岩相分析在中联水泥质量控制中发挥大作用.docx

1、岩相分析在中联水泥质量控制中发挥大作用 For personal use only in study and research; not for commercial use 岩相分析在中联水泥质量控制中发挥大作用2014-7-1 11:06:21作者：康洁琼1朱其川2出处：水泥商情网 摘要：利用岩相分析技术分析熟料的显微结构，配合化学分析和物理检验等常用方法能够对熟料质量和工艺状况进行直观、准确的判断，可以及时发现造成质量和工艺波动的原因，并采取相应措施，及时改进不足，从而提高工艺质量管理水平，为企业创造更多的经济效益。 （1.中国联合水泥集团公司，北京100037；2.中国联合水泥集团有限

2、公司河南运营管理区，473000） 目前水泥企业对熟料质量的管理主要是通过对化学分析、物检分析的方法，对生料、熟料化学成份、物理性能进行分析，采用调整生料成分，调节熟料烧成系统温度、压力的手段进行控制。但是由于化学分析只能检测出矿物成分的含量，不能观察到矿物的显微结构，不能有效分析出工艺质量的波动是生料配料中存在问题，还是由于工艺煅烧操作不正常所造成，因此在采取对应的工艺技术措施时常常举棋不定或者采用试错的方法，影响了解决问题的及时性，有时采取的措施常常事与愿违，对生产造成更加不利影响。而岩相分析恰恰弥补了这方面的不足，近年来我们尝试岩相分析技术在水泥质量工艺管理中的应用，取得了一定的效果。1

3、 正常熟料岩相显微结构 正常水泥熟料的显微结构是生料配料合理、煅烧好、反应完全、冷却制度合理的水泥熟料，把它称之为正常熟料（图1、图2）。这种熟料的显微结构表现为: （1）A矿大小均齐，粒径在20-50m之间，呈六角板状或长柱状，表面和边棱光洁； （2）B矿呈圆粒状，见交叉双晶纹，大小均齐，粒径在40m左右； （3）A矿、B矿均匀分布，其间基本上被白色、黑色中间相隔开； （4）不见有白色中间相、黑色中间相晶出； （5）不见游离氧化钙、方镁石等晶体。图1正常熟料岩相 图2正常熟料岩相2 异常熟料常见问题岩相显微结构2.1 原料或生料的弊端在水泥熟料中的岩相结构2.1.1 B矿矿巢 当石灰石中含有

4、粗粒石英、长石或粗粒煤粉粒子，生料易烧性大为降低，生成B矿后再无能力回吸氧化钙生成A矿，就以B矿矿巢形式残存下来了。原料中粗粒石英、长石形成的B矿矿巢，一般中间体少，粗大的B矿几乎紧紧连在一起。中间体较丰富的B矿巢往往是由粗粒煤粉粒子造成的。（图3）2.1.2 fCaO矿巢 当石灰石中存在结晶发育很好的大颗粒方解石时，这些方解石即使分解为氧化钙，活性也很低，在熟料煅烧过程中以游离氧化钙巢的形式残存下来。（图4）图3B矿矿巢 图4fcao矿巢2.1.3A矿、B矿分层排布 当生料出现均化效果差，不同成分的生料出现分层排列的时候，煅烧出来的A矿、B矿亦出现分层排列的现象。在岩相结构上，可见到熟料矿物

5、严重分布不均，其中A矿、B矿不是均匀分布，而是分层排列或成堆聚集，表明熟料中局部的饱和系数已改变。（图5）图5A矿、B矿分层排布 图6欠烧熟料2.2 煅烧弊端在水泥熟料岩相中的结构2.2.1 欠烧熟料 烧成温度不足，物料还没有完全烧结，矿物相互粘连在一起，发育不完全，未形成清晰的晶体结构。欠烧熟料的外观特征是：熟料球细小、粉尘多，疏松易碎、无光泽、立升重低、游离氧化钙含量高；反映在岩相是A矿极少、呈无定形、晶体细小，中间体少、熟料矿物保持固相反应的特征。（图6）2.2.2 急烧熟料 A矿（C3S）中有大量B矿（C2S）包裹体，表明煅烧存在急烧现象。急烧熟料有不同程度的黄心，料球中心部分因热力强

6、度不足，烧成不完全。熟料中心部分向外结构类型有显著变化，外层为正常熟料岩相结构，里层为欠烧熟料岩相结构。（图7）图7急烧熟料 图8还原熟料2.2.3 还原料 正常熟料是在窑内空气略有过量的情况下烧成的，若窑内氧气不足，燃料燃烧不完全，出现CO时，就形成还原气氛，若燃料仍然以碳粒形式留在熟料内，则这一部分热量就全部损失。在还原气氛下烧成时，窑内热力强度低，同时由于窑皮中液相提早出现，粘度降低，使回转窑的后结圈长大。后结圈又使窑内通风不良，还原气氛加重，破坏窑内的正常煅烧。（还原料岩相见图8）2.2.4 慢冷熟料 由于熟料在1335-1250的停留时间较长，A矿出现分解现象分解出B矿。这些分解出来

7、的分解出来的B矿呈小圆粒状，分布在A矿的周边，形如花环，故称之为花环状结构。还是因慢冷，A矿分解，其边棱不再平整，如图所示已有残缺，更有甚者呈港湾状。慢冷的另一现象是，中间相已晶出，图中可见黑色中析晶，形成片状晶体。（图9、图10）图9慢冷熟料 图10慢冷熟料2.3 异常岩相显微结构的改进措施 异常岩相特征的显微结构，反映在原料、配料或煅烧中存在一定程度的问题，现根据存在的问题进行具体分析，并提出相应的改进措施（见表1）：表1 异常岩相特征的显微结构在原料、配料或煅烧中出现问题的具体分析及改进措施3 应 用 通过近几年对所属企业不断的质量抽检，积累了在水泥熟料煅烧过程中的岩相分析技术应用经验。

8、3.1 改进熟料黄心料 2009年5月份一段时间内，NY厂3000t/d熟料生产线出窑熟料粉状料占比例大，结粒熟料外层黑色，内部为黄心料，为找到造成黄心熟料的原因，我们对熟料进行岩相分析（图11）。图11黄心熟料改进前 图12黄心熟料改进后3.1.1 岩相特征 B 矿以锯齿状、树枝状、叶片状形态出现，表明还原气氛比较严重。 部分B矿没有与CaO完全化合生成A矿，A矿（C3S）、B矿(C2S)没有被充足的液相（C3A、C4AF）隔离开，相互之间粘连在一起，是烧成温度不足、化学反应不完全的一种表现。3.1.2 原因分析 3000t/d生产线窑内较长时期内还原气氛的存在，表明窑内通风不畅，引起三价化

9、合铁还原成二价化合铁，与C2S形成固溶体，生成橄榄石化B矿，出现黄心熟料。 由于通风不畅，燃烧不完全，达不到适宜的温度，在操作中就增加燃料以期提高温度，这样反而使温度更低，加剧还原。由于还原料的出现，在配料中降低铁的含量，铁的减少增加了煅烧难度。同时，较粗的生料细度进一步降低了煅烧反应速度。3.1.3 改进措施 （1）应从工艺角度解决还原气氛的存在，调整三次风阀的开度，增加进入窑内风量，相应减少入分解炉内三次疯的数量。 （2）在生料配料中适当增加Fe2O3含量，生料中Fe2O3由1.8提高到2.1，降低液相粘度。 （3）降低生料细度，生料细度由20降低到16，提高反应速度。 通过以上的改进措施

10、，粉状料明显减少，还原料得到根治，对熟料进行岩相分析，熟料矿物晶体发育良好，液相量比较充足，B矿锯齿状的形态得到了有效改善，表明窑内无还原气氛。（图12）3.2 提高熟料强度 2010年3月中旬，DF厂5000t/d生产线熟料结粒不均齐，熟料外观黑色，熟料内部不够致密，无色泽，熟料强度出现下降的现象，熟料三天强度28MPa，二十八天强度51MPa。为查找原因，我们对熟料进行岩相分析（图13）。图13熟料强度改进前 图14熟料强度改进后3.2.1 岩相特征 矿物晶体形态不够清晰，矿物晶体中A矿数量较多，B矿数量较少且以包裹体存在的形式较多。A矿中有大量B矿C2S包裹体，表明煅烧存在急烧现象。3.

11、2.2 原因分析 结合现场生产情况，分析出造成急烧的原因有两个： （1）由于中控操作员为了追求产量，窑日产量达到5800t/d，物料向烧成带涌来时料层厚，火焰缩短，操作员加风加煤集中点火急烧，熟料出窑快，在窑内没有充分的预热时间和充分的烧成时间，形成急烧料。 （2）原料的反应能力不好，入窑生料合格率较低只有65。3.2.3 采取措施 （1）稳定煅烧操作，将窑日产量控制在5500t/d，保持煅烧过程中的料、风、煤、窑速平衡，在煅烧操作过程中，避免急烧情况的发生。 （2）控制生料库位，要求生料库库空不能超过7米，同时要求生料分区下料，通过加强生料均化效果，将入窑生料合格率由65提高到82，提高生料

12、的均匀性，提高反应能力。3.2.4 改进效果 通过以上改进措施，A矿中的包裹物明显减少，矿物晶体发育良好，熟料强度明显得到提高，熟料三天强度达到30MPa，二十八天强度58MPa。（图14）3.3 降低熟料f-CaO XC厂在2010年6月中的二天内熟料f-CaO居高不下，平均达到2.0以上，安定性较差。在煅烧操作中，为了降低f-CaO含量，采取了提高煅烧温度等措施，但仍降不下来，为了查找f-CaO的特征类型，采取针对性的措施，对熟料进行岩相分析（图15）图15熟料fcao改进前 图16熟料fcao改进后3.3.1 岩相特征 矿物晶体发育比较清晰，A矿、B矿晶体发育良好，液相分布比较均匀，但在

13、岩相显微结构中，出现彩虹状的数量较多的f-CaO，表明f-CaO为一次游离氧化钙。3.3.2 原因分析 一次游离氧化钙又称残存游离氧化钙，是生料中残留下来的氧化钙。原因主要有两种： （1）由于煅烧温度低，液相量少，粘度大，CaO没有被充分地吸收生成C3S，而呈游离状态残存下来，这种熟料在镜下往往呈现A矿晶体发育不好且数量少，以圆形无晶纹的B矿为主，中间体含量少。 （2）生料的KH过高，有过剩的游离氧化钙未化合，这种熟料虽已生成较多较好的硅酸三钙，但镜下仍能见到未化合的游离氧化钙分布于A矿和B矿之间，或包裹于A矿中间。 根据一次游离氧化钙的成因和岩相图片，由于矿物晶体发育良好，排除了煅烧温度低的

14、情况，应属于生料KH过高过剩游离氧化钙未化合的情况。3.3.3 采取措施及改进效果 将生料KH由0.98降低为0.96，减少CaO在生料中的总体数量。经过调整，熟料f-CaO下降到1.2以下，熟料安定性良好。（图16）3.4 改善熟料慢冷2012年8月份，NY厂3.813水泥磨在配料及工艺状况都未改变的情况下，水泥磨台时产量下降幅度达10吨左右，为了查找熟料情况，分析是矿物组成的变化或是还原气氛、慢冷造成易磨性差，我们对熟料进行了岩相分析。（图17）图17熟料慢冷改进前图18熟料慢冷改进后3.4.1 岩相特征 熟料矿物晶体发育清晰，液相分布比较均匀，但是A矿周边有花环状结构，液相中C3A出现阴

15、影，C3A结晶析出，表明熟料存在明显的慢冷现象。3.4.2 原因分析 结合生产运行情况，分析造成慢冷的主要原因由于进厂石灰石中MgO含量较高，导致熟料中MgO含量达到3.8左右，由于这些有害成分含量偏高，降低了液相出现的最低共融温度，造成出分解炉熟料结大块，影响熟料冷却速度。3.4.3 采取措施 一是严格控制进厂石灰石中MgO的含量，要求进厂石灰石MgO含量小于2.0，二是优化分解炉控制参数，将分解炉温度由原来880降低到860，克服了熟料液相提前出现的弊端。3.4.4 改进效果 熟料冷却得到明显改善，C3S矿物分解的现象得到消除，熟料易磨性得到明显改善，水泥磨台时产量提高15吨以上。（图18

16、）3.5 改进熟料质量稳定性 2012年9月，XA厂熟料质量出现较大范围的波动，熟料二十八天强度波动在52 MPa60MPa之间，因此，我们对这一时期的熟料进行了岩相分析。（图19）3.5.1 岩相特征 熟料矿物晶体出现明显的分层排列现象，A矿、B矿出现分层排列的现象，熟料矿物出现严重不均匀现象，表明生料均匀性较差。3.5.2 原因分析 （1）由于近段时间石灰石供应紧张，造成一些批次较差的石灰石进厂。 （2）生料库库存料位较少，均化效果差。3.5.3 采取措施 （1）严格控制进厂石灰石质量，确保石灰石CaO含量达到48以上，同时确保进厂石灰石数量满足圆堆堆料要求。圆堆堆料机必须行走布料，避免定

17、点堆料。 （2）通过生料库多区域下料，确保生料均化库最低料位等措施，加强生料均化。3.5.4 改进效果 通过稳定生料均化措施的实施，生料的均匀性明显改善，熟料质量的稳定性得到明显改善，熟料二十八天强度稳定在58MPa以上。（图20）图19熟料质量稳定性改进前 图20熟料质量稳定性改进后4 结束语 在水泥生产中，利用岩相分析技术分析熟料的显微结构，配合化学分析和物理检验等常用方法能够对熟料质量和工艺状况进行直观、准确的判断，从而帮助生产技术人员及时发现造成质量和工艺波动的原因，并采取针对性的措施，及时改进不足，从而提高工艺质量管理水平，为企业创造更多的经济效益。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文