防水之家讯:在水泥生产中,MgO能够降低熟料煅烧温度,但过多的MgO,在熟料形成过程中生成方镁石晶体,会引起水泥的安定性不良。它对水泥性能和对煅烧操作的影响,已受到人们的普遍关注。因此,许多国家的水泥标准中规定了硅酸盐水泥或熟料中MgO的含量(见表1)。对我国大多数水泥厂所用石灰石原料来说,MgO含量都比较低。而我厂由于矿山结构的变化,从1994年8月开始在1000t/d熟料预分解窑生产线使用含镁量较高的石灰石。高MgO的原料,对预分解窑的操作和熟料质量的影响,引起了我们的高度重视。为此,生产中在技术和管理上,采取了积极措施,并取得了良好的效果。
表1不同国家水泥标准中对MgO的要求
1、生料中MgO的来源
我厂原料的化学组成见表2。由表可看出,生料中MgO的来源,主要是含MgO较高的石灰石。我国现行的《水泥原料矿床地质勘探规范》中规定:石灰石中MgO≤3.0%。我厂部分石灰石中的MgO含量已超出此标准,并且MgO波动大,熟料中MgO含量波动在2.6%~4.9%之间,从而给生产带来了一定困难。
表2石灰质、粘土和铁粉的化学组成
我厂MgO在石灰石中主要以白云石形式存在。
2、煅烧操作中出现的问题
许多预分解窑厂家的经验证明,熟料率值的选择,对熟料强度有重要的影响。我们结合本厂的原料,曾采用了熟料KH=0.88、n=2.5、P=1.5的配料方案,这种方案适应微量元素较小的原料。在没有使用高MgO石灰石之前,这一方案在生产中比较适应,熟料组成见表3。当使用高MgO石灰石后,熟料组成发生了变化,见表4。
熟料液相量增大,液相粘度降低。操作中窑皮明显增长,由正常煅烧时15~16m左右,增长到22m多,有时甚至长达30多米。浮窑皮厚度增加,最厚时达到600mm,严重影响了窑内通风。熟料结粒明显增大,粗细不均,窑内常出现大料块和结大蛋现象。致使窑内情况恶化,熟料的质量降低,常因大蛋和后圈而停窑,给窑的连续运转和稳定操作带来了很大困难。
表3使用低MgO石灰石时熟料组成
表4使用高MgO石灰石时熟料组成
3、生产中采取的措施
我厂预分解窑煅烧系统,采用了Φ3.2m×46m回转窑(斜度4.0%,转速0.6~3.01r/min),低压损五级旋风预热器、TC—DD型分解炉、三风道煤粉燃烧器、富勒式篦冷机等主要设备。
在正常生产的状态下,入窑物料的分解率波动在82%~89%,偏下限较多。回转窑的转速控制2.5~2.8r/min,预分解窑具有窑头温度高、烧成带长、转速高、熟料结粒均细等特点,根据这些特点,针对MgO高的生料,我们采取了以下措施。
(1)严格控制生料,稳定MgO含量
为了使熟料中MgO含量达到厂内控指标(MgO<4.6),必须控制生料中Mg≤2.6%。从原料石灰厂进厂严把质量关,分采点按镁高低分类储存。在厂灰厂破碎阶段,合理搭,配并按比例掺入10%左右的白垩土(因白垩土矿已枯,量不足)。另一方面因地制宜,把原储存库改造为布料小车预均化库,使配料用石灰石Mg的含量波动低,变化小。
(2)调整配料方案
许多预分解窑企业,普遍采用“高硅酸率、高铝氧率、中饱和比”的配料方案。率值的控制一般为KH=0.87~0.88,SM=2.5±0.1,IM=1.6±0.1,这一方案,多数能保证熟料中硅酸盐矿物的总量,并有较大的烧结范围。但由于MgO含量的增加,熟料在高温带的液相量相应增加,液相粘度降低,反而烧结范围变窄,易结大块。其作用可看作与Fe2O3相似。针对这种现象,适当调整了配料方案。即降低熟料中Fe2O3含量,同时适当降低Al2O3含量,提高SM和IM值。石灰饱和系数值也由过去的0.88提高到0.90~0.92,调整后熟料组成见表5。
表5调整配比后熟料组成
(3)稳定入窑物料分解率
我厂使用烟煤,属褐煤类。煤粉水分波动在3.5%~6.0%左右,加上喂煤系统设备计量不准,分解炉喂煤不够稳定,入窑物料分解率波动大。为解决这一难题,首先将原喂煤单管螺旋机由Φ180mm改为Φ250mm,由高转速变为低转速。同时改进了煤粉仓底部吹风管位置,使煤粉能稳定连续供应。我厂分解炉为DD炉,三次风为切向进入。为了提高煤粉燃烧速度,在三次风管上距入炉口1.8m处,增加了一个喷煤管,即喷煤管由原来两个改为三个。使新增喷煤管喂煤量占炉用煤量的30%。此管煤粉在三次风的预热下,燃烧快,起到了煤粉的预燃作用,稳定了炉温,有效地控制了入窑物料分解率,并稳定在84%~87%。减少了因MgO高而造成的结皮堵塞现象,同时避免了因入窑物料分解率过低引起的“慢窑”和“跑生”,抑制了厚窑皮的生长。
(4)加强操作,严格检查
使用高镁原料,C5及下料管常发生堵塞。我们在C5的下料管上,增加了吹堵装置,完善了测压三级报警系统,有效防范了故障,提高了大窑的运转率。
(5)控制烧成带长度
预分解窑的烧成带长度,通常为窑长的40%左右。它的长短反映了物料在高温带停留时间。由于高MgO的掺入,使物料从窑尾到烧成带的液相量相应增加,并降低了烧成带液相的粘度。烧成带增长,浮窑皮长度增加,且物料在窑内容易提前粘结成球,在烧成带形成大块,这种大块经过烧成带后,只是表面烧结,内部反应不完全,熟料结粒粗细不均,性脆、欠烧,fCaO高。在这种条件下煅烧,能促进MgO形成方镁石晶体,影响熟料质量。同时在冷却机中熟料冷却不够,二、三次风温低,冷却带相应延长,使窑系统操作困难。
因此,在操作中尽量加速窑头煤的燃烧,提高篦冷机物料厚度,提高二次风温,缩短烧成带和冷却带,使窑尾温度控制在1000~1050℃,具体方法如下:
(1)调节煤粉燃烧器内外用风
我厂回转窑使用三风道燃烧器。为了提高窑头温度,控制内风阀门开度100%,外风开度0~30%,加大一次风量。调节内风出口的间隙,使出口风速加大,增强煤粉与高温二次风的混合,从而确保煤粉快速燃烧,使火焰缩短,控制烧成带长度。
(2)调节煤粉燃烧器的合理位置
我厂回转窑用煤,挥发分较高,见表6。
表6煤粉的工业分析(%)
原煤综合水分高达10%~13%,而且煤粉水分含量高。这种煤容易在窑内形成低温长带煅烧。为此将喷煤管拉出来,调至-100~-300mm处,使煤粉喷出后,快速受到窑内高温辐射和二次风的对流传热,加速了煤粉燃烧,提高了火焰温度,进而使冷却带缩短。对于熟料急冷,提高二、三次风温都是有利的。为了防止窑皮增厚和拉长,在不损伤窑皮的前提下,适当抬高喷煤管,远离物料。
(3)加速熟料的冷却
熟料的急冷,可使熟料中C3S、β-C2S晶形稳定,产生更多的玻璃体,避免L(液相)+C3S→C3A+C2S的转熔反应,提高C3S含量。同时也可使方镁石晶体尺寸减小,提高MgO在液相中的溶解度,减小因方镁石对水泥安定性的影响。因此,在篦冷机操作时,应保持好篦冷机各室的压力,特别是一室的压力。根据一室篦下压力调节篦床速度,并保持一、二室风机用全风,使通过高温料层的风量稳定而充分。熟料得到急冷,压蒸安定性也有改善,见表7。
4、效果
通过上述措施的实施,实现了回转窑稳定操作,解决了窑内结球,结圈现象,提高了窑的运转率。不仅充分利用了我厂高镁原料资源,而且使熟料质量有一定提高(见表8),为我厂创造了近百万元的经济效益。
表7措施调整前后熟料压蒸安定性对照表
注:表中fCaO、MgO数据为本厂检验结果;压蒸试验委托国家水泥质量中心检验。
表8采取措施前后熟料质量对照表
5、体会
通过使用高镁原料,我们认为:
(1)MgO对预分解窑的操作和对熟料质量的影响,是不能低估的;但生产中做好控制,使用高镁原料是可行的。
(2)MgO的作用可看作与Fe2O3相似,在配料中应降低Fe2O3含量,使SM、IM值提高。
(3)在回转窑操作中,应控制烧成带长度,适当降低窑尾温度,控制熟料结粒。
(4)加强熟料冷却,减少方镁石对水泥安定性的影响。
(5)在应用高镁原料时,采用高品质的烟煤是很必要的。
参考文献
1、袁本辉,韦池等.水泥工业法规及标准汇编.北京:中国标准出版社,1993,8
2、郭俊才.水泥及混凝土技术进展.北京:中国建材工业出版社,1993,6
3、王善拔,陈袁魁.预分解窑的配料方案及微组分对熟料质量的影响.水泥,1995,(7)
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