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提升水泥熟料質量：科學管理與技術創(chuàng)新實踐

水泥技術資料 · 2024-05-30 19:25

摘要：隨著水泥行業(yè)的日益發(fā)展，水泥質量越發(fā)得到重視，而熟料優(yōu)質穩(wěn)定是水泥質量優(yōu)質穩(wěn)定的核心。通過科學地管理辦法，從生料配料管理著手，以提高煅燒溫度為核心的煅燒溫度控制，通過冷卻風機的更新?lián)Q代加強熟料急冷效果，期間輔以科學的監(jiān)測（氣體分析儀）及檢測手段（巖相分析），及時對窯內熱工制度進行糾偏，形成了閉環(huán)管理流程，最終使熟料強度持續(xù)高質穩(wěn)定。熟料強度的提高為后續(xù)水泥質量控制打下堅實基礎，穩(wěn)定性提高能夠最大程度發(fā)揮熟料質量優(yōu)勢，節(jié)約水泥成本，最終為三峽牌水泥在市場上核心競爭力提供有利保障。

我公司4800t/d水泥生產線回轉窯規(guī)格Φ4.8m×74m，窯尾采用2RF5/5000雙系列旋風預熱器帶Φ7.5m×31m在線分解爐。我公司熟料質量發(fā)生明顯改變的時間節(jié)點為2018年7月，7月開窯后，熟料強度均在60MPa以上，與往期同比強度大幅度上升，且熟料標準稠度用水量、易磨性均處于較好水平，穩(wěn)定性也大幅度上升。熟料質量數(shù)據見下表一：
2018年1-6月強度均值58.2MPa，最低月均值僅56.3MPa，變異系數(shù)3.2%，2018年8月至2019年5月，強度均值62.1MPa，變異系數(shù)較好，僅為2.3%，同時2018年7月后小磨時間有明顯下降趨勢，標準稠度一直處于較好水平。影響熟料質量以及穩(wěn)定性的因素很多，本文將從配料、煅燒、冷卻以及其他輔助手段等方面出發(fā)，總結改善熟料質量經驗。
1 配料管理
1.1 生料配料合格率
我公司2018年至2019年5月生料配料三率值合格率見表二：
表二：生料配料合格率
從上表可知：2018年3-7月生料合格率普遍偏低。主要原因為2018年以來，我公司礦山石灰石開采日益艱難，導致石灰石成分波動大，對生料配料穩(wěn)定性造成一定影響。應對此種情況，一方面采用專人駐點配料，配料人員提前對石灰石各礦點以及邊坡料成分進行普查，保證石灰石成分的穩(wěn)定性；另外，在石灰石換堆前后，加大取樣頻次，確保配料的穩(wěn)定性。另外，我公司不同批次原煤灰分含量以及灰分成分波動特別大（見表三），在原煤進廠環(huán)節(jié)加強了監(jiān)控力度，提前堆煤，同時對煤的灰分成分進行分析，提前調整生料配料，用以減少熟料成分的波動，通過以上管理措施，使熟料成分合格率明顯提升。
1.2 配料方案改變
我公司2018年至2019年5月，熟料三率值見表四：
表四：熟料三率值
2018年7月以前，我公司采用高KH,高SM配料。雖然理論上C3S含量較高，但同時需求煅燒溫度以及煅燒時間均要高，而實際生成過程中，煅燒溫度難以達到，同時我公司回轉窯采用薄料快燒方式，因此C3S往往無法達到理論水平，因此7月后開始適當降低KH和SM配料，提高生料易燒性，使煤料關系更為匹配，增大C3S實際生成量，提高熟料強度。
1.3 堿含量控制
我公司2018年至2019年5月，熟料堿含量見表五：
表五：熟料堿含量
我公司熟料堿含量一直控制較好，基本處于0.6%以下。相關文獻表明，當堿含量當堿含量<1%時，對強度的影響還不甚明顯,但當堿含量>1%左右時，抗壓強度和抗拉強度急劇下降，特別是抗拉強度,當堿含量＞1.8%時，強度突然下降。同時堿含量對熟料需水量影響相似。
我公司R2O主要由頁巖帶入，我公司各月進廠砂巖頁巖R2O含量見表六。我公司邊坡土中含部分SiO2及Al2O3,可替代部分頁巖代替配料，通過加大邊坡的摻入量，減少了頁巖用量，可有效控制熟料中的R2O含量，因此我公司R2O一直處于較好水平。各平臺邊坡土成分見表七。
表六：進廠頁巖堿含量
從表六可知，頁巖堿含量偏高，均值在2.2%。
表七：邊坡土成分
我公司礦山各平臺邊坡料中均含一定量Al2O3，可代替部分頁巖，R2O含量較頁巖低，多摻入對堿含量下降有利。
2 煅燒方案調整
2018年7月停窯前，三次風管開度45%（理論，高度900mm），高溫風機頻率41.5HZ。停窯后，進入三次風管檢查發(fā)現(xiàn)，三次風管積灰嚴重，實際三次風管開度更低，從窯內窯皮情況看，窯皮長度長，且窯皮較松，反映出窯內實際溫度偏低，導致煤粉燃燒速度偏慢，火焰偏長；因技改高溫風機，加上開窯初期生料直接入窯，一直未找到合適參數(shù)，通過觀察分析，并通知廠家做風量測試，發(fā)現(xiàn)預熱器總風欠缺，高溫風機拉風量偏小，導致窯爐均缺風，窯內呈還原氣氛。開窯后，為防止高溫風機加大后，窯內通風過剩造成火焰偏長的情況，調高了三次風閘板開度至60%（理論，高度1250mm），后續(xù)調整開度至68%（理論，高度1350mm），截止目前三次閘板閥開度已至70%（理論，高度1400mm），三次閘板閥開度的上升，整體預熱器系統(tǒng)阻力下降，換熱效率提高，預燒效果得以保證，同時加大高溫風機頻率至42.5-43.5HZ,用以保證窯內風量。整個煅燒方案調整核心為提高煅燒溫度，保證C3S的大量生成，為熟料強度提升提供保障。
調整前后巖相圖
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A礦貫穿性裂紋 A礦貫穿性裂紋消失
從巖相中可看到，A礦貫穿性裂紋消失，說明窯內還原氣氛得以改善，呈氧化氣氛。
調整前后胴掃對比
調整前
調整后
從對比效果來看，調整后窯內火焰短粗，呈現(xiàn)氧化氣氛，A礦貫穿性裂紋現(xiàn)象消失。胴掃顯示窯皮較之前短、薄，代表燒成帶火焰回縮，窯內溫度分布更趨于窯前，煅燒溫度得到保證。
煅燒溫度得以提升，窯皮短而薄，加之SM的下降，熟料結粒變好，飛沙料變少，窯內通風大為改善，為三次風大開度提供了有利保障，窯內的還原氣氛也相應得到改善。另外，對于窯頭一次風機調整方向為在保證外軸風壓的前提下，通過調整截面積以及閥門開度，將一次風機頻率加起來，用以提高一次風量，保證頭煤的快速燃燒，縮短火焰長度。
當然由于大的三次風開度以及窯內溫度分布更趨于窯前，對于窯皮的維護是一個極大挑戰(zhàn)。窯前筒體溫度高，可能導致紅窯，對此我們通過配料的穩(wěn)定以及操作穩(wěn)定，來穩(wěn)定煅燒熱工制度，同時利用窯尾高溫氣體分析儀，嚴格控制窯尾NOx的含量，避免溫度過高，造成窯皮燒蝕，導致耐火磚損傷。
3 急冷改善
我公司從2016年起，逐年對篦冷機前端效率低的冷卻風機進行更新?lián)Q代，使用性能更為優(yōu)秀的風機，用以強化提產后高溫段的急冷效果，截止現(xiàn)在高溫段11臺冷卻風機已更換7臺，我公司篦冷機風機布置詳見表八：
其中彩底風機為1-9風室風室風機，其余為充氣梁風機，其中5704、5705為固定篦床風機，5707、5737為一風室充氣梁風機，5736為二風室充氣梁風機，5708為三風室充氣梁風機，5709為二、三室充氣梁風機，5710、5711為四風室充氣梁風機。從2016年至今，總共更換7臺風機，分別為5704、5705、5736、5737、5710、5712、5713。
表八：篦冷機風機布置
冷卻風機的更換一方面能夠保證熟料急冷，另一方面也能夠提供足夠的風量，來保證窯內呈氧化氣氛。另外檢修期間重視風室間隔板、篦板與篦板的間隙檢查工作（一般檢查3-5遍），防止運行過程中的竄風與風短路現(xiàn)象。為保證篦板的通風面積，在開啟風機后，派專人對篦板通風進行逐塊檢查，確保每一塊篦板不堵塞，通風良好。具體改善效果見下圖：
2018年以前

圖一（58.3MPa）

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?圖二（57.8MPa）

圖三（59.3MPa）

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圖四（58.6MPa）
圖一為熟料強度58.3MPa巖相，圖片中B礦大部分呈手指狀，反映慢冷；圖二為熟料強度57.8MPa巖相,A礦棱角邊緣有較多f-CaO，C3A形狀呈大片狀，反映冷卻速度慢,圖三為熟料強度59.3MPa巖相，A礦棱角邊緣有較多f-CaO，C3A形狀呈大片狀，反映冷卻速度慢；圖四為熟料強度58.6MPa巖相，A礦包裹鐵相，反映窯內呈還原氣氛，部分A礦棱角邊緣有較多f-CaO，為A礦慢冷分解產生。
2018年后

圖一(60.1MPa)?

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?圖二 (62.4MPa)

圖三(62.3MPa)

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圖四（62.6MPa）
圖一為熟料強度60.1MPa巖相，圖二為熟料強度62.4MPa巖相，圖三為熟料強度62.3MPa巖相，圖四為熟料強度62.6MPa巖相。從巖相中可知，窯內呈氧化氣氛，C3A形態(tài)均呈點線狀，冷卻效果好。
較多資料及實驗證明四種礦物的易磨性為C3S＞C3A＞C4AF＞C2S。急冷效果的加強，有效地防止C3S分解為難磨的C2S，增加了C3S含量，不僅易磨性得到改善，同時強度也得到提高。
4 輔助手段的應用
4.1 窯磚配置
從2017年開始，逐年縮短鎂磚的配置長度，縮短易掛結皮區(qū)域，配合我公司高三次閘板閥開度設置，可以將窯皮縮短至22m（見下圖），采用短焰煅燒的方式，生產優(yōu)質熟料。目前我公司鎂磚使用區(qū)域為1.4-22m區(qū)域。
4.2 氣體分析儀在線使用
我公司長期堅持使用窯尾氣體分析儀，氣體分析儀投入在線使用，輔助中控窯操作員對窯況的判斷，實時保證窯內煅燒氣氛，對熟料強度的發(fā)揮以及需水量均有積極影響，特別是工況異常時，能夠快速判斷問題所在，及時采取措施，維護系統(tǒng)穩(wěn)定。
4.3 巖相分析指導熟料煅燒
公司十分重視巖相分析。一是重視巖相制作質量；二是重視巖相反映的問題。
巖相制作質量至關重要，若巖相制作較差，一些問題從巖相中無法反映，對操作產生誤導，為此我公司針對巖相制作與分析，加大了對專業(yè)技術人員的培訓力度，保證了巖相的制作質量。下圖為制作不良巖相與制作良好巖相圖片：

未侵蝕好

侵蝕良好
由上圖可知，未侵蝕好的巖相圖片難以判斷各礦物發(fā)育情況，難以判斷存在何種問題，侵蝕良好的巖相能夠清晰明了地判斷礦物發(fā)育情況、煅燒溫度、冷卻狀況、窯內氣氛等。
巖相能夠反映很多問題。應對問題，及時采取相應措施。如粗晶硅多，相應調整生料細度；煅燒溫度高或低，窯內存在還原氣氛，相應調整用煤用風；冷卻差，相應調整篦床控制方式等等。
5 經驗總結
根據目前熟料較好的情況，結合以上數(shù)據，我公司總結了以下經驗與措施來保證未來熟料的高質穩(wěn)定：
5.1 加強生料質量控制，提高生料配料合格率。成份穩(wěn)定性對熟料強度穩(wěn)定性提高有明顯作用。
5.2 改善生料易燒性。制定合適的成分控制指標，經過多年來嘉魚公司實際生產狀態(tài)，KH:0.920±0.01,SM:2.60±0.05，IM:1.55±0.05,成份控制在此范圍內，與煤質配合關系最合適，冬季期間IM可提高至1.65±0.05來保證熟料早強。
5.3 煅燒控制
5.3.1 關于三次閘板閥開度，三次閘板閥開度盡可能大，用以保證尾煤的完全燃燒，加強預燒，同時使窯內煅燒溫度更為集中，奠定高溫煅燒基礎；
5.3.2 關于窯內煅燒氣氛控制，將窯尾在線氣體分析儀使用好，輔助中控窯操作員對窯況的判斷，同時結合熟料快速監(jiān)測還原氣氛方法，實時保證窯內煅燒氣氛為氧化氣氛，對熟料強度的發(fā)揮以及需水量均有積極影響。
5.4 冷卻制度的調整與控制
關于熟料冷卻控制，一是集中操作員管理上，一段采用合適料層控制，不能過厚與過薄，保證熟料急冷，同時一段急冷風機盡可能使用起來，用以保證熟料急冷；二是檢修期間重視充氣梁清理、各風室隔板間密封、活動梁密封、篦板間隙以及篦板通風面積的工作，防止風室間竄風以及運行期間風短路的現(xiàn)象。
5.5 有害成分控制
密切關注堿含量，鎂含量，硫含量以及硫堿比的變化，礦山生產上通過邊坡料合理搭配，確保有害成份處于控制范圍內。
5.6 重視巖相分析的指導作用
繼續(xù)加強熟料巖相的重視程度。將巖相中反映的問題與實際煅燒工況相結合，找出合理的解決措施，及時對熟料生產工序進行糾偏。
6 結束語
我公司從生料配料管理著手，以提高煅燒溫度為核心的煅燒溫度控制，通過冷卻風機的更新?lián)Q代加強熟料急冷效果，期間輔以科學的監(jiān)測（氣體分析儀）及檢測（巖相分析）手段，及時對窯內熱工制度進行糾偏，形成了閉環(huán)管理流程，最終使熟料強度持續(xù)高質穩(wěn)定。未來，還將對熟料變化持續(xù)進行跟蹤，分析總結經驗，為熟料質量持續(xù)提升不斷努力。

作者：趙曉輝 程穩(wěn) 王尉 劉晨浩 段亞軍

原標題：技術 | 淺談改善熟料質量經驗

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投稿：news@ccement.com

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2024-11-23 10:56:52