才世杰

1 前言

河南省同力水泥股份有限公司擁有一條2000t/d新型干法生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線作為我國早期開發(fā)的新型干法生產(chǎn)線已明顯落后于現(xiàn)在的大型新型干法生產(chǎn)線，為此，公司決定走差異化可持續(xù)的發(fā)展道路，充分發(fā)揮規(guī)模小、窯易于操控、可以靈活轉(zhuǎn)變的優(yōu)勢(shì)，用該生產(chǎn)線生產(chǎn)油井水泥。

2 油井水泥熟料與普通水泥熟料的區(qū)別

2.1 生料制備

（1）由于油井生料所需要的鐵粉和砂巖量較生產(chǎn)普通生料時(shí)大得多，而現(xiàn)用的鐵粉秤和砂巖秤能力有限，所以生料磨產(chǎn)量因兩臺(tái)秤的影響而下降。

（2）生料細(xì)度偏粗，對(duì)窯系統(tǒng)影響較大。生產(chǎn)油井水泥生料過程中曾出現(xiàn)生料磨選粉機(jī)撒料盤磨損漏料，導(dǎo)致生料細(xì)度一度超過了28%。生料顆粒變粗后分解率下降、fCaO含量超標(biāo)，過粗的生料顆粒形成“蛋核”，導(dǎo)致窯內(nèi)“結(jié)蛋”。

2.2 煤粉制備

（1）生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)子秤、粉研秤間隙調(diào)整不合適，導(dǎo)致頭、尾秤下煤不穩(wěn)，有躥煤現(xiàn)象，爐溫波動(dòng)嚴(yán)重。

（2）由于出磨風(fēng)溫偏低，冬季生產(chǎn)時(shí)煤粉倉錐體部位結(jié)露、煤粉粘結(jié)，進(jìn)一步導(dǎo)致頭尾煤下煤不穩(wěn)。

以上情況在生產(chǎn)普通水泥熟料時(shí)問題還不很突出，但對(duì)于燒結(jié)范圍較窄的油井熟料來講卻是致命的。

2.3 熟料煅燒

燒成系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備見表1。

（1）燒結(jié)范圍較窄，預(yù)熱器易堵塞，預(yù)熱爐爐壁易燒損。

表1 主機(jī)設(shè)備參數(shù)表

由于油井水泥熟料采用的是高飽和比、中硅率、低鋁氧率的配料方案，因此，油井水泥熟料AM低，F(xiàn)e2O3含量較高，液相出現(xiàn)較早，每當(dāng)C4AB下料管溫度達(dá)到820℃以上時(shí)，極易發(fā)生堵塞和塌料現(xiàn)象，造成窯內(nèi)跑生料。而預(yù)燃爐內(nèi)因瞬時(shí)沒有生料，進(jìn)一步造成預(yù)燃爐溫度過高，爐內(nèi)顏色雪白刺眼，爐壁經(jīng)常燒壞。

（2）窯內(nèi)填充率大和入窯物料波動(dòng)大，造成回轉(zhuǎn)窯易結(jié)“大蛋”。

生產(chǎn)油井水泥熟料的過程中，有時(shí)候窯速偏低，油井水泥熟料液相量較大、粘度小，如果窯速低，則物料堆積，翻滾不靈活；轉(zhuǎn)換期間入窯物料波動(dòng)較大，KH值從0.84波動(dòng)到0.96；有時(shí)會(huì)出現(xiàn)十多個(gè)小時(shí)窯速都在2.2r/min的情況，在不按比例減少喂料量的情況下，這種操作大大提高了窯內(nèi)的填充率，增加了“結(jié)圈”“結(jié)蛋”的可能。

（3）由于液相粘度小、燒結(jié)范圍窄，物料粘結(jié)力下降，不容易掛窯皮，出窯熟料易產(chǎn)生飛砂料，對(duì)耐火材料的沖刷力增加，嚴(yán)重影響窯內(nèi)襯料的使用壽命。

圖1和圖2是我公司生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料和G級(jí)高抗硫油井水泥熟料時(shí)的窯皮溫度分布情況對(duì)比。

從筒體溫度掃描上看，在生產(chǎn)普通熟料時(shí)，從窯頭到燒成帶筒體溫度均勻分布在220～280℃左右。過渡帶筒體溫度在260～320℃左右，且燒成帶窯皮長度占窯長的35%。而窯從煅燒普通水泥熟料向煅燒特種水泥熟料轉(zhuǎn)產(chǎn)期間，容易出現(xiàn)較大波動(dòng)。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，原來16～21m處的主窯皮全部垮掉，致使筒體溫度偏高，威脅到窯襯的使用壽命。掉窯皮時(shí)篦冷機(jī)一二段、錘破和斜車電流異常偏高，大塊窯皮能使錘破機(jī)堵塞跳停，造成停窯的事故。

（4）窯操作員有時(shí)會(huì)加大頭煤的用量，當(dāng)頭煤用量過大時(shí)，頭尾煤比例失衡，尾煤加不進(jìn)去，導(dǎo)致分解爐溫度更加難以控制，爐溫波動(dòng)帶來窯況波動(dòng)，形成惡性循環(huán)。

（5）生產(chǎn)油井水泥熟料的過程中，有時(shí)在堵塞或躥料后，重新投料時(shí)操作員認(rèn)為物料易燒，恢復(fù)較快，追求短時(shí)間內(nèi)使窯況恢復(fù)到正常狀態(tài)，調(diào)整窯速較快，有時(shí)還會(huì)發(fā)生二次跑生料。

3 解決措施

3.1 針對(duì)生料制備、煤磨階段存在問題所采取的解決辦法

（1）更換了大流量的砂巖秤和鐵粉秤，滿足了生料磨的需求。

（2）在化驗(yàn)室調(diào)整配料之前，車間提前對(duì)生料磨進(jìn)行定檢，排除設(shè)備故障。在生產(chǎn)油井水泥熟料的前兩、三天，補(bǔ)加研磨體，保持較高的生料庫位。同時(shí)，操作員應(yīng)適當(dāng)降低生料細(xì)度≤14%以下，為變料做好準(zhǔn)備。

（3）現(xiàn)場(chǎng)崗位人員應(yīng)加強(qiáng)巡檢力度，保持秤體各負(fù)壓系統(tǒng)暢通，穩(wěn)定喂煤量。

（4）轉(zhuǎn)換前利用檢修時(shí)間對(duì)粉研秤柔性分格輪更換耐磨羊毛氈墊，增強(qiáng)鎖風(fēng)效果，解決下煤不穩(wěn)的情況。

（5）為提高煤磨進(jìn)口溫度，將溫度達(dá)920℃左右的三次風(fēng)引入煤磨熱風(fēng)管，使磨機(jī)出磨風(fēng)溫達(dá)到了60～70℃，降低了出磨煤粉水分，有效防止了煤粉倉結(jié)露情況。

3.2 生產(chǎn)油井熟料C4A和C4B錐體堵塞、塌料嚴(yán)重及爐壁經(jīng)常燒損的原因分析

（1）由于原來設(shè)計(jì)C4AB下料口的撒料板角度和長度不太合適，擋風(fēng)比較嚴(yán)重，每當(dāng)窯尾系統(tǒng)拉風(fēng)小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)三次風(fēng)抽不進(jìn)爐內(nèi)，反而朝著窯頭方向流動(dòng)，導(dǎo)致C4A和C4B來料被帶到三次風(fēng)管內(nèi)，堵塞三次風(fēng)管道，影響爐內(nèi)熱工制度。這種情況在生產(chǎn)普通熟料時(shí)也會(huì)發(fā)生。

（2）我公司對(duì)預(yù)分解系統(tǒng)改造時(shí)，由于受預(yù)熱器塔架空間的限制，不得不將C4AB下料管與垂直方向上做成大約θ=40°左右的傾角，且下料管較短僅為2m，如圖3所示。由于物料的勢(shì)能較小，一旦物料稍微粘結(jié)，就會(huì)造成下料不暢。輕者用空氣炮打，造成塌料，重則導(dǎo)致物料在下料管內(nèi)堆積堵塞。塌落的物料倒流入三次風(fēng)管內(nèi)，由此造成三次風(fēng)管堵塞，因三次風(fēng)量少造成分解爐內(nèi)氣體流場(chǎng)和煤粉燃燒急劇減弱，系統(tǒng)工況進(jìn)一步惡化。

圖1 生產(chǎn)普通硅酸鹽熟料的窯皮溫度分布情況

圖2 生產(chǎn)G級(jí)高抗硫油井水泥熟料時(shí)窯皮溫度最終的分布情況

（3）由于喂煤、喂料量波動(dòng)或窯況差時(shí)導(dǎo)致煤粉燃燒不充分，使得分解爐溫度急劇上升，四級(jí)溫度隨之升高（一般在高于820℃后），再加上油井熟料Fe2O3含量較高，達(dá)到了5.0%以上，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)不完全燃燒時(shí)，三價(jià)鐵被CO還原成二價(jià)鐵量會(huì)增大，物料極易在四級(jí)提前生成液相，發(fā)生堵塞。

3.3 上述問題的解決措施

（1）將原長度為600mm、斜度為35°的撒料板抽出，安裝上長約500mm、斜度為55°的撒料板，擴(kuò)大兩側(cè)三次風(fēng)入預(yù)熱爐出口面積，如圖4所示。在投料初期，通過在四級(jí)下料管內(nèi)插入高壓風(fēng)，幫助物料下料順暢。

（2）將C4A和C4B的下料口分別向爐側(cè)移動(dòng)200mm，盡量讓C4物料進(jìn)入預(yù)燃爐內(nèi)，讓物料拋撒到爐內(nèi)。在兩個(gè)三次風(fēng)管出口處，爐的徑向方向上各自砌一道豎的耐火磚墻（見圖5），以減小三次風(fēng)出口截面積，提高三次風(fēng)速，保證入爐物料能夠充分分散、懸浮，擴(kuò)大物料換熱面積，提高傳熱效率，從而穩(wěn)定分解爐工況條件，減少預(yù)燃爐塌料的發(fā)生。

（3）嚴(yán)格控制C4AB下料管溫度不超過800℃。

（4）將高壓風(fēng)管插入C4AB下料管內(nèi)，破壞高溫物料粘結(jié)、結(jié)拱，確保下料順暢。

（5）對(duì)分解爐出口溫度控制操作要求“勤調(diào)整，小波動(dòng)”，盡量在目標(biāo)控制值的±5℃范圍內(nèi)波動(dòng)。

（6）維修人員一定要保證C4AB下料管空氣炮工作正常。

（7）在生產(chǎn)油井熟料前務(wù)必將預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮用高壓水槍清理一遍，盡量使系統(tǒng)壓力恢復(fù)到剛檢修完的狀態(tài)，并制定生產(chǎn)油井熟料時(shí)的操作參數(shù)，四班必須嚴(yán)格執(zhí)行。

3.4 制定油井熟料生產(chǎn)期間的操作參數(shù)

我公司在生產(chǎn)G級(jí)高抗硫酸鹽型油井水泥熟料時(shí)，選擇了以下配料方案:KH=0.90±0.01，SM=2.40±0.10，AM=0.75±0.10，C3S≥50% ，C3A≤3%，C4AF+2C3A≤24%。

油井熟料和普通熟料主要參數(shù)控制值如表2所示。

3.5 生產(chǎn)油井水泥熟料期間出現(xiàn)飛砂料現(xiàn)象的主要原因

（1）有時(shí)為了控制游離鈣，將分解爐溫度控制得相對(duì)較高。如果過分追求更高的分解率，而燒成帶受火焰形狀限制不可能隨意拉長，勢(shì)必造成窯內(nèi)過渡帶延長，物料在900～1250℃之間停留時(shí)間過長。在這個(gè)溫度下，物料擴(kuò)散速度很快，又無法形成阿利特，就會(huì)造成貝利特和fCaO再結(jié)晶，形成粗大結(jié)構(gòu)，降低物料的活性和晶格缺陷活性，這都會(huì)阻礙A礦的形成。嚴(yán)重時(shí)造成熟料過燒，又有大量的粉粒，即形成“飛砂料”。

圖4 改造后的撒料板

圖5 三次風(fēng)管入爐處截面示意

表2 油井熟料和普通熟料控制參數(shù)

（2）AM偏低，液相粘度低，表面張力低，使物料粘結(jié)成大顆粒的機(jī)會(huì)下降，從而形成飛砂料。

3.6 上述問題的解決措施

（1）適當(dāng)降低分解爐以及五級(jí)下料管溫度；開大三次風(fēng)閘閥，高溫三次風(fēng)使得尾煤燃燒充分，分解爐爐溫穩(wěn)定。

（2）噴煤管應(yīng)比正常往外拉，提高二、三次風(fēng)溫，提高燒成帶溫度。

（3）篦冷機(jī)一段要實(shí)現(xiàn)厚料層操作。穩(wěn)定而高的料層厚度有助于提高二次風(fēng)溫，為燃燒創(chuàng)造條件，提高火焰溫度。

3.7 生料轉(zhuǎn)變階段窯皮大范圍垮落并出現(xiàn)“結(jié)蛋”現(xiàn)象的解決措施

操作中要控制煤粉細(xì)度≤8%，生料細(xì)度≤14%，盡可能用物料先穩(wěn)定分解爐出口溫度，穩(wěn)定拉風(fēng)量，緩慢提高窯速，保證熟料結(jié)構(gòu)致密，結(jié)粒細(xì)小均勻，嚴(yán)格控制fCaO的含量＜1%。

表3 油井水泥熟料與普通硅酸鹽水泥熟料化學(xué)成分分析，%

表4 油井水泥熟料與普通硅酸鹽水泥熟料率值和礦物組成，%

表5 油井水泥熟料與普通硅酸鹽水泥熟料的物理、力學(xué)性能指標(biāo)

圖6 2010年9月27日9：00油井熟料生產(chǎn)期熟料的XRD圖譜

圖7 2010年9月27日9：00油井熟料生產(chǎn)期熟料的SEM照片及EDS分析

3.8 選擇合適的配料率值和液相量

通過不斷摸索，當(dāng)熟料SM=2.40±0.10、AM=0.75±0.10、KH 在0.91～0.92之間時(shí)，不但可以緩解預(yù)熱器結(jié)皮現(xiàn)象，而且窯況會(huì)相對(duì)穩(wěn)定，fCaO也好控制。

此外，生產(chǎn)油井水泥熟料的過程中，有時(shí)在堵塞或跑生料后，在重新投料時(shí)，操作員要有耐心，調(diào)整窯速的速度不要過快，避免發(fā)生二次躥生。

4 效果

通過以上改進(jìn)措施，我公司分別于2010年9月份、2011年9份和2012年3月以及2012年6月份四次成功生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)合格的G級(jí)高抗硫油井水泥熟料，并且通過改進(jìn)和優(yōu)化工藝參數(shù)后，在轉(zhuǎn)換成普通熟料時(shí)生產(chǎn)也更加穩(wěn)定。

（1）油井熟料與普通熟料的各物理、化學(xué)指標(biāo)和礦物力學(xué)強(qiáng)度對(duì)比如表3～5所示。

（2）油井熟料的XRD圖譜見圖6。

（3）不同熟料的SEM照片及EDS分析。通過對(duì)試樣進(jìn)行XRD、SEM等微觀分析，其礦物組成與化學(xué)分析基本一致。XRD分析顯示，各熟料的硅酸鹽礦物組成主要是C3S、C2S，中間相礦物主要是C3A、C4AF。四種熟料均有較強(qiáng)的C3S衍射峰，且熟料的C3A衍射峰均很弱。SEM照片顯示，油井水泥熟料（圖7）煅燒較好，阿利特礦物發(fā)育較為均勻，邊界清晰，中間相較多，這與配料時(shí)設(shè)定的SM低、液相量高是一致的?！?/p>