1 前言
在水泥生產中正常熟料是在窯內空氣略有過剩的情況下燒成的,即有足夠的氧使燃料中的碳完全燃燒成CO2,放出熱量。如窯內氧氣不足,燃料燃燒不完全,產生CO時,就形成還原氣氛,其反應式為:C+O2→CO2+408630J/molC+12O2→CO+123053J/mol
在還原氣氛條件下生產出來的熟料,我們稱之為“還原熟料”。在還原氣氛下燒成時,窯內熱力強度低,高價的過渡型的元素氧化物被還原成低價的,產生各種異常顏色的熟料。據此特點,一般把還原料分為黃心料、綠心料、析鐵料三種。
還原熟料常見的為黃心料,在熟料中所占比例也較大。而綠心料、析鐵料較少出現,即使存在,量也不多。還原熟料的危害很多,影響窯的產量、質量、煤耗、熱工制度的穩定;影響熟料、水泥的質量外觀顏色等。特別是熟料、水泥的外觀上,還原料較多時,不僅熟料顏色難看,就連磨制出的水泥顏色也發黃,水泥用戶極易把此熟料水泥比作立窯的廢品熟料黃料球來看待,使用戶購買使用都不放心,影響企業的聲譽,因此,必須采取措施進行解決。
1.1 黃心料
窯外分解窯產生的黃心料,可分為:疏松性黃心料和致密性黃心料,疏松性黃心料結構疏松,熟料燒失量高, fCaO也高,后期強度
明顯降低,它是在窯頭溫度低,窯尾存在還原氣氛下產生的。而致密性黃心料外殼的顏色與正常熟料相似,結粒較大,砸開熟料球,核
心呈大小不等的黃心,它是在還原氣氛或煤粉直接還原作用下,氧化鐵還原致使熟料顏色發黃,當冷卻時,表層熟料因再氧化而呈黑
色。黃心料其化學成分上最突出的變化就是隨黃心程度的增加其中FeO含量也增加,而總的鐵含量卻沒有明顯變化;而有些黃心料
中SiO2和Al2O3的含量較高,這主要是煤灰摻入造成的。
致密性黃心料在巖相結構上有兩個特征:其一,B礦呈手指狀、樹葉狀,這種B礦的產生與還原氣氛下C2S和CFS固溶體的分離有關。其二,A礦數量少,發育差。這與煤灰的摻入有關,由于摻入煤灰物料,使SiO2和Al2O3成分增加,局部(黃心部分)的KH值下降,再加上煤燃燒形成CO放出的熱量少,至使燒成溫度較低,給A礦形成造成困難,所以A礦數量少。此外,由于Fe3+被還原成Fe2+, Fe2+大量進入B礦及玻璃體,所以C4AF的量極少,中間體數量也相對減少。
1.2 綠心料
有時遇到外觀與普通熟料相同,但中間呈嫩綠色的熟料,化學分析表明,此種熟料中含較多Cr2O3、MnO。巖相分析表明含Cr2O3的熟料中A礦顏色變綠,此種A礦稱為鉻阿利特。Cr2O3主要來自窯中的鉻質耐火材料,含MnO的熟料呈綠色的主要原因是β-C2S和MnO形成固溶體,在C2S-Mn2S系統中形成綠色橄欖石(CaO·MnO·SiO2),溫度較高時, C2S和CMnS的固溶體也可分解桃紅色含錳的B礦。MnO主要來自鐵質原料和耐火材料雜質。
綠心料的水硬性差,強度下降。由于Cr3+和低價錳都只有在還原氣氛下出現,故綠心料是還原氣氛的產物,屬還原料。
1.3 析鐵料
當窯內通風不良,燃料在缺氧條件下燃燒,則出現強烈的還原氣氛,這時熟料中的高價鐵化合物被還原成低價鐵化合物,甚至金
屬鐵,其反應過程為:2C4AF→C6A2F+C2FC6A2F+CO→2C3A+2FeO+CO2↑FeO+CO→Fe+CO2
金屬鐵在高溫下為液相,由于表面張力而呈球形圓粒,冷卻后保留下來,因為它的折射率比硅酸鹽礦物高得多,所以在巖相顯微鏡下呈很亮的小圓粒。
析鐵熟料除金屬鐵外,主要礦物還有C2S固溶體和C3A、C12A7,熟料強度顯著降低,有時凝結較快,它是窯內熱工制度不正常的一種標志。
2 還原料產生的具體原因
2.1 從煅燒的角度進行分析
2.1.1 風、煤、料配合不好
風、煤、料配合不好,是產生黃心料的根本原因。多數情況是窯系統排風不夠或喂料太多。窯頭喂煤過多,在一、二次風量不變的情況下,窯內氧含量明顯不足,導致煤粉燃燒不完全,而產生還原氣氛,易出現黃心料;窯尾分解爐喂煤過多,將導致預熱器框架內溫度升高,因而易在縮口、斜坡等部位產生結皮,影響了窯內通風,同樣易使窯內氧含量不足,產生還原氣氛,導致出現黃心料;窯系統
出現工藝故障,如窯內結大球、結圈或長厚窯皮、窯尾下料斜坡積灰等均可影響窯內通風,造成煤粉不完全燃燒。這些因素的產生,是形成還原料的主要原因,因此在實際生產中要注意風、煤、料三者的合理匹配。
2.1.2燃燒器斷面位置調整不當
燃燒器在窯斷面位置不合理。二次風不足,內風和外風的風量、風速比例不合理,風煤混合不好,這些問題的存在也極易產生還
原料。如燃燒器噴嘴愈接近料層,還原料生成愈多,以水平方向靠近料層尤甚。噴嘴靠近料層,火焰鋪在物料表面上,火焰中的炭粒
緊貼物料向前運行,由于火焰與物料表面間隙變小,氧氣含量不足,因而在物料表面產生嚴重的還原氣氛;未燃或正在燃燒的炭粒又
容易落入熟料中,落入到熟料中的碳粒減少了與氧氣接觸的機會,因而產生還原氣氛特別是當煤粉細度過粗或使用低揮發份煤時,情況更嚴重。
2.1.3煤的燃燒性能差
影響煤的燃燒性能主要有原煤的質量、煤粉質量、二、三次風溫、燃燒器性能等。原煤質量差主要指:煤的灰分大、發熱量低、揮發份低等;煤粉質量差主要是指細度大、水份大等;二、三次風溫低,主要是影響窯頭溫度,至使黑火頭變長;燃燒器性能影響也很大,好的燃燒器能使煤風混合充分而均勻,加速燃燒,改變煤的燃燒性能。由試驗及實踐發現,當煤的燃燒性能變差,還原料生成量增高煤粉的燃燒性能差,一方面燃燒速度慢,未燃盡煤粒便可能落在物料之上(指出現液相后的物料),形成還原氣氛;另一方面,加大了煤粉分布的不均勻性,使火焰局部由于煤粉濃度高產生還原氣氛,甚至沉落于燒成帶的物料上,明顯地增大黃心熟料的生成,嚴重時還會產生過多低熔FeO而引起回轉窯的結圈。
2.1.4工藝設備上存在一些問題如:窯尾系統漏風、篦冷機鎖風閥的失控漏風、三次風閥損壞,三次風量變大等,將直
接導致窯內通風量減少,易使窯內產生還原氣氛;燃燒器噴嘴的嚴重變形,影響風煤的混合和火焰形狀,使火焰局部產生還原氣氛;臨
時止料停窯次數多,有的停窯時間長,中間噴煤補火,造成煤粉大量落在物料上不完全燃,產生還原氣氛等,這些都將導致還原料的生。
2.1.5 入窯生料質量的波動
入窯生料成份變化大,尤其是熟料中Fe2O3含量的變化, Fe2O3含量大的熟料,燃燒過程中對還原氣氛更加敏感,黃心率大大
增加,這主要是由于Fe2O3含量較大,當有還原氣氛時,增加了Fe3+還原成Fe2+的機會和數量,導致黃心率增加。另外,在熟料Fe2O3含量正常情況下,隨著CaO含量的增加,還原料量增加,主要是由于熟料中CaO含量增加,熟料的易燒性下降,相應地要提高燒成溫度,從而增加了窯內的用煤量,當風煤配合不合理時,就產生還原氣氛,從而增大了還原熟料的生成。
2.1.6 原料中有害成分
原料中有害成分含量過高,尤其是硫堿比越高,越容易結皮,造成通風不良,加之堿、硫、氯的富集循環與二次揚塵形成的低共熔
物造成長厚窯皮及結圈、結球,出現大料團等現象,尤其在長時間停窯保溫時更為明顯。
2. 2從系統工藝參數的操作情況來分析
窯外分解窯熟料的生產都是通過控制系統的工藝參數來實現的,系統工藝參數控制得不合理,也容易產生還原料。
2.2.1生料喂料量和喂煤量大
生料喂料量大,燒成所需熱量多,為保證預熱器框架溫度及燒成溫度,勢必要加大喂煤量,因喂煤量大,空氣相對不足,煤粉不完
全燃燒,產生還原氣氛,為產生還原料創造了條件,在實際操作中,如不恰當增大窯頭喂煤量,將不可避免產生還原料。
2.2.2 系統壓力工藝參數控制不合理特別是窯尾壓力,還有三次風壓力等。
當窯尾負壓絕對值低于正常的工藝控制參數時,則窯內通風量減少,可導致窯內煤粉的不完全燃燒,產生還原氣氛。在各風道和窯內通風暢通的情況下,三次風壓力一般在-300Pa~-600Pa,三次風壓力大,比如為-750Pa時,則從窯頭抽風多,影響入窯的二次