提升水泥熟料質(zhì)量：科學(xué)管理與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐

水泥技術(shù)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(zhì)量越發(fā)得到重視，而熟料優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定是水泥質(zhì)量優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的核心。通過科學(xué)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(fēng)機(jī)的更新?lián)Q代加強(qiáng)熟料急冷效果，期間輔以科學(xué)的監(jiān)測（氣體分析儀）及檢測手段（巖相分析），及時(shí)對窯內(nèi)熱工制度進(jìn)行糾偏，形成了閉環(huán)管理流程，最終使熟料強(qiáng)度持續(xù)高質(zhì)穩(wěn)定。熟料強(qiáng)度的提高為后續(xù)水泥質(zhì)量控制打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，穩(wěn)定性提高能夠最大程度發(fā)揮熟料質(zhì)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(chǎn)線回轉(zhuǎn)窯規(guī)格Φ4.8m×74m，窯尾采用2RF5/5000雙系列旋風(fēng)預(yù)熱器帶Φ7.5m×31m在線分解爐。我公司熟料質(zhì)量發(fā)生明顯改變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2018年7月，7月開窯后，熟料強(qiáng)度均在60MPa以上，與往期同比強(qiáng)度大幅度上升，且熟料標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量數(shù)據(jù)見下表一：

2018年1-6月強(qiáng)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(qiáng)度均值62.1MPa，變異系數(shù)較好，僅為2.3%，同時(shí)2018年7月后小磨時(shí)間有明顯下降趨勢，標(biāo)準(zhǔn)稠度一直處于較好水平。影響熟料質(zhì)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(jié)改善熟料質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)。

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?yàn)?018年以來，我公司礦山石灰石開采日益艱難，導(dǎo)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(yīng)對此種情況，一方面采用專人駐點(diǎn)配料，配料人員提前對石灰石各礦點(diǎn)以及邊坡料成分進(jìn)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(jìn)廠環(huán)節(jié)加強(qiáng)了監(jiān)控力度，提前堆煤，同時(shí)對煤的灰分成分進(jìn)行分析，提前調(diào)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(shí)需求煅燒溫度以及煅燒時(shí)間均要高，而實(shí)際生成過程中，煅燒溫度難以達(dá)到，同時(shí)我公司回轉(zhuǎn)窯采用薄料快燒方式，因此C3S往往無法達(dá)到理論水平，因此7月后開始適當(dāng)降低KH和SM配料，提高生料易燒性，使煤料關(guān)系更為匹配，增大C3S實(shí)際生成量，提高熟料強(qiáng)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(guān)文獻(xiàn)表明，當(dāng)堿含量當(dāng)堿含量<1%時(shí)，對強(qiáng)度的影響還不甚明顯,但當(dāng)堿含量>1%左右時(shí)，抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度急劇下降，特別是抗拉強(qiáng)度,當(dāng)堿含量＞1.8%時(shí)，強(qiáng)度突然下降。同時(shí)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(jìn)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(jìn)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(diào)整

2018年7月停窯前，三次風(fēng)管開度45%（理論，高度900mm），高溫風(fēng)機(jī)頻率41.5HZ。停窯后，進(jìn)入三次風(fēng)管檢查發(fā)現(xiàn)，三次風(fēng)管積灰嚴(yán)重，實(shí)際三次風(fēng)管開度更低，從窯內(nèi)窯皮情況看，窯皮長度長，且窯皮較松，反映出窯內(nèi)實(shí)際溫度偏低，導(dǎo)致煤粉燃燒速度偏慢，火焰偏長；因技改高溫風(fēng)機(jī)，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(fēng)量測試，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器總風(fēng)欠缺，高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)量偏小，導(dǎo)致窯爐均缺風(fēng)，窯內(nèi)呈還原氣氛。開窯后，為防止高溫風(fēng)機(jī)加大后，窯內(nèi)通風(fēng)過剩造成火焰偏長的情況，調(diào)高了三次風(fēng)閘板開度至60%（理論，高度1250mm），后續(xù)調(diào)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(yù)熱器系統(tǒng)阻力下降，換熱效率提高，預(yù)燒效果得以保證，同時(shí)加大高溫風(fēng)機(jī)頻率至42.5-43.5HZ,用以保證窯內(nèi)風(fēng)量。整個(gè)煅燒方案調(diào)整核心為提高煅燒溫度，保證C3S的大量生成，為熟料強(qiáng)度提升提供保障。

調(diào)整前后巖相圖

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(nèi)還原氣氛得以改善，呈氧化氣氛。

調(diào)整前后胴掃對比

調(diào)整前

調(diào)整后

從對比效果來看，調(diào)整后窯內(nèi)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(nèi)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(jié)粒變好，飛沙料變少，窯內(nèi)通風(fēng)大為改善，為三次風(fēng)大開度提供了有利保障，窯內(nèi)的還原氣氛也相應(yīng)得到改善。另外，對于窯頭一次風(fēng)機(jī)調(diào)整方向?yàn)樵诒ＷC外軸風(fēng)壓的前提下，通過調(diào)整截面積以及閥門開度，將一次風(fēng)機(jī)頻率加起來，用以提高一次風(fēng)量，保證頭煤的快速燃燒，縮短火焰長度。

當(dāng)然由于大的三次風(fēng)開度以及窯內(nèi)溫度分布更趨于窯前，對于窯皮的維護(hù)是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。窯前筒體溫度高，可能導(dǎo)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(shí)利用窯尾高溫氣體分析儀，嚴(yán)格控制窯尾NOx的含量，避免溫度過高，造成窯皮燒蝕，導(dǎo)致耐火磚損傷。

3 急冷改善

我公司從2016年起，逐年對篦冷機(jī)前端效率低的冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行更新?lián)Q代，使用性能更為優(yōu)秀的風(fēng)機(jī)，用以強(qiáng)化提產(chǎn)后高溫段的急冷效果，截止現(xiàn)在高溫段11臺冷卻風(fēng)機(jī)已更換7臺，我公司篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)布置詳見表八：

其中彩底風(fēng)機(jī)為1-9風(fēng)室風(fēng)室風(fēng)機(jī)，其余為充氣梁風(fēng)機(jī)，其中5704、5705為固定篦床風(fēng)機(jī)，5707、5737為一風(fēng)室充氣梁風(fēng)機(jī)，5736為二風(fēng)室充氣梁風(fēng)機(jī)，5708為三風(fēng)室充氣梁風(fēng)機(jī)，5709為二、三室充氣梁風(fēng)機(jī)，5710、5711為四風(fēng)室充氣梁風(fēng)機(jī)。從2016年至今，總共更換7臺風(fēng)機(jī)，分別為5704、5705、5736、5737、5710、5712、5713。

表八：篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)布置

冷卻風(fēng)機(jī)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(fēng)量，來保證窯內(nèi)呈氧化氣氛。另外檢修期間重視風(fēng)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(yùn)行過程中的竄風(fēng)與風(fēng)短路現(xiàn)象。為保證篦板的通風(fēng)面積，在開啟風(fēng)機(jī)后，派專人對篦板通風(fēng)進(jìn)行逐塊檢查，確保每一塊篦板不堵塞，通風(fēng)良好。具體改善效果見下圖：

2018年以前

圖一（58.3MPa）

?

?圖二（57.8MPa）

圖三（59.3MPa）

?

圖四（58.6MPa）

圖一為熟料強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度58.6MPa巖相，A礦包裹鐵相，反映窯內(nèi)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(chǎn)生。

2018年后

圖一(60.1MPa)?

?

?圖二 (62.4MPa)

圖三(62.3MPa)

?

圖四（62.6MPa）

圖一為熟料強(qiáng)度60.1MPa巖相，圖二為熟料強(qiáng)度62.4MPa巖相，圖三為熟料強(qiáng)度62.3MPa巖相，圖四為熟料強(qiáng)度62.6MPa巖相。從巖相中可知，窯內(nèi)呈氧化氣氛，C3A形態(tài)均呈點(diǎn)線狀，冷卻效果好。

較多資料及實(shí)驗(yàn)證明四種礦物的易磨性為C3S＞C3A＞C4AF＞C2S。急冷效果的加強(qiáng)，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(shí)強(qiáng)度也得到提高。

4 輔助手段的應(yīng)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(jié)皮區(qū)域，配合我公司高三次閘板閥開度設(shè)置，可以將窯皮縮短至22m（見下圖），采用短焰煅燒的方式，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)熟料。目前我公司鎂磚使用區(qū)域?yàn)?.4-22m區(qū)域。

4.2 氣體分析儀在線使用

我公司長期堅(jiān)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(shí)時(shí)保證窯內(nèi)煅燒氣氛，對熟料強(qiáng)度的發(fā)揮以及需水量均有積極影響，特別是工況異常時(shí)，能夠快速判斷問題所在，及時(shí)采取措施，維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。

4.3 巖相分析指導(dǎo)熟料煅燒

公司十分重視巖相分析。一是重視巖相制作質(zhì)量；二是重視巖相反映的問題。

巖相制作質(zhì)量至關(guān)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(chǎn)生誤導(dǎo)，為此我公司針對巖相制作與分析，加大了對專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，保證了巖相的制作質(zhì)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(nèi)氣氛等。

巖相能夠反映很多問題。應(yīng)對問題，及時(shí)采取相應(yīng)措施。如粗晶硅多，相應(yīng)調(diào)整生料細(xì)度；煅燒溫度高或低，窯內(nèi)存在還原氣氛，相應(yīng)調(diào)整用煤用風(fēng)；冷卻差，相應(yīng)調(diào)整篦床控制方式等等。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)目前熟料較好的情況，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，我公司總結(jié)了以下經(jīng)驗(yàn)與措施來保證未來熟料的高質(zhì)穩(wěn)定：

5.1 加強(qiáng)生料質(zhì)量控制，提高生料配料合格率。成份穩(wěn)定性對熟料強(qiáng)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(biāo)，經(jīng)過多年來嘉魚公司實(shí)際生產(chǎn)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(nèi)，與煤質(zhì)配合關(guān)系最合適，冬季期間IM可提高至1.65±0.05來保證熟料早強(qiáng)。

5.3 煅燒控制

5.3.1 關(guān)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(qiáng)預(yù)燒，同時(shí)使窯內(nèi)煅燒溫度更為集中，奠定高溫煅燒基礎(chǔ)；

5.3.2 關(guān)于窯內(nèi)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(shí)結(jié)合熟料快速監(jiān)測還原氣氛方法，實(shí)時(shí)保證窯內(nèi)煅燒氣氛為氧化氣氛，對熟料強(qiáng)度的發(fā)揮以及需水量均有積極影響。

5.4 冷卻制度的調(diào)整與控制

關(guān)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(shí)一段急冷風(fēng)機(jī)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(fēng)室隔板間密封、活動梁密封、篦板間隙以及篦板通風(fēng)面積的工作，防止風(fēng)室間竄風(fēng)以及運(yùn)行期間風(fēng)短路的現(xiàn)象。

5.5 有害成分控制

密切關(guān)注堿含量，鎂含量，硫含量以及硫堿比的變化，礦山生產(chǎn)上通過邊坡料合理搭配，確保有害成份處于控制范圍內(nèi)。

5.6 重視巖相分析的指導(dǎo)作用

繼續(xù)加強(qiáng)熟料巖相的重視程度。將巖相中反映的問題與實(shí)際煅燒工況相結(jié)合，找出合理的解決措施，及時(shí)對熟料生產(chǎn)工序進(jìn)行糾偏。

6 結(jié)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(fēng)機(jī)的更新?lián)Q代加強(qiáng)熟料急冷效果，期間輔以科學(xué)的監(jiān)測（氣體分析儀）及檢測（巖相分析）手段，及時(shí)對窯內(nèi)熱工制度進(jìn)行糾偏，形成了閉環(huán)管理流程，最終使熟料強(qiáng)度持續(xù)高質(zhì)穩(wěn)定。未來，還將對熟料變化持續(xù)進(jìn)行跟蹤，分析總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為熟料質(zhì)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(biāo)題：技術(shù) | 淺談改善熟料質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)

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