产生了较多的fCaO。因此确保煤粉快速燃烧、调整适宜的三率值可以从本质上有效避免黄心料的形成和大量fCaO的产生。
（3）日常过程控制中分析判断依据偏少，致使没有及时做出准确判断，需要充分利用荧光分析生料各化学含量变化趋势分析指导生产。
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