常見熟料fCaO高的原因及解決辦法

瞿學坤

常見熟料fCaO高的原因及解決辦法

Common Reasons and Solutions for High Free Lime Clinkers

瞿學坤

但凡從事水泥生產(chǎn)的人都知道熟料游離氧化鈣（以下簡稱游離鈣）對熟料質(zhì)量的重要性，它的高低直接影響水泥的安定性及熟料質(zhì)量。根據(jù)游離鈣產(chǎn)生的原因可分為：輕燒游離鈣、一次游離鈣、二次游離鈣。下面結(jié)合我公司近年來新型干法水泥的生產(chǎn)歷程，談談常見熟料fCaO高的原因及解決辦法。

1 輕燒游離鈣產(chǎn)生的原因及解決辦法

輕燒游離鈣主要是來料不穩(wěn)或塌料、掉窯皮，或燃料成分變化或喂料量不當增大，使得煅燒溫度低，導致游離鈣過高。一旦出現(xiàn)上述異常現(xiàn)象，要立即減料，如果塌料較大或窯尾溫度降低較多，此時減料幅度要略大些，但不宜一次減料過大，防止C1出口溫度升得過高、過快；緊接著相應減少分解爐的喂煤，控制好分解爐出口溫度，防止過高造成預熱器堵塞；如果游離鈣超標不多，可適當減料10～30t/h，分解爐出口溫度控制比正常略高10℃左右，但不要超過920℃；同時要查明塌料原因或煅燒溫度低的原因，采取解決辦法，待游離鈣合格后投料量再逐步加至正常值。

2 一次游離鈣產(chǎn)生的原因及解決辦法

一次游離鈣是由于生料中氧化鈣成分過高，或煅燒不良，熟料中仍存在未進行化學反應的CaO。這些CaO經(jīng)高溫煅燒呈“死燒狀態(tài)”，結(jié)構(gòu)致密，晶體較大，水化很慢，容易引起安定性不良，常見情況有以下幾種。

2.1 配料不當

在預分解窯的工藝控制中，一般采用兩高一中的配料方案，即SM、AM以及KH適中。我公司石灰石礦山MgO含量高，熟料中MgO含量在3.5%～5%之間，所以我們的配料方案兩高（KH、SM）一中（AM）的配料，這樣的配料方案在生料成分穩(wěn)定時fCaO還能控制住，只要KH大于控制指標就會造成熟料fCaO偏高，因為KH過高C3S含量相對較多，熟料煅燒就會困難，fCaO也就自然升高，這種情況比較常見。一般新型干法線熟料KH控制在0.86～0.90，我公司熟料KH控制在0.90～0.93之間，一旦超過0.93，fCaO就會偏大。當熟料的SM高時液相量就會偏少，fCaO不易被C2S吸收形成C3S，造成fCaO偏高；當然SM過低，溶劑礦物過多，加之我公司熟料中MgO偏高，所以很容易造成厚長窯皮、結(jié)圈、結(jié)大球、結(jié)大蛋等，致使窯內(nèi)通風不好窯況惡化，fCaO也會偏高。當AM過高時熟料液相粘度增大，不利于fCaO的擴散吸收，也會造成fCaO偏高；當然AM過低液相就會提前出現(xiàn)形成球，在燒成帶燒不透造成fCaO偏高，同樣由于熟料需要的煅燒溫度低，如果按正常的溫度控制，也會造成燒成帶結(jié)粒粗大、大塊多、熟料內(nèi)部傳熱慢，窯況不穩(wěn)定，導致fCaO偏高。

在實際的生產(chǎn)管理中，配料方案應與生產(chǎn)用原燃料的情況有機結(jié)合，逐步找出適合本生產(chǎn)線的配料方案。我們公司干法線在2006年剛投產(chǎn)時，考慮到系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，停機次數(shù)多，操作員操作技能不熟練，結(jié)合石灰石中MgO高等情況，我們制定的配料方案是KH=0.88±0.02，SM=2.9±0.1，AM=1.6±0.1，生產(chǎn)用煤采用優(yōu)質(zhì)煙煤，熟料產(chǎn)量5300t/d左右，系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定，熟料質(zhì)量也比較穩(wěn)定。2007年10月由于煤價快速上漲，為了降低生產(chǎn)成本，我們對配煤方案進行了調(diào)整，增大了集團公司內(nèi)部生產(chǎn)的長焰煤的比例，生產(chǎn)煤工業(yè)分析變化見表1。

表1 煤工業(yè)分析

雖然增大喂煤量后生產(chǎn)能夠穩(wěn)定住，調(diào)整后生產(chǎn)煤的發(fā)熱量降低，水分增大，揮發(fā)分基本一樣，但熟料fCaO合格率卻大幅下滑，合格率勉強達到70%，同時燒成帶后部17～21m處窯皮變厚。考慮干法線產(chǎn)量不是很高，于是對配料方案進行了調(diào)整：KH=0.88±0.02，SM=2.6±0.1，AM=1.6±0.1，調(diào)整后生料的易燒性明顯好轉(zhuǎn)，fCaO合格率重新回到85%以上，只是標準煤耗略微增大。

2.2 由于生料成分波動過大造成fCaO偏大

首先是原料成分發(fā)生變化導致生料成分波動大，其中影響最大的是石灰石品位的波動。由于公司的石灰石中MgO含量高，因此礦山上至少有兩個MgO含量不同的采面同時開采搭配使用，才能保證生產(chǎn)的正常運行。一旦出現(xiàn)單采低鎂高鈣的工作面時，生料KH就會激增，如果配料調(diào)整不及時，熟料fCaO就會出現(xiàn)偏高。后來我們加大石灰石檢驗的頻率，由每周一次改為兩天一次取樣分析，并對分包礦山開采的公司進行嚴格的考核并據(jù)此獎罰。

其次就是硅質(zhì)原料的波動，我們公司的石灰石品位較低，石灰石氧化鈣的含量在42%～49%之間，為了確保正常的配料，硅質(zhì)原料采用紅砂巖和硅微粉搭配使用，成分見表2。

表2 硅質(zhì)原料成分表，%

由表2可見，這兩種原料二氧化硅的含量差別較大，系統(tǒng)設(shè)計又沒有考慮搭配使用，故未設(shè)計配料秤，只設(shè)計一個下料口（我公司堆煤系統(tǒng)設(shè)計有兩臺定量給料機，便于實現(xiàn)精確配煤）。這給砂巖和硅微粉的搭配使用帶來很大不便，只能靠鏟車入料時進行簡單的配比。剛開始我們的配比方案是砂巖：硅微粉=3：1，后來調(diào)整為2：1，就是讓鏟車司機按照配比三斗砂巖加一斗硅微粉或兩斗砂巖加一斗硅微粉搭配入料。通過化驗數(shù)據(jù)來看很不理想，生料的SM波動比較大，熟料fCaO合格率低。于是我們又調(diào)整配比方案為砂巖：硅微粉=1：1，這樣便于鏟車司機進行操作；同時改進堆料方法，采用波浪形堆料法，每次堆3m高就移動3m，再堆3m高，第二層每堆的落料點定在第一層的兩堆正中間，堆料到比第一層頂點高3m時移動3m再堆，依此類推。堆料過程中化驗室還要不定時抽查，因為兩種物料的顏色不同，砂巖是紅色，硅微粉是黃色，如果配料不均勻很容易看出來。經(jīng)過幾天運行后，生料的SM穩(wěn)定了下來，熟料的fCaO就正常了。即便是這樣，只要化驗室配料能夠保證，一般還是不要同時使用兩種品位相差很多的硅質(zhì)原料，這樣生料成分會更加穩(wěn)定。

2.3 熟料煅燒不好是造成fCaO偏高最常見的原因

熟料煅燒不好的影響因素較多，歸納起來最為常見的原因有兩種，一種是煅燒溫度低，另一種是火焰形狀及位置不合理。

2.3.1 操作不當造成煅燒溫度低的情況比較常見

（1）當原燃料發(fā)生了變化而操作未及時進行調(diào)整，尤其是煤質(zhì)變差時，如果一味追求產(chǎn)量，多加煤頂著燒，就容易出現(xiàn)窯結(jié)圈、長厚窯皮、結(jié)大球，分解爐系統(tǒng)出現(xiàn)溫度倒掛，煙室結(jié)皮嚴重，熟料升重降低，fCaO明顯升高。當出現(xiàn)煤質(zhì)變差時，我們首先采取的措施就是調(diào)整燃燒器的參數(shù)，主要是調(diào)整內(nèi)外風間隙，使火焰變得短粗，強化煤粉的燃燒，同時還要提高一次風的壓力；其次是降低煤粉細度，對于煤磨是立式磨的生產(chǎn)線來說尤其是磨損后期，煤磨可允許的停機時間不多，加之因煤質(zhì)變差導致用煤量加大，因此降低煤粉細度的空間非常有限，如果窯況還是不行，只好減產(chǎn)保質(zhì)量。

（2）二次風和三次風的匹配對窯的產(chǎn)質(zhì)量起著非常重要的作用，新型干法水泥生產(chǎn)線最基本的工藝規(guī)律是：風、煤、料、窯速要配合適當，其中風是最重要的。風量決定投料量，風量決定喂煤量，風量也就影響著產(chǎn)品質(zhì)量。我公司多次出現(xiàn)熟料fCaO不合格的原因就是因為二次風和三次風分配不當造成的。特別是對于那些沒有高溫氣體分析儀或有但分析儀不能穩(wěn)定工作的生產(chǎn)線來說，想準確地判斷二次風和三次風是否匹配不容易，主要是根據(jù)熟料、窯皮、分解爐系統(tǒng)溫度的變化以及窯電流的變化來分析。當三次風過大時窯內(nèi)通風不好，窯頭煤加不上去，窯電流低，二、三次風溫低，熟料結(jié)粒差，顏色發(fā)黃。想要穩(wěn)住窯電流必須提高分解爐出口的溫度，且分解爐出口溫度不好控制，一旦出現(xiàn)溫度升高可迅速到930℃，剛一減煤溫度很快又降了下來，接著窯電流就會快速下滑，窯頭飛砂嚴重。此時分解爐用煤量比正常值要高，煙室溫度高、結(jié)皮多。出窯熟料中?100mm～?300mm的料球多，嚴重時篦冷機料床的表面布滿這種料球。這時fCaO合格率會大幅下降，所以一經(jīng)發(fā)現(xiàn)要及時關(guān)小三次風，增大窯風。出現(xiàn)這種情況常見的原因是三次風閘板部分燒斷發(fā)生脫落。當三次風過小時，分解爐用煤比例就會變小，但分解爐出口溫度不低，此時入窯物料分解率不高，致使窯內(nèi)負荷加重，同時窯內(nèi)通風加大，火焰被拉長，燒成帶溫度降低，窯皮變長。此時窯電流表現(xiàn)為忽高忽低穩(wěn)定不住，這是與三次風過大表現(xiàn)不一樣的地方。檢查出窯熟料可見外觀發(fā)灰，砸開后內(nèi)部疏松多孔，就是一種欠燒料。由于和窯風過小的熟料有相似之處，如果判斷失誤采取措施不當就會適得其反，窯況不但沒能好轉(zhuǎn)，反而更加惡化。所以必須認真鑒別，準確定位，做到調(diào)整果斷有效。

（3）在二次風和三次風分配正常的情況下，如果系統(tǒng)出現(xiàn)波動，如來料不穩(wěn)或塌料、掉窯皮以及因配料站斷料而引起生料成分大幅波動等情況，加上操作員看火、看料的經(jīng)驗不足盲目加煤，就會出現(xiàn)頭煤過多喂煤偏少的現(xiàn)象，造成煙室溫度偏高，煙室結(jié)皮快，如清理不及時，就會產(chǎn)生煙室溫度不高但分解爐出口溫度高的情況。熟料中有結(jié)球，經(jīng)過破碎機破碎后出現(xiàn)一定量的疏松黃塊，注意不是外面黑里面黃的塊，操作員往往會誤認為溫度低進一步加大頭煤，這樣就會使窯況進一步惡化，熟料fCaO會連續(xù)幾班不合格，因為即便是窯況調(diào)整過來，但窯內(nèi)燒成帶后面的結(jié)球要想全都轉(zhuǎn)出來也需要一個過程。出現(xiàn)這種情況先要提高分解爐的溫度，待窯電流出現(xiàn)升高的趨勢時快速減頭煤，這時就會發(fā)現(xiàn)窯電流會加速升高，二次風溫和三次風溫同步升高。同時先前加不上的尾煤也可以慢慢加上去了，分解爐出口溫度反而會緩慢下降，系統(tǒng)逐步恢復正常，但熟料fCaO的下降會慢一些。

2.3.2 火焰的形狀及位置不合理

（1）火焰分叉或火焰偏移也會造成fCaO偏高，這主要是因為燃燒器端部結(jié)焦、燃燒器各風道間隙不均或風道磨損嚴重引起的火焰形狀變形，煤粉燃燒不完全、燒成帶火力強度不夠等，造成熟料fCaO偏高的，出現(xiàn)這種情況應及時清理端部結(jié)焦，或者準備更換燃燒器，一般的5000t/d生產(chǎn)線窯用燃燒器都有備用件。

（2）窯頭燃燒器的定位不正確會造成熟料fCaO偏高。我公司燃燒器定位的原則是：首先冷態(tài)下將端部和窯口平齊，調(diào)整燃燒器水平時其中心線與窯口端面的圓心重合，然后再下調(diào)整50mm，偏料30mm。其次在熱態(tài)下燃燒器端部與窯口齊或靠外100mm，調(diào)整的依據(jù)是燃燒器端部有輕微積料，但不會堆積過高，因為采用人工清理對燃燒器的澆注料損傷很大。

（3）燃燒器風道燒爛漏風或風壓太低也會造成fCaO偏高。多風道燃燒器是靠高風速及各道風的速度差來強化煤粉的燃燒，并保持良好火焰形狀的，一旦風道燒爛或磨穿，各風道風量、風速將隨之變化，極大地影響火焰的形狀和燒成的火力強度，就會出現(xiàn)熟料fCaO高。我公司2008年10月曾出現(xiàn)過因燃燒器澆注料脫落導致外風道燒蝕出洞的情況，一次風機的壓力由22kPa降到17kPa，導致熟料fCaO升高，二次風溫下降，火焰發(fā)散。停窯檢修后系統(tǒng)恢復正常。

3 二次游離鈣形成的原因及解決辦法

二次游離鈣形成的原因主要是剛燒成的熟料冷卻速度較慢，或還原氣氛下C3S分解成為氧化鈣和C2S，或熟料中的堿等取代出C3S、C3A中的氧化鈣。由于是重新游離出來的，故稱二次游離氧化鈣。對于采用篦冷機冷卻熟料的生產(chǎn)線，一般來講高溫段冷卻風機的風門都是全開的，只要保證正常的料層的厚度，熟料的冷卻速度是不成問題的。對于還原氣氛來說，通過觀察砸開的出窯熟料顏色是很容易判斷的，也是容易采取措施處理的。

4 結(jié)束語

綜上所述，當發(fā)生fCaO不合格時首先要從操作上分析原因，并采取相應的措施進行調(diào)整，使系統(tǒng)盡快恢復正常。如果反復出現(xiàn)fCaO不合格說明此窯已屬帶病運轉(zhuǎn)，此時單靠操作調(diào)整已經(jīng)無能為力了，要組織化驗、工藝、機電、車間等相關(guān)部門共同分析影響生產(chǎn)的因素，逐條解決，才能使生產(chǎn)恢復正常。

[1]謝克平.水泥新型干法生產(chǎn)精細操作與管理[M].2006.12.

TQ172.622.29

A

1001-6171（2011）01-0105-03

2010-05-28； 編輯：趙 蓮