水泥熟料产生白心的原因探索
水泥 2015-08-31
泾阳声威建材有限公司一期2500t ／ d 熟料生产线于 2004 年投产以来，熟料一直存有“夹心料”，颜色呈白色，较为松散，所占体积一般在5％～8％之间，最高可达到 12％。 现将我公司熟料产生“白心料”的原因和解决方案简述如下，供同行参考。
1 形成机理
众所周知， 在组成熟料的四种主要物料氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁中， 除氧化铁会产生颜色外，其余三个氧化物均为白色。 在氧化气氛下，氧化铁为黑色，但在还原气氛下， 根据还原气氛的强弱所表现出来的颜色有所不同，如黄色、绿色。 如果还原气氛很强，甚至可以把三价铁还原成金属铁， 此时表现为白色。 因此，氧化铁在不同程度的还原气氛下，可以表现出黄色、绿色或白色等不同的颜色。 可见 “白心料”与还原气氛有直接关系。
2 白心料的表观性状
熟料煅烧中存在大量的直径100～300mm 的球形大块料， 最大甚至达 1000mm 左右。大块球料外壳为坚硬的烧成物， 而内核则为两类色泽不一的结构物。 内核为致密型结构的黄色包裹体，即“黄心料”；大多数为内核不坚硬而且易碎松散物料，颜色呈灰白土色的“白心料”。
3 原因分析
（1）经取样化验 （表 1）分析 ，可以很容易看出，“白心料” 是经过高温煅烧， 且经过物理化学反应生成的熟料， 具有熟料的各种物理化学性能，与窑内窜出的生料相比，游离钙和烧失量均低于“夹生料”，色泽和粒径均不相同。 因此，不是我们认为的“夹生料”现象。
从表 1 数据可看出， 两组样品化学成分基本相近，虽然“白心料”中游离钙达 4.41％，但也说明物料在窑内已充分固相反应， 物料在液相反应中仍然 C2S 吸收 CaO， 变成 C3S不充分，故可认为“白心料”是经过煅烧但没有完全烧熟之故， 但又不是“夹生料”，从烧失量指标即可断定。
没有正常熟料强度高， 强度贡献值仅是正常熟料的 74．39％， 游离钙较高， 虽对整体熟料强度会有所下降，但“白心料”也并不是熟料的无效成分（表 2）。
（2）有一种看法认为 ，在熟料煅烧过程中，如果通风不良，就会产生还原气氛， 此时在烧成带熟料中的氧化铁就会表现出黄色、 绿色或白色，熟料也就变成相应的颜色。 但是熟料进入篦冷机后， 由于空气中含氧量提高，往往变成氧化气氛，此时熟料中的低价氧化铁就慢慢被氧化成三价铁，又重新变成了黑色。 但是由于此时熟料已经结粒， 氧气扩散到熟料内部比较困难， 而且熟料温度下降得很快， 这样就形成了熟料颗粒外表黑色，内部白色。
我公司试验结果表明， 其并非主要成因， 因为大块熟料颗粒拿到室外，用风镐打散，分别进行水冷和风冷，熟料仍是白心或黄心料。 故可认为， 未燃尽的煤粉落入熟料中继续燃烧，在进入烧成带时逐渐包裹，体积变大， 由于在熟料煅烧中是高温缺氧状态， 煤很容易产生大量的CO， 造成熟料中的三氧化二铁发生还原反应，产生白心料。
（3） 一般工艺管理不严格的企业， 未确定窑的理想熟料台时产量，为争取产量最大化 ，过度发挥窑的产能， 窑热工制度抗风险能力变差，当质量有所恶化时，采取增加头煤， 加以改善， 但长时间没有减下来，或采取降窑速，从而改变窑氧含量和填充率， 为还原气氛产生创造了条件， 从而进一步影响及窑皮的平整度， 长厚窑皮和结圈等工艺事故，形成白心料就不可避免了。
4 解决措施和效果
（1）加强工艺管理。 严格操作规程， 三班统一操作， 均衡稳定地生产， 每月进行一次热工参数和配料方案优化。 根据生产原始台帐，找出优质高产低消耗的区间， 生产参数和配料方案及其原燃材料成分进行分析和总结， 便于进一步反馈和指导生产。
（2） 进一步核实喷煤管技术参数性能。 喷煤管购进后，首先应对每个风道的横截面积进行计算， 同一次风机实际作功， 产生的风量计算出各出道的风速， 是否达到设计制造厂家或理论的技术参数性能，风速过大的应予以放风处理， 保证煤管火焰的涡流和高推力， 为建立良好热工制度创造前提条件。
（3）明确喷煤管的定位。 提高燃烧器角度和增加内风， 喷煤管一般情况下调节水平位置低 3°， 让煤灰在落入熟料时燃尽，但操作不好时，往往容易烧耐火砖， 造成局部高温点。
（4） 加强煤质与配料在生产中的适宜性分析。 在实际生产中，企业为降低成本或大宗原燃材料品位较低时，劣质原燃材料进入生产线，采取均化处理后， 仍需分析总结煤质与配料在生产过程中适宜性， 及时调整配料方案，保证熟料的产质量。我公司实际生产表明， 煤发热量越低， 铝氧率则必须控制在低水平运行。
（5）加强原燃材料成分的控制 。我公司曾因铜矿渣铁含量下降，造成大量熟料产生白心料。 经分析认为：铜矿渣含有氟化钙，具有矿化剂的性能，因品位低，配比时掺入量相应提高，造成易结大块和厚窑皮，产生“白心料”。 在一次铜矿渣供应不足的情况下， 更换成低品位的铁矿石，其他控制指标未变，煅烧出的熟料呈墨绿色，解决了白心料现象。 这就进一步证实了工业废渣含有或多或少的矿化物， 可降低熟料低固融点温度， 是造成白心料的一大主要因素。
我公司加强了上述五个方面工作，取得了较好的防范和处理效果。据数据统计分析， 游离钙合格率得到进一步提高，从 73％提高到 87％，增强了安定性。 熟料 3d 和 28d 抗压强度分别由 24MPa 和 48MPa 提高到 28MPa 和 57MPa， 从而大幅增加了水泥中混合材的掺加量。
5 结论
（1） 还原气氛是造成熟料夹有白心料的真实原因。 一般在热工制度不稳定（如头煤过多、长厚窑皮、结圈结蛋、 窑速频繁调整、 频繁塌料、窑炉风不匹配等）状态下，熟料粒径大，不均齐，极易产生白心料，严重影响熟料质量和二次风温，操作困难，合格率低，煤耗较高，必须结合生产实际情况及时分析调整。
（2） 白心料对熟料安定性和强度的影响随白心料的增加而恶化，生产过程中必须高度重视。 在良好的热工制度下， 即使产生少量的白心料， 对熟料强度和安定性不会造成过大影响，仅是色泽问题，不必过于担心。 但应做好相应的记录，分析原因，做到白心料不再增加。
（3） 必须高度关注原燃材料的指标变化情况，“生在料上， 死在窑上” 说明了实践是检验认知的唯一手段。 因此， 利用数理统计分析工具， 反求原燃材料的控制指标是指导和处理生产实际问题的有效手段，具有较高的现实意义。
（4）超产应根据生产实际情况 ，定出窑台时产量高限， 即窑理想熟料产量，不能随意性地创出台产新高，均衡稳定才是生产之根本，也是杜绝“白心料”的有效途径。
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