影響熟料中f-CaO含量的幾個因素

劉世貴，郝進秀

（1.北京金隅科技學校，北京 100142；2.北京國建聯信認證中心有限公司，北京 100831）

0 引 言

f-CaO（游離氧化鈣）是指經高溫煅燒而仍未化合的氧化鈣，也稱游離石灰。其結構較致密，水化很慢，水化后體積增加97.7%，在硬化的水泥漿中易造成局部膨脹應力，引起強度倒縮，嚴重時引起安定性不良。f-CaO作為預分解窯熟料煅燒過程中檢驗熟料質量的重要指標，要求熟料中含量控制在1.5%以下，然而在實際操作中由于率值、煅燒溫度、燒成操作，以及固廢處理等因素的影響，使熟料中的f-CaO含量超出質量控制指標，嚴重時造成質量事故，影響到水泥的安定性和強度，操作員必須認識到f-CaO在熟料煅燒中的重要性，并作出相應的分析和調整。

1 造成f-CaO偏高的因素

1.1 生料成份波動大，三率值不匹配

當生料成份發生較大偏差（較高的KH值（＞0.93）或較低的SM（＜2.2）），超出控制范圍較多時，也容易造成f-CaO偏高。KH值過高時，在窯內停留時間不變的情況下，CaO不能被C2S完全吸收，造成f-CaO偏高。雖然燒出的熟料在外觀上與正常的熟料相似，但結粒稍差。此時可適當減產或加大窯內通風，將火焰拉長，加少量窯頭煤，適當減窯速，延長物料在燒成帶停留時間。

硅率（SM）過低時，由于熟料中的液相增多，在固相反應未完成時就產生大量液相熟料，結粒較大，進入燒成帶后，由于顆粒較大外部燒結完全但內部沒有燒透，產生黃心料，造成f-CaO偏高。實際操作中，可適當減料，將入窯生料溫度控制低些，降低入窯物料分解率。特別是，當硅率（SM）低而鋁氧率（IM）高時，窯內熟料不僅液相量多，且液相粘度大。可適當加窯頭煤，提高燒成帶溫度，以降低液相粘度，提高分子擴散速度。

實踐中，熟料中的KH值不能控制過高，一般控制在0.9±0.02比較合適。如果此時SM過高，則煅燒過程中產生的液相量偏少，燒成吸收反應很難進行，也造成熟料中的f-CaO相對偏高；如SM過低，則煅燒過程中產生的液相量會偏多，窯內容易結圈、結球，造成窯內通風不好，影響燒成吸收反應的進行，也容易造成熟料中的f-CaO含量偏高。

如果IM過高，則煅燒過程中產生的液相黏度大，燒成吸收反應同樣很難進行，造成熟料中f-CaO含量偏高；如IM過低，則煅燒過程中產生的液相黏度偏小，燒結溫度范圍變窄，煅燒溫度不容易控制，溫度控制高了易結大塊，溫度控制低了易造成生燒。這兩種情況都容易使熟料中的f-CaO含量偏高，所以熟料中的IM值控制在1.6±0.10合適。

特別指出的是：如果是因為生料成份引起游離鈣偏高，特別是三個率值超出控制范圍較多時，單靠調整窯的操作是很難將物料燒合格的，應該及時調整配料。

1.2 窯內溫度低，液相量不足

窯內溫度，尤其是燒成帶溫度偏低，窯內持續還原氣氛使得熟料燒結反應不完全，造成f-CaO偏高。這種情況一般是窯內通風不好或三次風檔板開度過大使得窯內有效通風量減小，煤粉不能完全燃燒造成的。此時出現的窯況一般是這樣的，窯頭昏暗，能明顯看到黑火頭，氮氧化物濃度低于正常值，且越加煤窯內溫度越低，氮氧化物越低。燒出的熟料表面無光澤且較粗糙，砸開后里面是明顯的黃心料，這種熟料結構不致密一般用手就可捏碎。化學分析顯示，這種熟料的f-CaO一般都較高（通常在2.0%以上）。常用的處理方法是將三次風檔板關小，同時加大高溫風機轉速，使系統保持較大的通風量；適當減少窯頭煤，保證窯頭煤能夠完全燃燒；窯速不宜過慢，以保持窯內較低的填充率。

1.3 風的匹配不合理

（1）二次風和三次風的合理分配問題。當三次風閥門開度過大時，窯內通風量減少，窯頭煤加不上去，窯尾廢氣中的CO濃度高，煙室容易發生結皮現象，窯內容易發生結圈、結球現象，造成熟料f-CaO含量偏高；當三次風閥門開度過小時，分解爐內的風量減少，分解爐內的煤加不上去，入窯生料的分解率降低，導致窯內煅燒負荷加重。同時，窯內通風增大，火焰拉長，二次風溫、三次風溫都會降低，熟料結粒疏松，造成熟料f-CaO含量偏高，所以窯內通風量過大或過小，很容易產生欠燒料。

（2）篦冷機鼓風量和系統拉風量的合理分配。篦冷機的鼓風量和系統的拉風量是窯用風量的主要來源。當采用厚料層操作時，篦冷機的鼓風量不能盲目減少，一定要兼顧窯內使用的風量。如窯內使用的風量不足，輕者造成窯內煤粉的不完全燃燒，重者造成窯尾預熱器的塌料，影響生料的分散、預熱和入窯的分解率，造成熟料f-CaO含量高。

對于一次風風壓的問題，當煤質好時一次風的壓力可以控制低些，煤質差時一次風的壓力可以控制高些。

1.4 進廠煤質波動較大

煤的質量是影響熟料中f-CaO和熟料質量的重要因素，煤的質量指標主要包括水份、固定碳、揮發份、灰份、硫、熱值、細度。

窯頭煤不能控制過多，也不能控制過少。稍多時熟料結粒變大，外表光滑致密，偶有燒流跡象，而且有黃心，熟料立升重偏高，燒成帶后部，窯尾煙室溫度升高，造成燒成帶容易結后圈，煙室結皮，影響窯內通風和煅燒，造成f-CaO偏高。如某日上午化驗室報f-CaO值偏高為1.6%，而此時熟料KH值0.90，SM值2.59，IM值1.51均合格，查看燃料分析發現，煤粉細度偏粗為13.1%，煤粉水份偏高在9.0%，而且窯頭煤加的過多，通過調整煤磨的操作，使細度控制在8.0%以下，水份控制在5.0%以下，窯頭喂煤量控制在7.6t/h～8.2t/h之間。通過調整，熟料結粒均勻，光滑致密，料面發亮，無黃心，f-CaO維持在1.3%。

一般來說，當煤粉水份偏大時，煤粉的燃燒速度會受到影響，火焰明顯變長，燒成帶溫度的明顯下降，窯內結圈、結球，熟料f-CaO的合格率很低。如果長時間使用這種煤，應采取措施，改變配料方案，降低KH、SM、IM，目的在于改善生料易燒性，減少窯內結圈、結球現象，提高熟料f-CaO的合格率。

1.5 窯速的影響

窯速過快、過慢都會造成熟料中的f-CaO偏高。如果窯速過快，造成物料在燒成帶停留時間過短，燒成吸收反應不完全，造成熟料中的f-CaO偏高；如果窯速過慢，造成物料在窯內的填充率過大，熱交換不均勻，煤粉的燃燒空間變小，燒成帶強度降低，燒成吸收反應不完全，也會造成熟料中的f-CaO偏高。

一般來說，對NSP窯采用“薄料快燒”的煅燒方法，操作中要穩定窯速，不能過于頻繁調整，如遇特殊情況必須大幅度調整，要使窯速與喂料量保持同步，否則會造成熟料中f-CaO偏高，影響熟料質量。

1.6 固廢處理使得窯況復雜

固廢對熟料質量的影響：含水量70%的固廢漿渣對窯的影響很大，水份蒸發吸熱大，降低物料溫度，水蒸氣在高溫下體積膨脹達數百倍，窯尾氣體中的相對氧含量降低，燃料產生滯后燃燒。30%的廢渣由于燃燒不充分，產生CO，而且NO有明顯下降趨勢，滯后燃燒會造成分解爐溫度波動較大，波動值一般在50℃～150℃。

在各種固廢中，以生活污泥為主的固廢，主要物質有水和有機質，對窯況及熟料質量相對影響較小。液體類固廢對三次風溫影響較大，根據廢液種類不同，可造成三次風溫上升100℃以上，也可造成三次風溫下降100℃以下。以化學試劑為主，對窯及熟料質量的影響，也是相對小一些。

在以上幾類固廢同時處置的情況下，熟料f-CaO含量曾一度達到2.25%的情況，而且熟料的三率值均在合格范圍，去現場看料也是欠燒料，有黃心。停燒試劑，熟料多孔、欠燒，停燒廢液及堿液類固廢，三次風溫相對穩定了，但是熟料仍然沒有明顯改觀。將污泥停燒，現場看料，結粒較好，多孔、黃心現象沒有了，化驗室結果為f-CaO1.89%。停漿渣系統固廢，熟料結粒明顯改善，均勻、致密、無黃心，部分料有光澤，化驗室結果為f-CaO1.22%。

檢查漿渣系統發現，打散頭打散效果不理想，造成生料與漿渣結塊，掉到煙室斜坡，堆積不走，使窯內通風受到影響，通風效果變差，煙室壓力上升-100kPa～200kPa，分解爐出口壓力上升-100kPa～-150kPa，煙室尾溫波動50℃～100℃，分解爐溫度波動50℃左右，NO下降200ppm，CO呈上升趨勢，篦冷機壓力波動，窯頭負壓波動，偶有正壓現象。通過改變漿渣配料及污泥處置量，熟料得以改變，f-CaO得以控制。

通過對以上的分析與操作，熟料中f-CaO含量有效地控制在1.5%以下，熟料強度＞55MPa。

2 結 論

現在水泥生產的實際情況是，優質原料、優質燃料使用越來越少，固廢處理的任務越來越大，水泥質量的各項指標要求越來越嚴，對熟料f-CaO含量控制的實踐證明，通過操作員的精細操作，配合不斷完善的各種檢測手段，水泥的質量指標是可以控制的。

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