浅析影响熟料质量的因素

陈启超，邹波，韩显平，苟华东，刘永建

浅析影响熟料质量的因素

Analysis of Factors Affecting the Clinker Quality

陈启超，邹波，韩显平，苟华东，刘永建

影响熟料质量的因素，主要有原料成分、配料质量、烧成热工制度以及煅烧技术几方面。

1 氧化镁的影响

原料中的MgO经过高温煅烧，其中一部分与熟料矿物结合成固溶体，一部分熔于液相中。当熟料中含有少量MgO时，能降低熟料的烧成温度，增加液相量，降低粘度，还能改善水泥的色泽。在硅酸盐水泥中，MgO与主要熟料矿物化合的最大含量约为2%，超过部分就会呈游离状态，以方镁石的形式出现。方镁石与水反应生成Mg（OH）2，其体积较游离MgO大，而且反应速度极慢，导致已经硬化的水泥凝固体内部发生体积膨胀而开裂，造成所谓MgO膨胀性破裂，对熟料质量及水泥质量影响较大。

2 氯的影响

氯在煅烧系统中经高温反应主要生成CaCl2或氯化碱，其挥发性特别高，在回转窑内几乎全部再次高温挥发，形成氯、碱循环富集，致使预热器生料中氯化物的含量提高近百倍。另外，氯离子含量高对水泥混凝土质量影响也较大，因此，国内水泥新标准中对氯离子含量有了较严格的要求，含量不得超过0.06%。

3 游离二氧化硅的影响

游离二氧化硅是原料中的有害杂质，以隐晶质的α-石英为主，结构致密，质地坚硬，耐压强度高，易磨性差，化学活性低、反应慢，对立磨及窑的操作均有不良影响。

4 硫含量的影响

窑内的硫化物主要形式是SO2，它在窑内的来源，一是燃料中硫的氧化，二是硫酸盐的分解，在窑烧成带汽化的99%的SO2都被旋风预热器中的K2O、Na2O、和Ca2O所结合，随着气流在温度较低处的生料粉颗粒表面凝聚。这些R2SO4除一小部分被窑灰带走外，因其挥发分较低，故大部分被固定在熟料中而带出窑外，这是S/R正好平衡时的情况。

当S/R比失调的时候，SO2含量有富余，气态SO2在窑气中循环富集，硫会在窑尾预热器中聚集，并在窑尾和四、五级预热器形成硫循环结皮时，造成预热器结皮堵塞，对熟料烧成影响较大；如是碱有富余，剩余的碱就会生成高挥发性的氯化碱和中等挥发性的碳酸碱，形成氯和碱的循环，影响预热器的正常操作，因此较适宜的S/R比应控制在0.8～1.2。

5 碱含量（K2O+Na2O）的影响

碱对水泥生产的影响较大，过量的碱会使水泥产生碱集料反应。而煅烧含碱过高的生料时，由于碱性挥发物在窑尾和预热器中的循环富集，容易引起结皮堵塞，在回转窑内会造成料子发粘，烧结温度范围缩小，飞砂严重，窑皮疏松，使熟料质量下降，严重时将无法正常生产。碱除一部分挥发循环外，其余大部分都是以硫酸盐的形式存在于熟料中。碱含量过高也是形成黄心料的另一种原因，如果碱含量过高，还会使熟料凝结时间缩短，甚至急凝，安定性不良，抗折强度降低等，并且早期强度略有升高，但后期强度则明显下降。因此，现在很多混凝土大型工程都对水泥中的碱含量提出了较高的要求，以提高混凝土的质量，一般都要求控制在0.6%以内。

6 燃煤的影响

回转窑煅烧用煤质量要求灰分Aad≤25%，挥发分 Vad在 15%～30%，发热量 Qnet,ad≥20900kJ/kg，煤粉细度要求控制在6%～15%。事实上，我国目前由于优质煤炭供应紧张且价格很高，很多厂家都达不到这一要求。由于煤粉燃烧后灰分全部沉落在烧成带的熟料颗粒表面上，造成熟料颗粒表面富硅化，从而改变熟料表层矿物成分，C3S含量下降，C2S含量上升，影响熟料煅烧质量。适度控制头尾煤用量，比例控制在4:6左右，从而增加分解炉中煤灰分与灼烧生料的混合程度，降低头煤煤灰对熟料质量的负面影响。

7 火焰形状和温度的影响

煤粉燃烧火焰形状的调节取决于煤粉的热值、灰分、细度和挥发分及水分的大小，还取决于一次风的风速、风压和风量大小，即窑头燃烧器的规格和性能以及对不同煤质的适应性。调整好窑火焰长度也就是调整好烧成带长度，也就是调整控制了熟料在高温烧成带停留的时间，火焰形状和长度直接影响到熟料中C3S矿物的晶粒发育大小和活性。因此，在烧高强优质熟料时，必须调整火焰长度适中，既不拉长火焰，使烧成带温度降低，也不缩短火焰，使高温部分过于集中，从而烧垮窑皮和耐火砖，影响窑的安全运转。回转窑内火焰形状粗细必须与窑断面积相适应，要求是较近料而不触料，正常形状保持其纵断面为正柳叶形状，以保证熟料煅烧的质量。

至于干法窑窑头火焰温度的控制，视窑型大小而异。对于大型窑，如5000t/d以上窑型，火焰温度控制在1750℃～1950℃的较高范围内比较有利。窑内火焰温度取决于两部分因素：一是煤粉热值、灰分和细度；二是二次风温大小，对于烧劣质煤而言提高二次风温很重要。对于易烧性差和含碱高的生料，适当提高火焰温度，采用高温烧成有利于熟料质量的提高和碱分的充分挥发，可获得低碱熟料，对熟料质量有帮助。

8 熟料煅烧温度的影响

一般情况下，只要控制熟料煅烧温度在1300℃～1450℃～1300℃可确保熟料质量和烧结。目前我国相当部分厂家由于采用双高配料（高KH、高SM）生产高强熟料，其生料易烧性变差，热力强度高，所以相应熟料煅烧温度应适度偏高控制，控制在1300℃～1500℃～1300℃左右比较有利。

9 窑型规格的影响

窑的长径比对熟料煅烧质量有较大影响，如2000t/d预分解窑的L/D当前趋向于较短一些设计控制，以设计控制在10～11左右的厂家居多，这样有利于熟料质量的提高。主要由于低长径比短窑相应缩短了过渡带的长度，有利于熟料升温速率的提高；也缩短了预分解系统入窑灼热生料的低温陈化时间，有利于熟料C2S和fCaO及时溶入熟料液相以及C3S的形成和结晶，对优质熟料的形成较为有利。

窑的直径大小也对熟料煅烧质量有一定影响，一般认为大直径窑比小直径窑有利于熟料煅烧质量的提高。这是因为大窑在配料时采用高KH、高SM的配料，SM控制在2.8～3.0，KH控制在0.89～0.93，窑头喷煤量大，火焰温度偏高，有的甚至高达1800℃以上，仍然可以将以上双高配料的熟料煅烧充分，质量良好。

10 窑速的影响

对于短小型预分解窑，如ϕ3m×48m、ϕ4m×43m预分解窑，窑速控制在3.0～3.5r/min，对熟料质量比较有利。因为其窑长度较短，为确保熟料在短窑内的高温停留时间，窑速偏低控制较为有利。而对于长窑而言，窑速则偏高较好，如ϕ4.3m×62m、ϕ 4.8m×74m预分解窑,窑速控制在3.8～4.2r/min，对于高产质优有利。

11 升温速率和冷却速率的影响

优质熟料的形成要求预热器分解炉气固换热效率高、传热快，在窑内过渡带升温阶段要快速升温，在操作控制上就是要适度提高窑速、加大灼烧生料的翻滚频次，缩短过渡带长度，延长烧成带长度，促进熟料的C3S矿物形成和烧结。

烧高强优质的熟料必须要求快烧急冷，窑头篦冷机操作要强化，一室、二室高压风风量要迅速，强化冷风对高温熟料的急冷效果，急冷有利于防止C3S向C2S的转化，有利于熟料质量的提高，也能提高熟料的易磨性。

12 入窑生料分解率的影响

入窑分解率是生料经过分解炉及下级预热器后，分解成氧化物的碳酸盐占总碳酸盐的百分比，是衡量分解炉任务完成好坏的唯一指标，合适的分解率有利于熟料的煅烧，但并不是越高越好，如果剩余不足5%～10%的氧化钙继续在分解炉内分解，也就是CaCO3分解吸热反应后的矿物生成的放热反应，会造成灾难性的烧结堵塞在分解炉及预热器内发生。因此，合适的入窑分解率应控制在90%～95%左右为宜。

13 窑内气氛的影响

回转窑内煤粉燃烧过剩空气系数一般应控制在1.10～1.15左右，以窑尾废气中氧浓度控制在2%～3%左右较好，即保持微氧化气氛操作。但如果过剩空气系数控制过低，二次风不足，就容易导致还原气氛的产生，窑内如果出现还原气氛，会产生CO气体，且熟料中Fe2O3成分会被CO还原成FeO，影响熟料液相成分和粘度，影响熟料烧结，易产生大量黄心熟料，也浪费热量和燃煤消耗量，从而影响到熟料质量。

综上所述，在水泥熟料煅烧过程中，需要考虑到的方面很多，一旦生产的原燃材料已经确定，就需要在工艺配比方案上做大量试验，要结合自身的原料成分特别是有害成分的含量、煤质情况、窑型及设备情况、操作控制技术等作出适宜的配比方案。不要片面追求高KH，高SM，更不能盲目套用别人的率值选择。优质熟料的率值必须与化学成分相匹配，更要追求优质低能耗低成本的理念，而不是一味地追求高产。

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赵莲