论文部分内容阅读
【摘 要】虽然水泥干法熟料生产线工艺装备日趋完善，生产技术越来越成熟，但生产过程中窑头飞砂料现象还是时有发生，这种现象造成窑内的耐火砖、喷煤管、窑头罩、三次风管弯头烧注料和窑头电除尘进口风管等设备的使用寿命大大缩短，严重制约了窑运转率的提高。文章中对飞砂料的形成原因从原燃材料性能、生料配料方案和工艺操作参数等方面进行了探讨分析，并对飞砂料的形成原因逐一进行分析，针对性地提出解决飞砂料的各项措施。
【关键词】4500t/d熟料生产线；预分解窑；飞砂料
我公司4500t/d熟料生产线，在熟料煅烧过程中出现较多的飞砂料。这既影响熟料质量，又影响窑衬、三次风管等设备和设施的使用寿命。经研究分析，所用高品位石灰石的结晶完整，煤中硫量高，及配料方案不合理，SM过高、IM过低等是飞砂料产生的原因。我公司公司采取了调整配料方案、加强原燃料质量控制和窑系统优化操作、缩短窑尾上升烟道等针对性技术措施，使飞砂料得到有效控制。
我公司4500t/d熟料预分解窑生产线自2011年5月通过系统考核后，生产运转一直正常稳定。但在熟料生产过程中，发现熟料中的细粉（俗称飞砂料）量较大约占10%，此飞砂料的产生不仅影响了熟料质量，减少了窑内的耐火砖、喷煤管、窑头罩、三次风管浇注料和窑头电除尘进口风管等设备的使用寿命，而且在处理飞砂料时还对环境造成污染。因此，研究分析我公司飞砂料的形成原因并解决处理具有很现实的意义。
一、飞砂料形成原因探析
1、原燃料因素，石灰石的晶型结构对物料煅烧结粒性的影响。所用石灰石越纯，晶体越大，结晶越完整且有规则，其煅烧结粒性越差，所需热耗越高。在相同的生产工艺条件下，其生产的熟料f-CaO量较高，熟料强度低，并会产生大量飞砂料。而当石灰石中含有一定的泥质成分，纯度较低，成非晶体状或细泥晶状时，往往熟料结粒性較好，能够烧出质量较高的熟料且不易产生飞砂料。从我公司的石灰石岩相分析报告来看，生产用石灰石中，高品位石灰石的晶型结构和晶体发育较好，而低品位石灰石的晶型结构较粗，晶体发育不良。实践中发现，当用高品位石灰石生产时，熟料中的飞砂料量就大。
石灰石中难烧的f-SiO2量过高，也易产生飞砂料。我公司石灰石中的f-SiO2量较高，有些矿体平均大于5%，有不少地段大于6%，超出了一般规范小于4%的要求。岩相分析也表明：我公司石灰石中f-SiO2的晶体结构较细，发育完好。因此，这样高含量且发育又完整的f-SiO2很难将其磨细，因而造成生料易烧性较差而产生飞砂料。
物料成分波动大也易产生飞砂料。我公司矿山石灰石品质波动大，预配料效果差；加上生料库均化效果不理想，导致入窑的生料成分波动大，继而引起窑系统热工状况不稳，易产生飞砂料。
2、燃料因素。硫酸盐饱和度过高易产生飞砂料。熟料中硫和碱含量应有一定的比例，通常称为硫碱比或硫酸盐饱和度。熟料的硫碱比=W（SO3）/[（W（K2O）+1/2 W（Na2O）]。若燃料带入的硫量比较高，原料中带入的碱量偏低，窑系统内硫的循环富集，就会造成熟料中硫碱比过高。硫碱比过高会增加液相量、降低液相粘度和表面张力，结果是改善了熟料颗粒的可浸润性，却降低了颗粒之间的粘着力。粘度和表面张力的降低，会使熟料颗粒结构疏松，物料在窑内滚动时难以形成较大颗粒，或形成后也会由于多次滚动而散开，产生大量细粉。我公司的燃料烟煤中含硫量有时达1.29%，原料中的碱含量偏低，熟料的硫碱比为189.36%，大大超过正常控制范围。
3、配料率值不合理。（1）SM太高。熟料SM过高也易产生飞砂料。SM是表示在煅烧过程中或在烧成带内固相与液相的比例。在1400℃以上时，熔融物料中的固相为C3S和C2S，Si02基本上存在于固相中，液相则包括了全部的Al2O3和Fe2O3。若SM过高，液相量就会偏少，就不足以将物料结成大的颗粒，熟料颗粒细小，容易产生飞砂料。我公司石灰石中有时因Si02含量高，设计时又没有考虑铝质校正原料，因此熟料中SM过高，平均在2.7～3.0，液相量L[L=3W（Al2O3）+2.25W（Fe2O3）+W（MgO）]偏低，平均在23%左右。（2） IM较低，也易产生飞砂料。IM低时会降低熟料液相的粘度和表面张力，而要使熟料有一定的结粒度，熟料液相应有足够的粘度和表面张力。Al2O3有利于提高液相粘度和表面张力，即提高IM，有利熟料结粒。我公司生料的IM较低，平均在1.3左右。
4、其它因素。（1）入窑分解率过高，使窑内过渡带相应延长产生飞砂料的原因。我公司分解炉规格为7.3m×38.00m，热容量大，表现为入窑分解率较高（统计值为96%～98%）和入窑物料温度高（经常为880～920 ℃）。入窑分解率高，相应回转窑内的碳酸盐分解带缩短了而烧成带受火焰形状限制不可能随意拉长，因此相应的过渡带变长，这样物料在950～ 1250 ℃的温度段停留时间过长，而在这个温度段下物料的扩散速度很快，却又形不成阿利特相，势必造成贝利特和游离石灰的再结晶，形成粗大的结构，降低了物料的表面活性和晶格缺陷活性，阻碍了下一步阿利特的形成。熟料中的液相也由于可浸润的表面减少了，难于将物料粘结成粒，严重时造成熟料过烧又有大量的粉料产生，即飞砂料。（2）窑热工制度不稳定，也易造成飞砂料。我公司窑系统的上升烟道设计过长，结皮后，清料时间较长，造成窑内热工制度不稳定，而且在结皮较多时，清料时捅料孔开得较多，造成系统漏风严重，导致窑内通风不良，还原气氛浓，烧成温度低，熟料结粒差。
二、解决措施
通过上述分析，针对产生飞砂料的原因采取了如下相应措施。
1、调整配料方案。针对我公司物料硅高铝低的特点，2012年6月起增加了铝质校正原料，即由原来石灰石、砂岩、铁粉三组分配料改为现在的石灰石、页岩、砂岩、铁粉四组分配料，从而改变了原来熟料硅高铝低的状况。调整后的熟料率值控制为：KH=0.90±0.02，SM=2.50±0.1，IM=1.6±0.1。配比改变后，液相量达26.18%，熟料结粒状况明显好转。
2、加强生产控制，充分利用原燃料。（1）充分利用低品位石灰石，同时加强生料质量的监控力度。根据我公司石灰石的情况，品位高的石灰石结晶普遍较好，品位较低的石灰石结晶情况普遍较差的现象，通过加强矿山石灰石分析，从矿山的钻孔样开始预控制，充分利用了低品位的石灰石。生产用石灰石的W（CaO）值控制，由原先的50%以上降至47%～48.5%，并投入荧光分析仪进行生料成分控制，使我公司的生产全过程都在监控之下，使得物料的稳定性大大加强。（2）加强对原煤与其它辅助原料的质量控制。一是把原煤的有害成分（全硫）控制在1.0%以内；二是加强原煤均化，保证了入窑煤粉质量与稳定。同时，通过对原煤及原料的碱含量进行适当控制，使熟料的硫碱比控制在合理的范围内（2012年平均在105.17%），为窑系统的稳定奠定了基础。
3、优化操作和技改。因我公司原料固有的一些特性，飞砂料的存在不可避免。通过在操作中的不断摸索，在进行配料调整、加强生产管理和合理利用原燃料的基础上，进行优化操作，可减少飞砂料量。（1）更好地定位了喷煤管的位置，调整一次风量与内外风的关系，可使窑内火焰形状与长度控制在合理的范围内，以保证窑内烧成带的长度和温度。（2）通过控制窑内与分解炉的风、料、煤比例，使入窑物料的表观分解率控制在91%～95%，改善了原来预热过度现象。（3）篦冷机采用厚料层控制，提高了二次风温，使煤粉的燃烧更加充分，烧成带的热度更加集中。（4）在2013年春节，利用大修时间对窑尾上升烟道进行技改。技改后，缩短了上升烟道长度，相应减少了结皮量，安装空气炮，使清理结皮用时大大缩短，而且在清理结皮时严格要求清料人员控制捅料孔的打开数量，减少了系统的漏风，改善了窑系统热工制度。从改造后的运行情况看，确实达到了理想效果。
三、结束语
通过采取上述系列措施后，飞砂料得到了较好的控制。虽然近来飞砂料还时有发生，但飞砂料量已得到明显减少；窑内的耐火砖、喷煤管、窑头罩、三次风管浇注料和窑头电收尘进口风管等设备的寿命大大提高。随着窑系统设备运转率提高、窑系统热工制度趋于合理稳定及物料稳定性的提高，我公司熟料质量和水泥质量的稳定性大大增强，在强度和标准偏差上均达到了先进企业标准。
【关键词】4500t/d熟料生产线；预分解窑；飞砂料
我公司4500t/d熟料生产线，在熟料煅烧过程中出现较多的飞砂料。这既影响熟料质量，又影响窑衬、三次风管等设备和设施的使用寿命。经研究分析，所用高品位石灰石的结晶完整，煤中硫量高，及配料方案不合理，SM过高、IM过低等是飞砂料产生的原因。我公司公司采取了调整配料方案、加强原燃料质量控制和窑系统优化操作、缩短窑尾上升烟道等针对性技术措施，使飞砂料得到有效控制。
我公司4500t/d熟料预分解窑生产线自2011年5月通过系统考核后，生产运转一直正常稳定。但在熟料生产过程中，发现熟料中的细粉（俗称飞砂料）量较大约占10%，此飞砂料的产生不仅影响了熟料质量，减少了窑内的耐火砖、喷煤管、窑头罩、三次风管浇注料和窑头电除尘进口风管等设备的使用寿命，而且在处理飞砂料时还对环境造成污染。因此，研究分析我公司飞砂料的形成原因并解决处理具有很现实的意义。
一、飞砂料形成原因探析
1、原燃料因素，石灰石的晶型结构对物料煅烧结粒性的影响。所用石灰石越纯，晶体越大，结晶越完整且有规则，其煅烧结粒性越差，所需热耗越高。在相同的生产工艺条件下，其生产的熟料f-CaO量较高，熟料强度低，并会产生大量飞砂料。而当石灰石中含有一定的泥质成分，纯度较低，成非晶体状或细泥晶状时，往往熟料结粒性較好，能够烧出质量较高的熟料且不易产生飞砂料。从我公司的石灰石岩相分析报告来看，生产用石灰石中，高品位石灰石的晶型结构和晶体发育较好，而低品位石灰石的晶型结构较粗，晶体发育不良。实践中发现，当用高品位石灰石生产时，熟料中的飞砂料量就大。
石灰石中难烧的f-SiO2量过高，也易产生飞砂料。我公司石灰石中的f-SiO2量较高，有些矿体平均大于5%，有不少地段大于6%，超出了一般规范小于4%的要求。岩相分析也表明：我公司石灰石中f-SiO2的晶体结构较细，发育完好。因此，这样高含量且发育又完整的f-SiO2很难将其磨细，因而造成生料易烧性较差而产生飞砂料。
物料成分波动大也易产生飞砂料。我公司矿山石灰石品质波动大，预配料效果差；加上生料库均化效果不理想，导致入窑的生料成分波动大，继而引起窑系统热工状况不稳，易产生飞砂料。
2、燃料因素。硫酸盐饱和度过高易产生飞砂料。熟料中硫和碱含量应有一定的比例，通常称为硫碱比或硫酸盐饱和度。熟料的硫碱比=W（SO3）/[（W（K2O）+1/2 W（Na2O）]。若燃料带入的硫量比较高，原料中带入的碱量偏低，窑系统内硫的循环富集，就会造成熟料中硫碱比过高。硫碱比过高会增加液相量、降低液相粘度和表面张力，结果是改善了熟料颗粒的可浸润性，却降低了颗粒之间的粘着力。粘度和表面张力的降低，会使熟料颗粒结构疏松，物料在窑内滚动时难以形成较大颗粒，或形成后也会由于多次滚动而散开，产生大量细粉。我公司的燃料烟煤中含硫量有时达1.29%，原料中的碱含量偏低，熟料的硫碱比为189.36%，大大超过正常控制范围。
3、配料率值不合理。（1）SM太高。熟料SM过高也易产生飞砂料。SM是表示在煅烧过程中或在烧成带内固相与液相的比例。在1400℃以上时，熔融物料中的固相为C3S和C2S，Si02基本上存在于固相中，液相则包括了全部的Al2O3和Fe2O3。若SM过高，液相量就会偏少，就不足以将物料结成大的颗粒，熟料颗粒细小，容易产生飞砂料。我公司石灰石中有时因Si02含量高，设计时又没有考虑铝质校正原料，因此熟料中SM过高，平均在2.7～3.0，液相量L[L=3W（Al2O3）+2.25W（Fe2O3）+W（MgO）]偏低，平均在23%左右。（2） IM较低，也易产生飞砂料。IM低时会降低熟料液相的粘度和表面张力，而要使熟料有一定的结粒度，熟料液相应有足够的粘度和表面张力。Al2O3有利于提高液相粘度和表面张力，即提高IM，有利熟料结粒。我公司生料的IM较低，平均在1.3左右。
4、其它因素。（1）入窑分解率过高，使窑内过渡带相应延长产生飞砂料的原因。我公司分解炉规格为7.3m×38.00m，热容量大，表现为入窑分解率较高（统计值为96%～98%）和入窑物料温度高（经常为880～920 ℃）。入窑分解率高，相应回转窑内的碳酸盐分解带缩短了而烧成带受火焰形状限制不可能随意拉长，因此相应的过渡带变长，这样物料在950～ 1250 ℃的温度段停留时间过长，而在这个温度段下物料的扩散速度很快，却又形不成阿利特相，势必造成贝利特和游离石灰的再结晶，形成粗大的结构，降低了物料的表面活性和晶格缺陷活性，阻碍了下一步阿利特的形成。熟料中的液相也由于可浸润的表面减少了，难于将物料粘结成粒，严重时造成熟料过烧又有大量的粉料产生，即飞砂料。（2）窑热工制度不稳定，也易造成飞砂料。我公司窑系统的上升烟道设计过长，结皮后，清料时间较长，造成窑内热工制度不稳定，而且在结皮较多时，清料时捅料孔开得较多，造成系统漏风严重，导致窑内通风不良，还原气氛浓，烧成温度低，熟料结粒差。
二、解决措施
通过上述分析，针对产生飞砂料的原因采取了如下相应措施。
1、调整配料方案。针对我公司物料硅高铝低的特点，2012年6月起增加了铝质校正原料，即由原来石灰石、砂岩、铁粉三组分配料改为现在的石灰石、页岩、砂岩、铁粉四组分配料，从而改变了原来熟料硅高铝低的状况。调整后的熟料率值控制为：KH=0.90±0.02，SM=2.50±0.1，IM=1.6±0.1。配比改变后，液相量达26.18%，熟料结粒状况明显好转。
2、加强生产控制，充分利用原燃料。（1）充分利用低品位石灰石，同时加强生料质量的监控力度。根据我公司石灰石的情况，品位高的石灰石结晶普遍较好，品位较低的石灰石结晶情况普遍较差的现象，通过加强矿山石灰石分析，从矿山的钻孔样开始预控制，充分利用了低品位的石灰石。生产用石灰石的W（CaO）值控制，由原先的50%以上降至47%～48.5%，并投入荧光分析仪进行生料成分控制，使我公司的生产全过程都在监控之下，使得物料的稳定性大大加强。（2）加强对原煤与其它辅助原料的质量控制。一是把原煤的有害成分（全硫）控制在1.0%以内；二是加强原煤均化，保证了入窑煤粉质量与稳定。同时，通过对原煤及原料的碱含量进行适当控制，使熟料的硫碱比控制在合理的范围内（2012年平均在105.17%），为窑系统的稳定奠定了基础。
3、优化操作和技改。因我公司原料固有的一些特性，飞砂料的存在不可避免。通过在操作中的不断摸索，在进行配料调整、加强生产管理和合理利用原燃料的基础上，进行优化操作，可减少飞砂料量。（1）更好地定位了喷煤管的位置，调整一次风量与内外风的关系，可使窑内火焰形状与长度控制在合理的范围内，以保证窑内烧成带的长度和温度。（2）通过控制窑内与分解炉的风、料、煤比例，使入窑物料的表观分解率控制在91%～95%，改善了原来预热过度现象。（3）篦冷机采用厚料层控制，提高了二次风温，使煤粉的燃烧更加充分，烧成带的热度更加集中。（4）在2013年春节，利用大修时间对窑尾上升烟道进行技改。技改后，缩短了上升烟道长度，相应减少了结皮量，安装空气炮，使清理结皮用时大大缩短，而且在清理结皮时严格要求清料人员控制捅料孔的打开数量，减少了系统的漏风，改善了窑系统热工制度。从改造后的运行情况看，确实达到了理想效果。
三、结束语
通过采取上述系列措施后，飞砂料得到了较好的控制。虽然近来飞砂料还时有发生，但飞砂料量已得到明显减少；窑内的耐火砖、喷煤管、窑头罩、三次风管浇注料和窑头电收尘进口风管等设备的寿命大大提高。随着窑系统设备运转率提高、窑系统热工制度趋于合理稳定及物料稳定性的提高，我公司熟料质量和水泥质量的稳定性大大增强，在强度和标准偏差上均达到了先进企业标准。