陳友德，李波，肖磊

飛砂料、“雪人”熟料生成原因及危害性和減緩措施(下)

Causes,Harmfulness and Mitigation Measures of Powdery Clinkerand'Snowman Clinker'(Ⅱ)

陳友德，李波，肖磊

（上接第一期）

5 影響熟料結(jié)粒的因素

窯內(nèi)熟料顆粒是在熔體（有些資料稱液相）作用下形成的。熔體在晶體外形成毛細(xì)管橋，熔體毛細(xì)管橋起到兩個(gè)作用：一是使顆粒結(jié)合在一起，另一作用是作為中間介質(zhì)，使CaO和C2S在熔融態(tài)內(nèi)擴(kuò)散生成C3S。顆粒的強(qiáng)度取決于毛細(xì)管橋的強(qiáng)度，橋的強(qiáng)度即連接顆粒的力，隨熔體表面張力和顆粒直徑的降低而增加。毛細(xì)管橋的數(shù)量又和顆粒直徑的平方根成反比。要結(jié)好粒，必須有足夠的熔體量，并要求顆粒在熔體內(nèi)分布均勻，形成較高的表面張力和適宜的結(jié)粒時(shí)間及溫度。現(xiàn)對影響結(jié)粒的因素作一敘述。

5.1 熔體量

窯料熔體量太少不易結(jié)粒，太多則易結(jié)成致密的大塊熟料。熔體量的計(jì)算公式較多，用得較多的計(jì)算公式為：

式中：

Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MgO——熟料中各種化合物含量

熔體量在25%～28%時(shí)，對結(jié)粒最有利，過少不易結(jié)粒，過多則易結(jié)大塊和窯皮。

5.2 生料易燒性

易燒性是指生料轉(zhuǎn)變?yōu)樗笸氖炝舷喑煞值碾y易程度，由原料的化學(xué)成分、礦物性能和細(xì)度來決定。現(xiàn)將經(jīng)多次優(yōu)化的FLS公司的易燒性公式表述如下：

式中：

方程式前半部分表示生料化學(xué)性能所起的作用，從公式來看，石灰飽和系數(shù)LSF（國內(nèi)為KH值）、硅酸率SM越高，則fCaO的值越高，煅燒溫度也越高。方程式的后半部分則表示生料中不同礦物的細(xì)度對易燒性所起的作用，其中尤為受到關(guān)注的是水泥熟料內(nèi)主要原料的＞45μm的粗顆粒SiO2及少量酸性不溶物，對易燒性有較大的影響，＞125μm的石灰石顆粒也有一定影響。

公式所列的數(shù)值也反應(yīng)出SiO2對熟料易燒性的影響。當(dāng)LSF數(shù)值差1，影響fCaO 0.343，當(dāng)SM數(shù)值差0.1，則影響fCaO 0.274，而＞45μm的粗顆粒石英差1%，則影響fCaO 0.83，此外＞45μm的其他酸性不溶礦物對fCaO也有較大影響。

公式表明，在1400℃生料易燒性實(shí)驗(yàn)時(shí)，其所得的fCaO數(shù)值越低，則燒成帶火焰溫度相應(yīng)較低，生料易燒，也易結(jié)粒；若生料易燒性實(shí)驗(yàn)的fCaO值越高，則燒成帶火焰溫度也越高，生料難燒且結(jié)粒差，易生成飛砂料。當(dāng)符合結(jié)“雪人”條件時(shí)，易形成結(jié)“雪人”熟料。

公式說明，當(dāng)生料粉磨時(shí)，生料易磨且SiO2顆粒＜45μm較多，CaO顆粒＜125μm較多時(shí)，生料細(xì)度可放粗。而一些難磨的生料中，SiO2顆粒＞45μm較多，則生料細(xì)度放粗后會給煅燒帶來困難。

5.3 生料成分、細(xì)度的均勻性

上節(jié)所述，不同成分的生料和細(xì)度對易燒性都有一定的影響。在生產(chǎn)的過程中，當(dāng)原料成分及細(xì)度發(fā)生較大變化時(shí)，必然會引起物料在窯內(nèi)物理、化學(xué)作用的位置及溫度的變化，引起熟料結(jié)粒的變化；當(dāng)生料成分和細(xì)度變化的情況符合形成飛砂料的條件時(shí)，便會形成飛砂料，符合結(jié)“雪人”的工況則形成“雪人”。

5.4 熔體表面張力

熔體表面張力是熔體的重要性質(zhì)，與結(jié)粒有著直接的關(guān)系。熔體表面張力增大易結(jié)粒，熟料顆粒的大小與熔體表面張力呈良好的線性關(guān)系（見圖5）。

圖5 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料最終尺寸與液相表面張力的關(guān)系

熔體的表面張力與元素外層電子的負(fù)電性有關(guān)，有些元素如K、Cl、S的表面張力值較低，不利于結(jié)粒。而Mg、Al等元素的表面張力值較高，有利于結(jié)粒。

一般熟料熔體內(nèi)含有幾種元素，它們之間的表面張力并非單元素表面張力的疊加。

熔體表面張力與溫度有關(guān)，不同成分的熟料熔體表面張力值在同一溫度時(shí)有所不同，隨溫度的升高，其熔體表面張力值有所下降。圖6為鋁氧率AM=1.38純氧化物熟料的熔體表面張力值與溫度的關(guān)系。

圖6 液相表面張力溫度的關(guān)系

5.5 熔體黏度

不同成分熟料的熔體黏度值是不同的，一般說來熔體黏度值減少易結(jié)粒。熔體黏度與溫度有關(guān)，隨溫度上升而下降。

幾種元素共存的熔體黏度值并非單元素值的疊加。

國外的研究報(bào)導(dǎo)了熟料中存在MgO、R2O、SO3三種元素化合物時(shí)對結(jié)皮和結(jié)粒有較大影響的情況。為解釋此現(xiàn)象，現(xiàn)將MgO-R2O-SO3復(fù)合存在時(shí)熔體等黏度曲線示于圖7。從圖7來看，R2O含量增加，黏度值增加較大，不利于結(jié)粒。SO3含量增加，黏度值降低，但SO3的黏度值較R2O低。

圖7 MgO-R2O-SO3復(fù)合存在時(shí)液相等粘度線

R2O含量較低，則SO3存在時(shí)結(jié)粒有所改善。若R2O、SO3均存在時(shí)，MgO含量增加，熔體粘度值大大降低，有利于結(jié)粒。我國的一些企業(yè)原料中MgO含量高，且含有一些R2O，燃料中S含量高，生產(chǎn)過程中，窯皮致密且容重大，結(jié)皮部位筒體溫度高，且筒體易變形，窯口耐火襯料易損壞，所生成的熟料結(jié)粒較好，很少出現(xiàn)飛砂料、“雪人”。而另一些企業(yè)原料中MgO、R2O含量低，燃料中S含量也低，生產(chǎn)過程中，窯皮疏松，結(jié)皮部位筒體溫度低，筒體不易變形，所生成的熟料飛砂料多，窯口耐火襯料受磨蝕，但不結(jié)“雪人”。

5.6 物料在窯內(nèi)各帶停留時(shí)間的影響

原料成分、入窯物料分解率、火焰形狀等因素決定了物料在窯內(nèi)各帶的停留時(shí)間，也決定了熟料結(jié)粒的大小。

若原料不易煅燒，入窯物料分解率低，相應(yīng)物料在分解帶和過渡帶停留時(shí)間較長，而在最高溫度燒成帶的停留時(shí)間較短。在此條件下，易生成大晶格的C2S，此類C2S和fCaO很難結(jié)合也難結(jié)粒。若生料中有難燒物質(zhì)，則需較高的燒成溫度，C2S在此條件下易生成難以結(jié)粒的大晶格礦物。

5.7 生料率值的影響

LSF值高，物料不易煅燒，所需的煅燒溫度高，最高溫度燒成帶較長，易結(jié)細(xì)粒和飛砂料。

硅酸率SM增加，燒成溫度增高（如圖8），物料不易煅燒，易結(jié)細(xì)粒和飛砂料。

圖8 硅酸率SM值與熟成燒成溫度的關(guān)系

鋁氧率AM增加，熔體粘度增大，燒成溫度增高，物料熔融困難，C2S和fCaO結(jié)合生成C3S困難。

熔體量與鋁氧率和溫度有一定的關(guān)系，當(dāng)AM=1.63時(shí)，有利于結(jié)粒。AM值偏離1.63值越大，對熟料結(jié)粒越不利。

5.8 窯內(nèi)氣氛的影響（見本文4.2.2）

5.9 工藝裝備的影響

預(yù)分解窯出現(xiàn)后，其技術(shù)得到快速發(fā)展，主要反映在：

生料配料的硅酸率越來越高，煅燒溫度隨硅酸率的增加而增高。

隨著技術(shù)進(jìn)步，篦冷機(jī)內(nèi)冷卻熟料的通風(fēng)單元，從以篦下冷卻風(fēng)風(fēng)室為通風(fēng)單元的第二代厚料層篦冷機(jī)，發(fā)展到單排冷卻篦板通風(fēng)單元的第三代可控氣流篦冷機(jī)，又進(jìn)展到以單塊篦板為通風(fēng)單元的第四代無漏料縱向運(yùn)行冷卻機(jī)。熟料冷卻的通風(fēng)單元越來越小，冷卻效率越來越高，入窯二次風(fēng)溫也越來越高。

燃燒器的沖量進(jìn)一步增加，燃燒溫度越來越高，可滿足各種不同性能燃料的煅燒。

上述情況十分有利于熟料煅燒，生成小晶格易結(jié)粒的熟料，有利于生產(chǎn)產(chǎn)量和熟料質(zhì)量的提高。但出現(xiàn)本文所敘述的易形成飛砂料的條件時(shí)，因配料率值、原料中含有不易煅燒的SiO2等以及燃燒氣氛呈還原狀況，則易形成飛砂料，此外在飛砂料形成條件下，若出現(xiàn)高煅燒溫度、高的二次空氣溫度以及高的耐火襯墻表面溫度，則大晶格表面帶熔體的飛砂料極易在襯墻表面粘結(jié)形成“雪人”。

6 減緩飛砂料、“雪人”的措施

6.1 減緩飛砂料的措施

“雪人”形成時(shí)伴隨著大量的飛砂料，減少飛砂料的生成工況必然會減少“雪人”的生成。飛砂料的起因很復(fù)雜，與生料成分、生料性能、生料細(xì)度、生料均勻性以及熟料煅燒狀況、燃料性能、熟料在煅燒過程中在窯內(nèi)各帶的停留時(shí)間及煅燒溫度、工藝裝備狀況等均有一定程度的關(guān)系，在生產(chǎn)過程中，尋找飛砂料的成因及解決措施具有一定的復(fù)雜性，為簡化措施，重點(diǎn)從原燃料性能和煅燒狀況來解決。

6.1.1 原料性能

當(dāng)生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)飛砂料時(shí)，應(yīng)考慮在不影響熟料強(qiáng)度和性能的前提下，適當(dāng)改變配料率值，如降低KH值、硅酸率SM值，將鋁氧率AM值接近1.63，適當(dāng)降低易燒性指數(shù)、提高熔體量、減小不易磨細(xì)和煅燒的大顆粒石英和石灰石等物料的細(xì)度，適當(dāng)調(diào)節(jié)原料中MgO、R2O、SO3的含量，使原料成分、生料易燒性、熔體表面張力、熔體黏度等均有利于結(jié)粒。生產(chǎn)過程中盡可能保持生料成分和細(xì)度的均勻，避免出現(xiàn)不利于結(jié)粒的成分和細(xì)度波動值過大的生料入窯。

6.1.2 燃料性能

生產(chǎn)中使用熱值低、揮發(fā)分低、灰分高、水分高、硫含量高的燃煤，在煤粉制備時(shí)，必須結(jié)合燃料性能，減少影響生產(chǎn)的因素，如加強(qiáng)煤磨烘干與粉磨能力，減少煤粉水分，按煤的揮發(fā)分和灰分含量磨制合適細(xì)度的煤粉，同時(shí)配用高沖量的燃燒器，確保此類煤粉完全燃燒，以保持火焰形狀與生料性能匹配，則有利于結(jié)粒。

6.1.3 改善窯的操作

為使熟料結(jié)粒均齊，應(yīng)盡量提高入窯物料分解率，改善篦冷機(jī)的操作，盡可能提高二次和三次風(fēng)溫，改善噴煤管火焰形狀，延長物料在窯內(nèi)過渡帶和熔體燒成帶的停留時(shí)間，在最高溫度燒成帶保持合適的燒成溫度和停留時(shí)間。以上操作狀況有利于生成小晶格C3S料，也有利于結(jié)粒。

提高入窯物料分解率的措施是加強(qiáng)窯、預(yù)熱器、三次風(fēng)管、廢氣管道等裝備的密閉，減少漏風(fēng)，改善預(yù)熱器、分解爐的性能，提高換熱效率，增強(qiáng)上述裝備的隔熱，減少散熱損失等。

在操作中，盡量避免窯料在過渡帶、熔體燒成帶過短的停留，在最高溫度燒成帶過長時(shí)間停留及過高的燒成溫度，上述操作狀況有利于生成大晶格的C3S，不利于熟料結(jié)粒。

在生產(chǎn)過程中盡量避免過高提產(chǎn)，此時(shí)入窯物料分解率一般較低，易出現(xiàn)窯料在窯內(nèi)欠燒，不得不延長最高溫度燒成帶和提高燒成溫度來降低熟料中的fCaO，造成C3S晶格過大，生成飛砂料。

飛砂料形成后，很難在冷卻機(jī)內(nèi)得到冷卻，易在篦床縱向側(cè)面生成“紅河”，燒壞篦板。目前出現(xiàn)的第四代無漏料縱向運(yùn)行冷卻機(jī)可以在飛砂料側(cè)加強(qiáng)通風(fēng)或增加通風(fēng)時(shí)間，相應(yīng)可將飛砂料冷卻，但此舉僅減緩飛砂料損壞篦板的事故，而不能消除飛砂料。

一些配置不太合理、長期生產(chǎn)不正常的工藝生產(chǎn)線，可通過技術(shù)改造，擴(kuò)大分解爐容積，延長物料在分解爐停留時(shí)間，以及適當(dāng)改變預(yù)熱器型式，增加效率和減少阻力，提高入窯物料的分解率，這必將有利于減少飛砂料的生成。

6.2 減緩“雪人”形成的措施

“雪人”形成時(shí)，伴隨著飛砂料，為避免生成“雪人”，首先要采取措施減少飛砂料的生成。在此前提下還需做到：

原料中若同時(shí)存在難于燃燒和低熔融溫度的成分，在保持fCaO合格的前提下，盡量減小SiO2細(xì)度，或適當(dāng)降低硅酸率，相應(yīng)降低熟料燒成溫度。

燃料中若含有較高的硫，應(yīng)加強(qiáng)窯內(nèi)通風(fēng)，避免窯氣呈還原狀況而出現(xiàn)不同種類的硫酸鹽分解，造成SO2循環(huán)，致使窯后結(jié)厚窯皮或結(jié)圈，增加窯內(nèi)氣流阻力，加劇煙氣的還原狀況。

若燃料的熱值偏低、揮發(fā)分較低、灰分較高且水分較高，制備煤粉時(shí)盡量烘干水分，按揮發(fā)分和灰分含量磨制合適細(xì)度的煤粉，同時(shí)配置高沖力燃燒器，使噴出的煤粉煅燒時(shí)火焰均勻、燃燒完善，盡量做到窯料均勻加熱，減少部分窯料表面溫度過高，或煤粉沉積在窯料面上燃燒形成熔體。

盡量減少入窯生料和煤粉的數(shù)量和成分波動，以避免出現(xiàn)形成飛砂料和“雪人”的條件。

上述條件將減少飛砂料表面溫度過高，或煤粉沉積再燃燒，在窯內(nèi)窯料面上形成熔體，避免飛砂料粘結(jié)形成“雪人”。

通過噴射冷空氣來適當(dāng)降低篦冷機(jī)后墻溫度，增設(shè)空氣炮清堵裝置，以及通過篦板運(yùn)行均可在一定程度上減緩“雪人”的形成，但上述措施只能做到減少形成“雪人”的條件，而不能避免生成“雪人”。

7 結(jié)語

飛砂料、“雪人”是預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，對生產(chǎn)造成一定的危害，為了減緩飛砂料、“雪人”，應(yīng)從熟料在預(yù)分解窯生產(chǎn)過程中，窯內(nèi)熟料形成的物理、化學(xué)作用來尋找飛砂料和“雪人”形成的原因，重視生料在預(yù)熱器、分解爐系統(tǒng)內(nèi)的分解效率，原料性能及細(xì)度對熟料結(jié)粒的影響以及熟料在窯內(nèi)煅燒過程中在各帶的停留時(shí)間和溫度，尤其是過渡帶、熔體燒成帶和最高溫度燒成帶的停留時(shí)間和溫度對結(jié)粒的影響，從而找出緩和飛砂料生成的措施，適當(dāng)降低最高溫度燒成帶的溫度。加強(qiáng)燃料燃燒的控制，減緩窯內(nèi)還原氣氛，減少未完全燃燒的煤粒在飛砂料表面燃燒，相應(yīng)減少帶熔體表面飛砂料生成“雪人”的條件，以減少“雪人”的形成。上述措施必然會減緩對生產(chǎn)的影響，有利于熟料產(chǎn)量、質(zhì)量和裝備運(yùn)轉(zhuǎn)率的提高。

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天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司與VOTORANTIM集團(tuán)簽土耳其SIVAS 4500t/d EP項(xiàng)目合同

2月13日，天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司與VOTORANTIM集團(tuán)土耳其子公司VOTORANTIM CI?MENTO SANAYIVE TICARET A.S.,在西班牙馬德里簽署了4500t/d水泥生產(chǎn)線EP項(xiàng)目的正式合同。

項(xiàng)目地點(diǎn)位于土耳其中北部錫瓦斯省，離首都安卡拉500多公里。該項(xiàng)目主要采用中國水泥技術(shù)和裝備，合同范圍從原料破碎到水泥散裝，工期為28個(gè)月，工作范圍包括工程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)備供貨、DAP運(yùn)輸和現(xiàn)場服務(wù)。此項(xiàng)目不僅是天津水泥院有限公司與VO?TORANTIM集團(tuán)繼美國SCC 4000t/d、玻利維亞2000t/d以后又一個(gè)整線EP合作項(xiàng)目，而且是繼土耳其Tracim項(xiàng)目后在土耳其市場的第二個(gè)合同。該項(xiàng)目的簽訂不僅穩(wěn)固了兩家公司的長期合作關(guān)系，而且為扎根土耳其市場，擴(kuò)大公司全球競爭力打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

簽字儀式后，雙方回顧了之前幾個(gè)項(xiàng)目愉快的合作經(jīng)歷，共同商談了土耳其項(xiàng)目保證質(zhì)量、加快進(jìn)度的措施，雙方均表示對將來的合作充滿了信心。

參加簽字儀式的有業(yè)主投資方CEO Mr.Eric，土耳其當(dāng)?shù)貥I(yè)主CEO Mr.Mustafa Sefik Tuzyn，天津院有限公司國際市場一部部長孫海泉、部長助理樊波等。

TQ172.622.29

A

1001-6171（2015）02-0023-04

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2014-12-04；編輯：呂光