技术 | 钢渣与铜炼渣复掺生产熟料

引言

某公司3000t/d预分解窑水泥生产线，配置为CDC分解炉、单系列五级旋风预热器、ф4.3m×60m回转窑及篦冷机。2016年公司生产熟料原料采用石灰石、煤矸石、砂岩、铜渣四组分配料。由于铜渣(230元/吨)价格昂贵且运距远，造成生料成本偏高。为降低生产成本，提高产品市场竞争力，决定采用廉价钢渣(165元/吨)与铜炼渣(175元/吨)1:1复掺配料。但生产初期由于对原料特性的认识不足，发生了C₅锥体堵塞的工艺事故。调整配料方案和操作参数，窑系统恢复正常运行，既生产出了优质熟料，又达到了降低生产成本的目的。

钢渣是炼钢过程中，为除去铁中的硫、磷等有害元素，加入石灰石、萤石、硅铁粉最后形成的废渣。钢渣成分中的CaO、SiO₂、CaF₂含量高，其主要矿物成分为C₂S和氟铝酸钙，在熟料煅烧中能起到矿化和晶种作用，可显著改善生料易烧性，降低液相生成温度和粘度。且钢渣中含有FeO和铁粒，Fe₂O₃的熔点为1560℃，而FeO为1420℃，再加上钢渣中MgO较高，进一步降低了熟料的液相温度和液相粘度，提高了C₂S与CaO在液相中的扩散，促进了C₃S晶体的发育成长。

钢渣中含有少量的P₂O₅(一般≤1.5％)，掺入后不会影响水泥性能，而且P₂O₅是β-C₂S的晶格稳定剂，能够阻止β-C₂S在675℃时转变为γ-C₂S，防止熟料粉化。

铜炼渣是铜渣再选(主要是破碎-筛分-洗选-脱水等流程)回收铜渣中所含的金属铜颗粒后的残余废渣，其化学成分与铜渣基本一致。

2.1 原材料成分

原材料成分见表1。

表1 原材料化学成分(%)

2.2 优化配料方案

钢渣与铜炼渣1:1复掺配料试生产期间三率值为KH=0.900±0.02，SM=2.60±0.10，IM=1.20±0.10，虽烧出的熟料质量较好，但操作上没有采取相应措施，发生了C₅锥体堵塞的工艺事故。根据生产实际情况，该公司首先优化配料方案，三率值调整为KH=0.910±0.02，SM=2.60±0.10，IM=1.35±0.10，提高了生料耐火性，防止液相提前出现造成窑内结圈、结球，防止窑尾系统结皮堵塞。熟料化学成分见表2，熟料矿物组成及率值见表3，熟料物理检验数据见表4。

表2 熟料化学成分(%)

表3 熟料矿物组成(％)及率值

表4 熟料物理检验数据

(1)由于钢渣能降低熟料的液相生成温度和液相粘度，采用低饱和比与低铝率配料物料烧结范围窄，因此适当提高熟料饱和比与铝率，增加物料耐火度，同时还能改善熟料结粒。

(2)由于配料方案铝率较低，物料烧结范围窄，液相粘度偏低，熟料颗粒偏细，因此篦床料层厚度应适当偏低控制，以减少堆雪人几率，保证熟料冷却和窑内充足的用风。

(3)根据生产情况，降低分解炉温度，控制在(865±10)℃，使入窑物料表观分解率控制在90％～92％，以抑制煅烧过程中液相过早出现，降低结皮堵塞几率。

(4)适当降低系统拉风或开大三次风阀门，使烧成带缩短，提高火焰集中度，防止煤粉后燃。

(5)严格控制头煤用量，适当改变风量，保证煤粉燃烧完全。

(6)严格控制窑尾烟室温度不超过1020℃，防止烟室及分解炉缩口结皮严重，并加强预热器清吹工作，及时清理结皮，保证系统通风顺畅。

(1)通过采取以上措施，再也没有发生过预热器堵塞等工艺事故，而且产量、质量较好。截止目前累计生产合格熟料15万t，游离钙含量平均1.32％。

(2)生料易烧性好，窑平均产量由原来的3250t/d提高到3350t/d；生料磨台时产量下降不明显。

(3)缓解了单独使用钢渣造成辊压机磨辊磨损、台时产量下降的弊端，并且钢渣与铜炼渣都比较便宜，达到了增产节能、降低成本的目的，经济效益显著。

作者：穆乾，吴安龙

来源：《天宇华鑫水泥公司》

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