影响优质熟料生产的因素

单击此处编辑母版标题样式,编辑文本,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,影响优质熟料生产的因素,云南昆钢嘉华水泥建材有限公司 赵志强,目录：,硅酸盐水泥熟料的质量控制,影响熟料质量的诸多因素,1,、烧成带位置对熟料质量的影响,2,、烧成带长度的影响,3,、火焰形状的影响,4,、煅烧温度的影响,5,、窑速的影响,6,、,窑气氛的影响,7,、燃煤的影响,液相性质对熟料质量的影响,1,、液相量,2,、液相反应,3,、液相粘度,4,、液相表面张力,5,、CaO溶解于液相的速度,6,、熟料冷却液相固化,硅酸盐水泥熟料的质量控制,提高熟料质量是确保水泥质量的基础，熟料质量的优劣与均匀程度，直接决定水泥质量的好坏与可靠程度。,因此，熟料的质量控制是水泥生产质量管理环节中极为重要的一环。水泥熟料的质量控制在不同生产工艺、煅烧设备条件下也不一样。回转窑生产，除常规化学全分析、物理检验和控制游离氧化钙外，一般还要控制烧成带的温度、窑尾废气温度及各点负压，同时还要控制熟料的堆积密度，有的厂还进行岩相结构的检验和控制，控制项目的多少，应视生产工艺条件具体确定。,硅酸盐水泥熟料的质量控制,一般熟料质量控制的物理性能项目,熟料的化学成分,（,KH,、,SM,、,IM,）,烧失量,f-CaO,MgO,安定性,强度,影响熟料质量的诸多因素,1,烧成带位置对熟料质量的影响,影响熟料质量的诸多因素,1,烧成带位置对熟料质量的影响,熟料煅烧需要经过预热带、分解带、过渡带、烧成带、冷却带等五个带，在熟料煅烧过程中，每个带都有自已的独特作用和工作时段（见上图）。其中烧成带是回转窑熟料煅烧最重要的工作带，温度从1280开始出现液相、吸收f,-,CaO、大量形成C,3,S、直到1 450，承担并完成熟料主要矿物的最后烧成过程。各企业烧成带长短不一，熟料内外颜色不一、硬度不一、糠心、易粉化、强度低等均与此有关。,其原因在于：,一是烧成带偏离正确位置，位居窑中，挤占了过渡带的地段，过渡带因而过短，C,2,S的生成量不足，影响C,3,S的生成数量；,二是物料在物理化学反应的初级阶段，因过渡带偏短，预热不足、温度尚低，贸然进入烧成带，影响C,3,S的生成数量、质量和速度；,三是冷却带因此偏长，熟料出窑路径长、时间长，熟料以冷料出窑，淬冷效果不好，强度下降；,四是由于冷料入篦冷机，致使窑头罩风温低。冷风入窑，二次风温低，窑内温度提不上来，液相不活跃，C,3,S生成数量减少，熟料烧不透、黄心，窑前区温度下降，冷却带过长，又再次影响熟料出窑的温度和质量；,五是三次风温下降，有的企业甚至长期低至700800之间，影响分解炉的工作效果和余热发电量，同时造成热耗和燃煤的浪费。,影响熟料质量的诸多因素,1,烧成带位置对熟料质量的影响,烧成带前移应是煅烧工作的重心和核心，务必要认真仔细研究、落实、做好；其中煤粉质量、三次风阀的开度、一次风压、风速，窑内风速的影响较为突出，并决定烧成带的位置。,影响熟料质量的诸多因素,烧成带长度的影响,C,3,S形成不仅需要煅烧温度，更需要一定的煅烧时间，即高温时段，一般需12min15min。延长熟料在烧成带的停留时间，即延长熟料在窑内的煅烧时间，可使熟料矿物晶体的发育更加完全，强度提高，质量稳定。熟料煅烧时间与烧成带长度成正比，与窑转速、窑内径、窑斜度成反比；窑内风速、煤粉质量（热值、细度）、入窑物料分解率、火焰形状等因素，同样影响物料在窑内各带的停留时间及熟料结粒的大小；如原料不易煅烧，入窑物料分解率低，物料在过渡带需要的时间就长，而在烧成带停留的时间就短，并易生成大晶格的C,2,S。此类C,2,S与f,-CaO很难结合，也难结粒。,对于熟料“双高”（高K H、高SM）配料的厂家，煅烧温度应稍高一些，烧成带长度也应稍长一些，即“高温长带”煅烧，有利于熟料烧结和熟料质量的提高，烧成带长度一般控制在4.5D5.5D（窑内直径）为好。,例如：,1,、,4.0*58m,；,2,、,4.8*72m,。,1,：,4.5*4.0=18,；,5.5*4.0=22,。,2,：,4.5*4.8=21.6,；,5.5*4.8=26.4,。,2,影响熟料质量的诸多因素,火焰形状的影响,火焰所在位置即是烧成带位置，火焰长度即是烧成带长度，因此火焰形状和长度影响熟料C,3,S矿物晶粒发育的大小与活性。在烧高强优质熟料时，火焰长度应适中，即不拉长火焰使烧成带温度降低，也不缩短火焰长度，使高温过分集中。火焰形状、粗细应与窑断面面积相适应，使火焰充满、近料而不触料，保持断面为正柳叶状（或柱状）。调整燃烧器火焰长度，即调整烧成带长度，也即调整熟料在烧成带的煅烧时间。,3,影响熟料质量的诸多因素,煅烧温度的影响,温度提高会使质点动能增加，可加快质点的扩散速度、化学反应速度、固相反应速度，提高熟料煅烧效果和质量。煅烧温度依然是指烧成带的温度，当烧成带温度区间从1 300达到1 450时，火焰要稳定、要有一定长度，不应出现明显的峰值，避免包壳熟料的出现。一般包壳熟料结粒正常，粒径在 20mm30mm，但熟料破开后会发现，外部裹有一层致密坚硬的外壳，内部颜色虽与外部一致，但密实度较外部差。这类熟料多因窑内温度场分布不均，局部温度较高，在烧成温度场停留时间较短，是明显的短焰急烧熟料。这类熟料f-CaO虽然较低，但28d强度不高，立升重低，长时间存放容易出现粉化现象。,温度在1 3001 4501 300时，可确保熟料的烧结和质量；采用双高配料（高KH、高SM）生产高强熟料，生料易烧性变差，熟料煅烧温度应适度控制在1300 1 5001 300左右较为有利。但温度过高，会增加废气温度和热耗，易造成结皮与堵塞等。,4,影响熟料质量的诸多因素,窑速的影响,影响煅烧时间的因素有烧成带的长度和回转窑的转数。降低转速、也即延长烧成时间，当熟料质量较好时，窑速可适当提高。提高窑速，可加大灼烧生料的翻滚频次，促进熟料矿物的形成和烧结，提高产量；但在熟料质量较差时，应适当放低窑速，延长熟料煅烧时间，确保熟料质量。,5,影响熟料质量的诸多因素,窑气氛的影响,煤粉燃烧过剩空气系数应控制在1.101.15左右，废气氧含量应以2%以下为好，即保持微氧化气氛；若二次风不足，过剩空气系数过低，易产生还原气氛，产生CO气体。熟料中的Fe,2,O,3,会被CO还原成FeO ， 影响熟料液相成分和粘度，影响熟料烧结，易产生大量黄心熟料，从而影响熟料质量。二次风温对煅烧质量有着重要影响，如窑内出现还原气氛，应减小窑头风机排风量、适当增大窑尾高温风机的风量等，即提高二次风温、增加风量；同时，还应注意窑内风速的稳定，控制煤粉细度，使火焰集中，避免硫酸盐在还原气氛下分解，造成窑后部结长厚窑皮等，以减缓MgO含量较高的生料在高温下出现结圈、结蛋等。,6,影响熟料质量的诸多因素,燃煤的影响,回转窑煅烧煤粉燃烧后的灰分会全部沉降在烧成带熟料颗粒表面，造成熟料颗粒表面的富硅化，从而使熟料表层矿物C,3,S含量下降，C,2,S含量上升，熟料质量下降。为消除窑灰对熟料质量的不利影响，要正确分煤：一是增加分解炉用煤量，降低窑头喷煤量，不应为提高窑温、随意加大窑头喷煤量；二是调整喂煤质量：分解炉使用低热值煤，窑头喂灰分低的优质煤（可降低煤灰沉降、加快煤粉爆燃速度，使烧成带前移）；全部使用热值高、灰分低的优质煤应是首要选项。,7,液相性质对熟料质量的影响,液相主要由Fe,2,O,3,、Al,2,O,3,、CaO等组成（包括其他次要组分MgO、K,2,O、Na,2,O等），熟料矿物形成是在液相出现以后进行的。液相在熟料煅烧过程中发挥三个重要作用：一是在中温状态下把分散的粉料粘合、团聚起来，起到团粒的作用；二是在过渡带吸附游离的SiO,2,和CaO生成C,2,S；三是在烧成带、高温状态下，C,2,S逐渐溶解于液相与f,-CaO发生固相反应、生成C,3,S。随着温度的升高和时间的延长，C,3,S晶核不断形成，小晶体逐渐长大，最终形成阿利特晶体。,液相性质对熟料质量的影响,1,液相量,液相量与组分性质、组分含量、熟料烧结温度有关。煅烧温度对液相量有很大影响，当温度达到1300左右时，在过渡带生成的C,3,A和C,4,AF于烧成带熔成液相，所以称C3A与C,4,AF为熔剂性矿物。熟料中Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,的增加将促使C,3,A、C,4,AF的增加、液相量的增加；熟料中MgO、R,2,O等成分也能增加液相量。,一般硅酸盐水泥熟料成分中生成的液相量可近似用下式进行计算。,当烧成温度为1400时： L%=2.95A+2.2F+M+R,当烧成温度为1450时： L%=3.OA+2.25F+M+R,式中：L液相含量，%；,A熟料中Al2O3含量，%；,F熟料中Fe2O3含量，%；,M熟料中MgO 含量，%；,（注：当,MgO,含量大于,2.0%,时，计算公式内,M*1.5,倍系数）,R 熟料中R2O 含量，%。,从上述公式可知影响液相量的主要成分是Al,2,O,3,、Fe,2,O,3,、MgO和R,2,O，后两者在含量较多时为有害成分。增加Al,2,O,3,和Fe,2,O,3,的含量可增加液相量，有利于C,3,S的生成。,液相性质对熟料质量的影响,1,液相量,液相出现温度，即系统最低共融温度与组分的成分与性质有关。在CaO-SiO,2,-Al,2,O,3,-Fe,2,O,3,四元系统中，最低共融温度1338，由于生料中含有MgO、K,2,O、Na,2,O等杂质组分，最低共融温度降为1250；1260液相开始出现，13001450开始形成C,3,S，1,450 以上C,3,S生成迅速，该温度称为熟料的煅烧温度。随着温度上升，液相量逐渐增加，粘度降低，有利于C,3,S矿物的形成，熟料质量较好。但过高的液相量会给煅烧操作带来困难，如结大块、结圈、烧流、损坏设备等。,一般熟料在煅烧阶段液相量应为20 %30%。因各企业系统工况和设备差异，液相量应根据本企业实际情况进行控制。在系统工况正常的情况下，液相量可偏中上限，控制在24%26%，有利于C,3,S的形成（要注意液相粘化率的不同）。,液相性质对熟料质量的影响,液相反应,物料加热到最低共熔温度时，物料中出现液相，C,2,S和CaO开始溶于液相，C,2,S吸收fCaO形成C,3,S。组分数愈多，最低共熔温度愈低。,熟料烧结包含三个过程：C,2,S和CaO逐步溶解于液相中并扩散；C,3,S晶核形成；C,3,S晶核发育、长大，完成熟料的烧结过程。随着温度的升高和时间的延长，液相量增加，液相粘度降低，CaO和C,2,S不断溶解、扩散，C,3,S晶核不断形成，并逐渐发育、长大，最终形成几十微米大小、发育良好的阿利特晶体。与此同时，晶体不断重排、收缩、密实化，物料逐渐由疏松状态转变为色泽灰黑、结构致密的熟料。这个过程称为熟料的烧结过程，也称石灰吸收过程。,任何反应过程都需要有一定的时间，C,3,S的形成也不例外。它的形成不仅需要有一定的温度，而且还需要在烧成温度下的煅烧时间，使其能充分反应，但时间不宜过长，一般需要在高温下煅烧12min15min。,时间过长易使C,3,S生成粗而圆的晶体，强度发挥慢、而且还要降低，叫“过烧”。但在目前生产实践中，多数企业存在的情况是“欠烧”。,从上述分析可知，熟料烧成形成阿利特的过程，与液相形成温度、液相量、液相性质以及CaO和C,2,S的溶解速度、离子扩散速度等各种因素有关。,2,液相性质对熟料质量的影响,液相粘度,评价液相性质的主要依据一是数量，二是粘度。液相粘度直接影响C,3,S的形成速度和晶体尺寸，液相粘度小，则液相的粘滞阻力小，液相中质点的扩散速度增加，有利于C,3,S的形成和晶体的发育成长，反之则C,3,S形成困难。熟料液相粘度随温度和组成（包括少量氧化物）而变化。提高温度，离子动能增加，减弱相互间的作用力，可降低液相粘度。,C,3,A和C,4,AF都是熔剂矿物，但它们生成液相的粘度不同，C,3,A形成的液相粘度较大，C,4,AF形成的液相粘度较小。因此当熟料中C,3,A或Al,2,O,3,含量增加，即熟料的铝率增加时，液相粘度增加；反之，当C,4,AF或Fe,2,O,3,含量减少时液相粘度减小。液相粘度几乎与铝率的增加而成直线增加。从烧成角度看，铝率高对烧成不利，影响C,3,S的生成；但从水泥熟料性能角度看，C,3,A含量高的熟料强度发挥快，早期强度高，对C,3,S强度的正常发挥有利；C,3,A含量适当，水泥熟料的凝结时间可正常。所以液相量的增加和液相粘度的减少，都有利于C,2,S和CaO在液相中扩散、有利于C,2,S吸收CaO形成C,3,S。所以，适时、适当减少C,3,A，增加C,4,AF的含量是提高液相量、降低液相粘度的必要措施。熟料的铝率要适当，C,3,A含量一般应在7.0%左右，C,4,AF含量一般应在9.0%以上。,3,液相性质对熟料质量的影响,液相粘度,提高温度，离子动能增加，减弱相互间的作用力，因而降低液相粘度，有利于C3S的形成，但煅烧温度过高，物料易在窑内结大块、结圈等，同时会引起热耗增加，并影响窑的安全运转。液相中离子状态相互作用力的变化随R2O含量的增加，液相粘度会增加，是有害的；但MgO、K2O、Na2O、SO3含量增加，液相粘度会有所下降。,粘度与温度、铝率的关系见下图,3,液相性质对熟料质量的影响,液相表面张力,窑内熟料颗粒是在液相作用下形成的，液相在晶体外形成毛细管桥。其作用一是使颗粒结合在一起，二是作为中间介质，使CaO和C2S在熔融态内扩散生成C3S。颗粒的强度取决于毛细管桥的强度，桥的强度即连接颗粒的作用力随液相表面张力增大和颗粒直径的降低而增加。毛细管桥的数量又与颗粒直径的平方根成反比。要结好粒，必须有足够的液相，并要求颗粒在液相内分布均匀，形成较高的表面张力和适宜的结粒时间。液相表面张力增大易结粒，熟料颗粒的大小与液相表面张力呈良好的线性关系（见下图）。,4,液相性质对熟料质量的影响,液相表面张力,液相的表面张力与液相温度、组成和结构有关。一般熟料液相内含有几种元素，它们之间的表面张力并非单元素表面张力的叠加；液相表面张力与温度有关，不同成分的熟料液相表面张力值在同一温度时有不同，但随温度的升高，其液相表面张力值均有所下降。熟料液相表面张力值与温度的关系（见下图）。,4,液相性质对熟料质量的影响,液相表面张力,液相表面张力是液相的重要性质，与熟料结粒有直接关系。熟料颗粒的大小与液相表面张力呈良好的线性关系，液相表面张力增大易结粒；液相表面张力与元素外电子的负电性有关，有些元素，如K、Cl、S的表面张力值较低，不利于结粒，熟料结粒不密实、强度低；而Mg、Al等元素的表面张力值较高，有利于结粒，有利于固液反应，促进C,3,S的形成。,从,下表可见，碱类成分的增加会大幅度地降低液相的表面张力，降低结粒能力。液相量虽然不少，但窑内昏暗、飞砂、熟料细颗粒增多等现象与此有关。,4,液相性质对熟料质量的影响,CaO溶解于液相的速度,C,3,S的形成也可以视为C,2,S和CaO在液相中的溶解过程，C,2,S和CaO逐步溶解于液相的速度越大，C,3,S的成核也越快。因此，要加速C,3,S的形成、实际上就是提高C,2,S和CaO的溶解速度，而这个速率的大小受CaO颗粒大小和液相粘度所控制。实验表明，随着温度的增加、粘度的减小、CaO粒径的减小，CaO的溶解速率呈增大趋势。,5,液相性质对熟料质量的影响,熟料冷却液相固化,熟料在窑内烧成后，不等于矿物结构的最后完成，还要进行冷却。冷却的笫一目的应是固化在煅烧中已形成的熟料矿物晶体，改进熟料质量、提高易磨性；第二是降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨；笫三才是回收熟料余热、降低热耗、提高热效率。熟料冷却的好坏及冷却速度，对熟料质量影响较大，因为部分熔融熟料，在液相冷却时，往往还在与固相发生反应。因此，熟料的最终矿物结构决定于冷却速度、固液相间质点的扩散速度、固液相的反应速度等。,如果冷却很慢，固液相中的离子扩散足以使固液相间的反应充分进行，称为平衡冷却；如果冷却速度中等，使液相能够析出结晶，为独立结晶；如果冷却很快，使液相不能析出晶体并成为玻璃体，称为淬冷。,6,液相性质对熟料质量的影响,熟料冷却液相固化,急速冷却熟料对改善熟料质量具有重要意义：,（1）防止或减少C,3,S的分解。当温度低于12601280以下，尤其在1250时，C,3,S易分解成C,2,S和二次f,-CaO，熟料强度下降；在熟料高温急冷时，当温度从烧成温度迅速下降，并越过C,3,S的分解温度时，C,3,S来不及分解，而以介稳状态保存下来。可防止或减少C,3,S的分解，稳定和保证水泥熟料的强度。,（2）防止或减少-C,2,S转化成-C,2,S。C,2,S由于结构排列不同，因此有不同的结晶形态，而且相互之间会发生形态转化：煅烧时形成的-C,2,S，在冷却过程中，慢冷就易转化成-C,2,S。-C,2,S相对密度为3.28，而-C,2,S相对密度为2.97，-C,2,S转变成-C,2,S时体积增加10%。由于体积的增加，产生膨胀应力，引起熟料粉化，且-C,2,S几乎无水硬性；当熟料快冷时，可迅速越过结晶形态的转变温度，使-C,2,S来不及转变为-C,2,S、而以介稳状态保存下来；同时急冷时的玻璃体较多，这些玻璃体包裹住-C,2,S晶体，使其稳定下来，因而防止或减少-C,2,S转化成-C,2,S，可提高熟料水硬性、增强熟料强度。,（3）减少熟料中C,3,A结晶体。结晶型的C,3,A水化后易使水泥快凝，而非结晶的C,3,A水化后不会使水泥浆快凝；急冷时C,3,A来不及结晶而存在于玻璃体中，或结晶细小。因此急冷熟料加水后不易产生快凝，凝结时间容易控制。实验表明，呈玻璃态的C,3,A很少会受到Na,2,SO,4,或MgSO,4,的侵蚀，有利于提高水泥的抗硫酸盐性能。,6,液相性质对熟料质量的影响,熟料冷却液相固化,急速冷却熟料对改善熟料质量具有重要意义：,（4）改善水泥的安定性。高强优质熟料要求快烧急冷，加强篦冷机高温端通风，强化一室、二室高压风速、风量，强化冷风对高温熟料的冷却效果，使熟料急冷，同时有利于形成小晶格的MgO矿物，相应减缓MgO水化的膨胀影响。,当熟料慢冷时MgO结晶成大颗粒方镁石，水化速度很慢，往往几年后还在水化，水化后生成Mg（OH）,2,，体积增加148%，使水泥硬化试体体积膨胀而遭到破坏，导致水泥安定性不良。当熟料急冷时熟料液相中的MgO来不及析晶，或者即使结晶也来不及长大，晶体的尺寸细小，其水水化速度大致相等，对安定性的危害很小。尤其当熟料中MgO含量较高时，急冷可以克服由于其含量高所带来的不利影响，达到改善水泥安定性的目的。这对于使用寒武纪及高镁矿石灰岩的水泥企业具有重要的实际意义。,（5）提高熟料易磨性。急冷时熟料矿物结晶细小，形成较多玻璃体，这些玻璃体由于种种体积效应在颗粒内部不均衡地发生，产生较大的内部应力，可提高熟料的易磨性，降低粉磨能耗。熟料的急冷对提高和稳定熟料质量、回收热能、有利生产具有重要作用。努力提高熟料冷却速度、大力回收熟料余热是生产过程中的重要课题，采用现代、新型篦冷机对熟料进行高效冷却应是熟料生产中十分重要的环节。,6,