煅燒制度對熟料強(qiáng)度的影響1

技術(shù)丨煅燒制度對熟料強(qiáng)度的影響錢有貴中國散協(xié)水泥工程技術(shù)專委會2020-12-09

2013年我公司3臺預(yù)分解窯熟料28d抗壓強(qiáng)度同時出現(xiàn)下降趨勢，由60MPa下降至57MPa左右。當(dāng)時采取了調(diào)整熟料三個率值、嚴(yán)格控制有害成分含量、使用優(yōu)質(zhì)煤等措施，但效果甚微。2014年我公司在優(yōu)化煅燒制度上下功夫，取得了明顯效果，熟料28d抗壓強(qiáng)度逐步上升，到2014年12月穩(wěn)定在60MPa以上。本文介紹我公司優(yōu)化煅燒制度的措施和效果，以供參考。1優(yōu)化煅燒制度的措施

1.1延長燒成帶長度改善煅燒條件我公司使用的原燃材料本身就有低堿低硫的優(yōu)勢，再次降低的空間不大。在反復(fù)調(diào)整熟料三率值效果不好的情況下，使用了高熱值、燃燒速度快的優(yōu)質(zhì)煤，希望用提高燒成溫度來改善熟料強(qiáng)度。2014年5~6月100%用陜西神木煤進(jìn)行煅燒，結(jié)果熟料28d抗壓強(qiáng)度反而比第一季度摻有少量當(dāng)?shù)孛簳r的強(qiáng)度低0.3MPa。繼而意識到可能是由于短焰急燒的操作方式，致使物料在燒成帶停留時間過短，造成了熟料強(qiáng)度的下降。為延長燒成帶長度，進(jìn)一步改善煅燒條件，采取了以下措施。1）采取不同煤種搭配改善燃燒性能我公司燒成用煤主要有神木低灰分高揮發(fā)分煤和當(dāng)?shù)馗呋曳值蛽]發(fā)分煤兩種，其工業(yè)分析參數(shù)平均值見表1。表1兩種燒成用煤工業(yè)分析由表1可知，神木煤揮發(fā)分較高，有著火溫度低燃燒速度快的優(yōu)勢，但其內(nèi)水過高，平均值為5.06%，最高可達(dá)6.65%。煤的內(nèi)水是吸附和凝聚在毛細(xì)孔（小于0.1μm）中的水分。由于安全的限制，煤磨的烘干溫度很難將其除去，造成煤粉水分偏高，進(jìn)而影響粉磨效果。當(dāng)?shù)孛弘m然著火溫度高燃燒速度慢，但具有內(nèi)水低的優(yōu)點(diǎn)。二者合理搭配有可能起到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。不同質(zhì)量的煤搭配使用時，質(zhì)量較差的煤在摻入時必須逐步增加，根據(jù)使用效果確定摻入比例。公司從7月開始向神木煤中配入少量當(dāng)?shù)孛?，為了慎重起見，每次?dāng)?shù)孛涸黾拥呐淙肓坎怀^5%，試驗期不少于20d。主要觀察燒成帶溫度和熟料f-CaO含量的變化，在工藝狀況良好且穩(wěn)定的前提下，才能繼續(xù)增加比例進(jìn)行下一步試驗。至12月摸索出配煤的最佳比例為當(dāng)?shù)孛号淙肓靠刂圃?0%~32%，此時窯的運(yùn)行狀況較好。當(dāng)?shù)孛号淙氡壤衾^續(xù)增加，窯前溫度會明顯下降，飛砂料增多，熟料f-CaO含量上升。由于外購原煤質(zhì)量存在波動現(xiàn)象，實施配煤過程中，要嚴(yán)把進(jìn)場外購煤質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)進(jìn)場煤的檢驗，按質(zhì)分堆存放，經(jīng)計量配入均化庫，確?；旌虾竺嘿|(zhì)均勻穩(wěn)定。入窯混合煤粉質(zhì)量指標(biāo)見表2。表2混合煤粉分析由表2可以看出，經(jīng)過逐步試驗，混合后的入窯煤粉灰分穩(wěn)定在20%左右，揮發(fā)分在22%左右，仍屬預(yù)分解窯優(yōu)質(zhì)用煤范疇。其內(nèi)水大幅度降低（由5%降至1.8%），使易磨性和可烘干性均有好轉(zhuǎn)，煤粉烘干水分由5%降低到2%左右，粉磨細(xì)度（80μm篩篩余）由4%以上降到1.9%左右。降低煤的內(nèi)水和烘干水分，可避免水分蒸發(fā)汽化大量吸收熱量，降低火焰溫度；煤粉磨細(xì)可以降低著火溫度，縮短燃盡時間。這些都有利于提高燒成帶熱力強(qiáng)度，在延長燒成帶長度的同時仍能保證高溫?zé)伞Ｕ{(diào)整后熟料f-CaO含量從0.9%以上降到0.8%，表明煅燒能力有所增強(qiáng)。適當(dāng)增加窯內(nèi)用風(fēng)比例燃燒帶長度計算采用以下公式。Lr=10U0式中：Lr—燃燒帶長度，m；U0—燃燒帶標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣流速，m/s。可見燒成帶長度與窯內(nèi)煙氣流速有關(guān)，增大窯內(nèi)通風(fēng)量才能延長燒成帶長度。為此，我公司在調(diào)整燃燒器內(nèi)外風(fēng)，保持燃燒時具有較大動量的基礎(chǔ)上，適當(dāng)關(guān)小三次風(fēng)閘板開度，增加窯內(nèi)用風(fēng)比例。主要依據(jù)主窯皮的長度確定調(diào)整幅度，并且兼顧分解爐的燃燒情況，必要時適度調(diào)整高溫風(fēng)機(jī)拉風(fēng)。通過上述措施，窯的主窯皮從18m逐步延長到20m以上。1.2減少揮發(fā)組分循環(huán)富集在熟料強(qiáng)度偏低時期，在篦冷機(jī)末端觀察孔可以看到出窯熟料中常有較多Ф50~Ф100mm大料球，表面一層黑色薄殼，內(nèi)部為疏松的黃心料，破碎后極易粉化。其化學(xué)成分和強(qiáng)度見表3。表3黃心料與出窯熟料化學(xué)成分和強(qiáng)度比較由表3可以看出，黃心料硫堿含量遠(yuǎn)高于出窯熟料，說明這種黃心料球是由于窯尾硫堿富集出現(xiàn)的低熔點(diǎn)礦物互相黏附而形成的。由于黃心料球直徑較大，出窯后內(nèi)部存在大量生燒料，f-CaO含量很高，在篦冷機(jī)內(nèi)不能得到快速冷卻，致使β-C2S向γ-C2S轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，可見揮發(fā)組分循環(huán)富集出現(xiàn)大量黃心料球也是影響熟料強(qiáng)度的原因之一。原燃材料硫堿等揮發(fā)組分含量過高、硫堿比例失調(diào)和窯內(nèi)還原氣氛都會導(dǎo)致?lián)]發(fā)組分在窯尾循環(huán)富集，進(jìn)而形成結(jié)皮和黃心料球。因此，在控制原燃材料揮發(fā)組分帶入量和注意調(diào)整硫堿比例的同時，要適度加大窯內(nèi)用風(fēng)量，確保窯內(nèi)氧氣含量充足，避免還原氣氛。在延長燒成帶的措施中增大了窯風(fēng)用量，正好順應(yīng)了消除還原氣氛的要求。實際生產(chǎn)中，出末級預(yù)熱器（C5）入窯的熱生料（以下簡稱熱生料）的揮發(fā)組分含量能反映其循環(huán)富集情況。增加窯內(nèi)通風(fēng)量前后熱生料揮發(fā)組分含量變化見表4。表4調(diào)整窯內(nèi)通風(fēng)量前后熱生料揮發(fā)組分含量變化由表4可看出，增加窯內(nèi)通風(fēng)后熱生料中揮發(fā)組分總量降低，各揮發(fā)組分含量與熟料揮發(fā)組分的比值下降，即循環(huán)倍數(shù)減小，使黃心料球減少，熟料強(qiáng)度提高（是與燒成帶延長共同作用的結(jié)果）。根據(jù)熱生料的檢驗數(shù)據(jù)可以判斷窯尾循環(huán)富集情況，也能間接地反映窯內(nèi)是否存在還原氣氛，因此可以摸索出某一界線值作為調(diào)整窯內(nèi)用風(fēng)的又一參數(shù)依據(jù)。由表4可知，氯離子的循環(huán)最為嚴(yán)重，調(diào)風(fēng)前后數(shù)據(jù)差值最大的是熱生料揮發(fā)組分的總量。根據(jù)熱生料揮發(fā)組分含量與熟料28d抗壓強(qiáng)度的回歸統(tǒng)計關(guān)系，并以熟料28d抗壓強(qiáng)度不低于60MPa為目標(biāo)進(jìn)行反推計算，確定把熱生料氯離子含量1.3%和揮發(fā)組分總量5.0%，作為調(diào)整窯內(nèi)用風(fēng)的界線值，高于此值則應(yīng)加強(qiáng)窯內(nèi)通風(fēng)。目前熱生料的檢驗已納入日常例行檢驗內(nèi)容，對水泥窯操作很有指導(dǎo)意義。還應(yīng)注意的是，當(dāng)Cl-與SO3共存時，在Cl-含量一定的情況下隨著SO3含量的增加，對結(jié)皮和黃心料球的出現(xiàn)有促進(jìn)作用。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹，生產(chǎn)中Cl-控制量為0.015%~0.020%，而Cl-在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)最高富集量可達(dá)100倍以上，在熱生料中Cl-含量為1.5%~2.0%，一般情況不會結(jié)皮；而當(dāng)熱生料中含有一定數(shù)量的硫（以SO3表示），隨著SO3含量增加，則Cl-含量＜1.5%時也會結(jié)皮；當(dāng)熱生料中SO3含量超過2.0%時，即使Cl-含量＜1.0%，也會產(chǎn)生結(jié)皮，并隨SO3含量增加而進(jìn)一步降低。因此，應(yīng)重視控制熱生料中的SO3含量。文獻(xiàn)還指出，通過控制窯內(nèi)煙氣氣氛，保持窯內(nèi)足夠的氧含量，可以避免和減少窯料中硫酸鹽分解，將熱窯料中的硫酸鹽固定在熟料內(nèi)排至窯外，必將減少窯尾煙氣和熱生料中SO3含量，相應(yīng)減緩了結(jié)皮結(jié)圈。2優(yōu)化煅燒制度的效果和機(jī)理

在熟料三率值適當(dāng)，原燃材料質(zhì)量穩(wěn)定的條件下，熟料質(zhì)量取決于煅燒溫度和形成晶體的反應(yīng)時間。即在較高的燒成溫度下，還要保證物料在燒成帶有一定的停留時間。G.Frigons和S.Marra發(fā)現(xiàn)，煅燒時間延長，A礦含量增多而B礦減少，C3A減少而C4AF增多，水泥早期水化熱低，早期強(qiáng)度低而后期強(qiáng)度高。J.格鮑埃將已煅燒好的硅酸鹽水泥熟料，再在1450℃煅燒5~10min，結(jié)果水泥的早期活性下降，凝結(jié)時間延長，早期強(qiáng)度稍低而最終強(qiáng)度稍高。這是因為A礦晶體明顯發(fā)育良好和增大的緣故。我公司熟料性能的變化與上述結(jié)論完全吻合。煅燒制度調(diào)整前后熟料的變化見表5。表5煅燒制度調(diào)整前后熟料的變化由表5可看出，燒成帶延長后3d抗壓強(qiáng)度下降，28d抗壓強(qiáng)度明顯升高，凝結(jié)時間延長。自2014年7月調(diào)整水泥窯煅燒操作方法以來，熟料28d強(qiáng)度逐步提高，至2014年12月已經(jīng)穩(wěn)定在60MPa以上，為增加混合材摻量降低水泥成本創(chuàng)造了條件。本次煅燒制度調(diào)整前后熟料質(zhì)量的變化充分表明，燒成帶長短影響熟料礦物的晶體尺寸大小和發(fā)育情況，以及各礦物的形成量和晶型。通過調(diào)整燒成帶長度，可以調(diào)整熟料3d和28d抗壓強(qiáng)度以及凝結(jié)時間。反過來也可以用3d與28d抗壓強(qiáng)度的比值來判斷燒成帶長度是否合適（其他因素影響除外，如硫堿含量變化）。由表5可知，煅燒制度調(diào)整前與調(diào)整后相比，3d與28d抗壓強(qiáng)度的比值高7.09%，可以判斷短焰急燒的操作方式造成燒成帶過短是熟料28d強(qiáng)度下降主要原因（熟料28d抗壓強(qiáng)度相差5.5MPa，率值和有害成分含量略有差別不會影響這么大）。用3d抗壓強(qiáng)度稍低和凝結(jié)時間稍長的熟料磨制的水泥，有利于減少混凝土拌合物坍落度經(jīng)時損失，改善施工使用性能。隨著商品混凝土的普遍應(yīng)用，混凝土的使用性能和耐久性越來越引起人們的高度重視，混凝土生產(chǎn)單位對水泥性能的要求越來越嚴(yán)格。市場對水泥早期強(qiáng)度（3d）較高的要求，實際是施工單位的要求，其目的是加快施工周期，提高模板使用率，降低施工成本。這對水泥性能是一種誤導(dǎo)。水泥的早期強(qiáng)度越高，水化熱早期集中釋放，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫升快且高，冷卻后殘余的溫度應(yīng)力較高，混凝土的抗裂性能下降。所以水泥的后期（28d）及遠(yuǎn)齡期（90d或180d）強(qiáng)度十分重要。合理或較低的早期強(qiáng)度、較高的后期及遠(yuǎn)齡