熟料圈的處理辦法

熟料圈的處理辦法針對窯28?34m段結(jié)圈問題，圈一旦形成，使該處的橫斷面積顯著減少，對窯的熱工制度破壞較大，輕則影響窯內(nèi)通風(fēng)，熟料產(chǎn)質(zhì)量下降，重則阻礙物料運(yùn)動，窯尾出現(xiàn)漏料，導(dǎo)致窯尾密封裝置變形損壞，不得不止料處理，頻繁結(jié)后圈，使窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，煤耗、電耗磚耗大幅度上升，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。引起結(jié)圈的因素很多，形成的機(jī)理也較復(fù)雜，它與原料性質(zhì)、生料成分、燃料燃燒特性和燃燒狀況、煤灰和生料組成、窯的操作和生產(chǎn)管理水平等有關(guān)。本文通過對不同地域、不同時期投產(chǎn)的1000t/d窯出現(xiàn)的28?34m段結(jié)圈的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐的體會和認(rèn)識，談?wù)勗摱谓Y(jié)圈的預(yù)防和處理。結(jié)圈原因分析由于預(yù)分解窯生料的預(yù)熱分解在預(yù)熱器和分解爐內(nèi)進(jìn)行，生料入窯時，已有90%?95%的碳酸鹽分解。回轉(zhuǎn)窯的功能之一是將剩余的碳酸鈣迅速分解的同時，石灰石質(zhì)同粘土質(zhì)組分間，通過質(zhì)點(diǎn)的相互擴(kuò)散，進(jìn)行固相反應(yīng)，形成C3A、C4AF、C2S。因28?34m段正是固相反應(yīng)帶和燒成帶交界的過渡帶，這個區(qū)域內(nèi)，物料一方面接受火焰輻射對流傳給的熱量，另一方面由于熟料礦物固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，固相反應(yīng)放出的熱量約為420?500J/g，理論上放熱量達(dá)420J/g時，就足以使物料溫度升高300°C以上，物料從900°C升到1250°C的時間約為5?6min。通常情況下，硅酸鹽水泥生料在1250C開始出現(xiàn)液相，因此在28?34m這個區(qū)域本應(yīng)不存在液相的產(chǎn)生和固化過程，也就不可能結(jié)圈，但是由于原材料形成地質(zhì)年代和巖相結(jié)構(gòu)上的差異，物料組分中MgO、R20、SO3、TiO2、P205等次要氧化物含量的不合理，生料成分波動大，窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)定，燃料燃燒特性和燃燒狀況差等方面原因，致使液相開始出現(xiàn)的溫度降低，液相在固相反應(yīng)帶提前出現(xiàn)，為結(jié)圈創(chuàng)造了條件。低品位石灰石的影響根據(jù)資料［2］報道，從成巖分析，低品位石灰石是在不適合生物生長的深海還原環(huán)境下化學(xué)沉積而成:①Si02、Al203、Fe203、CaCO3及MgCO3等混合型沉積，沒有生物的分異作用，再在較高的地溫和巨大的地壓作用下，CaC03與SiO2、A1203、Fe203成分可以相互壓溶化合在一起，造成CaCO3晶格十分不完善，甚至可以形成易燒的CaSiO3（硅灰石）、CaSO4、CaO?Al2O3、CaO?Fe2O3等礦物；②由于晶格缺陷，SiO2、Fe203、Al203、MgCO3、SO3、R2O、Cl-等復(fù)雜成分增加，使CaCO3分解溫度和液相出現(xiàn)溫度下降，這就易結(jié)圈。如西北某廠1000t/d生產(chǎn)線于2001年11月份進(jìn)入調(diào)試和生產(chǎn)階段，調(diào)試期間頻繁出現(xiàn)結(jié)后圈，最嚴(yán)重一次為2002年2月，剛點(diǎn)火35h就在窯32m處結(jié)圈，窯頭返火嚴(yán)重，窯尾壓力達(dá)-1500Pa以上，被迫停窯，冷窯后進(jìn)去打圈，發(fā)現(xiàn)結(jié)圈處只有0800mm左右的孔，后又重復(fù)出現(xiàn)幾次嚴(yán)重結(jié)圈，當(dāng)時用的石灰石CaO僅為45%，SiO2等其他成分含量高達(dá)8%?9%，后經(jīng)更換石灰石供應(yīng)點(diǎn)，石灰石中CaO提高到48%以上，結(jié)圈現(xiàn)象減少。粘土質(zhì)原料的影響試驗(yàn)表明:CaO在SiO2晶格中的擴(kuò)散速度比SiO2在CaO晶格中高3?4倍，因此，SiO2相往往是生料活性的決定性因素，也是決定后圈能否形成的主導(dǎo)成分，我公司1000t/d預(yù)分解窯自1997年12月份投產(chǎn)，硅質(zhì)原料一直由高硅粘土與中硅粘土兩組分搭配使用，雖然不同點(diǎn)的中硅和高硅化學(xué)成分差異不大。MgO的影響據(jù)有關(guān)資料報道[3],適量MgO（—般在生料中含量為1.6%?2.0%）可改善高硫堿比微組分對阿利特形成的不利影響，但是MgO含量超過3.0%以上，則液相出現(xiàn)的溫度降低，并且液相量增加迅速，液相粘度降低，燒成范圍變窄，窯皮增長。河南新鄉(xiāng)水泥廠1992年6月投產(chǎn)的1000t/d預(yù)分解窯工藝線[4],1994年12月，由于石灰石的變化，熟料中MgO含量升高，波動在2.6%?4.9%之間，操作過程中出現(xiàn)長厚窯皮，由正常情況下的16?18m拉長到24?30m，后圈高度達(dá)600mm，窯內(nèi)經(jīng)常出大球，窯系統(tǒng)熱工制度紊亂，熟料結(jié)粒粗大且不均勻，出現(xiàn)明顯輕燒現(xiàn)象，產(chǎn)量降低，常因大蛋和后圈而停窯。河南七里崗水泥廠[5]1000t/d預(yù)分解窯1998年有一段時間，經(jīng)常在窯中大齒輪前約2m即34m位置結(jié)圈，造成回轉(zhuǎn)窯不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有時從點(diǎn)火到圈完全形成約50h，經(jīng)取圈料進(jìn)行分析（見表4），MgO含量有些偏高。揮發(fā)性組分的影響一般情況下，生料最低共熔溫度為1250°C左右，H?Rifzmann指出，硫酸鉀、硫酸鈣、硫酸鈉共同存在時，最低共熔溫度可低于800C，有氯化物存在時，最低共熔溫度可接近700C；另一方面，揮發(fā)性組分形成的熔體會在生料或耐火磚表面鋪展開來，起到“粘結(jié)劑”的作用，形成結(jié)圈。配料方案的影響窯在28?34m段能否成圈在很大程度上取決于與硅率有關(guān)的液相量，與鋁率有關(guān)的液相量隨溫度而增加的速度及液相粘度，與石灰飽和系數(shù)有關(guān)的CaO/C2S摩爾比。在水泥熟料燒結(jié)過程中，液相有2種作用：一是為C2SCaO-C3S的反應(yīng)提供條件，使C2S和CaO溶于液相起化學(xué)反應(yīng)，生成C3S；另一作用是像“膠結(jié)劑”一樣潤濕窯內(nèi)物料，從而使出窯熟料塊度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入窯物料的粒度和結(jié)窯皮；液相量以充填晶間孔隙80%?100%（相當(dāng)于熟料質(zhì)量的20%?30%）為宜，充填率少于80%，物料燒結(jié)不足，孔隙多，不利于CaO和SiO2的溶解與擴(kuò)散，多形成100%，處于塑性狀態(tài)的物料容易結(jié)成大于30mm，甚至更大塊，并且易在燒成帶尾端即28?34m結(jié)厚窯皮和圈，硅率低或者飽和比低，熟料中液相量就多，鋁氧率低（Fe2O3含量高），熟料液相粘度低，液相表面張力也低，燒結(jié)范圍變窄，一方面物料在固相反應(yīng)帶結(jié)圈、結(jié)蛋；另一方面，物料在燒成帶又不易粘掛窯皮，嚴(yán)重磨損燒成帶的耐火材料。另外［3］在3個率值中，硅率n對揮發(fā)性組分的循環(huán)富集的影響也較大，硅率低，液相100%填充物料的孔隙，使揮發(fā)組分的揮發(fā)受阻，從而使滯留物料中的K2SO4、Na2SO4、CaSO4、KCl等含量增加，這進(jìn)一步加劇液相量生成，易結(jié)圈。如青海水泥廠1000t/d生產(chǎn)線［6］，1998年10月28日一次點(diǎn)火投料成功，但在投產(chǎn)后第6?第7月間，每次投料后2?3d，在窯內(nèi)過渡帶部位即出現(xiàn)物料結(jié)蛋現(xiàn)象，并伴隨后圈產(chǎn)生，蛋在圈后，這樣料球無法越過結(jié)圈，而且越滾越大，結(jié)圈越結(jié)越厚，有時結(jié)圈處凈空直徑只剩1m，而結(jié)蛋直徑卻可達(dá)1.5m，后修改配料方案，結(jié)圈、結(jié)蛋問題得到根治。煤的燃燒特性及燃燒狀況的影響不同種類、不同產(chǎn)地的煤，其燃燒特性差異較大，對窯的影響也很大，反映到操作上就是影響火焰的溫度和火焰的長度、位置及形狀，燃燒特性差的煤，揮發(fā)分開始析出的溫度及著火溫度均較高，火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢，火焰溫度下降，燃盡性能變差，一方面易在窯頭形成細(xì)長的火焰形狀，這種火焰有較強(qiáng)的向窯尾輸送熱量的能力，熱量分配不合理，造成燒成帶溫度偏低，而窯尾溫度顯示正常或偏高，由于燒成帶溫度無儀表監(jiān)控，窯中控操作員是根據(jù)窯尾煙室溫度來操作的，在這種情況下，操作員往往誤認(rèn)為窯系統(tǒng)溫度正常，熱量后移使過渡帶溫度過高，液相提前出現(xiàn)，增加了結(jié)長厚窯皮的因素；另一方面，這種火焰易在窯內(nèi)產(chǎn)生機(jī)械和化學(xué)不完全燃燒，形成還原焰，產(chǎn)生大量CO，使三價鐵還原成二價鐵，而FeO液相在1100°C左右出現(xiàn)并能促使硅方解?石〔2（CaOSiO2）?CaC03〕的形成，而硅方解石在1180?1220°C形成液相，這樣就易使液相提前出現(xiàn)，將未熔的物料粘結(jié)在一起，造成結(jié)圈。另外煤粉的細(xì)度和烘煤用的廢氣粉塵濃度高也會導(dǎo)致液相提前出現(xiàn)，庫爾曾指出:粗煤粒燒剩的焦煤粒掉落物料中燃燒時，能把其中的Fe2O3還原成FeO，與SiO2反應(yīng)生成低熔的鐵橄欖石，其化學(xué)式為2FeO?SiO2，它與C2S形成一系列固溶體，其中鈣鐵橄欖石（CFS）和C2S為有限固溶體，在1200?1230C時生成液相，用預(yù)熱器廢氣進(jìn)行煤烘干的生產(chǎn)線，在熱風(fēng)不凈的情況下，窯灰會進(jìn)入煤粉中，這樣含有一定CaO的窯灰會使煤灰分熔點(diǎn)降低幾百度，熔融的煤灰將促使28?34m圈的形成。如2001年8月投產(chǎn)的浙江桐鄉(xiāng)某1000t/d生產(chǎn)線，2002年4月份，煤粉粗粉分離器內(nèi)筒磨穿，煤粉細(xì)度粗（80Mm方孔篩篩余達(dá)12%以上），且灰分大,造成黑火焰長，煤粉在射程內(nèi)不能完全燃燒，還原氣氛濃厚，主窯皮短且薄，副窯皮長而厚常在28?36m結(jié)圈，并且熟料黃心料多，停窯取圈樣分析，Al2O3和SiO2明顯高于正常熟料，這與煤灰沉落摻入有關(guān)。后在2002年5月份大修時，更換了內(nèi)筒，且把煤灰分控制在28%以內(nèi)，重新點(diǎn)火投料，窯內(nèi)火焰順暢、清亮、活潑有力，主窯皮增長（14?16m），副窯皮縮短（4?5m），在窯內(nèi)熱力分布合理，28?34m結(jié)圈基本消除。煅燒操作方法的影響窯的轉(zhuǎn)速不僅影響物料的運(yùn)動速度，而且還影響了物料被帶起的高度，窯速越快，物料被帶起越高，它與窯內(nèi)熱氣流的接觸越好，傳熱效率也越高，料與料、料與窯襯溫差小，這樣料與料的粘結(jié)機(jī)會也會少。另外窯速加快后，物料在窯內(nèi)的停留時間會短些，煤灰的沉降量相對分布較均勻，繼而結(jié)圈、結(jié)球、長窯皮的現(xiàn)象也少；據(jù)有關(guān)資料報道［9］，窯速減慢尤其是在熱工極不正常情況下減慢窯速（嚴(yán)重竄料、跑料）和窯升溫期的慢轉(zhuǎn)，是導(dǎo)致原燃材料中有害成分在系統(tǒng)中產(chǎn)生內(nèi)循環(huán)、產(chǎn)生富集結(jié)皮的主要原因之一。2001年7月份投產(chǎn)的湖北鄂城水泥廠1000t/d生產(chǎn)線，在2002年3?4月期間，窯28?34m結(jié)圈非常頻繁，有時剛點(diǎn)火投料1?2個班就結(jié)圈，后僅把從投料到達(dá)設(shè)計(jì)產(chǎn)量的時間控制在3?4h，并且把窯速從原來的最高2.8r/min提高到3.3r/min，不但產(chǎn)量明顯提高，而且結(jié)圈的問題也得到了解決。這因?yàn)楦G系統(tǒng)在低投料量狀態(tài)下，尤其是投料量低于60t/h維持運(yùn)行，往往會因風(fēng)、煤、料搭配不當(dāng)，窯爐協(xié)調(diào)欠佳，喂煤量波動等因素造成窯系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)定?？s短窯系統(tǒng)投料過度時間，使窯系統(tǒng)盡快在滿負(fù)荷狀態(tài)下均衡穩(wěn)定運(yùn)行，意味著減輕了各種不穩(wěn)定因素對窯系統(tǒng)的影響，減少了生產(chǎn)事故發(fā)生的幾率。結(jié)圈的處理熱燒法揮發(fā)性組分循環(huán)富集而結(jié)成的硫堿圈，一般采用此法，處理時，將燃燒器往里推，減料適當(dāng)加大外流風(fēng)用量，關(guān)小旋流風(fēng)，適當(dāng)拉大排風(fēng)量，使火焰延長，提高尾溫，加強(qiáng)預(yù)燒，逐漸加快窯速，保持窯快轉(zhuǎn)，卸出部分圈后積料，待圈后積料減少時，適當(dāng)抬高燃燒器使火焰高溫部分調(diào)整到結(jié)圈處，使結(jié)圈處的溫度超過950°C，圈處的揮發(fā)性組分得以氣化，結(jié)圈即可消失；在處理硫堿圈時，要適當(dāng)提高熟料n和KH，減少物料中的液相量。冷燒法對于由于煤的燃燒特性差和操作不當(dāng)而結(jié)成的圈常采用此法。具體操作如下:1） 改變煤的配合，采用揮發(fā)分＞25%，灰分適當(dāng)提高入窯生料n值，P值保持不變。2） 燃燒器退到較后位置，加大旋流風(fēng)量，一方面在噴嘴周圍產(chǎn)生較強(qiáng)的回流區(qū)能穩(wěn)定燃料著火；另一方面為煤粉提供更多的空氣，使火焰中心供氧充分，強(qiáng)化了煤粉燃燒，從而提高火焰的熱力強(qiáng)度。3） 適當(dāng)降低尾溫，提高窯的快轉(zhuǎn)率，保持窯速在3.0r/min以上，以利煤粉均勻摻入熟料中，使圈處的溫度比正常低50?100C。4） 在處理結(jié)圈時，適當(dāng)提高物料n值，KH維持不變，一般1?2個班，圈即可以垮落。冷熱交替法對于因MgO高或者配料方案不當(dāng)以及MgO、R2O同時高（如尾灰摻入多等）而結(jié)成的后圈常采用此法。1） 調(diào)整配料方案，大幅度同時提高n和KH值，降低Fe203含量，以減少液相量，有條件的廠家暫不使用Mg0±1.5%的石灰石，出磨生料直接入窯煅燒，除塵器尾灰暫不入窯，待生料中時，再搭配進(jìn)生料均化庫。2） 先減料50t/h，同時向窯內(nèi)推進(jìn)燃燒器，在保證窯頭煤完全燃燒的情況下，適當(dāng)加大外流風(fēng)的開度，使火焰高溫點(diǎn)后移，提高圈處的溫度，燒1?2h，窯速仍控制在3.0r/min以上。3） 退出燃燒器，并加大旋流風(fēng)的開度，強(qiáng)化煤粉燃燒，縮短火焰長度，改變煤灰的沉落點(diǎn)，降低結(jié)圈處溫度，同時提高喂料量（80t/h）,沖料15min，如果窯尾漏料，則適當(dāng)降低產(chǎn)量，以不漏料為原則，這樣冷燒1?2h，在冷燒過程中，fCaO適當(dāng)放寬到W2.5%。4） 再次減料50t/h，進(jìn)行熱燒，這樣反復(fù)3?4次（有時2?3次），使圈受顯著的冷熱交替作用，造成開裂而垮落。5） 如果結(jié)圈較嚴(yán)重，可先熱燒，再停料止火冷1?3h，待分解爐溫度降到400?600°C,即可快速升溫，至尾溫達(dá)1050C左右，沖料、快速轉(zhuǎn)窯。從幾個廠的經(jīng)驗(yàn)來看，有時1次即可，有時要冷熱交替2次。冷轉(zhuǎn)法對于結(jié)圈原因不明或者經(jīng)過3?4個班前述3種方法處理無效則采用此方法，在止料燒空窯后:①止火，將高溫風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力降到-800Pa左右；②用0.6r/min慢轉(zhuǎn)窯，停篦冷機(jī)篦床堆料；③待窯尾煙室溫度降到250C左右，即將窯轉(zhuǎn)速提高到3.0r/min以上甩圈，一直到圈垮為止。窯炮轟擊法對于質(zhì)地較硬的熟料后圈采用此法，此方法處理速度快，但對于質(zhì)地疏松的圈無效，具體做法為:①在距窯門1.5?2.0m處架好窯炮，止料止火停排風(fēng)機(jī)，打開窯門，瞄準(zhǔn)圈體射擊；②射擊位置以第一象限的圈根為最佳，先把圈根擊穿，然后射擊圈體，鉛制彈頭射入圈體后立即汽化，體積膨脹，使圈體松動、垮落。預(yù)防措施28?34m圈形成的主要因素是由于物料在此區(qū)域內(nèi)提前產(chǎn)生液相，并且物料的升溫速度大于襯料的升溫速度，物料與襯料的升溫速度是以使物料液相凝固，因此防止此處結(jié)圈的辦法在于提高物料中初期液相出現(xiàn)的溫度和盡量減少襯料與物料在此段的溫差。對硅質(zhì)、鈣質(zhì)原料超前控制目前，我國水泥工業(yè)用粘土質(zhì)、石灰石質(zhì)原料，其成分波動范圍愈來愈大，尤其對于沒有自己的礦山而外購原料，沒有原料預(yù)均化堆場的新型干法水泥廠，由于生料質(zhì)量主要依賴于外購原料的質(zhì)量和均齊性，因此對所用原料在礦山開采時或進(jìn)廠之前進(jìn)行質(zhì)量控制，從而達(dá)到進(jìn)廠成分均齊，質(zhì)量滿足配方要求，實(shí)現(xiàn)成品原料進(jìn)廠，即超前控制的意義就更為重大了，具體來說，要進(jìn)行以下兩方面的工作。對不同品位、不同成巖時代的鈣質(zhì)和硅質(zhì)礦山的各個開采區(qū)進(jìn)行分層鉆孔取樣分析，取樣次數(shù)為1次/h，對各個開采面進(jìn)行質(zhì)量控制；根據(jù)分析結(jié)果控制各開采區(qū)的搭配比例，對不同開采區(qū)進(jìn)行合理搭配開采，以控制其原料的CaO和硅質(zhì)原料的Si02,質(zhì)量控制指標(biāo)為：目標(biāo)值±1%。避免同時使用高堿高鎂原料。堿主要來自硅質(zhì)原料，也有一些來自石灰石，MgO主要來自石灰石，一般要求生料R2O,我國現(xiàn)行的中規(guī)定:石灰石中MgOW3.O%，如果石灰石中MgO±3.0%，則要求礦山調(diào)整開采計(jì)劃，分采點(diǎn)按MgO高低搭配進(jìn)廠，減少M(fèi)gO含量的波動，將生料中MgO控制在4.0%以下，并且生料中R2O控制在0.8%以下；如果生料中R20超過1.0%，則不但要按SiO2高低開采，還要按R2O含量高低搭配進(jìn)廠，將生料中R2O控制在1.6%以下，生料中MgO同時控制在2.1%以下。強(qiáng)化燃燒器的操作，確?；鹧娴暮线m形狀和熱力強(qiáng)度燒成控制的重點(diǎn)是掌握好火焰的形狀和熱力強(qiáng)度，在三通道燃燒器的操作中，應(yīng)結(jié)合煤質(zhì)、窯內(nèi)溫度及其分布、窯皮情況、窯負(fù)荷曲線、物料的結(jié)粒及帶起情況和窯尾溫度、碳酸鹽分解率、負(fù)壓、廢氣成分等因素的變化，合理調(diào)節(jié)內(nèi)外流風(fēng)，強(qiáng)化窯頭煤的完全燃燒和煤灰的均勻沉降，1000t/d預(yù)分解窯燒成帶長度約為20m左右，一般以控制火焰長度來達(dá)到控制燒成帶長度的目的，正常情況下，窯內(nèi)火焰淺黃偏白亮，黑火頭長約1.0m，火焰核心區(qū)域最高溫度達(dá)1900°C，且火焰核心長度約為3?4m，主燃區(qū)段氣體平均溫度在1700°C以上，且總長度達(dá)6?8m。火焰活潑有力且形狀細(xì)而不長，使整個燒成帶具有強(qiáng)而均勻的熱輻射，火焰順暢不頂燒，不沖撞窯皮也不觸及料層。如果外流風(fēng)過大，則火焰的核心區(qū)拉長，易形成細(xì)而長的火焰，易在窯內(nèi)產(chǎn)生還原氣氛，易使未燃盡的焦碳粒子沉落在窯后段繼續(xù)燃燒，使物料過早出現(xiàn)液相，在25m以后產(chǎn)生浮窯皮，引起結(jié)圈。優(yōu)化配料方案國內(nèi)新型干法窯經(jīng)過實(shí)踐優(yōu)選出高硅率(n=2.6±0.1)，高鋁氧率(P=1.6±0.1)、中飽和比(KH=0.88±0.2)的配料方案，主要是對大中型預(yù)分解窯而言的，而對①3.2mX50m這類中小型預(yù)分解窯，應(yīng)根據(jù)本廠的原材料、燃料品質(zhì)、生料質(zhì)量、熟料煅燒工藝、冷卻條件和水泥品種等具體情況，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐來優(yōu)化，確定最佳的配料方案。由于MgO含量的增加，熟料在高溫帶的液相量增加，液相粘度降低，燒成范圍變窄，易結(jié)大塊、易結(jié)后圈，其作用與Fe203相似，因此，對于使用原料中MgO含量高的生產(chǎn)線，宜選用高n(2.8±0.1)和高P(1.65±0.1),中等偏高的石灰飽和系數(shù)KH(0.92±0.02)的配料方案。另外在選擇配料方案時，必須考慮一些微組分如Mg0、R20、S03的影響，因?yàn)檫@些微組分都會在燒成過程中以液相出現(xiàn)，增加液相量并影響液相出現(xiàn)的初期溫度和粘度以及液相表