1 前言
在水泥生產(chǎn)中正常熟料是在窯內(nèi)空氣略有過剩的情況下燒成的,即有足夠的氧使燃料中的碳完全燃燒成CO2,放出熱量。如窯內(nèi)氧氣不足,燃料燃燒不完全,產(chǎn)生CO時,就形成還原氣氛,其反應(yīng)式為:C+O2→CO2+408630J/molC+12O2→CO+123053J/mol
在還原氣氛條件下生產(chǎn)出來的熟料,我們稱之為“還原熟料”。在還原氣氛下燒成時,窯內(nèi)熱力強(qiáng)度低,高價的過渡型的元素氧化物被還原成低價的,產(chǎn)生各種異常顏色的熟料。據(jù)此特點,一般把還原料分為黃心料、綠心料、析鐵料三種。
還原熟料常見的為黃心料,在熟料中所占比例也較大。而綠心料、析鐵料較少出現(xiàn),即使存在,量也不多。還原熟料的危害很多,影響窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、煤耗、熱工制度的穩(wěn)定;影響熟料、水泥的質(zhì)量外觀顏色等。特別是熟料、水泥的外觀上,還原料較多時,不僅熟料顏色難看,就連磨制出的水泥顏色也發(fā)黃,水泥用戶極易把此熟料水泥比作立窯的廢品熟料黃料球來看待,使用戶購買使用都不放心,影響企業(yè)的聲譽(yù),因此,必須采取措施進(jìn)行解決。
1.1 黃心料
窯外分解窯產(chǎn)生的黃心料,可分為:疏松性黃心料和致密性黃心料,疏松性黃心料結(jié)構(gòu)疏松,熟料燒失量高, fCaO也高,后期強(qiáng)度
明顯降低,它是在窯頭溫度低,窯尾存在還原氣氛下產(chǎn)生的。而致密性黃心料外殼的顏色與正常熟料相似,結(jié)粒較大,砸開熟料球,核
心呈大小不等的黃心,它是在還原氣氛或煤粉直接還原作用下,氧化鐵還原致使熟料顏色發(fā)黃,當(dāng)冷卻時,表層熟料因再氧化而呈黑
色。黃心料其化學(xué)成分上最突出的變化就是隨黃心程度的增加其中FeO含量也增加,而總的鐵含量卻沒有明顯變化;而有些黃心料
中SiO2和Al2O3的含量較高,這主要是煤灰摻入造成的。
致密性黃心料在巖相結(jié)構(gòu)上有兩個特征:其一,B礦呈手指狀、樹葉狀,這種B礦的產(chǎn)生與還原氣氛下C2S和CFS固溶體的分離有關(guān)。其二,A礦數(shù)量少,發(fā)育差。這與煤灰的摻入有關(guān),由于摻入煤灰物料,使SiO2和Al2O3成分增加,局部(黃心部分)的KH值下降,再加上煤燃燒形成CO放出的熱量少,至使燒成溫度較低,給A礦形成造成困難,所以A礦數(shù)量少。此外,由于Fe3+被還原成Fe2+, Fe2+大量進(jìn)入B礦及玻璃體,所以C4AF的量極少,中間體數(shù)量也相對減少。
1.2 綠心料
有時遇到外觀與普通熟料相同,但中間呈嫩綠色的熟料,化學(xué)分析表明,此種熟料中含較多Cr2O3、MnO。巖相分析表明含Cr2O3的熟料中A礦顏色變綠,此種A礦稱為鉻阿利特。Cr2O3主要來自窯中的鉻質(zhì)耐火材料,含MnO的熟料呈綠色的主要原因是β-C2S和MnO形成固溶體,在C2S-Mn2S系統(tǒng)中形成綠色橄欖石(CaO·MnO·SiO2),溫度較高時, C2S和CMnS的固溶體也可分解桃紅色含錳的B礦。MnO主要來自鐵質(zhì)原料和耐火材料雜質(zhì)。
綠心料的水硬性差,強(qiáng)度下降。由于Cr3+和低價錳都只有在還原氣氛下出現(xiàn),故綠心料是還原氣氛的產(chǎn)物,屬還原料。
1.3 析鐵料
當(dāng)窯內(nèi)通風(fēng)不良,燃料在缺氧條件下燃燒,則出現(xiàn)強(qiáng)烈的還原氣氛,這時熟料中的高價鐵化合物被還原成低價鐵化合物,甚至金
屬鐵,其反應(yīng)過程為:2C4AF→C6A2F+C2FC6A2F+CO→2C3A+2FeO+CO2↑FeO+CO→Fe+CO2
金屬鐵在高溫下為液相,由于表面張力而呈球形圓粒,冷卻后保留下來,因為它的折射率比硅酸鹽礦物高得多,所以在巖相顯微鏡下呈很亮的小圓粒。
析鐵熟料除金屬鐵外,主要礦物還有C2S固溶體和C3A、C12A7,熟料強(qiáng)度顯著降低,有時凝結(jié)較快,它是窯內(nèi)熱工制度不正常的一種標(biāo)志。
2 還原料產(chǎn)生的具體原因
2.1 從煅燒的角度進(jìn)行分析
2.1.1 風(fēng)、煤、料配合不好
風(fēng)、煤、料配合不好,是產(chǎn)生黃心料的根本原因。多數(shù)情況是窯系統(tǒng)排風(fēng)不夠或喂料太多。窯頭喂煤過多,在一、二次風(fēng)量不變的情況下,窯內(nèi)氧含量明顯不足,導(dǎo)致煤粉燃燒不完全,而產(chǎn)生還原氣氛,易出現(xiàn)黃心料;窯尾分解爐喂煤過多,將導(dǎo)致預(yù)熱器框架內(nèi)溫度升高,因而易在縮口、斜坡等部位產(chǎn)生結(jié)皮,影響了窯內(nèi)通風(fēng),同樣易使窯內(nèi)氧含量不足,產(chǎn)生還原氣氛,導(dǎo)致出現(xiàn)黃心料;窯系統(tǒng)
出現(xiàn)工藝故障,如窯內(nèi)結(jié)大球、結(jié)圈或長厚窯皮、窯尾下料斜坡積灰等均可影響窯內(nèi)通風(fēng),造成煤粉不完全燃燒。這些因素的產(chǎn)生,是形成還原料的主要原因,因此在實際生產(chǎn)中要注意風(fēng)、煤、料三者的合理匹配。
2.1.2燃燒器斷面位置調(diào)整不當(dāng)
燃燒器在窯斷面位置不合理。二次風(fēng)不足,內(nèi)風(fēng)和外風(fēng)的風(fēng)量、風(fēng)速比例不合理,風(fēng)煤混合不好,這些問題的存在也極易產(chǎn)生還
原料。如燃燒器噴嘴愈接近料層,還原料生成愈多,以水平方向靠近料層尤甚。噴嘴靠近料層,火焰鋪在物料表面上,火焰中的炭粒
緊貼物料向前運(yùn)行,由于火焰與物料表面間隙變小,氧氣含量不足,因而在物料表面產(chǎn)生嚴(yán)重的還原氣氛;未燃或正在燃燒的炭粒又
容易落入熟料中,落入到熟料中的碳粒減少了與氧氣接觸的機(jī)會,因而產(chǎn)生還原氣氛特別是當(dāng)煤粉細(xì)度過粗或使用低揮發(fā)份煤時,情況更嚴(yán)重。
2.1.3煤的燃燒性能差
影響煤的燃燒性能主要有原煤的質(zhì)量、煤粉質(zhì)量、二、三次風(fēng)溫、燃燒器性能等。原煤質(zhì)量差主要指:煤的灰分大、發(fā)熱量低、揮發(fā)份低等;煤粉質(zhì)量差主要是指細(xì)度大、水份大等;二、三次風(fēng)溫低,主要是影響窯頭溫度,至使黑火頭變長;燃燒器性能影響也很大,好的燃燒器能使煤風(fēng)混合充分而均勻,加速燃燒,改變煤的燃燒性能。由試驗及實踐發(fā)現(xiàn),當(dāng)煤的燃燒性能變差,還原料生成量增高煤粉的燃燒性能差,一方面燃燒速度慢,未燃盡煤粒便可能落在物料之上(指出現(xiàn)液相后的物料),形成還原氣氛;另一方面,加大了煤粉分布的不均勻性,使火焰局部由于煤粉濃度高產(chǎn)生還原氣氛,甚至沉落于燒成帶的物料上,明顯地增大黃心熟料的生成,嚴(yán)重時還會產(chǎn)生過多低熔FeO而引起回轉(zhuǎn)窯的結(jié)圈。
2.1.4工藝設(shè)備上存在一些問題如:窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)、篦冷機(jī)鎖風(fēng)閥的失控漏風(fēng)、三次風(fēng)閥損壞,三次風(fēng)量變大等,將直
接導(dǎo)致窯內(nèi)通風(fēng)量減少,易使窯內(nèi)產(chǎn)生還原氣氛;燃燒器噴嘴的嚴(yán)重變形,影響風(fēng)煤的混合和火焰形狀,使火焰局部產(chǎn)生還原氣氛;臨
時止料停窯次數(shù)多,有的停窯時間長,中間噴煤補(bǔ)火,造成煤粉大量落在物料上不完全燃,產(chǎn)生還原氣氛等,這些都將導(dǎo)致還原料的生。
2.1.5 入窯生料質(zhì)量的波動
入窯生料成份變化大,尤其是熟料中Fe2O3含量的變化, Fe2O3含量大的熟料,燃燒過程中對還原氣氛更加敏感,黃心率大大
增加,這主要是由于Fe2O3含量較大,當(dāng)有還原氣氛時,增加了Fe3+還原成Fe2+的機(jī)會和數(shù)量,導(dǎo)致黃心率增加。另外,在熟料Fe2O3含量正常情況下,隨著CaO含量的增加,還原料量增加,主要是由于熟料中CaO含量增加,熟料的易燒性下降,相應(yīng)地要提高燒成溫度,從而增加了窯內(nèi)的用煤量,當(dāng)風(fēng)煤配合不合理時,就產(chǎn)生還原氣氛,從而增大了還原熟料的生成。
2.1.6 原料中有害成分
原料中有害成分含量過高,尤其是硫堿比越高,越容易結(jié)皮,造成通風(fēng)不良,加之堿、硫、氯的富集循環(huán)與二次揚(yáng)塵形成的低共熔
物造成長厚窯皮及結(jié)圈、結(jié)球,出現(xiàn)大料團(tuán)等現(xiàn)象,尤其在長時間停窯保溫時更為明顯。
2. 2從系統(tǒng)工藝參數(shù)的操作情況來分析
窯外分解窯熟料的生產(chǎn)都是通過控制系統(tǒng)的工藝參數(shù)來實現(xiàn)的,系統(tǒng)工藝參數(shù)控制得不合理,也容易產(chǎn)生還原料。
2.2.1生料喂料量和喂煤量大
生料喂料量大,燒成所需熱量多,為保證預(yù)熱器框架溫度及燒成溫度,勢必要加大喂煤量,因喂煤量大,空氣相對不足,煤粉不完
全燃燒,產(chǎn)生還原氣氛,為產(chǎn)生還原料創(chuàng)造了條件,在實際操作中,如不恰當(dāng)增大窯頭喂煤量,將不可避免產(chǎn)生還原料。
2.2.2 系統(tǒng)壓力工藝參數(shù)控制不合理特別是窯尾壓力,還有三次風(fēng)壓力等。
當(dāng)窯尾負(fù)壓絕對值低于正常的工藝控制參數(shù)時,則窯內(nèi)通風(fēng)量減少,可導(dǎo)致窯內(nèi)煤粉的不完全燃燒,產(chǎn)生還原氣氛。在各風(fēng)道和窯內(nèi)通風(fēng)暢通的情況下,三次風(fēng)壓力一般在-300Pa~-600Pa,三次風(fēng)壓力大,比如為-750Pa時,則從窯頭抽風(fēng)多,影響入窯的二次
