聶寶建，王愛麗，徐志超，劉鐵

（徐州中聯(lián)水泥有限公司，江蘇 徐州 221011）

0 引言

生料礦化催化劑技術(shù)以促進(jìn)石英的晶型轉(zhuǎn)變，提高固相反應(yīng)速率及C2S轉(zhuǎn)化率為目的，主要作用機(jī)理是利用其含有的高效礦化物質(zhì)和多種微量元素（高效硅酸鹽催化元素），改善生料的易磨性和易燒性，從而達(dá)到提高窯磨臺(tái)時(shí)、改善產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

經(jīng)過初期試用數(shù)據(jù)分析，生料礦化催化劑確有一定的提高磨機(jī)臺(tái)時(shí)的作用，但是對(duì)于不同的物料，其作用效果并不一致，其作用的發(fā)揮與生料組成及催化劑用量密切相關(guān)。

1 主要設(shè)備

主要設(shè)備及型號(hào)見表1。

表1 主機(jī)設(shè)備及型號(hào)

2 應(yīng)用前狀況

近年來，徐州中聯(lián)水泥有限公司大力發(fā)展工業(yè)廢渣綜合利用技術(shù)，在生料配料中引入煤矸石、濕排粉煤灰，替代高鋁鐵礦石等鋁質(zhì)原材料，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)水泥窯協(xié)同處置污染土技術(shù)的研究，年均污染土處理量近25萬t，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

各種工業(yè)固廢的利用加之石灰石品位的降低，也對(duì)生產(chǎn)造成一定的影響。固廢中含硅量普遍超過45%，導(dǎo)致物料易磨性差、原料磨臺(tái)時(shí)偏低、工序電耗高。同時(shí)，由于大量結(jié)晶硅的存在，磨機(jī)篩余物中存在較大部分結(jié)晶硅。大量粗顆粒結(jié)晶硅造成窯內(nèi)礦化反應(yīng)慢、燒結(jié)反應(yīng)不徹底、熟料游離鈣易跑點(diǎn)、回轉(zhuǎn)窯臺(tái)時(shí)低、噸熟料工序電耗高、熟料強(qiáng)度低。

3 應(yīng)用過程

3.1 試用

2020年4月在二線開始試用，在生料制備中摻入萬分之四的生料催化劑。催化劑經(jīng)計(jì)量后由石灰石皮帶秤上加入，實(shí)際摻加量根據(jù)生料磨臺(tái)時(shí)自動(dòng)調(diào)整，催化劑添加見圖1。

圖1 催化劑添加

加入催化劑前后原料磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。通過表2可以看出，使用催化劑后兩臺(tái)磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量分別提高了3 t/h和14 t/h，工序電耗分別下降0.67 kw·h/t和1.38 kw·h/t。但是3號(hào)磨提產(chǎn)效果較4號(hào)磨相差較大，具體原因是由于石灰石庫下料時(shí)產(chǎn)生離析，導(dǎo)致3號(hào)磨入磨粒度較細(xì)，而4號(hào)磨入磨物料粒度較粗，表明生料催化劑在改善粗顆粒物料易磨性方面的作用要強(qiáng)于細(xì)顆粒物料。

表2 原料磨生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

加入催化劑前后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表3，由表3可知，使用催化劑后C1溜管溫度較使用前明顯下降，預(yù)熱器系統(tǒng)出口溫度也隨之下降，但窯電流和二次風(fēng)溫均有上升，說明熟料燒成溫度較高，燒結(jié)反應(yīng)比較徹底，篦冷機(jī)冷卻效果改善，熱回收效率提高，為煤耗降低創(chuàng)造了有利條件。窯臺(tái)時(shí)上升14 t/h，一方面與催化劑的使用有關(guān)，另一方面也與4月份窯無故障運(yùn)行有關(guān)，3月份窯因故障停機(jī)一次，影響了臺(tái)時(shí)發(fā)揮。

表3 2號(hào)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

加入催化劑前后熟料質(zhì)量對(duì)比見表4，由表4可知，使用催化劑后可適當(dāng)提高熟料飽和比指標(biāo)，有利于提高C3S含量，熟料早后期強(qiáng)度均有不同程度的提高，有利于降低水泥生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)使用催化劑時(shí)熟料硅率不宜過低，硅率小于2.50時(shí)其改善易燒性的作用不明顯，硅率在2.55～2.60時(shí)窯況最穩(wěn)定，所生產(chǎn)熟料結(jié)構(gòu)致密、斷面有光澤。

表4 熟料質(zhì)量對(duì)比

3.2 兩條線推廣

根據(jù)4月份在二線上的試驗(yàn)結(jié)果，一線在6月中旬檢修結(jié)束后開始使用生料催化劑。由于一線使用煤矸石代替高鋁鐵礦石配料，窯尾結(jié)皮較多，使用催化劑后，降低了入窯物料溫度控制指標(biāo)，窯尾結(jié)皮量有所降低。

2020年6月一線完成檢修投料開機(jī)，直到12月庫滿停窯，連續(xù)運(yùn)行近6個(gè)半月，從停窯后系統(tǒng)結(jié)皮和耐火材料的檢查情況來看，運(yùn)轉(zhuǎn)到春節(jié)沒有問題。二線自2020年9月開機(jī)以來，直到2021年6月仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，已連續(xù)運(yùn)行近9個(gè)月。目前窯胴體最高溫度402℃，預(yù)熱器系統(tǒng)壓力正常，預(yù)計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)到7月底8月初再行檢修。

生料磨全年生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表5，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，生料催化劑對(duì)細(xì)顆粒物料易磨性無改善作用，與4月份試用結(jié)果一致。

表5 生料磨全年生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

回轉(zhuǎn)密全年生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表6，由表6可知，一線使用煤矸石配料，有一定的節(jié)煤效果，結(jié)合催化劑使用，標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降較多。

表6 回轉(zhuǎn)窯全年生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比

使用催化劑后，生料配料采用“兩高一中”配料方案，即高飽和系數(shù)LSF、高硅率SM、中鋁率IM。全年熟料質(zhì)量對(duì)比見表7，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比，采用“兩高一中”配料方案后，提高了熟料后期強(qiáng)度。由于徐州中聯(lián)水泥有限公司石灰石品位不高，氧化鈣含量平均45.63%，同時(shí)搭配2.7%的污染土壤，采用“兩高一中”配料方案后，生料配料時(shí)石灰石比例提高近1.5%個(gè)百分點(diǎn)，降低了校正原料的用量，配料成本有效降低。

表7 全年熟料質(zhì)量對(duì)比

4 熟料巖相分析

一線熟料巖相見圖2、3、4，由圖可知，視野內(nèi)可見結(jié)晶良好的A礦、B礦，邊界清晰，A礦、B礦交叉分布，未見明顯聚集分布傾向，視野中少量Belite晶簇存在，說明該窯線所用生料中含有部分結(jié)晶SiO2且尺寸偏大，這與2號(hào)生料磨0.2 mm篩余偏大有關(guān)。采用催化劑后，0.2 mm篩余略有下降，但仍偏高。

圖2 一線熟料巖相分析

圖3 一線熟料巖相分析

圖4 一線熟料巖相分析

A礦大部分為六角板狀，發(fā)育良好；視野內(nèi)可見柱狀或長柱狀A(yù)礦，說明窯內(nèi)煅燒溫度高、液相量富或KH高；A礦邊界清晰，大部分尺寸20～35μm；B礦在視野內(nèi)較少，與A礦混雜，尺寸約10～25μm。

A礦發(fā)育良好，可見棱角，邊界清晰，尺寸20μm～35μm；B礦發(fā)育完整，雙晶紋可見，尺寸10μm～25μm。

為進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)比生料礦化催化劑效果，徐州中聯(lián)水泥有限公司二線在10月、11月停用催化劑，進(jìn)行空白對(duì)比試驗(yàn)。

二線熟料巖相分析見圖5、6、7，視野內(nèi)可見結(jié)晶A礦(深色)、B礦（淺色），A礦未見明顯邊界，A礦、B礦呈成堆分布傾向明顯，A礦成堆分布，大片聯(lián)生，B礦在視野內(nèi)大片成堆聚集分布。

A礦成堆分布，大片聯(lián)生；B礦在視野內(nèi)大片成堆聚集分布，尺寸20～30μm。

A礦尺寸偏大，邊界不清晰，大片聯(lián)生，尺寸30～55μm；B礦雙晶紋可見，聚集分布，尺寸20～30μm。

XRD定量分析表明：一線的A礦含量比二線高約3.8%，有利于熟料強(qiáng)度及熟料易磨性；一線的C3A含量比二線低約1.2%，有利于改善適應(yīng)性。

圖5 10月份二線熟料巖相分析

圖6 10月份二線熟料巖相分析

圖7 10月份二線熟料巖相分析

5 結(jié)語

一年的使用結(jié)果表明，對(duì)于礦山資源稟賦差、入磨石灰石粒度較大的企業(yè)，使用生料催化劑對(duì)提高生料制備臺(tái)時(shí)有明顯幫助。同時(shí)，對(duì)于因綜合利用固廢引入有害成分導(dǎo)致窯尾結(jié)皮多、熟料質(zhì)量下降的企業(yè)，使用催化劑能在一定程度上降低結(jié)皮量，降低預(yù)熱器系統(tǒng)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，提高結(jié)晶硅反應(yīng)活性，改善窯工況，提高熟料質(zhì)量。