水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)操作控制

國(guó)外某咨詢公司對(duì)水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)操作控制提出如下看法，情況如下：

回轉(zhuǎn)窯是一臺(tái)傾斜的長(zhǎng)圓柱體回轉(zhuǎn)裝備，窯內(nèi)生料加熱煅燒后轉(zhuǎn)變?yōu)槭炝?。生產(chǎn)操作需穩(wěn)定的燒成帶和窯皮，穩(wěn)定的煙氣和料流溫度，以及穩(wěn)定的熟料產(chǎn)量，而實(shí)際上，入窯的生料成分和數(shù)量是變化的，燃料的熱值、灰分、揮發(fā)分和水分也不盡一致，要保持窯的穩(wěn)定生產(chǎn)控制因素很多，注意事項(xiàng)如下：

1　窯速和停留時(shí)間

回轉(zhuǎn)窯的直徑、長(zhǎng)度、斜度均是固定的，唯一變化的是轉(zhuǎn)速。窯內(nèi)物料的停留時(shí)間與轉(zhuǎn)速有關(guān)，也與窯的直徑、長(zhǎng)度、斜度等因素有關(guān)，目前回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料停留時(shí)間沒有專門的公式，一般借用美國(guó)礦業(yè)用于烘干機(jī)的公式（方程式）。

式中：

有些人認(rèn)為，生產(chǎn)過程中，窯速控制物料流量，料速比應(yīng)穩(wěn)定，以保持窯內(nèi)物料料層厚度的穩(wěn)定。即入窯物料量減少，窯速相應(yīng)減少，物料停留時(shí)間增加。預(yù)分解窯物料在窯內(nèi)停留時(shí)間為20～25min。

從生產(chǎn)實(shí)踐來看，預(yù)分解窯入窯物料溫度約900℃，窯料的一些熔融物形成，不同程度影響窯料的表面粘度及其運(yùn)行速度，此外，物料在窯內(nèi)結(jié)皮、結(jié)圈也影響物料運(yùn)行。有些人認(rèn)為物料在窯內(nèi)停留時(shí)間約30min。

近年來，隨著入窯物料分解率的提高，預(yù)分解窯速?gòu)脑缙诘?r/min提高至5r/min以上，窯內(nèi)物料停留時(shí)間有所減少。

2　窯內(nèi)物料的反應(yīng)狀況

生料中的的碳酸鈣在接近900℃時(shí)分解，生成的氧化鈣（CaO）與二氧化硅作用，生成C2S，與此同時(shí)，生料中的氧化鋁（Al2O3）和氧化鐵（Fe2O3）等熔融物相互作用，生成C12A7及C2（AF）等熔融物，最終形成C4AF和C3A等熔融物，在熔融物內(nèi)，C2S和fCaO作用，生成C3S。

由于SiO2的性能及顆粒尺寸大小不一，所生成的C2S、C3S的晶體尺寸也不一致，致使熟料顆粒尺寸從粉粒到大塊，通常熟料顆粒＜40mm。

圖1指出生料轉(zhuǎn)變?yōu)槭炝匣衔锏那闆r，這些化合物源于生料成分，其數(shù)量宜通過X衍射測(cè)定方法來確定。新的化合物可通過熟料顯微鏡檢測(cè)礦物的晶格尺寸，從而計(jì)算其強(qiáng)度，此外顯微檢測(cè)還可判斷燒成帶狀況。

3　窯皮和耐火磚

窯料在加熱過程中，一些礦物熔融，粘附在火轉(zhuǎn)表面上形成窯皮，從上過渡帶至下過渡均掛有窯皮。如圖2所示，窯皮最厚的部位在燒成帶，厚度約30～40cm為宜。

圖1　預(yù)分解窯內(nèi)礦物反應(yīng)

圖2　預(yù)分解窯各帶窯皮狀況

圖3　熟料成分影響窯皮性能

圖4　預(yù)分解窯系統(tǒng)各部位煙氣和物料溫度

圖5　火焰形狀對(duì)SO3揮發(fā)的影響

表1　回轉(zhuǎn)窯控制所需記錄

耐火磚維修不僅損失窯產(chǎn)量，而且耗用材料和人工費(fèi)用。耐火磚的性能是能保持窯皮，這與火磚成分和熟料成分有關(guān)。窯皮粘掛情況見圖3。窯料內(nèi)含有堿、硫等少量元素化合物，對(duì)耐火材料的影響較大。

為減少窯內(nèi)耐火磚的損壞，應(yīng)按原燃料的化學(xué)性能及工藝狀況進(jìn)行耐火材料的選用，在生產(chǎn)時(shí)掛好窯皮，做好耐火材料損壞記錄，分析損壞原因。若生產(chǎn)中難于找出內(nèi)部損壞原因，可將耐火材料送至有關(guān)部門檢測(cè)其質(zhì)量，同時(shí)對(duì)砌筑進(jìn)行檢查。此外，若發(fā)現(xiàn)所配用的耐火材料不合適，可優(yōu)化再次選用，或適當(dāng)調(diào)整熟料成分，以延長(zhǎng)耐火磚使用。

4　熱力強(qiáng)度

燃料系統(tǒng)和燃燒器型式直接影響窯內(nèi)物料的溫度和生料轉(zhuǎn)變?yōu)槭炝系男阅?。若窯的剖面溫度偏低，所形成的熟料內(nèi)fCaO偏高，若溫度過高，易生成大晶格C3S熟料，影響結(jié)粒和強(qiáng)度。研究所示，窯內(nèi)火焰短，熟料在高溫部位停留時(shí)間短，溫度上升較高，結(jié)粒較均勻，且冷卻速度快，強(qiáng)度較高。

預(yù)分解窯系統(tǒng)內(nèi)煙氣和物料溫度見圖4。

5　揮發(fā)物循環(huán)

入窯生料和燃料中含有堿、硫、氯等化合物，這些化合物相互作用，生成熔點(diǎn)較低的堿氯、堿硫等化合物或復(fù)合化合物，易在預(yù)熱器系統(tǒng)較熱部位和回轉(zhuǎn)窯后部結(jié)皮堵塞，影響料流和氣流運(yùn)行，生產(chǎn)操作時(shí)需及時(shí)清理，以使煙氣、物料正常運(yùn)行。其中氯堿化合物的揮發(fā)溫度低于熟料煅燒溫度，一般在回轉(zhuǎn)窯冷端揮發(fā)，在預(yù)熱器和窯冷端熔融造成堵塞，只能通過旁路放風(fēng)減緩結(jié)皮，而硫堿化合物的揮發(fā)溫度一般較高，如硫酸鉀（鈉）揮發(fā)溫度超過熟料煅燒溫度，低于火焰溫度，煅燒中部分揮發(fā)，但硫堿化合物的特點(diǎn)是在還原的煙氣內(nèi)，硫堿化合物分解，生成的二氧化硫（SO2）隨煙氣后逸，與堿的氧化物作用生成硫酸鹽，此類硫酸鹽在煙氣中加熱至熔融溫度時(shí)，易在窯內(nèi)結(jié)皮、結(jié)大塊，堵塞煙氣和料流的運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)造成較大損害。為避免硫酸鹽分解，通常要在窯內(nèi)形成氧化氣氛，即窯尾煙氣的過剩氧＞1.5%～2%，且在窯頭使用短火焰（圖5）。

6　氣流

窯內(nèi)燃料燃燒必須有足夠的氧，所產(chǎn)生的高溫?zé)煔獗仨氁揽繜上到y(tǒng)風(fēng)機(jī)向后拉動(dòng)，在此過程中，高溫?zé)煔饧訜岣G料，使溫度升高而燒成熟料，煙氣對(duì)生料加熱時(shí)，溫度逐漸下降，最終從煙囪排至大氣。

為保證燃料燃燒，空氣內(nèi)必須有足夠的氧，因而風(fēng)機(jī)對(duì)氣流的拉力必須合適，風(fēng)壓過高，且流量過大，易造成火焰過長(zhǎng)，增加燃料燃燒量；風(fēng)壓和流量偏低，會(huì)造成燃料不完全燃燒，窯內(nèi)形成還原氣氛，易使熟料中的鐵還原，而使熟料球中心呈棕色。此外還易使熟料內(nèi)硫酸鹽分解，SO3揮發(fā)造成窯尾結(jié)皮、結(jié)圈及大塊。

7　窯的控制

上述表明，回轉(zhuǎn)窯雖是一個(gè)簡(jiǎn)單的長(zhǎng)形圓筒，但在熟料煅燒過程中，與入窯生料成分、細(xì)度、配料率值以及燃料性能，煙氣中氧含量及流量和溫度等都有關(guān)，也與窯料在窯內(nèi)停留時(shí)間和熟料形成過程及熟料冷卻狀況等因素有關(guān)，其控制因素復(fù)雜，為便于窯的控制，一般應(yīng)做如下記錄：

所有的生產(chǎn)損失包括窯慢轉(zhuǎn)及停窯的記錄及其產(chǎn)生原因。

窯料和熟料造成揮發(fā)循環(huán)的化學(xué)成分和發(fā)展趨勢(shì)的記錄及產(chǎn)生原因。

燒成系統(tǒng)結(jié)皮、結(jié)圈的產(chǎn)生原因及清理記錄。

結(jié)皮和耐火材料檢測(cè)厚度記錄及全部耐火材料檢修更換記錄。

熟料的微細(xì)檢查（即晶相檢查）記錄。

燒成系統(tǒng)控制需求記錄見表1。

陳友德編譯自

No.2/2015

InternationalCementReview