5000t工藝指導(dǎo)手冊（修改稿）

浙江錦龍水泥公司技術(shù)文件編號：001PAGE17PAGE40生產(chǎn)部修改編制第40頁共40頁5000t/d生產(chǎn)線工藝指導(dǎo)手冊目錄一、引言1二、水泥工藝流程介紹與基本原理2關(guān)于KH、LSF的解釋2~5分解爐溫度的控制5~9預(yù)分解窯預(yù)分解系統(tǒng)的堵塞及防堵措施

9~17預(yù)分解窯降低窯襯消耗的研究17~24預(yù)分解窯結(jié)皮機(jī)理研究24~34窯圈的生成過程和防止對策34~36新型干法窯系統(tǒng)操作的一般原則37快燒急冷是提高熟料質(zhì)量的重要措施37~40一、引言本手冊原文由海螺集團(tuán)技術(shù)人員編制，個人針對本公司的工藝現(xiàn)狀進(jìn)行了修改，其內(nèi)容適合中控窯操作員、窯系統(tǒng)崗位人員及相關(guān)工藝管理人員研摩，相信對各位提升技能和改善本廠工藝狀況有些許的幫助，個人也樂意就本手冊中的細(xì)節(jié)問題與大家交流，不恰當(dāng)之處還請指正，個人將盡快修改，以免對他人造成誤導(dǎo)。其中需要重點(diǎn)說明的是，因本廠生產(chǎn)時(shí)間較短，對于涉及科研的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大都來源于別的同類型、同規(guī)模廠，僅用來針對具體問題進(jìn)行分析，以方便大家對問題分析過程的理解。謝謝參閱！劉小俊2005-9-21二、水泥工藝流程介紹與基本原理以本公司帶五級旋風(fēng)預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)為例介紹工藝流程，預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)是由預(yù)熱器和分解爐構(gòu)成，生料經(jīng)C2~C1風(fēng)管處的撒料裝置充分分散后進(jìn)入預(yù)熱器。生料自上而下與自下而上的熱氣體在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行換熱，至四級旋風(fēng)筒后入分解爐，在分解爐中生料吸收煤粉燃燒及窯尾廢氣中的熱后大部分碳酸鹽分解，再入五級旋風(fēng)筒分離收集，然后經(jīng)窯尾煙室喂入回轉(zhuǎn)窯。入窯物料經(jīng)回轉(zhuǎn)窯高溫煅燒，發(fā)生一系列固液相反應(yīng)，形成高溫熟料。出窯高溫熟料入篦冷機(jī)進(jìn)行冷卻。窯頭煤粉燃燒后，生成的高溫廢氣經(jīng)煙室從分解爐主爐底部入爐。在分解爐內(nèi)，窯尾煤粉、三次風(fēng)、預(yù)熱后的生料及回轉(zhuǎn)窯的高溫廢氣，通過二次噴騰效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)氣料的充分混合，完成燃料完全燃燒、物料充分分解。分解爐排出的氣、料在C5旋風(fēng)筒內(nèi)分離后物料入窯；廢氣經(jīng)各級旋風(fēng)筒，自下而上與生料懸浮換熱降溫，最后從C1旋風(fēng)筒排出，窯尾高溫風(fēng)機(jī)將廢氣送入生料粉磨和廢氣處理系統(tǒng)，當(dāng)生料粉磨停時(shí)，廢氣全部進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)。熟料在篦冷機(jī)的推動下向出料方向緩慢移動，同時(shí)與鼓入的冷空氣進(jìn)行熱交換，形成的高溫?zé)峥諝庠诖蟾G門罩處一部分作為二次風(fēng)入窯供煤粉燃燒，另一部分作為三次風(fēng)經(jīng)三次風(fēng)管送入分解爐，排出的低溫?zé)峥諝馊敫G頭電收塵器凈化，再排入大氣。本公司篦冷機(jī)采用了先進(jìn)的充氣梁技術(shù)，厚料層操作，冷卻效率高，熱回收效果好。充分冷卻后的熟料經(jīng)篦冷機(jī)末端破碎機(jī)破碎，通過槽式輸送機(jī)送到熟料庫頂，并入熟料庫進(jìn)行儲存。熟料燒成及冷卻系統(tǒng)工藝流程圖見中控相關(guān)控制界面。（一）關(guān)于KH、LSF的解釋制造硅酸鹽水泥主要原料是石灰質(zhì)原料（主要提供氧化鈣）和粘土質(zhì)原料（主要提供氧化硅和氧化鋁，也提供部分氧化鐵）。由于我國的粘土質(zhì)原料及煤炭灰分一般含氧化鋁較高，含氧化鐵不足，因此，絕大多數(shù)地區(qū)需要鐵質(zhì)校正原料進(jìn)行配料。生料的化學(xué)、物理和礦物性質(zhì)對易燒性和反應(yīng)活性影響很大，易燒性和反應(yīng)活性可基本反映固、液、氣相環(huán)境下，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，通過復(fù)雜的物理化學(xué)變化形成熟料的難易程度。在水泥熟料的煅燒過程中，溫度必須很好地滿足阿利特相的生成，生料的易燒性愈好，生料煅燒的溫度愈低，易燒性愈差，煅燒溫度愈高。一般在實(shí)際生產(chǎn)中，我們使用使用易燒性來表達(dá)水泥生料的易燒性。即在1350℃恒溫下，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒生料達(dá)到CaO≤2.0％的時(shí)間，該時(shí)間的減少數(shù)值與易燒性的改善相對應(yīng)。硅酸鹽水泥熟料主要由氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵四種氧化物組成，通常在熟料中占95％左右。同時(shí)含有約5％的少量氧化物。它們不是以單獨(dú)的氧化物存在，而是經(jīng)高溫煅燒后，以兩種或兩種以上的氧化物反應(yīng)生成的多種礦物集合體，其結(jié)晶細(xì)小，通常為30－60um，可以說，水泥熟料是一種多礦物組成的結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。熟料組成的選擇，一般應(yīng)該根據(jù)水泥的品種，原料與燃料的品質(zhì)、生料制備、生料的易燒性與熟料煅燒工藝等進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到保證水泥質(zhì)量，提高產(chǎn)量、降低消耗和設(shè)備長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。(1)

KHa．公式：

從公式來看，它表示的是水泥熟料中的CaO總量減去飽和酸性氧化物（AL2O3、Fe2O3、SO3）所需CaO后，剩下的與SiO2化合的CaO含量與理論上SiO2與CaO化合全部生成C3S所需的CaO含量的比值。簡言之，飽和比KH表示熟料SiO2被CaO飽和生成C3S的程度。

b.

公式的由來：在實(shí)際生產(chǎn)上硅酸鹽四種主要礦物中，AL2O3、Fe2O3始終為CaO所飽和，唯獨(dú)SiO2可能不完全被CaO飽和生成C3S，而存在一部分C2S，否則，熟料中就出現(xiàn)f－CaO。

c.

在熟料的形成過程中，堿性最高的礦物為C3S、C3A、C4AF

（2）LSF

a.公式：

由f。m。lea和t。w。parker根據(jù)CaO-Al2O3-SiO2-Fe2O3相的研究，提出硅酸鹽水泥熟料中，雖可形成C3S、C3A、C4AF，不應(yīng)直接按這些礦物成分來確定石灰最大允許量。由于熟料冷卻過程中，不可能達(dá)到平衡冷卻，這就可能析出f-cao，因此有必要控制石灰含量較低的數(shù)值。（3）總結(jié)從以上可以看出，KH實(shí)際上指的是“化學(xué)飽和”程度，當(dāng)KH=1時(shí)，石灰石含量在化學(xué)上己達(dá)到最大飽和，SiO2和Al2O3都被結(jié)合到最高堿度的礦物（C3S、C3A）中。此時(shí)，如再增加石灰石含量，那真正是多余的了，即使在理想狀態(tài)下，所增加的石灰量也只能以游離狀態(tài)存在了。

LSF則是在工業(yè)條件下石灰的飽和程度。當(dāng)LSF=1時(shí)，石灰含量只是在工業(yè)條件下達(dá)到最大的飽和，而在化學(xué)反應(yīng)上并未達(dá)到最大飽和；此時(shí)，如能使熟料的燒成制度更趨于化學(xué)反應(yīng)的理想條件，仍可增加少量石灰而不增加f-cao?？偟膩碚f，用KH表示熟料中，石灰的相對含量，其效果不如用LSF好；當(dāng)熟料中AL2O3含量比較低（如低于5.2%）時(shí)，LSF與KH值很接近，此時(shí)用KH或LSF表示石灰的相對含量沒有多大區(qū)別。但當(dāng)Al2O3含量比較高時(shí)，則隨著Al2O3的增加，LSF與KH的差別越來越大，在AL2O3>7%后，LSF與KH值就不能忽視。

生料的易燒性與石灰含量有直接關(guān)系，一般說來，隨著石灰含量的增加，即隨著LSF或KH值的增大，生料易燒性變壞，但當(dāng)Al2O3含量比較高時(shí)，KH不能正確反映熟料中石灰的真正飽和程度，因而也不能反映出生料的煅燒性能。因此在實(shí)際生產(chǎn)條件下，尤其當(dāng)Al2O3含量比較高時(shí)，用LSF值表示熟料中石灰的飽和程度比KH值更切合實(shí)際。這是因?yàn)長SF的計(jì)算式是以工業(yè)生產(chǎn)條件為基礎(chǔ)而推導(dǎo)出來的；而KH的計(jì)算式則是假設(shè)Al2O3永遠(yuǎn)被CaO所飽和而推導(dǎo)出來的，這與實(shí)際情況不符。故Al2O3越高，KH的缺陷越顯露出來。（二）分解爐溫度的控制分解爐有多種型式,其結(jié)構(gòu)性能雖有差異,但要起的主要作用卻是相同的:要使燃料燃燒的放熱過程與生料碳酸鹽分解的吸熱過程在其中以懸浮態(tài)或流化態(tài)下極其迅速地進(jìn)行,使入窯生料碳酸鹽分解率提高,從而減輕窯的熱負(fù)荷,提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,提高產(chǎn)質(zhì)量。而分解爐的溫度控制對整個預(yù)分解窯系統(tǒng)的熱力分布,熱工制度的穩(wěn)定至關(guān)重要。

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分解爐溫度與燃料燃燒

分解爐的溫度取決于燃料燃燒過程的放熱速率與生料分解過程的吸熱速率。當(dāng)燃料燃燒放熱速率慢,生料分解在接近平衡的條件下進(jìn)行,分解爐的溫度于860～920℃范圍,燃料燃燒放出的熱量就會迅速傳遞給生料,并被分解反應(yīng)吸收。但是,當(dāng)燃料燃燒速率大于生料分解過程的吸熱速率,燃料燃燒的熱量大于生料分解所需的吸熱量,此時(shí)分解爐的溫度就會超過平衡溫度范圍。

從燃料燃燒的角度來看,分解爐內(nèi)燃料的燃燒與回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒有許多不同之處?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒溫度比分解爐內(nèi)高得多,回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒明顯是受擴(kuò)散控制的,而分解爐內(nèi)燃料燃燒則有所不同。由于分解爐溫度遠(yuǎn)低于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒溫度,故煤在分解爐內(nèi)的燃燒時(shí)間受煤種類的影響比回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的影響大得多。如分解爐容積偏小的情況下,當(dāng)使用低揮發(fā)分、高灰分的低熱值煤時(shí),還原氣氛十分嚴(yán)重,將迅速導(dǎo)致結(jié)皮堵塞;而采用高揮發(fā)分、低灰分的高熱值煤時(shí)情況則有所改善。煤粉細(xì)度對于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燃燒是相當(dāng)敏感的,因?yàn)槠涫鞘軘U(kuò)散控制,即受邊界層擴(kuò)散時(shí)輸送速率的控制;而煤粉細(xì)度對分解爐內(nèi)燃燒的影響就沒有在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)那樣敏感了。

問題還要回到分解爐溫度與燃料燃燒的關(guān)系上來。由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料燃燒是受擴(kuò)散控制的,增減10～20℃對于燃料的燃燒影響是甚微的。但在分解爐內(nèi)則明顯不同。如有的分解爐容積偏小,煤粉燃燼時(shí)間不足,以至還原氣氛重,而降低分解爐的溫度,如果操作人員減少分解爐用煤量,以圖改變煤粉燃燒不完全、還原氣氛的問題,但往往是事與愿違。因在不減產(chǎn)量的情況下,分解爐用煤減少,分解爐溫度降低,煤的燃燒速度隨溫度降低而迅速下降,煤粉始終是燃燒不完全。所以適當(dāng)增大分解爐的容積已成為一個發(fā)展動向。在分解爐偏小煤質(zhì)差的情況下,可適當(dāng)降產(chǎn)量,而不宜降低分解爐的溫度。有條件的地方可以考慮適當(dāng)增大分解爐的容積。

2分解爐溫度與燃料用量比例及三次風(fēng)溫

分解爐與窯頭燃料用量的比例對整個預(yù)分解窯系統(tǒng)的熱力分布有著重要影響,而分解爐的燃料用量又與分解爐溫度控制有關(guān)。以SLC窯為例,（不以TDF為例，僅為了探討本小節(jié)的問題，因在我國SLC使用經(jīng)驗(yàn)較TDF豐富，可從側(cè)面反映本小節(jié)的問題同時(shí)也適用于TDF）該預(yù)分解窯在一定的范圍內(nèi),分解爐的燃燒用量比例存在著一個最佳值。在該條件下,最佳值為約61.5%,此時(shí)其熱耗最低。大于或少于此值,熱耗均增加。也就是說,在一定產(chǎn)量范圍內(nèi)的某窯,分解爐喂煤量既不是越高越好,也不是越低越好。分解爐喂煤的比例與熱耗的關(guān)系不是線性的,而是非線性的。有的廠統(tǒng)計(jì)得出兩者的關(guān)系是線性的結(jié)論,認(rèn)為窯頭喂煤越多越好或分解爐喂煤越多越好,實(shí)際上是最佳值的某一側(cè),從而產(chǎn)生分解爐用燃料比例與熱耗關(guān)系是線性關(guān)系的錯覺而已。為何對于某特定的預(yù)分解窯其燃料用量比例存在一個最佳范圍,高于或低于此最佳范圍熱耗會增加?盡管對于不同的預(yù)分解窯相應(yīng)的最佳范圍是不同的,但都應(yīng)有類似的關(guān)系。

當(dāng)分解爐喂煤量比例增大,即窯頭喂煤減少。盡管窯列廢氣溫度有所降低,但爐列廢氣溫度都明顯增高,爐列的廢氣量比窯列的廢氣量大,即總的廢氣帶走的熱損失是增加的。另外,分解爐加過多的煤,使廢氣中CO含量增加。反之,當(dāng)分解爐喂煤量比例過低,同樣也會使熱耗增加。窯頭燒過多的煤,窯列廢氣溫度明顯上升,廢氣中CO含量亦增加,導(dǎo)致熱耗增加。而且這樣做還會影響回轉(zhuǎn)窯耐火材料的壽命,影響安全運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。

雖然許多預(yù)分解窯并非是雙系列的,但其本質(zhì)是相同的。在一定的產(chǎn)量范圍內(nèi),分解爐與窯頭燃料用量比例都存在著一個最佳的范圍,在此范圍內(nèi)就可為預(yù)分解窯的合理熱力分布提供好的基礎(chǔ)。分解爐燃料用量比例過高或過低都是不利的。

分解爐的燃料用量比例與分解爐溫度控制又有何關(guān)聯(lián)呢?具體對于SLC窯分解爐來說,是分解爐出口溫度與其喂煤量比例的關(guān)聯(lián)。則我們?nèi)绻谠撎幵O(shè)置了一個PID調(diào)節(jié)器,根據(jù)設(shè)定的溫度由PID調(diào)節(jié)器自動增減燃料用量。自動模擬PID調(diào)節(jié)器有三種調(diào)節(jié)作用:

P作用(Proportional):比例作用,調(diào)節(jié)器的修正動作與偏差成比例。

I作用(Integral):積分作用,調(diào)節(jié)器的修正動作隨偏差存在時(shí)間的延長而增大。

D作用(Derivate):微分作用,調(diào)節(jié)器的修正動作開始時(shí)較大,隨后變小,偏差漸趨于零。

總的來說,PID作用為,修正作用在開始時(shí)大(D作用)隨后減少到一個數(shù)值,此值與偏差成比例(P作用),但隨時(shí)間再度增大(I作用),而且在有偏差時(shí)一直存在。

同時(shí)需要指出PID調(diào)節(jié)器有一定的時(shí)間滯后。如窯皮垮落,篦冷機(jī)內(nèi)熟料層厚度、風(fēng)量變化,從而導(dǎo)致進(jìn)分解爐的三次風(fēng)溫波動變化,而PID就不能及時(shí)適應(yīng)此變化。

進(jìn)分解爐的三次風(fēng)溫對分解爐內(nèi)煤粉的燃燒及分解爐的出口溫度亦有著重要的影響。當(dāng)窯頭喂煤量下降,致使物料煅燒溫度不足,一方面會影響熟料質(zhì)量,另一方面使落入篦冷機(jī)的熟料溫度亦降低,在同等的操作條件下,其三次風(fēng)溫降低。三次風(fēng)溫降低就會對分解爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生影響,特別是對于揮發(fā)分低、灰分高的煤粉,影響就更為顯著。SLC窯分解爐的喂煤點(diǎn)與喂料點(diǎn)較接近,生料碳酸鹽分解大量吸熱,若三次風(fēng)溫低,進(jìn)一步延滯了煤粉的燃燒。此時(shí)即使在分解爐多加煤,煤粉燃燒也不完全,廢氣中CO含量增加,分解爐溫度并不高。

適當(dāng)提高及穩(wěn)定三次風(fēng)溫,亦即提高及穩(wěn)定了二次風(fēng)溫,對分解爐及窯頭的煤粉燃燒有著十分重要的影響。在熟料溫度、結(jié)粒情況及冷卻用風(fēng)量變化不大的情況,穩(wěn)定一定的篦冷機(jī)篦底壓力,意味著可保證篦床上的熟料層厚度一定,從而可得到穩(wěn)定的二、三次風(fēng)溫,為良好與穩(wěn)定的燃燒創(chuàng)造條件。

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分解爐溫度與末級旋風(fēng)筒溫度及物料、燃料情況

燃料在分解爐內(nèi)燃燒放熱,料粉在其中吸熱分解;隨后,氣固兩相流離開分解爐進(jìn)入末級旋風(fēng)筒,進(jìn)行氣固分離;分離后的物料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯,而氣體進(jìn)入上一級旋風(fēng)預(yù)熱器。在正常情況下,煤粉在分解爐燃燒完全,分解爐的出口溫度會高于最末一級旋風(fēng)筒下部及其物料的溫度。但是,當(dāng)分解爐內(nèi)燃料的燃燒速度慢,燃料燃燒不完全,則未完全燃燒的煤粉在旋風(fēng)筒內(nèi)繼續(xù)燃燒,此時(shí)則會使最末一級旋風(fēng)筒下部及物料的溫度比分解爐出口溫度還要高。如煤粉質(zhì)量明顯下降,灰分高、熱值低的情況下，預(yù)分解窯窯頭噴煤管未能適應(yīng)燒這些質(zhì)量差的煤,熟料煅燒溫度低，導(dǎo)致三次風(fēng)溫明顯下降，而低的三次風(fēng)溫又進(jìn)一步延滯了分解爐內(nèi)煤粉的燃燒，這樣可以說是雪上加霜。就這樣,不完全燃燒的煤粉進(jìn)入五級旋風(fēng)筒內(nèi)繼續(xù)燃燒,五級旋風(fēng)筒下部溫度比分解爐出口溫度還高。在這種情況下,廢氣中CO含量高,還原氣氛重,易結(jié)皮堵塞,而分解爐的平均溫度并不高,入窯物料碳酸鹽分解率亦較低,熟料產(chǎn)質(zhì)量下降。

還需說明的是,分解爐的通風(fēng)量對分解爐出口溫度及末級旋風(fēng)筒下部溫度亦有影響。即使分解爐的喂煤量、物料量不變,但通風(fēng)量改變,亦會產(chǎn)生影響。當(dāng)通風(fēng)量過大,分解爐內(nèi)氣流速度過快,燃料及物料在分解爐內(nèi)停留時(shí)間不足；反之，當(dāng)通風(fēng)量過小,供氣不足,燃料燃燒同樣受影響?？傊?通風(fēng)量的波動,窯風(fēng)量與分解爐風(fēng)量的分配不當(dāng),都會影響分解爐燃料的燃燒,從而導(dǎo)致分解爐出口溫度與最末一級旋風(fēng)筒下部溫度的異常。

分解爐的溫度控制還應(yīng)考慮產(chǎn)量及物料的情況。當(dāng)產(chǎn)量較低,即喂料量較小,回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速亦較慢,此時(shí)應(yīng)相應(yīng)降低分解爐溫度。因分解爐溫度過高,一方面會增加熱耗,另一方面還不利于熱工制度的穩(wěn)定,不利于熟料燒成。反之，當(dāng)產(chǎn)量較高,在分解爐能力許可的情況下應(yīng)適當(dāng)提高分解爐溫度,減輕回轉(zhuǎn)窯的熱負(fù)荷。但是,當(dāng)設(shè)備富裕能力小,超產(chǎn)時(shí)窯系統(tǒng)的平衡是相當(dāng)脆弱的,遇到小小波動亦難以調(diào)整,故提高分解爐溫度,提高產(chǎn)量需適度為宜。而當(dāng)物料反應(yīng)活性較差,如石灰石結(jié)晶狀況較好,晶體尺寸較大,其分解溫度較高。此時(shí)應(yīng)在可能的條件下把分解爐溫度控制高一些,以保證入窯物料的分解率。

（三）預(yù)分解窯預(yù)分解系統(tǒng)的堵塞及防堵措施

一、堵塞的時(shí)間和部位

預(yù)分解系統(tǒng)中，由于熱力和物理化學(xué)作用在系統(tǒng)的局部造成物料結(jié)皮、堆積而使料流停滯，造成堵塞。

1.堵塞的時(shí)間

堵塞大部分發(fā)生在投料后不久、窯操作不正常、熱工制度不穩(wěn)、系統(tǒng)事故較多、開停窯較頻繁時(shí)。這時(shí)由于風(fēng)和料配合不當(dāng)，忽大忽小，煤粉燃燒不完全及其它原因，很容易造成預(yù)分解系統(tǒng)堵塞。

2.堵塞的部位

預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)很多部位都可能發(fā)生堵塞，但主要發(fā)生在分解爐上面的次末級和末級旋風(fēng)筒內(nèi)。各級下料管及翻板閥內(nèi)堵塞，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，有時(shí)能從下料管堵到預(yù)熱器錐體，甚至整個旋風(fēng)筒。分解爐及其斜坡、連接管道、變徑管等處也很容易因料流不暢造成堵塞。

二、堵塞的原因

造成預(yù)分解系統(tǒng)堵塞的因素很多也很復(fù)雜，因而必須從工藝、原燃料、熱力和物化作用、人的責(zé)任心及操作手段等幾方面認(rèn)真細(xì)致地分析研究。對每次堵塞的前兆都應(yīng)詳細(xì)記錄，經(jīng)過分析、研究找出原因，為以后生產(chǎn)中防止堵塞和出現(xiàn)堵塞時(shí)應(yīng)采取的措施提供重要依據(jù)。

1.結(jié)皮造成的堵塞

結(jié)皮是高溫物料在煙室、上升管道、旋風(fēng)筒錐體內(nèi)壁上粘結(jié)的一層層硬皮，嚴(yán)重的地方呈圈狀縮口，阻礙物料的正常運(yùn)行。隨粘結(jié)的接連發(fā)生，使結(jié)皮層數(shù)和厚度逐漸增加，進(jìn)而影響窯內(nèi)通風(fēng)，改變了預(yù)熱器內(nèi)物料和氣流的運(yùn)行速度及方向，最后因結(jié)皮嚴(yán)重而導(dǎo)致堵塞。

①局部溫度過高造成的結(jié)皮堵塞

預(yù)分解系統(tǒng)溫度過高而導(dǎo)致結(jié)皮的因素較多，其中最主要的因素是由于料量忽大忽小、煤粉在窯內(nèi)和分解爐內(nèi)燃燒不完全跑到預(yù)熱器內(nèi)二次燃燒、系統(tǒng)操作不穩(wěn)定等造成預(yù)分解系統(tǒng)局部溫度過高，構(gòu)成粘聚性物質(zhì)，粘附在預(yù)熱器系統(tǒng)的內(nèi)壁上而形成結(jié)皮。

在點(diǎn)火初期，由于煤粉在窯和分解爐內(nèi)燃燒不完全，一部分跑到預(yù)熱器內(nèi)附在錐體和下料管壁上，當(dāng)溫度升高時(shí)，煤粉著火形成局部高溫。導(dǎo)致煤粉進(jìn)入預(yù)熱器內(nèi)的渠道有三：其一是由分解爐至末級旋風(fēng)筒，再由上升管道上移；其次是由分解爐經(jīng)次末級旋風(fēng)筒下料管失靈的翻板閥上竄；其三是因窯內(nèi)煤粉燃燒不完全，被帶至窯尾和窯尾廢氣一起進(jìn)入預(yù)熱器內(nèi)。這種不完全燃燒煤粉煤灰的摻入，能降低粘附溫度，再加上局部高溫很容易形成高溫結(jié)皮堵塞。

片面強(qiáng)調(diào)提高入窯分解率以降低窯的熱負(fù)荷，可導(dǎo)致分解爐用煤量過大，造成爐內(nèi)溫度過高，甚至物料出現(xiàn)液相，很容易形成爐內(nèi)結(jié)皮；過量的煤粉在爐內(nèi)來不及完全燃燒時(shí)，可被帶至末級旋風(fēng)筒內(nèi)形成二次燃燒，導(dǎo)致末級旋風(fēng)筒錐體及下料管局部溫度過高，易結(jié)皮堵塞。

喂料量忽大忽小時(shí)，很容易打亂預(yù)熱器、分解爐和窯的正常工作。加以操作控制滯后，有時(shí)加減煤不及時(shí)，跟不上喂料量的變化，甚至出現(xiàn)短期斷料時(shí)也不能及時(shí)減煤。因此很容易因料小出現(xiàn)系統(tǒng)溫度過高而造成結(jié)皮堵塞。

②有害元素及回灰造成的結(jié)皮堵塞

當(dāng)原、燃料中的鉀、鈉、氯、硫含量高時(shí)，大量的堿便會從燒成帶揮發(fā)出來進(jìn)入氣相。堿在氣相中與氯和二氧化硫等發(fā)生反應(yīng)，隨氣流至預(yù)分解系統(tǒng)，溫度降低后，以硫酸鹽或氯化物的形態(tài)冷凝在原料上。在K2SO4+Na2SO4+CaSO4混合物中，在較低溫度下(800℃左右)即可出現(xiàn)熔融相，造成固體顆粒的固結(jié)。

它們通過多次揮發(fā)，循環(huán)富集，加劇了在高溫時(shí)揮發(fā)、在低溫時(shí)凝聚的過程。這些凝下來的物料粘附在預(yù)熱器、分解爐及聯(lián)接管道內(nèi)形成結(jié)皮，若處理不及時(shí)，繼續(xù)循環(huán)粘附，將導(dǎo)致預(yù)分解系統(tǒng)結(jié)皮堵塞。

電收塵器、增濕塔收集下來的物料含有較多已高溫物化反應(yīng)的料粉，有害雜質(zhì)較多，處理不當(dāng)，也易導(dǎo)致結(jié)皮。

2.漏風(fēng)造成的堵塞

預(yù)分解系統(tǒng)的漏風(fēng)是預(yù)分解窯的一大克星，系統(tǒng)漏風(fēng)不僅能夠降低旋風(fēng)筒分離效率，增加熱耗，而且還是造成預(yù)熱器系統(tǒng)堵塞的一個重要原因。預(yù)熱器系統(tǒng)的漏風(fēng)可分為內(nèi)漏風(fēng)和外漏風(fēng)。

①內(nèi)漏風(fēng)造成的堵塞

當(dāng)旋風(fēng)筒的翻板閥因燒壞或失靈時(shí)，現(xiàn)場通常采取吊起的應(yīng)急措施，這樣下一級旋風(fēng)筒的熱氣流會經(jīng)過下料管通過翻板閥漏入上一級旋風(fēng)筒內(nèi)。這種通過下料管排灰閥由下一級旋風(fēng)筒漏入上一級旋風(fēng)筒的漏風(fēng)稱為內(nèi)漏風(fēng)。它不但能降低旋風(fēng)筒分離效率，增加循環(huán)負(fù)荷，也是短路、塌料、堵塞的原因之一。這是因?yàn)椋合乱患墯怏w從下料管內(nèi)經(jīng)過時(shí)，會使預(yù)熱器收集下來的物料重新上升，在預(yù)熱器內(nèi)造成循環(huán)。由于下料口處風(fēng)速較高(達(dá)40米/秒)，氣流浮力較大，沒有相當(dāng)數(shù)量的料子就不會向下沉落。一旦料子收集得過多具備了沉落的條件，便是一大股物料經(jīng)過翻板閥落下，造成下料不均，分散狀態(tài)不好，易使下料管堵塞(因下料管內(nèi)徑較小)，若處理不及時(shí)，將堵至預(yù)熱器錐體，且清堵相當(dāng)困難。

②外漏風(fēng)造成的堵塞

所謂外漏風(fēng)是指從預(yù)分解系統(tǒng)外，漏入預(yù)熱器內(nèi)的冷空氣。它主要是從各級旋風(fēng)筒的檢查門、下料管翻板閥軸、各連接管道的法蘭、預(yù)熱器頂蓋和各測量點(diǎn)等處漏入。以從預(yù)熱器檢查門、錐體底部法蘭及下料口處的法蘭漏風(fēng)影響最大。

旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)氣流運(yùn)動復(fù)雜，加上粉體粒度分布寬，使其物料運(yùn)動情況更加復(fù)雜。若預(yù)分解系統(tǒng)密封不好，漏入冷風(fēng)，將影響物料在預(yù)熱器內(nèi)的運(yùn)動軌跡，可能造成物料在下料口處堆積，導(dǎo)致堵塞。

在預(yù)熱器錐體底部及下料口處負(fù)壓較大，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的漏風(fēng)，而該處氣體和物料的旋流隨遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口而逐漸減弱，很容易受漏風(fēng)的干擾，使已經(jīng)與氣流分離的物料產(chǎn)生較大的逆向飛揚(yáng)，導(dǎo)致分離效果惡化。漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí)，幾乎整個預(yù)熱器錐體部分全部是這種“蓬起”的狀態(tài)，只有極少一部分物料能排入旋風(fēng)筒下面的集灰斗內(nèi)，因而容易導(dǎo)致堵塞。

此外，當(dāng)燃料有不完全燃燒時(shí)如與漏風(fēng)中的O2化合，重新燃燒，發(fā)生局部高溫結(jié)皮，或漏入冷風(fēng)、降低溫度，致結(jié)皮塌落而卡死下料管或排灰閥，均可造成堵塞。

3.機(jī)械故障造成的堵塞

堵塞的另一類原因是外來異物機(jī)械性堵塞。如：預(yù)分解系統(tǒng)的檢查門磚鑲砌不牢垮落；旋風(fēng)筒頂蓋、分解爐頂蓋及內(nèi)筒襯料剝落；旋風(fēng)筒內(nèi)筒或撒料板燒壞掉下；翻板閥板燒壞或轉(zhuǎn)動不靈；檢修時(shí)有耐火磚或鋼鐵件等落入預(yù)熱器內(nèi)未清理出來等。這些異物在開窯后或生產(chǎn)中容易堵塞下料管或錐體，造成預(yù)熱器的機(jī)械堵塞。

有兩種性質(zhì)的掉磚：其一是在開窯前關(guān)閉檢查門用磚封閉時(shí)不小心，或是在打開檢查門處理堵塞時(shí)不慎，致磚掉入預(yù)熱器內(nèi)，或因檢查門封閉不嚴(yán)，砌磚不牢，有時(shí)負(fù)壓較大將磚吸入預(yù)熱器內(nèi)；其二是在正常生產(chǎn)中發(fā)生的襯料剝落或掉磚。剝落掉磚的部位通常是預(yù)熱器平行管道的分料墻、進(jìn)出口管道和站墻，預(yù)熱器頂蓋及內(nèi)筒襯料等處。其主要原因有系統(tǒng)熱工制度不穩(wěn)、冷熱交替較頻繁；未留好膨脹縫；頂蓋漏風(fēng)；內(nèi)筒受高溫變形導(dǎo)致內(nèi)襯開裂或在處理結(jié)皮時(shí)導(dǎo)致內(nèi)襯同物料結(jié)皮一起落入預(yù)熱器內(nèi)。

旋風(fēng)筒掉內(nèi)筒被燒損后剩下的殘片也能造成預(yù)熱器機(jī)械堵塞。當(dāng)該級旋風(fēng)筒是并列兩個時(shí)，若其中一個內(nèi)筒燒扁，通過該筒的風(fēng)和料減少，造成風(fēng)料分布不均，則并列的另一個旋風(fēng)筒通過的風(fēng)和料就相應(yīng)增大，并因此易導(dǎo)致堵塞。掉內(nèi)筒造成堵塞主要發(fā)生在最末兩級旋風(fēng)筒，以末級最為嚴(yán)重。

此外，翻板閥本身結(jié)構(gòu)不好，高溫變形，配重不當(dāng)，轉(zhuǎn)動不靈有時(shí)也會發(fā)生機(jī)械性卡死進(jìn)而堵死下料管。

4.操作不當(dāng)造成的堵塞

由于操作員對預(yù)分解窯的工藝及操作特點(diǎn)不熟悉、不熟練、責(zé)任心不強(qiáng)或未遵守操作規(guī)程，可因操作不當(dāng)或失誤而造成堵塞。

①投料不及時(shí)

當(dāng)分解爐點(diǎn)火燃料已正常燃燒，達(dá)到投料溫度(900℃)時(shí)，一定要及時(shí)投料，否則易造成因預(yù)分解系統(tǒng)溫度超高而結(jié)皮堵塞。

②下料量與窯速不同步

當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，熱工制度不穩(wěn)，需慢轉(zhuǎn)窯時(shí)，若減料不及時(shí)，很容易因喂料量與窯速不同步，造成物料在窯尾煙室堆積，這時(shí)即使回轉(zhuǎn)窯仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，但堆積在窯尾的物料不能夠很快地輸送出去，易在煙室與窯連接處形成棚料現(xiàn)象，造成煙室及上一級預(yù)熱器堵塞。

③風(fēng)量過大或過小

當(dāng)排風(fēng)量過大時(shí)，固氣比降低，氣流溫度升高，易形成由疏松到堅(jiān)實(shí)的層狀覆蓋物，造成結(jié)皮堵塞。當(dāng)排風(fēng)量過小時(shí)，風(fēng)速降低，難以使料團(tuán)沖散，易形成塌料堵塞，或水平管道堵塞。

④窯、爐風(fēng)量分配比例不當(dāng)

由于崗位工對窯尾縮口閘板開度和入分解爐三次風(fēng)閘板開度調(diào)節(jié)不當(dāng)，導(dǎo)致窯、爐風(fēng)量分配不合理，若窯尾縮口或分解爐入口風(fēng)速過低或過高，容易造成物料在預(yù)分解系統(tǒng)內(nèi)結(jié)皮、棚料或塌料，堆積堵塞。

⑤開停窯時(shí)排風(fēng)量過小

因故需止料停窯時(shí)，排風(fēng)量不能大幅度減小，若大幅度減小，易造成物料因風(fēng)速過低沉積在水平管道內(nèi)。重新開窯投料時(shí)，開始排風(fēng)量也小，堆積在水平管道內(nèi)的物料不能被順利地帶走，隨著下料量的不斷增加，堆積的物料越來越多，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致堵塞。

⑥窯爐操作不協(xié)調(diào)

回轉(zhuǎn)窯和分解爐的操作不能前后兼顧，片面強(qiáng)調(diào)窯內(nèi)通風(fēng)或系統(tǒng)負(fù)壓，兩者協(xié)調(diào)不好，很容易造成高溫結(jié)皮、積料、棚料、塌料堵塞預(yù)熱器。

⑦崗位工責(zé)任心不強(qiáng)

有時(shí)由于預(yù)熱器的自動空氣炮清掃裝置及溫度、壓力儀表失靈，崗位工未能手動噴吹并定時(shí)巡回檢查、活動各級翻板閥。當(dāng)預(yù)熱器出現(xiàn)異常時(shí)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞。

5.設(shè)計(jì)不合理易造成的堵塞

系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)要為正常生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件，某些部位設(shè)計(jì)不合理，將造成先天不足易發(fā)生堵塞。例如：

①預(yù)熱器系統(tǒng)水平連接管道過長或連接管道角度過?。?/p>

②各級預(yù)熱器的進(jìn)風(fēng)口高寬比較小；

③預(yù)熱器錐體的角度較??；

④預(yù)熱器內(nèi)筒過長；

⑤預(yù)熱器砌內(nèi)襯時(shí)，錐體底部留有容積倉；

⑥電收塵器及增濕塔回灰不能均勻地?fù)饺胄迈r生料等。

三、防止堵塞的措施

1.開窯前系統(tǒng)檢查

預(yù)熱器系統(tǒng)檢修完畢后，一定要對系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的全面檢查，并將各管道內(nèi)清理干凈。檢查預(yù)熱器內(nèi)襯是否完好、牢固。

開窯前，應(yīng)逐級檢查排灰閥，轉(zhuǎn)動是否靈活有無卡死或損壞。需要時(shí)進(jìn)行配重調(diào)整，防止過重或過輕，造成機(jī)械轉(zhuǎn)動不靈或封閉不好產(chǎn)生內(nèi)漏風(fēng)。調(diào)整配重時(shí)，應(yīng)用手用力將排灰閥桿按到最低位置(即關(guān)閉時(shí))然后放手，排灰閥應(yīng)能自動回復(fù)一段位置。正常生產(chǎn)時(shí)如排灰閥能微微顫動，即為配重較合理。

2.系統(tǒng)密封

開窯前應(yīng)將所有檢查門、法蘭、測孔、各翻板閥軸等處封閉嚴(yán)實(shí)，防止外漏風(fēng)。在處理堵塞后，不能圖省事而忽視檢查門的密封。檢查門密封時(shí)應(yīng)先用耐火磚在門內(nèi)封死，然后關(guān)閉檢查門用新鮮生料摻水玻璃將所有縫隙封嚴(yán)。

3.穩(wěn)定操作、加強(qiáng)責(zé)任心

每當(dāng)開窯后溫度逐漸上升，投料前后一段時(shí)間，應(yīng)勤活動各處翻板閥，開動吹風(fēng)裝置以防棚料。

正常生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照各項(xiàng)規(guī)章制度和操作規(guī)程操作，保持溫度壓力合理分布，加強(qiáng)操作責(zé)任心，前后兼顧，密切協(xié)調(diào)，加減料要及時(shí)，風(fēng)煤料要合理配合，喂料量與窯速要同步。因缺料或其它原因被迫減料時(shí)，排風(fēng)不要大幅度減下來，防止因用風(fēng)小而形成積料。要求崗位工要勤檢查、勤聯(lián)系、勤觀察、勤活動。

4.提高原、燃料質(zhì)量

應(yīng)保證原、燃料成分均勻穩(wěn)定，搭配合理。首先應(yīng)限制原、燃料中有害成分的含量。我廠要求生料中堿含量(Na2O+K2O)＜1.5%，氯(Cl-)含量＜0.02%，硫堿比控制在0.85左右，燃料中硫(S)含量＜3.0%。

采取優(yōu)化配料，調(diào)整熟料率值，保持液相量在24～27%。建議熟料采用下列率值：KH=0.88±0.01，n=2.5±0.1，P=1.5±0.1，即兩高一中配料方案，使得燒成物料軟而不粘，硬而不散。

提高煤粉質(zhì)量是防止煤粉燃燒不完全造成結(jié)皮堵塞的一項(xiàng)措施。所謂提高煤粉質(zhì)量，即要求降低煤粉細(xì)度到10%左右，降低煤粉水分到1.0%左右，避免用劣質(zhì)煤和高硫煤。

四、堵塞的處理

預(yù)熱器出現(xiàn)堵塞要盡可能地找出堵塞原因及時(shí)處理，防止處理不及時(shí)而結(jié)硬塊。處理時(shí)可先用壓縮空氣吹掃，若堵塞不嚴(yán)重，即可吹通；若堵塞嚴(yán)重，應(yīng)止料停窯，但不要停排風(fēng)，將人孔門打開，用風(fēng)管長鐵棒等進(jìn)行人工捅搗，也可適當(dāng)采取“放水炮”的方法處理，但是一定要注意安全，捅后檢查各處是否清理干凈，各處壓力是否恢復(fù)正常，干凈、正常后方可升溫開窯下料。若是因掉內(nèi)筒、掉磚、掉混凝土塊及其它雜物而造成堵塞，必須止料、停窯、加大排風(fēng)，待預(yù)熱器冷卻后，方可進(jìn)到預(yù)熱器內(nèi)去處理。

五、結(jié)語

導(dǎo)致預(yù)分解窯預(yù)分解系統(tǒng)堵塞的因素很多，所以要想操作好窯，必須嚴(yán)格管理，強(qiáng)化操作，搞好系統(tǒng)密封，加強(qiáng)崗位工的責(zé)任心，提高原、燃料的質(zhì)量，選擇合理的配料方案，穩(wěn)定系統(tǒng)的熱工制度。掌握規(guī)律，預(yù)防和處理好堵塞，保證預(yù)熱器和分解爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率，保證生產(chǎn)、設(shè)備和人身安全有很重要的作用。（四）預(yù)分解窯降低窯襯消耗的研究

如何實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)是水泥廠的永恒主題，而窯襯消耗是回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的主要消耗之一。窯襯消耗的大小不僅造成襯料的直接消耗，它還影響窯系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率及開停窯次數(shù)，也制約著回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。預(yù)分解窯窯溫高、窯速快，且受揮發(fā)物侵蝕作用，因而如何降低預(yù)分解窯窯襯消耗是當(dāng)前普遍研究和探索的重要課題。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并從窯襯的損壞機(jī)理分析，進(jìn)行預(yù)分解窯降低窯襯消耗的研究探討。

１窯襯損壞機(jī)理及影響因素

一般將預(yù)分解窯窯內(nèi)分為４個帶，即分解帶、過渡帶、燒成帶和冷卻帶，亦有只將預(yù)分解窯劃分為分解帶和燒成帶（包括放熱反應(yīng)帶、燒成帶、冷卻帶）的，就機(jī)理而言，兩種劃分法是一致的。四帶中，燒成帶窯襯最為關(guān)鍵。目前國內(nèi)外在預(yù)分解窯燒成帶主要采用堿性磚。

熱、機(jī)械和化學(xué)３種因素構(gòu)成了窯襯內(nèi)的應(yīng)力并導(dǎo)致其破壞。隨窯型、操作及窯襯在窯內(nèi)位置的不同，上述因素的破壞作用亦不同。其中起決定性作用的是火焰、窯料和窯筒體的變形狀況，它們使窯襯承受各種不同的應(yīng)力。對堿性磚，具體有８種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原

－氧化反應(yīng)、過熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這８種因素對窯內(nèi)不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現(xiàn)就這８種因素?fù)p壞堿性磚的機(jī)理分別作一簡述。

（１）熟料熔體滲入。熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S和C4AF會強(qiáng)烈地溶蝕鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會析出鉀霞石；而熔體則會充填磚襯內(nèi)氣孔，使該部分磚層致密化和脆化；加之熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力雙重作用，導(dǎo)致磚極易開裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開始形成，而預(yù)分解窯入窯物料溫度已達(dá)800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個預(yù)分解窯窯內(nèi)，即熟料熔體對預(yù)分解窯各帶窯襯均有一定滲入侵蝕作用。

(２)揮發(fā)性組分的凝聚。預(yù)分解窯內(nèi)，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復(fù)循環(huán)，導(dǎo)致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾最熱級預(yù)熱器中生料的R2O、SO3和CI－含量往往分別比原生料增至5倍、3倍～5倍和80倍～100倍。當(dāng)熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區(qū)段后)，物料中的揮發(fā)性組分將會在所有磚面及磚層內(nèi)凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導(dǎo)致磚滲入層的熱震穩(wěn)定性顯著減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱－機(jī)械應(yīng)力綜合作用下開裂剝落。因預(yù)分解窯從窯尾至燒成帶開始整個無窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴(yán)重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。

(３)還原或還原

－氧化反應(yīng)。當(dāng)窯內(nèi)熱工制度不穩(wěn)時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內(nèi)的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴(kuò)散能力比Fe3+強(qiáng)得多，這又進(jìn)一步加劇了體積收縮效應(yīng)，從而使磚內(nèi)產(chǎn)生孔洞、結(jié)構(gòu)弱化、強(qiáng)度下降。同時(shí)，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應(yīng)反復(fù)發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過程主要發(fā)生在無窯皮保護(hù)的鎂鉻磚帶。

(４)過熱。當(dāng)窯熱負(fù)荷過高，使磚面長時(shí)間失去窯皮的保護(hù)時(shí)，熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易生于燒成帶的正火點(diǎn)區(qū)域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞，易于損壞。

(５)熱震。當(dāng)窯運(yùn)轉(zhuǎn)不正常或窯皮不穩(wěn)定時(shí)，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達(dá)上千度)，而使磚內(nèi)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。此外，窯的頻繁開停使磚內(nèi)頻繁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力一旦超出磚襯的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就突然開裂，并沿其結(jié)構(gòu)弱化處不斷加大加深，最后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現(xiàn)象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過渡帶區(qū)域。

(６)熱疲勞。窯運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng)磚襯沒入料層下，其表面溫度降低，而當(dāng)磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉(zhuǎn)一周，磚襯表面溫度升降幅度可達(dá)150℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預(yù)分解窯轉(zhuǎn)速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達(dá)130000次之多。這種溫度升降多次重復(fù)導(dǎo)致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

(７)擠壓?；剞D(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機(jī)械應(yīng)力的綜合作用。其中，窯的轉(zhuǎn)動、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動力學(xué)負(fù)荷；磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負(fù)荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運(yùn)動，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會使磚襯承受各種機(jī)械應(yīng)力作用。當(dāng)所有這些應(yīng)力之和超過了磚的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)，磚就開裂損壞。該現(xiàn)象發(fā)生于預(yù)分解窯整個窯襯內(nèi)。

(８)磨損。預(yù)分解窯窯口卸料區(qū)沒有窯皮保護(hù)，而熟料和大塊窯皮又較硬，會對該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖擊和磨蝕損壞。

２降低窯襯消耗的措施

在了解了窯襯損壞機(jī)理后，據(jù)此可采取以下措施，以降低窯襯消耗。

(１)注重襯料的選型和合理匹配。新型干法窯特別是大型預(yù)分解窯，使用了熱回收效率在60%以上的高效冷卻機(jī)以及燃燒充分且一次風(fēng)比例較少的多通道噴煤嘴(火焰火力集中，靈活可調(diào))；且窯頭和窯罩又加強(qiáng)了密閉和隔熱,因此,出窯熟料溫度可高達(dá)1400℃,入窯二次風(fēng)溫可高達(dá)1200℃，從而造成系統(tǒng)內(nèi)過渡帶、燒成帶、冷卻帶及窯門罩、冷卻機(jī)高溫區(qū)以及燃燒器外側(cè)等部位的工作溫度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)窯。因此，燒成帶正火點(diǎn)可使用直接結(jié)合鎂鉻磚、特種鎂磚或白云石磚；正火點(diǎn)前后兩側(cè)，視設(shè)備、操作和原燃料情況，可采用與正火點(diǎn)相同的磚或普通鎂鉻磚；過渡帶則主要使用尖晶石磚、富鉻鎂磚或含鋯增韌白云石磚（本廠燒成帶和上下過度帶分別采用RHI公司的鎂鉻磚和尖晶石磚）。窯卸料口內(nèi)襯是大型窯窯襯中最薄弱環(huán)節(jié)之一，新窯或規(guī)則的窯上可用碳化硅磚、尖晶石磚或直接結(jié)合鎂鉻磚。對窯口溫度較低的窯，可使用熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的高鋁磚或磷酸鹽結(jié)合高鋁磚；若窯口變形時(shí)則可用剛玉質(zhì)或鋼纖維增強(qiáng)剛玉質(zhì)澆注料或低水泥型高鋁質(zhì)澆注料。

以上是預(yù)分解窯窯襯匹配的一般原則，部分大中型預(yù)分解窯窯襯的實(shí)際匹配使用情況有所不同。(２)把好進(jìn)貨質(zhì)量關(guān)和窯襯施工質(zhì)量關(guān)。要嚴(yán)格遵守“水泥回轉(zhuǎn)窯用耐火材料使用規(guī)程”中的相關(guān)要求，選購耐火材料時(shí)，應(yīng)要求供貨商提供產(chǎn)品質(zhì)量擔(dān)保書，并應(yīng)取樣送有關(guān)權(quán)威監(jiān)測部門復(fù)檢，以杜絕假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)廠。與此同時(shí)，對施工質(zhì)量亦要進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，以確保窯襯的耐火性、密封性、隔熱性、整體性、耐久性。重點(diǎn)應(yīng)對耐火泥的配制、磚縫和膨脹縫處理等一系列技術(shù)問題嚴(yán)格把關(guān)。首先，更換窯襯前要編制施工方案，按砌筑要求在窯內(nèi)劃出縱向和橫向控制線；其次，每天召開有關(guān)負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)會，及時(shí)解決施工中出現(xiàn)的問題；第三是實(shí)行項(xiàng)目負(fù)責(zé)制，設(shè)立專人跟班監(jiān)督；最后，要求砌筑選用耐火磚，不得缺角少棱。

(３)準(zhǔn)確把握局部挖補(bǔ)與整段更換窯襯的界限。兩者界定的一般原則為：掉磚處周圍的厚度不低于100mm，且掉磚周圍磚的結(jié)構(gòu)未發(fā)生裂縫和排列錯亂現(xiàn)象，這時(shí)可采用挖補(bǔ)的方法。否則就需要進(jìn)行整段更換。正確的判斷，不僅可以降低窯襯消耗，縮短停窯的時(shí)間，而且可提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

(４)堅(jiān)持合理的烘窯升溫制度。窯襯砌筑好后還須妥善烘烤，烘烤時(shí)升溫不能過快，以免產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力而導(dǎo)致磚襯開裂、剝落。由于耐火磚的品種較多，根據(jù)實(shí)踐及文獻(xiàn)介紹，使用Ｂ型磚時(shí)，因磚數(shù)量較多

，

對磚襯膨脹的襯償量較大

，按0.5℃／min～1℃／min區(qū)段內(nèi)的升溫制度烘烤時(shí)，磚襯內(nèi)壓應(yīng)力總是低于磚的強(qiáng)度，非常安全。因此，預(yù)分解窯一般都選擇Ｂ型磚作為窯襯。

窯內(nèi)新砌堿性磚襯，烘烤時(shí)升溫速度以30℃/h較為適宜，更換磚襯長度在30m以內(nèi)時(shí)，取約50℃/h；停窯后燃燒帶內(nèi)仍保持300℃以上溫度時(shí)可取約125℃/h。這樣上述三種烘烤制度升溫至1400℃所需的烘烤時(shí)間分別為48ｈ、25ｈ和10ｈ。對于能力及磚型更大的窯，還應(yīng)增加10%～20%的烘烤時(shí)間。

烘烤時(shí)窯速的控制原則一般為：溫度在300℃～500℃范圍內(nèi)每30min轉(zhuǎn)窯1/3圈，600℃～800℃范圍內(nèi)每15min轉(zhuǎn)1/2圈，900℃～1100℃范圍內(nèi)以最低速連續(xù)轉(zhuǎn)窯，從1200℃至工作溫度可漸增至正常窯速。若新砌的磚襯為高鋁、粘土和輕質(zhì)磚則應(yīng)適當(dāng)加快窯速，但應(yīng)采取與磚質(zhì)相應(yīng)的升溫制度。

有些廠在更換窯襯后急于投料生產(chǎn)，常采用6ｈ～8ｈ的快速烘窯制度，加之缺乏必要的措施來保護(hù)窯體和窯襯的安全，導(dǎo)致窯體及窯襯不必要的損壞。若欲快速烘窯，必須采取以下措施：①控制好窯體變形：控制好窯體，特別是從窯頭起第二檔輪帶處窯體不變形，同時(shí)為了消除窯體和輪帶升溫過程中溫差所造成的耐火磚及窯體的損壞，必須用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻第二檔輪帶的兩側(cè)窯體。②控制廢氣溫度：快速烘窯煤耗較大，窯氣溫度高，為了降低廢氣溫度，開窯時(shí)就要開動增濕塔系統(tǒng)。③選用適當(dāng)?shù)哪突鸫u，堿性磚在工況下必須保持應(yīng)有的結(jié)構(gòu)韌性，顯氣孔率不能太小，厚度亦應(yīng)嚴(yán)格控制。其中直接結(jié)合鎂鉻磚對6ｈ～8ｈ的快速烘窯不適應(yīng)，應(yīng)注意。

窯襯烘烤必須連續(xù)進(jìn)行，直至完成且要做到“慢升溫，不回頭”。為此烘烤前必須對系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試車，還要確保供電。此外，停窯時(shí)窯襯的冷卻制度亦對未更換的磚的使用壽命有很大影響，因此停窯不換磚時(shí)必須慢冷以保窯襯安全。對于大型預(yù)分解窯，在停窯時(shí)可用輔助傳動進(jìn)行慢轉(zhuǎn)窯、扣風(fēng)，并在24ｈ后方可打開窯門進(jìn)行快速冷卻。

(５)窯皮的粘掛及保護(hù)。燒成帶及其兩側(cè)過渡帶磚襯上窯皮的穩(wěn)定與否，這是影響磚襯使用壽命的決定性條件。

新磚砌好，按正常升溫制度達(dá)投料溫度后，即進(jìn)行投料。第一層窯皮的形成就是從物料進(jìn)入燒成帶及前后過渡帶時(shí)開始，必須嚴(yán)格控制熟料結(jié)粒細(xì)小均齊，配料合理；耐火磚熱面層中應(yīng)形成少量熔體，使熟料與磚面牢固地粘結(jié)。粘結(jié)后，磚襯表面層溫度降低，熔體量減少，粘度增大，粘結(jié)層與磚襯面間粘結(jié)力就越大；而熟料繼續(xù)粘到新粘結(jié)的熟料上，使窯皮不斷加厚，直至窯皮過厚，窯皮表面溫度過高而造成該處熟料中熔體含量過多且粘度小，熟料不能再相互粘結(jié)為止。第一層窯皮粘掛的質(zhì)量優(yōu)劣對延長窯襯壽命有重要的作用。

窯皮實(shí)質(zhì)上是窯料的流量和成分。窯正常運(yùn)行時(shí)，入窯燃料的質(zhì)和量及其燃燒性狀，以及耐火磚在高溫下的性態(tài)等是不斷變化的。因此為了掛好窯皮且保護(hù)好窯皮包括補(bǔ)掛好窯皮，必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施：①砌完磚必須進(jìn)行窯內(nèi)清理；投料后應(yīng)嚴(yán)格保證系統(tǒng)溫度及燒成帶溫度，使第一批窯料和該處耐火磚同時(shí)處于良好的掛窯皮狀態(tài)。同時(shí)掛窯皮時(shí)喂料量按正常量的80%即可。②開窯前要嚴(yán)格檢查燃燒控制系統(tǒng)、噴嘴結(jié)構(gòu)和位置及火焰形狀，并使之保持正常。預(yù)分解窯掛窯皮時(shí)間一般為1ｄ。

(６)減少停窯次數(shù)，提高預(yù)分解窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。由于頻繁的非計(jì)劃開停窯，往往是緊急止料停窯，會造成襯磚熱面迅速冷卻，收縮過快，磚內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞應(yīng)力。應(yīng)力隨多次停窯頻繁作用于磚內(nèi)，導(dǎo)致其過早開裂損壞。再次開窯時(shí)，磚熱面層往往隨窯皮剝落，還使窯襯內(nèi)磚位扭曲，降低窯襯使用壽命。表３為某兩個廠歷年運(yùn)轉(zhuǎn)率與窯襯消耗的對應(yīng)關(guān)系。

頻繁開停窯多發(fā)生于系統(tǒng)存在重大問題或剛進(jìn)行過系統(tǒng)檢修期間，但通過采取以下系列措施可以減少停窯次數(shù)：

第一，在嚴(yán)把進(jìn)廠配件、材料質(zhì)量關(guān)的基礎(chǔ)上，檢修時(shí)實(shí)行每個子項(xiàng)目專人負(fù)責(zé)，并實(shí)行專業(yè)化管理，以確保檢修質(zhì)量，每次檢修完畢后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動試車，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。

第二，精心操作，根據(jù)入窯生料、燃料質(zhì)量、熟料結(jié)粒狀況等綜合因素動態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)，做到“預(yù)先小調(diào)整，防止大波動”，確保熱工制度穩(wěn)定，以避免系統(tǒng)大量掉窯皮。

第三，應(yīng)堅(jiān)持日巡檢制度，要求各車間、專業(yè)、系統(tǒng)每日至少進(jìn)行一次巡檢，做到“全員參與，全面巡檢”，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，確保生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(７)穩(wěn)定窯的熱工制度。窯在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如熱工制度不穩(wěn)，會造成窯內(nèi)襯料忽冷忽熱，窯皮時(shí)長時(shí)塌，極易發(fā)生耐火磚開裂剝落、炸頭等現(xiàn)象，使用壽命大大縮短。因此，必須采取以下相應(yīng)措施：

①“五穩(wěn)保一穩(wěn)”，即入窯生料成分穩(wěn)定，入窯喂料量穩(wěn)定，燃料成分穩(wěn)定，燃料喂入量穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，只有實(shí)現(xiàn)這“五個穩(wěn)定”，方能保證窯系統(tǒng)熱工制度穩(wěn)定。

②風(fēng)、煤、料和窯速的合理匹配——四者相互聯(lián)系又相互制約，必須相互適應(yīng)相互匹配，才能保證熱工制度的穩(wěn)定。

③多通道噴煤管必須針對不同煤質(zhì)、不同窯況等進(jìn)行合理動態(tài)操作調(diào)整，得到一合適的火焰，以保證熱工制度穩(wěn)定。

④合理調(diào)整篦冷機(jī)的操作，保證穩(wěn)定的二、三次風(fēng)量及風(fēng)溫，同時(shí)兼顧與窯的同步操作，達(dá)到穩(wěn)定熱工制度之目的。

３結(jié)語

影響預(yù)分解窯窯襯消耗的因素較多，也較復(fù)雜，只有不斷摸索，采用新技術(shù)、新材料和提高操作水平來滿足不斷發(fā)展的預(yù)分解窯，從而達(dá)到既可降低消耗，又可使窯系統(tǒng)均衡穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)之目的。（五）預(yù)分解窯結(jié)皮機(jī)理研究

1結(jié)皮的分類

結(jié)皮是指生料粉與窯氣中有害組分所形成的粘附在窯尾系統(tǒng)內(nèi)壁的層狀物。實(shí)踐表明，預(yù)分解窯最易發(fā)生結(jié)皮的部位是窯尾煙室、下料斜坡、窯尾縮口、最低兩級筒的下料管、分解爐內(nèi)等處。結(jié)皮使通風(fēng)通道的有效截面積減小，阻力相應(yīng)增大，影響系統(tǒng)通風(fēng)，使主排風(fēng)機(jī)拉風(fēng)加大。結(jié)皮增厚或塌落時(shí)，還容易發(fā)生堵塞。

結(jié)皮可以從質(zhì)地的堅(jiān)硬程度不同粗略地劃分為兩類：一類是質(zhì)地比較疏松的(以下簡稱I型結(jié)皮)；另一類是質(zhì)地比較堅(jiān)硬的(以下簡稱II型結(jié)皮)。對于實(shí)際生產(chǎn)有較大影響的是II型結(jié)皮。因?yàn)镮型結(jié)皮與器壁的粘附力比較小，在拉風(fēng)過程中時(shí)掛時(shí)掉，幾乎等同于生料粉，對生產(chǎn)的影響較小。但是II型結(jié)皮與器壁的粘附力比較大，一旦掛上便難以掉下，當(dāng)其越掛越厚時(shí)，會影響系統(tǒng)的通風(fēng)甚至堵料，這類結(jié)皮對于實(shí)際生產(chǎn)影響較大，即通常意義上的結(jié)皮。

兩種類型結(jié)皮的比較

結(jié)皮類型

外表顏色

取樣感覺

質(zhì)地的堅(jiān)實(shí)度

I型結(jié)皮

淺黃色

容易

疏松

II型結(jié)皮

灰黑色

困難

堅(jiān)硬

結(jié)皮中揮發(fā)性有害組分的含量高于生熟料。由于生料中所含的堿、氯、硫等組分進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后，在窯的高溫帶揮發(fā)，以氣態(tài)形式存在于窯氣中，窯氣在向窯尾運(yùn)動的過程中溫度逐漸降低，大約在700℃左右，窯氣中的堿、氯、硫又可能化合為液態(tài)的鹽類，并很快吸附于物料的表面。由于微細(xì)粉塵比表面積大，故吸附量更多。冷凝后的有害組分又隨生料一起入窯，再次進(jìn)行揮發(fā)、冷凝循環(huán)，所以結(jié)皮中揮發(fā)性有害組分的含量高于生、熟料。含硫礦物在結(jié)皮的硬化中起著十分重要的作用。對某廠不同時(shí)期的取樣分析，II型結(jié)皮中的SO3、K2O、Na2O及Cl-含量比I型結(jié)皮高，它們的比值分別為：8.17/1.1=7.4；3.4/3.08=1.1；0.41/0.37=1.1；1.62/0.82=2，可見II型結(jié)皮與I型結(jié)皮相比，其中SO3的富集程度比K2O、Na2O及Cl-大。同時(shí)，I號結(jié)皮中未發(fā)現(xiàn)，但是在II號結(jié)皮中卻發(fā)現(xiàn)了CaSO4及K3Na(SO4)2，也說明II型結(jié)皮中SO3含量高于I型結(jié)皮。這與化學(xué)分析的結(jié)果一致。從結(jié)皮的掃描電鏡照片也可以看到，結(jié)皮是由KCl、CaSO4等相粘結(jié)生料粉而形成的。含硫礦物在結(jié)皮的硬化中起著十分重要的作用。由于硫主要來自煤，結(jié)皮中含硫量的增大除了與硫的循環(huán)富集有關(guān)外，還可能是由于窯、爐中煤粉燃燒不完全，在窯尾系統(tǒng)中進(jìn)行二次燃燒，這一方面使得煤灰在生料中的摻量增加，另一方面產(chǎn)生的局部高溫使揮發(fā)性有害成分的循環(huán)富集更加嚴(yán)重，這些都使結(jié)皮中的硫含量提高。

3)硅酸鹽礦物的形成也導(dǎo)致結(jié)皮硬化。經(jīng)過X射線衍射分析知道，結(jié)皮中含有大量的C2S，而1號窯的結(jié)皮中未發(fā)現(xiàn)C2S。這一方面說明硅酸鹽礦物的形成對于結(jié)皮的硬化具有很大作用，另一方面也說明窯尾溫度過高是導(dǎo)致結(jié)皮的重要因素。對于預(yù)分解窯來說，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的粉料溫度約為820～860

0C。結(jié)皮中含有大量的C2S，說明窯尾溫度過高。操作實(shí)踐也表明，窯尾溫度有時(shí)達(dá)到1000℃。過高的尾溫使生料粘性增加；有害組分可能融化而起到粘結(jié)劑的作用；煤粉在高溫下也表現(xiàn)出焦渣特性，特別是在系統(tǒng)中還原氣氛嚴(yán)重時(shí)易分解出煤焦油；局部高溫使揮發(fā)性有害成分的循環(huán)富集更加嚴(yán)重，這些都使結(jié)皮更加容易形成與硬化。而尾溫過高反映了窯、爐中存在煤粉不完全燃燒現(xiàn)象。

3預(yù)分解窯結(jié)皮機(jī)理

3.1揮發(fā)性組分的來源

在窯系統(tǒng)的廢氣中含有大量的揮發(fā)性組分，主要是堿、氯、硫，它們在整個系統(tǒng)中參與兩種循環(huán)內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)。若丟棄窯灰，外循環(huán)則基本消除。但是，由于在預(yù)熱器系統(tǒng)中氧化鉀的冷凝率高達(dá)81%～97%，因而預(yù)熱器廢氣中帶出的堿、氯、硫等有害組分相當(dāng)?shù)?，因而窯灰重新回窯產(chǎn)生的外循環(huán)，對于生成結(jié)皮的影響不大。由于預(yù)分解窯的結(jié)皮與有害組分有關(guān)，了解其來源很有必要。

1)堿的來源。堿主要來源于原料，尤其是粘土?；?yàn)結(jié)果顯示，石灰石中堿為0.3%～0.8%，而粘土中的堿含量則為3.21%左右，證明堿主要來源于粘土。粘土中含有相當(dāng)數(shù)量的長石，它是堿存在的礦物形式之一。在使用煤作燃料時(shí)，則少量的堿來自煤灰。堿在原燃料中存在的礦物形態(tài)還有：苛性堿(ROH)、氯化堿(RCl)、硫酸堿(R2SO4)及碳酸堿(R2CO3)和云母、伊利石等。2)硫的來源。粘土中含有少量的硫，燃料中帶入的硫通常較原料中多。目前使用較多的燃料是煤。煤中通常含有C、H、O、N、S等元素。煤中的硫通常有三種存在形式：有機(jī)硫、硫化物中的硫、硫酸鹽中的硫。有機(jī)硫和硫化物中的硫均能燃燒生成二氧化硫，所以又叫做可燃硫。

存在于硫酸鹽中的硫不具有可燃性，在高溫下，一部分會分解生成含硫化合物，而大部分留在灰分中。3)氯的來源。氯主要來自水溶性堿的氯化物，即通常以KCl、NaCl的形式存在于原料內(nèi)。在生料中氯的含量通常比較低，但由于其蒸汽壓高而容易揮發(fā)，使得氯的循環(huán)富集很嚴(yán)重。Ⅱ號結(jié)皮與入一級筒的生料中的SO3、K2O、Na2O、Cl-的含量之比值分別為：8.17/0.35=23；3.4/0.65=5；0.41/0.13=3；1.62/0.02=81。Ⅰ號結(jié)皮與入一級筒的生料中的SO3、K2O、Na2O、Cl-的含量之比值分別為：1.1/0.23=5；3.08/0.6=5；0.37/0.11=3；0.82/0.0072=114。兩種結(jié)皮的計(jì)算結(jié)果都說明，Cl-在生料中的富集比其它組分嚴(yán)重得多。也正因?yàn)槿绱?，KCl常常成為結(jié)皮的特征礦物。

3.2結(jié)皮特征礦物的研究

近年來，關(guān)于結(jié)皮中是否含有中間相的爭論比較激烈。一般認(rèn)為，結(jié)皮的主要礦物成分是硅方解石(2C2S·CaCO3)。中國建筑材料科學(xué)研究院曾對8個結(jié)皮試樣進(jìn)行了X射線衍射分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分試樣中都含有硅方解石(2C2S·CaCO3)。美國波特蘭水泥協(xié)會(PCA)也認(rèn)為硅方解石是結(jié)皮的主要成分。然而，國內(nèi)有的學(xué)者指出，在結(jié)皮料中，硅方解石等過渡礦物的形成需要較長的時(shí)間，它們直接導(dǎo)致結(jié)皮的可能性不大。基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，經(jīng)過我們檢測了Ⅰ號和Ⅱ號的結(jié)皮，發(fā)現(xiàn)兩類結(jié)皮中都含有硅方解石(2C2S·CaCO3)，但是比較堅(jiān)硬的Ⅱ號結(jié)皮中還含有CaSO4及K3Na(SO4)2，說明中間相在結(jié)皮的形成中具有加速硬化的作用。由于結(jié)皮中大都含有CaCO3、SiO2、fCaO、CaSO4、C2S、KCl、K3Na(SO4)2及2C2S·CaCO3等礦物，下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對結(jié)皮礦物進(jìn)行綜述。

1)CaCO3與SiO2

由于結(jié)皮是有害組分粘結(jié)生料粉形成的，并且生料入窯之前尚未完全分解(預(yù)分解窯入窯生料的碳酸鈣分解率為85%～95%)，入窯生料中就可能含有方解石、石英等未反應(yīng)的水泥原料組分，已分解出來的CaO也可能與CO2反應(yīng)生成CaCO3，它們可參與形成結(jié)皮的中間相。2)fCaO和C2S

預(yù)分解窯生料入窯時(shí)，其中的CaCO3有85%～95%已經(jīng)分解，并且由于生料溫度比較低，水泥熟料礦物尚未完全形成，fCaO的吸收也不可能完全，因此入窯生料中就可能含有fCaO。

由于粘土在600℃左右即已分解，預(yù)分解窯的入窯生料溫度可達(dá)820～860℃，所以，生料入窯之前，粘土就已經(jīng)分解出SiO2。又因?yàn)楣杷岫}在800℃左右開始形成。因此入窯生料中就含有C2S。硅酸二鈣的形成，使結(jié)皮更加堅(jiān)實(shí)化。Ⅱ號結(jié)皮中就含有fCaO和C2S，其中C2S不僅使Ⅱ號結(jié)皮比Ⅰ號更堅(jiān)實(shí)，而且使結(jié)皮外觀呈灰黑色。

3)CaSO4和KCl

結(jié)皮中的硬石膏可能來源于兩個方面：其一是煤中含有不具備可燃性的硫酸鈣時(shí)，CaSO4在煤粉燃燒后存在于灰分之中，當(dāng)煤灰和其它有害組分與生料粉混合并粘附在襯料內(nèi)壁形成結(jié)皮時(shí)，則煤灰中的CaSO4就成了結(jié)皮的一個組分；其二是由于煤粉燃燒時(shí)生成二氧化硫氣體〔RSH(R表示烴基)+O2→CO2+H2O+SO2；FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2〕，煤中的不可燃硫在到達(dá)窯的高溫帶時(shí)也可能分解出SO2，若粉料中同時(shí)存在著fCaO，有人認(rèn)為，CaSO4可以下列方式生成2SO2+O2+2CaO=2CaSO4，硬石膏在許多結(jié)皮(II型結(jié)皮)中都被檢測到，它的形成將導(dǎo)致結(jié)皮易掛難掉。由于Cl-主要來源于原料，結(jié)皮中的KCl主要來自生料中Cl-的循環(huán)富集。I號II號的結(jié)皮中都含有KCl。氯化鉀是結(jié)皮的特征礦物。

4)2C2S·CaCO3與K3Na(SO4)2

硅方解石是一種被研究得比較普遍的過渡礦物。在實(shí)驗(yàn)室電爐內(nèi)，2C2S·CaCO3于CO2的氣氛中在約700～900℃的溫度范圍內(nèi)形成。硅方解石的形成，主要由氯化物促進(jìn)，也由堿所促進(jìn)。即有害組分的循環(huán)富集有利于硅方解石的形成。粉狀物料中一旦形成硅方解石，粉料便堅(jiān)實(shí)化起來。所以在預(yù)分解窯中，當(dāng)有害組分的循環(huán)富集達(dá)到一定程度足以將粉料結(jié)實(shí)地粘附在襯料上時(shí)，便形成了對生產(chǎn)可能造成影響的結(jié)皮。在溫度進(jìn)一步升高后，硅方解石就不再穩(wěn)定。

1)煤灰含量的增大有助于K3Na(SO4)2的形成。2)保溫時(shí)間的延長有助于K3Na(SO4)2的形成。3)K3Na(SO4)2的形成促使物料堅(jiān)實(shí)化。

4)K3Na(SO4)2可能通過化學(xué)反應(yīng)而形成。由于生料粉中不含K3Na(SO4)2，在實(shí)驗(yàn)室的高溫爐中也不存在SO2氣氛(因?yàn)榕淞喜捎玫氖敲夯叶皇敲悍?，K3Na(SO4)2不可能是有害組分只經(jīng)過冷凝而不通過化學(xué)反應(yīng)就形成。K3Na(SO4)2可能通過化學(xué)反應(yīng)而形成：3K2SO4+Na2SO4=2K3Na(SO4)2(反應(yīng)物K2SO4及Na2SO4主要來自煤灰)。I.Jawed和J.Skalny認(rèn)為，K3Na(SO4)2是在還原氣氛中形成的，于900℃以上分解。由此可以推論，當(dāng)分解爐或窯頭煤粉燃燒不完全時(shí)，可能造成部分煤粉在窯尾系統(tǒng)中進(jìn)行二次燃燒，從而造成還原氣氛，在900℃以下可能產(chǎn)生K3Na(SO4)2，尤其在煤的灰分高時(shí)(硫含量相應(yīng)較高)，更容易形成K3Na(SO4)2，從而促使物料堅(jiān)實(shí)化，有利于結(jié)皮的形成。在850～1100℃的溫度范圍之內(nèi)，分解爐預(yù)熱器的物料中會形成硫酸鹽的熔體。K3Na(SO4)2可能是在硫酸鹽熔體介質(zhì)中形成的。從相圖分析知道，在多組分體系中，系統(tǒng)的最低共熔溫度一般隨著組分?jǐn)?shù)的增多而降低，如C2S-C3S-C3A體系，最低共熔溫度為1455℃；而C2S-C3S-C3A-MgO體系，最低共熔溫度為1375℃；C2S-C3S-C3A-MgO-Na2O-Fe2O3體系，最低共熔溫度為1280℃。MgO的存在可能使液相開始出現(xiàn)的溫度降低而促進(jìn)K3Na(SO4)2的形成，從而有助于結(jié)皮的堅(jiān)實(shí)化。國內(nèi)有學(xué)者對預(yù)分解窯中控室的操作參數(shù)進(jìn)行了回歸分析，通過回歸分析知道，MgO含量高時(shí)，會引起窯尾結(jié)皮，影響系統(tǒng)通風(fēng)，從而引起煤粉的不完全燃燒。當(dāng)MgO含量>1.65%時(shí)，操作上要適當(dāng)降低最低一級筒的料溫，防止結(jié)皮產(chǎn)生。

3.3結(jié)皮機(jī)理

如前所述，結(jié)皮是指有害組分與生料粉所形成的粘附在襯料內(nèi)壁上的層狀物。關(guān)于結(jié)皮的原因，H.Rumpf〔1〕認(rèn)為是濕液薄膜表面張力作用下的熔融粘結(jié)，作用在表面上的吸力造成的表面粘結(jié)及纖維狀或網(wǎng)狀物質(zhì)的交織作用造成的粘結(jié)。由于窯氣中的堿、氯、硫等有害組分在窯尾及預(yù)熱器和分解爐中冷凝時(shí)，會使最低共熔溫度降低，因此窯氣中的堿、氯、硫等凝聚時(shí)，會以熔態(tài)的形式沉降下來，并與入窯物料和窯內(nèi)粉塵一起構(gòu)成粘聚性物質(zhì)，而這種在生料顆粒上形成的液相物質(zhì)薄膜，會阻礙生料顆粒的流動，從而造成結(jié)皮甚至堵塞。引起預(yù)分解窯結(jié)皮的因素，至少有如下幾種：

1)系統(tǒng)中有害組分(堿、氯、硫等)的循環(huán)富集。這是形成結(jié)皮的重要條件。從原燃料中引入系統(tǒng)的堿、氯、硫等有害組分，在生料通過窯的高溫帶時(shí)會揮發(fā)出現(xiàn)，并隨著窯氣向窯尾運(yùn)動。揮發(fā)出來的有害組分到達(dá)窯尾溫度較低的區(qū)域時(shí)，便會以熔態(tài)的形式冷凝下來，這一方面使生料在煅燒過程中液相開始出現(xiàn)的溫度降低而有利于結(jié)皮的形成，如一般情況下，生料的最低共熔溫度為1250℃左右，CaSO4、K2SO4和Na2SO4共同存在時(shí)，最低共熔溫度可能低于800℃；有氯化物存在時(shí)，最低共熔溫度可接近700℃；另一方面有害組分形成的熔體會在生料或襯料表面鋪展開來，起到“粘結(jié)劑”的作用，在系統(tǒng)溫度降低時(shí)，就在襯料表面上形成結(jié)皮。窯內(nèi)的這種有害組分是導(dǎo)致結(jié)皮中間相形成的重要因素，如：二氧化硫參與形成硫酸鈣(2SO2+O2+2CaO=2CaSO4)；氯化物促進(jìn)硅方解石的形成；K3Na(SO4)2是在還原氣氛中形成等等。而結(jié)皮中間相的形成，常常導(dǎo)致結(jié)皮堅(jiān)實(shí)化，使結(jié)皮越結(jié)越厚。

2)局部溫度過高，這是形成結(jié)皮的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)中如果產(chǎn)生局部高溫，一方面促進(jìn)生料和燃料中有害組分的揮發(fā)及冷凝循環(huán)，并使內(nèi)循環(huán)發(fā)生的區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大；另一方面也可能使液相出現(xiàn)，把生料粘附在襯料的內(nèi)壁而形成結(jié)皮。從熱力學(xué)的理論知道，液體的表面張力隨著溫度的升高而下降，表面張力與觸角之間滿足關(guān)系式：cosθ=〔γ(s-g)-γ(1-s)〕/γ(1-g)若θ角減小，則液相易于在固體表面鋪展開來?，F(xiàn)將此理論應(yīng)用于結(jié)皮的研究之中：如果預(yù)分解窯局部溫度偏高，則使出現(xiàn)的熔體的表面張力下降，即γ(1-g)降低，由cosθ=〔γ(s-g)-γ(1-s)〕/γ(1-g)知道，熔體的表面張力下降必然導(dǎo)致cosθ增大，即接觸角減小，這就表示在窯尾或分解爐中出現(xiàn)的熔體更容易在生料粉或襯料表面鋪展開來，就更容易形成結(jié)皮。所以，局部溫度過高，這是形成結(jié)皮的關(guān)鍵因素。產(chǎn)生局部高溫的原因，至少有如下幾個：

①煤粉的不完全燃燒。窯頭或分解爐中的煤粉由于多種原因燃燒不完全時(shí)，就可能到窯尾或低級旋風(fēng)筒中去燃燒，從而產(chǎn)生局部高溫，這是出現(xiàn)局部高溫的主要原因。引起煤粉的不完全燃燒又可能具有下列幾個因素：燃煤的灰分大。煤灰含量高，說明煤質(zhì)差，熱值低，可燃性差，容易引起窯煤、爐煤的不完全燃燒；設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。由于回轉(zhuǎn)窯和分解爐的容量是有一定限度的，喂料量及喂煤量的過分加大將不利于生料及煤粉的懸浮分散，同時(shí)使得煤粉的燃燒空間變小而不利于煤粉的完全燃燒；分解爐結(jié)構(gòu)不合理。

②喂料量的波動。喂料量忽大忽小時(shí)，很容易打亂預(yù)熱器、分解爐和窯的正常工作。由于操作具有滯后的特點(diǎn)，有時(shí)跟不上喂料的變化，加減煤不及時(shí)，甚至出現(xiàn)短期斷料也不能及時(shí)減煤，因此很容易因料小出現(xiàn)系統(tǒng)溫度偏高，而造成結(jié)皮。

③回灰對結(jié)皮的影響?；鼗乙步凶龈G灰，是電收塵、增濕塔收集下來的物料。由于回灰量小，在生料均化庫中不容易被混合均勻，從而造成入窯生料成分的波動，影響窯的熱工制度的穩(wěn)定性；再則由于回灰中含有一定量的有害組分，它的重新入窯必然加劇揮發(fā)性組分的循環(huán)富集，這些都容易引起結(jié)皮。

④預(yù)熱器漏進(jìn)冷風(fēng)對結(jié)皮的影響。當(dāng)預(yù)熱器漏進(jìn)冷風(fēng)時(shí)，則物料溫度和分解率都降低，為維持生產(chǎn)，系統(tǒng)排風(fēng)必須加大，因而廢氣量增大，飛揚(yáng)粉塵增加，循環(huán)負(fù)荷加大，導(dǎo)致入窯生料溫度下降，能耗上升。當(dāng)預(yù)熱器漏進(jìn)冷風(fēng)與熱物料接觸，很容易使熱物料冷凝而粘附在系統(tǒng)的內(nèi)壁而產(chǎn)生結(jié)皮。此外，被帶到窯尾或預(yù)熱器中的煤粉遇到新鮮冷風(fēng)，燃燒速度加快，產(chǎn)生局部高溫而形成結(jié)皮。

此外，石灰石中氧化鎂含量高也是結(jié)皮的一個因素，如前所述〔16〕，隨著MgO含量的上升，經(jīng)過回歸分析知道，預(yù)熱器出口氣體溫度上升；出口氣體中氧氣含量下降，說明氣、料熱交換效率下降，分解爐內(nèi)存在煤粉的不完全燃燒，同時(shí)窯尾的負(fù)壓隨著MgO含量的上升而下降，說明窯內(nèi)通風(fēng)不良，窯尾易于結(jié)皮。

4防止結(jié)皮的措施

由于結(jié)皮影響系統(tǒng)的通風(fēng)，使阻力增大，這不僅使能耗上升，而且結(jié)皮嚴(yán)重造成堵塞時(shí)，有時(shí)被迫停窯處理，不利于水泥產(chǎn)質(zhì)量的提高。預(yù)防結(jié)皮具有重要意義。現(xiàn)將防止結(jié)皮的措施簡介如下：

1)減少或避免使用高硫和高氯的原料，這是減少結(jié)皮的前提。國外部分公司對生料中有害成分含量的規(guī)定見下表。

國外部分公司對生料中有害成分含量的規(guī)定公司R2O/%Cl-/%S/%

硫堿比

丹麥?zhǔn)访芩?/p>

<1.0<0.015

<1德國洪堡

<1.0

<0.015

≤3

日本川琦

<1.5

<0.02

法國拉法基<0.015<12)如過量的硫和氯難以避免，建議丟棄一部分窯灰，以減少有害組分的循環(huán)。

3)采用旁路放風(fēng)系統(tǒng)，即將回轉(zhuǎn)窯窯尾高溫?zé)煔庠陬A(yù)熱器前從“旁路”中分離出一部分，與冷風(fēng)混合，使以氣相形態(tài)存在的“揮發(fā)物”冷凝在飛灰上，由收塵器將此飛灰收捕下來排出窯系統(tǒng)，以減少有害組分的循環(huán)。通過“旁路”排出的窯灰，不應(yīng)再回到窯內(nèi)。由于“旁路”系統(tǒng)投資大及“旁路”系統(tǒng)對窯的能耗、料耗的消極影響，通常應(yīng)該控制“旁路”廢氣量，一般放風(fēng)量為3%～10%。

4)避免使用高灰分及灰分熔點(diǎn)低的煤。

5)采用新型耐火材料，即在容易結(jié)皮的部位使用抗結(jié)皮的耐火材料。這些新型耐火材料有：含ZrO2的耐火材料。消除結(jié)皮堵塞的新發(fā)展是采用含ZrO2的耐火材料。當(dāng)含ZrO2的耐火材料遇堿時(shí)，在其表面形成玻璃層，此玻璃層通過吸收窯襯材料變得越來越粘，最后凝固，覆蓋窯襯表面，這樣就防止了堿的進(jìn)一步滲入及結(jié)皮的粘附力減小，而且通常由于自身重量，結(jié)皮自行脫落。含石墨的耐火材料。日本最新公布的一項(xiàng)專利報(bào)道了含石墨的耐火材料應(yīng)用于防止結(jié)皮堵塞的技術(shù)。石墨是一種惰性材料，不與堿等發(fā)生反應(yīng)，而且不被熔融液相所潤濕，幾乎不能在含碳耐火材料表面形成結(jié)皮。

（六）窯圈的生成過程和防止對策

水泥回轉(zhuǎn)窯的燒成帶往往粘有窯皮。所有燒成帶部位都粘有窯皮，并且其表面維持著凹凸?fàn)顟B(tài)，窯皮對窯的運(yùn)轉(zhuǎn)相當(dāng)重要。

1）

窯皮不但保護(hù)耐火磚，而且防止耐火磚的溶解。

2）

窯皮表面成凹凸?fàn)?，使配合的原料更加均勻并提高熱效?/p>

3）

窯皮本身帶有的熱量，使燒成更加容易。

如上，

窯內(nèi)的窯皮雖有著非常有益一面，

但當(dāng)窯皮發(fā)生不正常時(shí)，也防礙穩(wěn)定地窯運(yùn)轉(zhuǎn)，成為產(chǎn)量下降，熱耗單位上升的原因。窯皮中一部分向圓錐方向連續(xù)形成的窯皮叫窯圈.

大部分結(jié)圈都在窯內(nèi)部40M~60M處形成，不同情況時(shí)也在窯尾形成。40M~60M處形成的結(jié)圈不能在窯運(yùn)轉(zhuǎn)中觀察到，只能靠窯胴體的表面溫度進(jìn)行預(yù)測。一）．

結(jié)圈的形成要素

1.

窯內(nèi)原料管理（化學(xué)構(gòu)成及不均勻）

☉

IM,

特別注意Fe2O3含量

☉

SM

☉堿性成分,

S

含量

2.

運(yùn)轉(zhuǎn)條件

1）

窯內(nèi)非正常的原料流程

a.

窯回轉(zhuǎn)速度的變動

b.

窯內(nèi)氣體速度的變動

c.

窯內(nèi)氣體溫度分布情況的變動

2）

燃燒條件

a.

一次空氣比例

b.二次空氣比例

c.

過?？諝獗壤?/p>

d.

燃燒器

位置

e.

一次空氣旋回及與燃料的混合度

3）

窯的結(jié)構(gòu)及其他

a.

窯的傾斜度

b.

耐火磚材質(zhì)等諸多原因

但是隨著原料均化技術(shù)的發(fā)展已大大減少了化學(xué)成分的變動幅度，又繼燃燒器性能的改善和窯運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)的提高及發(fā)展，可以看到在我集團(tuán)中結(jié)圈的生成次數(shù)和大小正逐步下降。二．結(jié)圈生成的必要條件是溫度和原料，窯內(nèi)結(jié)圈生成處往往是高溫段，而其他地方的生成應(yīng)屬于特殊情況。窯內(nèi)溫度中氣體溫度

〉爐壁溫度

〉原料溫度

〉。一般情況下比高溫氣體低的爐壁表面加熱后，易變成液相并帶有粘性，原料貼于表面形成第一層結(jié)圈。以后反復(fù)進(jìn)行此過程形成大結(jié)圈。結(jié)圈的形成情況與原料的化學(xué)成分和運(yùn)轉(zhuǎn)及其他因素有關(guān)，因此每個窯內(nèi)形成的結(jié)圈的情況也都不一樣。形成結(jié)圈的溫度是窯內(nèi)投料后，發(fā)生最初溶相時(shí)的1250℃

~

1300℃之間。此溶相帶有表面引力，從而與固相一起形成大塊。

三．結(jié)圈的結(jié)構(gòu)及組成礦物

結(jié)圈的化學(xué)成分根據(jù)位置其成分不同外，與生成位置和條件的不同也不一樣。

結(jié)圈的化學(xué)組成比（%）

Ig-loss

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Cr2O3

SO3

Total

A

0.40

20.86

5.25

2.7564.85

2.79

-2.55

99.45

B

0.29

21.40

10.25

2.75

60.45

3.06

-1.08

99.28

C

0.62

22.44

9.59

4.03

59.30

3.11

-

0.82

99.91

D

1.32

19.90

9.08

3.12

61.26

3.07

Trace

1.50

99.25

E

0.60

18.10

17.80

17.80

51.56

10.54

1.71

0.96

101.27

窯內(nèi)的結(jié)圈取樣后觀察，各層的紋路都明確顯現(xiàn)出來。各層的紋路如此明顯可能是生成時(shí)期，或生成后的熱處理過程所致。其表層與熟料很相似，離耐火磚層越近其成分差別越大，特別是與耐火磚越接近更呈現(xiàn)耐火磚成分。既說明結(jié)圈形成時(shí)原料和耐火磚之間發(fā)生過化學(xué)反應(yīng)。結(jié)圈的組成礦物質(zhì)中各層的主要礦物都不同，

但這些礦物質(zhì)都是結(jié)圈形成以后經(jīng)過熱處理合成的結(jié)果。

從2CaO.SiO2.CaCO3的生成反應(yīng)看出

3CaO.SiO2+2CaO.SiO2+CO2

750℃~900℃

2CaO.SiO2.CaCO3

900℃以上

2CaO.SiO2+C