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影响熟料强度的原因分析及解决措施

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  我公司拥有2500t/d(一线)和5000t/d(二线)生产线各一条,均为D-D分解炉系列、第三代篦式冷却机,回转窑规格分别为Φ4.0m×60m和Φ4.8m×72m。自2007年两线同时运行以来,二线熟料28d抗压强度始终比一线低2~3MPa,同时一线总体的熟料强度也差强人意,28d抗压强度徘徊在53MPa左右。针对上述问题,公司进行全面细致的原因分析,并相应地采取控制措施,使熟料强度有了不同程度的提高。

1 影响熟料强度的原因分析

1.1 原材料差异

  我公司石灰石分东西两座矿山,东山石灰石MgO含量比西山要高,因此东山石灰石使用在二线,西山石灰石使用在一线上,两线其他硅质、铝质和校正原材料均相同。原材料化学分析见表1。

表1 原材料化学成分  %

1.2 MgO的影响

  由表1可知,我公司东西两座矿山的石灰石品位差别较为明显,主要在于CaO与MgO的含量差异。东山石灰石CaO含量比西山平均要低1.59%、MgO含量比西山高1.22%,导致二线熟料MgO含量整体偏高,平均3.75%左右,最高时达4.20%;一线熟料MgO含量适中,平均2.35%左右,且比较稳定。

1.3 碱含量的影响

  众所周知,含碱熟料早期强度高,后期强度增进率低。碱含量在一定范围内,早期强度与碱含量之间为正的相关关系,后期强度与碱含量为负的相关关系。当碱含量过高时,早期和后期强度均下降,并且降低幅度较大。生料配比及碱当量见表2。

表2 生料配比及碱当量  %

注:①生料料耗按1.5计算;②生料配比为2013年全年平均值。

  通常认为生料碱含量高会生成含碱矿物KC23S12、NaC8A3和K2SO4,钾硅酸钙的性质和C2S很相似,但不能形成C3S,因此熟料中A矿含量就会降低,fCaO含量则会升高,所以熟料的强度也因此而降低;又因为R2O易挥发,可在窑尾循环富集,加速系统结皮,影响煅烧,同时碱含量偏高也会对水泥凝结时间产生一定影响。我公司熟料的碱含量比较高(0.90%~1.2%),这是导致我公司两线熟料强度总体偏低的主要原因。

1.4 控制工艺差异

  实际运行过程中,两条线窑系统工艺状况存在明显差异。两线窑系统部分工艺参数见表3。两线典型熟料的岩相照片见图1。

表3 窑系统部分工艺参数

从表3和图1可见,一线二、三次风温和窑电流适中,煅烧温度尚可,出料稳定,篦冷机冷却效果一般,煅烧出来的熟料不甚致密、色泽黑亮,结粒略显不均;二线二次风温不稳定,烟室温度偏高,窑电流波动幅度大,同时出料不稳,熟料煅烧不致密,孔洞较多,冷却速度比较慢。


图1 两线典型熟料岩相照片

1.5 电炉验证试验

  我们曾取二线出窑熟料15kg,破碎后用二分器均分,任取其中一份送入到1500℃高温炉中再烧30min,取出后用吹风机快速冷却到室温,然后将这两个样品分别进行岩相分析、化学分析以及物理分析,见表4,岩相分析见图2。

表4 出窑和再煅烧熟料检验数据



图2 两熟料样品岩相对比照片

  外观对比再次煅烧后的熟料颜色明显变深,表面光泽度增加,A矿晶体外形尺寸明显变好,棱角显著,溶蚀现象消除,晶体间距略微增大,fCaO含量变少,说明再次煅烧确实起到了促使A矿晶体长大、消除fCaO的作用。同时熟料28d抗压强度提高近5MPa,说明窑内煅烧温度与煅烧时间还没有达到电炉试验水平,也验证了窑内煅烧温度偏低的现状。

2 采取的措施

2.1 改变配料方案

  为了提高硅酸盐矿物含量,采取提高熟料饱和比与硅率。由于饱和比与硅率的提高,使得生料易烧性明显下降,导致熟料产量相对降低。经短暂的过渡后,熟料强度有所提高但不是很明显,见表5。因此公司决定继续坚持高饱和比、高硅率的配料方案,目的获得质量更好的熟料。

表5 不同配料方案时的熟料强度对比

2.2 更换原材料

  开始采用钢渣代替铁尾矿,随后使用湿粉煤灰代替煤矸石。因使用钢渣二线生料立磨振动偏大,不利于设备安全稳定运行,故原材料替代主要在一线进行。根据使用结果来看,熟料碱含量下降0.13%,28d抗压强度提高3.3MPa。随后也将湿粉煤灰代替煤矸石用在二线配料进行生产。更换原材料后一线配料为西山石灰石、砂岩、湿粉煤灰和钢渣;二线为东山石灰石、砂岩、湿粉煤灰和铁尾矿。

2.3 改善煤粉质量

  为改善熟料强度,公司决定进一步提高煤质,同时减少原煤供货厂家,尽量确保煤质稳定。调整前后煤粉工业分析见表6。与此同时改变原煤搭配方式,采取“四层等量堆存,三层等长取煤”的均化方法,经过调整入窑煤粉灰分标准偏差稳定在0.70%以下,煤质的改善对于系统良好的煅烧起到明显促进作用,目前两线二次风温均明显提高并且比较稳定,火焰明亮、顺畅有力,有时会出现长时间的亮白色。

表6 调整前后入窑煤粉工业分析

2.4 加强篦冷机的维护

  为提高二线篦冷机冷却能力,公司决定更换篦冷机平衡风机,加大冷却风量,尽快使高温段的熟料得到快速冷却。此外检修时清理风机群滤网及管道积灰,重点检查充气梁及篦缝,减少阻力,确保风路畅通;运行时根据篦速及二次风温合理调整阀板开度,做到用风合理。通过调整,二线出篦冷机熟料温度稳定在130℃,比正常有所降低,冷却效果有所改善。

3 效果评价

  1)采取措施后熟料强度总体趋势在提高,但二线熟料强度仍与一线存在差距,见表7。

表7 2013年以来两线熟料抗压强度对比  MPa

2)经过调整两线熟料整体晶体尺寸增大,A矿边缘逐渐光滑,棱角显著,分解现象减少;B矿群数量减少,边缘趋于光滑;晶体间距适中,液相量有所增加;相比较二线熟料A矿晶体尺寸略微偏大,黑色中间相有时还会以小片状形式出现,见图3。总体反映出两线煅烧温度提高,窑内气氛变好,不足之处二线仍有冷却偏慢的现象。


图3 调整后两线典型熟料岩相矿物照片比较


作者:杨 慧,王建伟,田洪明,王瑞显,杨东生

作者单位:泰山中联水泥有限公司

文章摘自《水泥》杂志2015年第4期


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