2000t/d干法窯生產G級高抗硫油井水泥

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新型干法生產線，該生產線作為我國早期開發的新型干法生產線已明顯落后于現在的大型新型干法生產線，為此，公司決定走差異化可持續的發展道路，充分發揮規模小、窯易于操控、可以靈活轉變的優勢，用該生產線生產油井水泥。

2 油井水泥熟料與普通水泥熟料的區別

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普通生料時大得多，而現用的鐵粉秤和砂巖秤能力有限，所以生料磨產量因兩臺秤的影響而下降。

（2）生料細度偏粗，對窯系統影響較大。生產油井水泥生料過程中曾出現生料磨選粉機撒料盤磨損漏料，導致生料細度一度超過了28%。生料顆粒變粗后分解率下降、fCaO含量超標，過粗的生料顆粒形成“蛋核”，導致窯內“結蛋”。

2.2 煤粉制備

（1）生產過程中，轉子秤、粉研秤間隙調整不合適，導致頭、尾秤下煤不穩，有躥煤現象，爐溫波動嚴重。

（2）由于出磨風溫偏低，冬季生產時煤粉倉錐體部位結露、煤粉粘結，進一步導致頭尾煤下煤不穩。

以上情況在生產普通水泥熟料時問題還不很突出，但對于燒結范圍較窄的油井熟料來講卻是致命的。

2.3 熟料煅燒

燒成系統主機設備見表1。

（1）燒結范圍較窄，預熱器易堵塞，預熱爐爐壁易燒損。

表1 主機設備參數表

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，Fe2O3含量較高，液相出現較早，每當C4AB下料管溫度達到820℃以上時，極易發生堵塞和塌料現象，造成窯內跑生料。而預燃爐內因瞬時沒有生料，進一步造成預燃爐溫度過高，爐內顏色雪白刺眼，爐壁經常燒壞。

（2）窯內填充率大和入窯物料波動大，造成回轉窯易結“大蛋”。

生產油井水泥熟料的過程中，有時候窯速偏低，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；轉換期間入窯物料波動較大，KH值從0.84波動到0.96；有時會出現十多個小時窯速都在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的填充率，增加了“結圈”“結蛋”的可能。

（3）由于液相粘度小、燒結范圍窄，物料粘結力下降，不容易掛窯皮，出窯熟料易產生飛砂料，對耐火材料的沖刷力增加，嚴重影響窯內襯料的使用壽命。

圖1和圖2是我公司生產普通硅酸鹽熟料和G級高抗硫油井水泥熟料時的窯皮溫度分布情況對比。

從筒體溫度掃描上看，在生產普通熟料時，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產期間，容易出現較大波動。從圖2中可以發現，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。掉窯皮時篦冷機一二段、錘破和斜車電流異常偏高，大塊窯皮能使錘破機堵塞跳停，造成停窯的事故。

（4）窯操作員有時會加大頭煤的用量，當頭煤用量過大時，頭尾煤比例失衡，尾煤加不進去，導致分解爐溫度更加難以控制，爐溫波動帶來窯況波動，形成惡性循環。

（5）生產油井水泥熟料的過程中，有時在堵塞或躥料后，重新投料時操作員認為物料易燒，恢復較快，追求短時間內使窯況恢復到正常狀態，調整窯速較快，有時還會發生二次跑生料。

3 解決措施

3.1 針對生料制備、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）在化驗室調整配料之前，車間提前對生料磨進行定檢，排除設備故障。在生產油井水泥熟料的前兩、三天，補加研磨體，保持較高的生料庫位。同時，操作員應適當降低生料細度≤14%以下，為變料做好準備。

（3）現場崗位人員應加強巡檢力度，保持秤體各負壓系統暢通，穩定喂煤量。

（4）轉換前利用檢修時間對粉研秤柔性分格輪更換耐磨羊毛氈墊，增強鎖風效果，解決下煤不穩的情況。

（5）為提高煤磨進口溫度，將溫度達920℃左右的三次風引入煤磨熱風管，使磨機出磨風溫達到了60～70℃，降低了出磨煤粉水分，有效防止了煤粉倉結露情況。

3.2 生產油井熟料C4A和C4B錐體堵塞、塌料嚴重及爐壁經常燒損的原因分析

（1）由于原來設計C4AB下料口的撒料板角度和長度不太合適，擋風比較嚴重，每當窯尾系統拉風小時，會導致兩側三次風抽不進爐內，反而朝著窯頭方向流動，導致C4A和C4B來料被帶到三次風管內，堵塞三次風管道，影響爐內熱工制度。這種情況在生產普通熟料時也會發生。

（2）我公司對預分解系統改造時，由于受預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。由于物料的勢能較小，一旦物料稍微粘結，就會造成下料不暢。輕者用空氣炮打，造成塌料，重則導致物料在下料管內堆積堵塞。塌落的物料倒流入三次風管內，由此造成三次風管堵塞，因三次風量少造成分解爐內氣體流場和煤粉燃燒急劇減弱，系統工況進一步惡化。

圖1 生產普通硅酸鹽熟料的窯皮溫度分布情況

圖2 生產G級高抗硫油井水泥熟料時窯皮溫度最終的分布情況

（3）由于喂煤、喂料量波動或窯況差時導致煤粉燃燒不充分，使得分解爐溫度急劇上升，四級溫度隨之升高（一般在高于820℃后），再加上油井熟料Fe2O3含量較高，達到了5.0%以上，當系統出現不完全燃燒時，三價鐵被CO還原成二價鐵量會增大，物料極易在四級提前生成液相，發生堵塞。

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，擴大兩側三次風入預熱爐出口面積，如圖4所示。在投料初期，通過在四級下料管內插入高壓風，幫助物料下料順暢。

（2）將C4A和C4B的下料口分別向爐側移動200mm，盡量讓C4物料進入預燃爐內，讓物料拋撒到爐內。在兩個三次風管出口處，爐的徑向方向上各自砌一道豎的耐火磚墻（見圖5），以減小三次風出口截面積，提高三次風速，保證入爐物料能夠充分分散、懸浮，擴大物料換熱面積，提高傳熱效率，從而穩定分解爐工況條件，減少預燃爐塌料的發生。

（3）嚴格控制C4AB下料管溫度不超過800℃。

（4）將高壓風管插入C4AB下料管內，破壞高溫物料粘結、結拱，確保下料順暢。

（5）對分解爐出口溫度控制操作要求“勤調整，小波動”，盡量在目標控制值的±5℃范圍內波動。

（6）維修人員一定要保證C4AB下料管空氣炮工作正常。

（7）在生產油井熟料前務必將預熱器系統結皮用高壓水槍清理一遍，盡量使系統壓力恢復到剛檢修完的狀態，并制定生產油井熟料時的操作參數，四班必須嚴格執行。

3.4 制定油井熟料生產期間的操作參數

我公司在生產G級高抗硫酸鹽型油井水泥熟料時，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控制值如表2所示。

3.5 生產油井水泥熟料期間出現飛砂料現象的主要原因

（1）有時為了控制游離鈣，將分解爐溫度控制得相對較高。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，勢必造成窯內過渡帶延長，物料在900～1250℃之間停留時間過長。在這個溫度下，物料擴散速度很快，又無法形成阿利特，就會造成貝利特和fCaO再結晶，形成粗大結構，降低物料的活性和晶格缺陷活性，這都會阻礙A礦的形成。嚴重時造成熟料過燒，又有大量的粉粒，即形成“飛砂料”。

圖4 改造后的撒料板

圖5 三次風管入爐處截面示意

表2 油井熟料和普通熟料控制參數

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

3.6 上述問題的解決措施

（1）適當降低分解爐以及五級下料管溫度；開大三次風閘閥，高溫三次風使得尾煤燃燒充分，分解爐爐溫穩定。

（2）噴煤管應比正常往外拉，提高二、三次風溫，提高燒成帶溫度。

（3）篦冷機一段要實現厚料層操作。穩定而高的料層厚度有助于提高二次風溫，為燃燒創造條件，提高火焰溫度。

3.7 生料轉變階段窯皮大范圍垮落并出現“結蛋”現象的解決措施

操作中要控制煤粉細度≤8%，生料細度≤14%，盡可能用物料先穩定分解爐出口溫度，穩定拉風量，緩慢提高窯速，保證熟料結構致密，結粒細小均勻，嚴格控制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、力學性能指標

圖6 2010年9月27日9：00油井熟料生產期熟料的XRD圖譜

圖7 2010年9月27日9：00油井熟料生產期熟料的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，當熟料SM=2.40±0.10、AM=0.75±0.10、KH 在0.91～0.92之間時，不但可以緩解預熱器結皮現象，而且窯況會相對穩定，fCaO也好控制。

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

4 效果

通過以上改進措施，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月份四次成功生產出優質合格的G級高抗硫油井水泥熟料，并且通過改進和優化工藝參數后，在轉換成普通熟料時生產也更加穩定。

（1）油井熟料與普通熟料的各物理、化學指標和礦物力學強度對比如表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。通過對試樣進行XRD、SEM等微觀分析，其礦物組成與化學分析基本一致。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，阿利特礦物發育較為均勻，邊界清晰，中間相較多，這與配料時設定的SM低、液相量高是一致的。■