陳啟超，鄒波，韓顯平，茍華東，劉永建

淺析影響熟料質(zhì)量的因素

Analysis of Factors Affecting the Clinker Quality

陳啟超，鄒波，韓顯平，茍華東，劉永建

影響熟料質(zhì)量的因素，主要有原料成分、配料質(zhì)量、燒成熱工制度以及煅燒技術(shù)幾方面。

1 氧化鎂的影響

原料中的MgO經(jīng)過高溫煅燒，其中一部分與熟料礦物結(jié)合成固溶體，一部分熔于液相中。當(dāng)熟料中含有少量MgO時(shí)，能降低熟料的燒成溫度，增加液相量，降低粘度，還能改善水泥的色澤。在硅酸鹽水泥中，MgO與主要熟料礦物化合的最大含量約為2%，超過部分就會(huì)呈游離狀態(tài)，以方鎂石的形式出現(xiàn)。方鎂石與水反應(yīng)生成Mg（OH）2，其體積較游離MgO大，而且反應(yīng)速度極慢，導(dǎo)致已經(jīng)硬化的水泥凝固體內(nèi)部發(fā)生體積膨脹而開裂，造成所謂MgO膨脹性破裂，對(duì)熟料質(zhì)量及水泥質(zhì)量影響較大。

2 氯的影響

氯在煅燒系統(tǒng)中經(jīng)高溫反應(yīng)主要生成CaCl2或氯化堿，其揮發(fā)性特別高，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)幾乎全部再次高溫?fù)]發(fā)，形成氯、堿循環(huán)富集，致使預(yù)熱器生料中氯化物的含量提高近百倍。另外，氯離子含量高對(duì)水泥混凝土質(zhì)量影響也較大，因此，國(guó)內(nèi)水泥新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)氯離子含量有了較嚴(yán)格的要求，含量不得超過0.06%。

3 游離二氧化硅的影響

游離二氧化硅是原料中的有害雜質(zhì)，以隱晶質(zhì)的α-石英為主，結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)地堅(jiān)硬，耐壓強(qiáng)度高，易磨性差，化學(xué)活性低、反應(yīng)慢，對(duì)立磨及窯的操作均有不良影響。

4 硫含量的影響

窯內(nèi)的硫化物主要形式是SO2，它在窯內(nèi)的來源，一是燃料中硫的氧化，二是硫酸鹽的分解，在窯燒成帶汽化的99%的SO2都被旋風(fēng)預(yù)熱器中的K2O、Na2O、和Ca2O所結(jié)合，隨著氣流在溫度較低處的生料粉顆粒表面凝聚。這些R2SO4除一小部分被窯灰?guī)ё咄?，因其揮發(fā)分較低，故大部分被固定在熟料中而帶出窯外，這是S/R正好平衡時(shí)的情況。

當(dāng)S/R比失調(diào)的時(shí)候，SO2含量有富余，氣態(tài)SO2在窯氣中循環(huán)富集，硫會(huì)在窯尾預(yù)熱器中聚集，并在窯尾和四、五級(jí)預(yù)熱器形成硫循環(huán)結(jié)皮時(shí)，造成預(yù)熱器結(jié)皮堵塞，對(duì)熟料燒成影響較大；如是堿有富余，剩余的堿就會(huì)生成高揮發(fā)性的氯化堿和中等揮發(fā)性的碳酸堿，形成氯和堿的循環(huán)，影響預(yù)熱器的正常操作，因此較適宜的S/R比應(yīng)控制在0.8～1.2。

5 堿含量（K2O+Na2O）的影響

堿對(duì)水泥生產(chǎn)的影響較大，過量的堿會(huì)使水泥產(chǎn)生堿集料反應(yīng)。而煅燒含堿過高的生料時(shí)，由于堿性揮發(fā)物在窯尾和預(yù)熱器中的循環(huán)富集，容易引起結(jié)皮堵塞，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)會(huì)造成料子發(fā)粘，燒結(jié)溫度范圍縮小，飛砂嚴(yán)重，窯皮疏松，使熟料質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)將無(wú)法正常生產(chǎn)。堿除一部分揮發(fā)循環(huán)外，其余大部分都是以硫酸鹽的形式存在于熟料中。堿含量過高也是形成黃心料的另一種原因，如果堿含量過高，還會(huì)使熟料凝結(jié)時(shí)間縮短，甚至急凝，安定性不良，抗折強(qiáng)度降低等，并且早期強(qiáng)度略有升高，但后期強(qiáng)度則明顯下降。因此，現(xiàn)在很多混凝土大型工程都對(duì)水泥中的堿含量提出了較高的要求，以提高混凝土的質(zhì)量，一般都要求控制在0.6%以內(nèi)。

6 燃煤的影響

回轉(zhuǎn)窯煅燒用煤質(zhì)量要求灰分Aad≤25%，揮發(fā)分 Vad在 15%～30%，發(fā)熱量 Qnet,ad≥20900kJ/kg，煤粉細(xì)度要求控制在6%～15%。事實(shí)上，我國(guó)目前由于優(yōu)質(zhì)煤炭供應(yīng)緊張且價(jià)格很高，很多廠家都達(dá)不到這一要求。由于煤粉燃燒后灰分全部沉落在燒成帶的熟料顆粒表面上，造成熟料顆粒表面富硅化，從而改變熟料表層礦物成分，C3S含量下降，C2S含量上升，影響熟料煅燒質(zhì)量。適度控制頭尾煤用量，比例控制在4:6左右，從而增加分解爐中煤灰分與灼燒生料的混合程度，降低頭煤煤灰對(duì)熟料質(zhì)量的負(fù)面影響。

7 火焰形狀和溫度的影響

煤粉燃燒火焰形狀的調(diào)節(jié)取決于煤粉的熱值、灰分、細(xì)度和揮發(fā)分及水分的大小，還取決于一次風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)壓和風(fēng)量大小，即窯頭燃燒器的規(guī)格和性能以及對(duì)不同煤質(zhì)的適應(yīng)性。調(diào)整好窯火焰長(zhǎng)度也就是調(diào)整好燒成帶長(zhǎng)度，也就是調(diào)整控制了熟料在高溫?zé)蓭Ａ舻臅r(shí)間，火焰形狀和長(zhǎng)度直接影響到熟料中C3S礦物的晶粒發(fā)育大小和活性。因此，在燒高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)熟料時(shí)，必須調(diào)整火焰長(zhǎng)度適中，既不拉長(zhǎng)火焰，使燒成帶溫度降低，也不縮短火焰，使高溫部分過于集中，從而燒垮窯皮和耐火磚，影響窯的安全運(yùn)轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)火焰形狀粗細(xì)必須與窯斷面積相適應(yīng)，要求是較近料而不觸料，正常形狀保持其縱斷面為正柳葉形狀，以保證熟料煅燒的質(zhì)量。

至于干法窯窯頭火焰溫度的控制，視窯型大小而異。對(duì)于大型窯，如5000t/d以上窯型，火焰溫度控制在1750℃～1950℃的較高范圍內(nèi)比較有利。窯內(nèi)火焰溫度取決于兩部分因素：一是煤粉熱值、灰分和細(xì)度；二是二次風(fēng)溫大小，對(duì)于燒劣質(zhì)煤而言提高二次風(fēng)溫很重要。對(duì)于易燒性差和含堿高的生料，適當(dāng)提高火焰溫度，采用高溫?zé)捎欣谑炝腺|(zhì)量的提高和堿分的充分揮發(fā)，可獲得低堿熟料，對(duì)熟料質(zhì)量有幫助。

8 熟料煅燒溫度的影響

一般情況下，只要控制熟料煅燒溫度在1300℃～1450℃～1300℃可確保熟料質(zhì)量和燒結(jié)。目前我國(guó)相當(dāng)部分廠家由于采用雙高配料（高KH、高SM）生產(chǎn)高強(qiáng)熟料，其生料易燒性變差，熱力強(qiáng)度高，所以相應(yīng)熟料煅燒溫度應(yīng)適度偏高控制，控制在1300℃～1500℃～1300℃左右比較有利。

9 窯型規(guī)格的影響

窯的長(zhǎng)徑比對(duì)熟料煅燒質(zhì)量有較大影響，如2000t/d預(yù)分解窯的L/D當(dāng)前趨向于較短一些設(shè)計(jì)控制，以設(shè)計(jì)控制在10～11左右的廠家居多，這樣有利于熟料質(zhì)量的提高。主要由于低長(zhǎng)徑比短窯相應(yīng)縮短了過渡帶的長(zhǎng)度，有利于熟料升溫速率的提高；也縮短了預(yù)分解系統(tǒng)入窯灼熱生料的低溫陳化時(shí)間，有利于熟料C2S和fCaO及時(shí)溶入熟料液相以及C3S的形成和結(jié)晶，對(duì)優(yōu)質(zhì)熟料的形成較為有利。

窯的直徑大小也對(duì)熟料煅燒質(zhì)量有一定影響，一般認(rèn)為大直徑窯比小直徑窯有利于熟料煅燒質(zhì)量的提高。這是因?yàn)榇蟾G在配料時(shí)采用高KH、高SM的配料，SM控制在2.8～3.0，KH控制在0.89～0.93，窯頭噴煤量大，火焰溫度偏高，有的甚至高達(dá)1800℃以上，仍然可以將以上雙高配料的熟料煅燒充分，質(zhì)量良好。

10 窯速的影響

對(duì)于短小型預(yù)分解窯，如?3m×48m、?4m×43m預(yù)分解窯，窯速控制在3.0～3.5r/min，對(duì)熟料質(zhì)量比較有利。因?yàn)槠涓G長(zhǎng)度較短，為確保熟料在短窯內(nèi)的高溫停留時(shí)間，窯速偏低控制較為有利。而對(duì)于長(zhǎng)窯而言，窯速則偏高較好，如?4.3m×62m、? 4.8m×74m預(yù)分解窯,窯速控制在3.8～4.2r/min，對(duì)于高產(chǎn)質(zhì)優(yōu)有利。

11 升溫速率和冷卻速率的影響

優(yōu)質(zhì)熟料的形成要求預(yù)熱器分解爐氣固換熱效率高、傳熱快，在窯內(nèi)過渡帶升溫階段要快速升溫，在操作控制上就是要適度提高窯速、加大灼燒生料的翻滾頻次，縮短過渡帶長(zhǎng)度，延長(zhǎng)燒成帶長(zhǎng)度，促進(jìn)熟料的C3S礦物形成和燒結(jié)。

燒高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)的熟料必須要求快燒急冷，窯頭篦冷機(jī)操作要強(qiáng)化，一室、二室高壓風(fēng)風(fēng)量要迅速，強(qiáng)化冷風(fēng)對(duì)高溫熟料的急冷效果，急冷有利于防止C3S向C2S的轉(zhuǎn)化，有利于熟料質(zhì)量的提高，也能提高熟料的易磨性。

12 入窯生料分解率的影響

入窯分解率是生料經(jīng)過分解爐及下級(jí)預(yù)熱器后，分解成氧化物的碳酸鹽占總碳酸鹽的百分比，是衡量分解爐任務(wù)完成好壞的唯一指標(biāo)，合適的分解率有利于熟料的煅燒，但并不是越高越好，如果剩余不足5%～10%的氧化鈣繼續(xù)在分解爐內(nèi)分解，也就是CaCO3分解吸熱反應(yīng)后的礦物生成的放熱反應(yīng)，會(huì)造成災(zāi)難性的燒結(jié)堵塞在分解爐及預(yù)熱器內(nèi)發(fā)生。因此，合適的入窯分解率應(yīng)控制在90%～95%左右為宜。

13 窯內(nèi)氣氛的影響

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煤粉燃燒過?？諝庀禂?shù)一般應(yīng)控制在1.10～1.15左右，以窯尾廢氣中氧濃度控制在2%～3%左右較好，即保持微氧化氣氛操作。但如果過?？諝庀禂?shù)控制過低，二次風(fēng)不足，就容易導(dǎo)致還原氣氛的產(chǎn)生，窯內(nèi)如果出現(xiàn)還原氣氛，會(huì)產(chǎn)生CO氣體，且熟料中Fe2O3成分會(huì)被CO還原成FeO，影響熟料液相成分和粘度，影響熟料燒結(jié)，易產(chǎn)生大量黃心熟料，也浪費(fèi)熱量和燃煤消耗量，從而影響到熟料質(zhì)量。

綜上所述，在水泥熟料煅燒過程中，需要考慮到的方面很多，一旦生產(chǎn)的原燃材料已經(jīng)確定，就需要在工藝配比方案上做大量試驗(yàn)，要結(jié)合自身的原料成分特別是有害成分的含量、煤質(zhì)情況、窯型及設(shè)備情況、操作控制技術(shù)等作出適宜的配比方案。不要片面追求高KH，高SM，更不能盲目套用別人的率值選擇。優(yōu)質(zhì)熟料的率值必須與化學(xué)成分相匹配，更要追求優(yōu)質(zhì)低能耗低成本的理念，而不是一味地追求高產(chǎn)。

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趙蓮