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黄心熟料的产生原因与消除方法

国内外不少资料介绍,黄心熟料除较难粉磨、游离氧化钙稍偏高外,一般不影响熟料强度,只是水泥呈灰褐色或灰黄色。

由于出口水泥对色泽有严格要求严格,所以必须消除黄心料。

、产生黄心熟料的原因

中CaO

水泥熟料主要由CaOSi02、AI2O3、Fe2O3和MgOMn203Ti02等氧化物组成,其

Si02、AI2O3都是白色的,熟料所以有颜色,是由于

Fe2O3Mn203等染色氧化物的存在

白色水泥只含微量的染色氧化物。

如果在白水泥的生料中引入一定量的某些染色氧化物,就能产生各种不同颜色的水泥,例如,加Cr2O3得绿色,加CoO得浅兰色(在还原焰中煅烧或玫瑰红色(在氧化焰中煅烧,加Mn203専黄色(在还原焰中煅烧或紫色(在氧化焰中煅烧。

由此可见,熟料颜色同染色氧化物的成分及煅烧时的火焰气氛有关。

Fe2O3是主要染色氧化物,

生成C4AF带棕褐色,与

在普通水泥熟料中,

它在正常氧化焰气氛中

MgO形成固溶体,使熟料呈黑绿色,磨制的水泥呈青灰色。

如果在还原焰气氛中煅烧,Fe2O3被还原成

FeO与SiO2生成2FeO・SiO2,称铁橄榄石,呈棕黄色。

黄心熟料的生成主要就是由于在还原焰气氛

生成铁橄榄石所致。

也有人认为是

中煅烧

2FeO・SiO与C2S固溶生成钙铁橄榄石CaFeSiO4所致。

从黄心熟料磨片岩相分析发现,它的黑色外壳的岩相结构与正常熟料无区别,而黄心部分A矿结晶不规则,边线不直,棱角圆钝,甚至没有A矿。

B矿颗粒小,表面有包裹物。

从黑色外壳与黄心部分的化学成分看:

SiO2AI2O3Fe2O3CaOMgOFeO

黑色外壳

黄心部分

20.506.733.8565.11.440.30

26.248.333.4359.111.210.51

SiO2、AI2O3和FeO均超过黑色外

黄心部分的

□a

重,为

壳的含量,也证明还原气氛是形成黄心熟料的重要原因。

但是,立窑的还原气氛远较回转窑严什么在正常煅烧下可以得到黑绿色葡萄状熟料而没有黄心呢?

这是由于立窑内熟料的冷去卩速度很慢,熟料又具多孔状,在高压鼓风情况下,灼热的熟料遇热空气作用,O2较易渗透到熟料内部,使FeO重新氧化成Fe2O3熟料颜色又变成黑色。

所以高温富氧空气是促使熟料由黄变黑的转化条件。

但是熟料必须在1100C与热空气中的氧起作用,低于900C时氧化反应速度显著下降。

回转窑熟料在冷却带停

留时间短的情况下,难以全部得到氧化,便出现外壳又氧化呈黑色,内部为黄色的黄心熟料。

黑色外壳的厚度取决于氧化程度

熟料冷却速度对颜色的影响,一般认为急冷的熟料颜色不好。

有人指出,在高温下,铁化合物分解成CaO与Fe2O3冷却太快,再化合不能发生时,熟料就变黄色。

还有人认为,熟料中玻璃体和结晶液相间的相对数量也是影响颜色的一个因数,冷去卩太快,熟料中仍有少量结晶的C4AF存在时,呈褐色;慢冷,可能呈深灰色,其深浅度与含铁量有关。

料亠

综上所述,可以认为,在一定生料成分的情况下,还原焰促使生成铁橄榄石,又得不到再次充分氧化,因而形成具有黑色外壳的黄心熟料。

熟料的冷去卩速度对颜色也有一定影响。

、解决黄心熟料的一般方法

(一克服还原焰气氛

在回转窑内,大致有四种情况可能形成还原焰。

应根据不同情况采取不同措施,克服还原焰气氛。

1.空气量不足正常的火焰,煤粉与一次空气

从喷煤嘴喷出,经过一段距离到达发火点,这一段是黑火头,煤粉尚未燃烧,有充分的氧;发火后,挥发物迅速燃烧,火焰为温差限制性射流,它在行进中要挟裹周围的二次空气,使固定炭进一步燃烧。

这样的火焰,由于总空气量适当,一、二次空气配比合理,所以形状完整,清亮有力,长度适当。

一般一次空气供挥发物燃烧,二次空气则供给固定炭燃烧,每1%军发物,相应配1%厂次空气。

若空气量不足,必然有较长的还原带(见图1存在,二次空气不能及时补充,影响固定炭燃烧(图)

最长的一个。

因为煤粉与气流的相对速度差小,煤粉燃烧后生成的CO2气膜裹在煤粉表面,不容易离开,成为燃烧的阻力,使燃烧速度变慢,火焰过长,发浑无力,物料在咼温带要经过还原气氛区、中性气氛区,最后到达氧化气氛区。

在还原区内,Fe2O3被还原成FeQ从Fe2O3与CO的平衡条件来看(图2,容克资料,在高温区中,只要有少量CO存在,就能将Fe2O3还原成FeO而且还原区是三个区域中

(图2)

当物料进入氧化区时,由于此区域温度较低,停留时间较短,不具备将熟料全部氧化成黑色的充分条件,从而出现黄心料

标定一、二次空气量,分析窑尾废气成分,可以判断总风量是否充足,一、二次风配比是否合理。

2.煤粉颗粒太粗煤粉太粗,特别是通不过900孔筛的粗粉,在射程中来不及完全燃烧,未燃尽的煤粉落在物料上,并被不断翻滚看的物料包裹起来,在隔绝空气的情况下燃烧。

灼热的炭与CaCO3起作用:

C+CaCO3CaO+2CO

CO+Fe2OaFeO+CO2

空气量不足或煤粉太粗都能造成还原气氛,使熟料形成黄心,但二者是能够区别的。

当窑尾废气分析中存在大量CO燃烧带空气过剩系数av1.05,小颗粒无黄心,只有较大颗粒有黄心时,多半是空气量不足所造成;当a<1.1〜1.2,空气量已够,但熟料仍有黄心,甚至小的熟料颗粒内部也有米粒大黄点,则是由于煤粉粗造成。

黄心部分SiO2、A12O3含量高,也是煤灰的不均匀掺入引起的。

这就要求压低煤粉细度。

一般生产出口水泥熟料要求煤粉细度基本上通过900孔筛,4900孔筛余为10〜12%

3.原煤水分太大采用雷蒙磨、来歇磨或风扫

磨的煤磨系统,磨内热风进窑作一次风,热风中的水蒸汽在高温下与煤粉反应:

C+H2&H2+CO

H2的还原能力特别强。

当原煤水分增加时,热风空气含量相应下降,进一步加剧窑内还原气氛。

所以降低原煤水分也是克服黄心熟料的一项技术措施。

4.

IE

重的还原焰气氛,就容易出现黄心料。

最好预

操作不当当生料窜入烧成带,火焰被迫缩短,但这是现象,实际上煤粉仍往前运动。

由于生料中放出大量CO2起着灭火作用,煤粉不能充分燃烧,掉入生料中被包裹起来。

此时,一般操作都用加煤顶火迫烧,关小排风,废气不能及时排出,形成严打小慢车,避免短焰急烧。

加煤要同时加风,风煤司步,以保证完全燃烧。

(二减缓熟料冷却速度,提高再氧化程度

在1300C以上,熟料有足够时间与氧接触,FeO可重新转化成Fe2O31100C以下,氧化速度就很慢了。

广州水泥厂认为,保持约0.3米高的前结圈,对熟料颜色有好处,其原因就在于此。

在出窑口处,加筑挡料圈,增加熟料在冷却带停留时间,也有一定作用

(三适当增加MgO含量

我国水泥标准规定熟料中MgO含量<4.5%,因过多MgO勺存在将使水泥体积安定性不良,但是,少量MgO勺存在不仅可以降低烧成温度,还能改善熟料颜色。

MgO在熟料中起破坏作用的是成单独结晶的方镁石,至于与C4AF形成固溶体或在玻璃相中的MgO却并不起破坏作用。

而且值得特别指出的是,

MgO能够阻止Fe2O3还原成FeQ

一些人的研究工作证明,在较高的温度下,随着MgO勺增加,Fe2O3分解成FeO的数量显著地减少(见图3。

有人认为,在1300〜1400C加热Fe2O3时,Fe2O3中的氧的分压可以达到空气中氧的分压,此时Fe2O3很艮活跃,稍有CO存在,就能被还原。

但当有MgC存在时,能降低Fe2O3中氧的分压,Fe2O3不再那么活跃,不易被还原了。

因此,具有一定数量MgO勺熟料,对还原气氛的敏感性大为降低

图3温度、MgO寸Fe2O3分解的影响

不过增加MgC的含量有可能降低熟料强度,所以在引入MgO寸,必须加强质量控制,一般不应超过2%柳州水泥厂就是采用增加MgO含量的措施来提高熟料颜色合格率的,该厂控制熟料MgO在1.7%左右。

(四其他措施

经验证明,提高一、二次空气温度,提高窑尾温度加强预烧,加强原煤管理稳定煤料,统一三班操作、稳定来料等措施,均有利于改善熟料颜色。

三、我们的实践体会

重,影响出口水泥

我厂有①3.5X145米直筒型回转窑二台,熟料由振动式炉篦子冷去卩机冷去卩,设计产量24吨/台时,实际产量最高达29吨/台时,熟料标号稳定在650号左右,但熟料曾一度黄心j生产任务的完成。

(一通过热工测定分析原因

为了找出产生黄心料的原因,我们对行了全窑热工测定。

测定数据见表1。

从热工数据分析,突出的问题是总风量不足,一次风比例过高(达37%燃烧不完全,产生还原气氛。

煤粉细度粗(个别达40%熟料还有0.49%的烧失量,主要是燃烧不完全的焦炭粒子。

这就加剧了熟料的还原程度。

熟料中FeO高达1.0%以上便是有力证据。

其次是冷却带太短,约3米。

据计算,熟料在该带仅停留5分钟左右。

二次空气温度低到260C,这些都不利于熟料再度氧化。

第三,煤管口

径偏大,喷煤管位置偏外偏低,火焰受二次空气干扰发旋发散。

第四,窑内热工制度不够稳定,来料不匀,多半采用短焰急火迫烧,熟料易起大块。

(二基本措施

针对以上存在的问题,要改进熟料颜色必须首先解决还原气氛问题,即增加空气量,减小煤粉细度,同时延长冷去卩带,提高二次空气温度,以增加熟料的再氧化程度,加强工艺管理,稳定煤料成分,改进喷煤管,加强三班操作。

具体措施是:

1.改进冷去卩机,将冷去卩机挡风板上下都往后移3.6米,以增加入窑风量。

提高二次空气温度,大烟帽加闸板,减少大烟帽逸出风量,强迫空气入窑。

在鼓风机风道突然扩大处,焊一块钢板,以消除涡流,减小阻力损失,为增加风量创造条件。

2.在出窑口处增加挡料圈200毫米,

减缓熟料冷却速度,将窑口圈结在5〜6米处,既延长了冷却带,又减少了二次空气对一次空气的干扰,还可以增加料面对火焰的辐射,缩短黑火头,这些都有助于熟料再氧化。

3.改进喷煤管尺寸及位置,将原喷嘴口径改

小,其改进规格如表2。

在基本保持喷煤嘴原有扩张角度不变的条件下,缩小喷嘴口径,增加平头长度,以延长火焰的高温部分,防止高温段集中,保持火焰形状完整,降低二次空气对火焰的涡旋作用。

将入窑喷煤嘴风管法兰接口的下部加垫圈,抬高煤粉管,以防止火焰辐射,煤粉落入料层

4.加强工艺管理,围绕熟料颜色增加生产控制检验项目和检验次数。

熟料MgC及FeO含量每班分析次,fCaO检验每班加三次,熟料颜色除检验黄心外,用小盘磨磨细与兄弟厂的出口水泥进行比较,鉴定颜色级别,以便掌握煤料、煅烧操作与颜色的关系,摸索颜色变化规律,每2小时检验一次出链物料水分、温度和成球率,给看火工提供参考数据

5.加强窑的操作,预打小慢车,稳定两端温度,尽量避免短焰迫烧,加强窑、煤磨、冷却机系统之间的配合,煤粉细度控制在25%以下,稳定三风(-次风和窑尾排风,每天召开看火工碰头会,交流经验,统一三班操作

(三效果

号窑采取以上措施后重新点火,并于点火后天又进行了一次全窑热工测定,从测定数据分析和实践检验,上述措施取得了预期效果。

1.入窑二次空气温度由260C提高到362C,为缩短黑火头和煤粉的完全燃烧创造了条件,改善了熟料在冷去卩带再氧化的条件。

2.根据测定,冷去卩机大烟囱闸板关1/2,冷去卩机逸出风量减少9000标米3/时,相应使入窑二次空气量增加,在保持相同的排风情况下,可以提高燃烧带空气过剩系数

3.煤磨抽热风温度由280C提高到340C,为提高煤磨效率提供了条件

4.冷却带长度由3米延长到5.5米,加上挡料圈的作用,估计物料在冷却带停留时间约增加10分

钟,提高了熟料再氧化程度。

同时由于冷却带料面增宽,使黑火焰周围的环境温度提高,有利于煤粉的完全燃烧

5.煤粉管内移,既延长了冷却带长度,又减小了二次空气对火焰的涡旋作用,使火焰稳定,形状整,并改善了顶火迫烧的情况,有助于熟料结粒细小均齐。

6.由于冷去卩机内热交换作用的加强,加之结粒细小,使熟料出冷却机的温度由160C降到108C。

总之,一号窑点火后,运转情况良好,窑皮形成得好,热工制度稳定,火焰形状完整、顺畅,熟料结粒细小均齐,废气中CO的含量在0.1〜0.3%,熟料黄心率在10%以下,FeO含量明显下降,颜色好转。

质量指标见表3。

但是当台时产量由25.5吨增加到28.2吨,窑的快转率下降,黑影逼近,料层增厚,经常短焰急烧,熟料结粒粗大,还原气氛加重,黄心率又回升到90%^上,FeO含量也显著上升,颜色合格率下降。

在煤质方面,因处理联合堆库内的自燃煤,使挥发物下降2%^上,且煤灰不稳,引起熟料组成波动。

这些情况综合反映在煅烧操作上面,产量不稳定,热工制度紊乱,热工参数不能适应生产出口水泥熟料的要求。

究其原因,仍在于风量不足,煤粉细度粗,在高产情况下操作未能及时跟上。

应该在保证颜色合格率的前提下,逐步提高产量,使看火工能适应新的操作,最后才能达到高产、优质的目的。

因此,决定暂将产量稳定在26吨/时左右,控制燃烧带空气过剩系数不低于1.05,烧成带物料填充率不超过7%窑速加到70转/时,薄料快转,扩大燃烧空间,适当提高出链物料温度,加强预烧,改变煤种,将原来大同煤与平顶山煤1:

3配比,改

平均4900孔筛余15%左

为斗笠山煤与平顶山煤1:

1配比,提高了原煤易磨性,煤粉细度大幅度下降,右,这对于提高燃烧速度,促进完全燃烧,消除煤粉颗粒在物料上的沉降,均起到极为有利的作用。

采取这些措施后,熟料颜色合格率显著回升,平均达91.8%以上。

(四体会与结论

1.熟料出现黄心,最主要的因素是空气量不足,只有保持燃烧带的空气过剩系数在1.1左右,再配合其他措施,才有可能比较满意地解决熟料的颜色。

2.煤粉粗也是熟料出现黄心的一个重要原因。

对于从窑头抽热风的雷蒙磨圈流系统,煤磨效率直接受窑的影响,窑在高产情况下,煤粉放粗往往成为熟料黄心的主要原因。

应尽量选用易磨性较好的原煤,压低煤粉细度。

3.选定熟料合理矿物组成,保持物料易烧性,适当扩大烧成范围,有利于提高颜色合格率。

液相量过多时,熟料结粒变粗,且不易翻滚,增加再氧化的困难,影响熟料颜色。

再者,当KH低IM高时,容易成长厚窑皮甚至结圈,增加通风阻力,不利于煤粉完全燃烧,加剧还原气氛,危害熟料颜色。

但物料过分耐火时,易窜料,迫使加煤顶烧,

快转率低,对窑皮、质量和颜色均不利。

根据实践体会,配料成分采取以下方案较好:

MgO的含量一般不宜低于1.7%。

在基本上消除熟料黄心以后,适当提高Fe2O3的含量会有助于颜色的加深。

4.喷煤管位置对火焰形状、冷却带长度、熟料颜色和结粒、煤粉完全燃烧程度都有影响。

喷煤管口距窑口太近时,不仅冷却带过短,有碍熟料的再氧化,而且火焰受二次风的严重干扰,发散、发乱、打旋。

喷煤管偏低时,火焰俯射,易使煤粉粒子混入物料。

所以喷煤管偏低、偏外(尤其是对于张角比较大、平头较短的喷嘴对熟料的颜色是不利的。

5.加强窑中喂料管理,对稳定热工制度、改善熟料颜色有一定作用。

实践证明,停止窑中喂料时,熟料颜色明显好转;中喂不稳定时,窑内来料严重不均,破坏正常热工制度,料多时不得不顶火迫烧,影响熟料颜色。

6.在煅烧操作方面,应适当拉大排风,增强预烧,为减轻煅烧带热负荷创造条件,同时要掌握熟料结粒细小均齐,在保持熟料质量,fCaO正

常吸收的条件下,立升重不宜控制过高(1400〜1450克/升。

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