技术 | 提高水泥熟料质量途径研究

随着科学技术的发展，水泥熟料烧成系统在各大水泥生产企业中得到了推广应用，从而在一定程度上提高了水泥生产过程的自动化水平，并且降低了水泥生产能耗。但是，这些企业大多注重系统的硬件设施配置，却忽视了系统软件的设计应用问题，从 而导致系统的功能没能得到充分发挥。因此，有必要对水泥熟料烧成系统优化控制问题展开研究，从而更好的促进水泥行业的发展。

1、水泥熟料烧成系统及其优化问题分析

随着科学技术的发展，目前水泥熟料烧成普遍使用DCS分散控制系统。从系统工作流程上来看，系统控制部分主要分成预热器、回转窑和冷却机这三个部分。在系统工作的过程中，来自原料制备系统的生料将进入系统的第二级预热器，然后将会在预热器和回转窑中与燃烧的高温气体进行热交换。而经过窑内烧成的熟料最终会进入冷却机，然后完成水泥熟料的烧制。

从水泥熟料烧成系统的使用情况来看，国内水泥熟料生产设备水平都比较成熟，但是软件的重要性却没能得到重视。在这种情况下，大多数水泥熟料烧成系统并没有发挥其应有效能，系统控制仍然停留 在PID调节反馈控制阶段，从而导致回转窑等设备的控制仍然处在人工操作水平。所以，想要实现水泥熟料生产的优质高效发展，还需要进行水泥熟料烧成系统的优化控制。

在新型干法生产的生料制备过程中，把矿石搭配开采、原料预均化、生料磨前配料和生料均化库等四个环节称为原料均化链。作为干法生产的技术进步，加强这些环节的作用是十分必要的。但这四个环节对保证人窑生料的质量起着不同的作用。

一般说来，对入窑生料的质量在化学方面有两点要求：

一是要求生料的化学成分符合规定的各项率值；

二是要求它的化学成分均匀，即这些率值只容许围绕其目标值在一定范围内波动。前者一般通过“配 料”来实现，后者则通过“均化”来实现。

在上述四个环节中，矿石搭配开采和磨前配料属于“配料”的范畴，而原料预均化和生料均化则属于“均化”的范畴。严格按照化学成分要求进行配 料，是现代水泥生产的特征。因此，配料环节对现代水泥生产是至关重要的。某公司目前的现状是，石灰石资源丰富，且品位较好，CaO平均在48%以上，MgO含量平均在2%以下，高镁石夹层较少，但矿山石灰石采用平台段式开采，顶部及边坡含土量较大，且石灰石堆取料机不能正常使用，导致入磨石灰石质量波动大，出磨生料LSF波动大，上半年平均合格率不足30%，且回转窑喷煤管老化严重，煤管窜风，熟料烧结能力下降，高温风机振动大，风机转速受限，窑系统用风量不足。

2、原材料的预均化质量控制

2.1 控制好石灰石CaO、MgO含量，我们通过每周一次对石灰石矿山钻孔样、爆堆样进行检测，根据检验结果下发搭配比例，只要能通过搭配使用的，为使资源不浪费，全部在矿山搭配后入厂，保证进厂石灰石进厂质量满足使用要求。

2.2 烟煤质量控制，除了烟煤的热值及内水含量对煅烧影响较大外，烟煤中的全硫对煅烧及熟料质量影响较大，全硫含量过高时不但易造成预热器系统结皮多，严重时造成预热器堵料，另外3-28天增长率大幅下降，使熟料28天强度大幅下降。我们三月份因烟煤无库存且供应紧张，让步接收了一批全硫在1.7%左右的烟煤，导致熟料三天强度为29.6MPa，但28天平均强度只有53.3MPa，因此我们加强了对烟煤全硫的控制，通过数据分析，公司熟料硫碱比控制在0.6范围以内，对熟料后期强度不会造成影响，公司熟料中碱含量平均在0.8%，熟料中的SO₃在0.5%以内时，熟料3天至28天强度及增进率较正常。因此进厂烟煤全硫超过1.0%，我们采取拒收，正常情况下不让步接收高硫煤。 

2.3 原料碱含量的控制，尽可能选择碱含量偏低的原料，熟料中的碱大部分来自硅质原料，尽可能选择碱较低的粘土、砂岩或其它硅质原料，经验值是一般熟料中每增加0.1%碱，熟料28天抗压强度将下降1MPa。

 3、调整配料方案 

3.1 通过对近几年某公司熟料的分析数据进行统计分析，总结出C3S在50%-55%时，C2S 25-20%，硅酸盐矿物在75%以上，f-CaO在以1.5以下时，熟料早后期强度较好，因此根据矿物的含量要求，确定公司的三率值为三中，即KH：0.910±0.02，SM：2.50±0.1，IM：1.50±0.1，但今年上半年由于喷煤管内风管磨穿，内外风不易调节，烧结能力下降，按上述率值控制时，熟料煅烧困难，f-CaO较高，合格率低，产质量均不理想，因此我们对配料方案做了调整，现在为KH：0.900±0.02，SM：2.55±0.1，IM：1.45±0.1，适当降低了熟料饱合比，增加了熟料中 Fe₂O₃含量，改善易烧性。 

3.2 同时在烧成条件允许的情况下，适当提高硅酸率，提高硅酸盐矿物含量，此配料方案实施后，窑烧成状况良好，强度稳定，4、5月份熟料3天平均值31.0MPa，28天平均值为58.9MPa。 

4、加强煅烧及冷却过程管理

快烧急冷是提高熟料质量，试验结果表明：煅烧充分、煅烧温度高、升温速率快、急冷的硅酸盐水泥熟料28天抗压强度最高。因此熟料的煅烧要采用快烧、急冷的方法。

4.1 窑内煅烧气氛直接影响着熟料强度，如果窑内呈还原后气 氛，会使C3S和C4AF的晶体严重变形严重甚至破坏，导致熟料强度降低，因此我们在煤管老化窜风，又无条件立即更换的情况下，我们通过降低煤粉细度，调整三次风管开度，控制二、三次风温，保证煤粉燃烧完全，无还原气氛。 

4.2 另外保证入窑生料稳定及煤质均匀稳定是维持窑内热工制度的前提，因石灰石堆取料机不能正常运行，出磨生料波动大，生料均化库因使用年限较长，均化效果一度偏低，导致窑内热工制度不稳定，因此利用今年大修对生料均化库进行了彻底清理，更换了部分斜槽帆布，修复卸料装置，使得在四五月份生料LSF合格率不足40% 的情况下，入窑生料合格率上升至80%以上，给煅烧提供了有利条件，为生产优质熟料打下良好基础。

 4.3 同时为克服高温风机振动高，转速受限窑内供风不足的情况，我们通过对系统的漏风点进行堵漏，有效降低了热损失，改善窑内通风，另外我们通过适当提高窑的转速，降低窑内物料的填充率，增加燃烧空间，降低通风阻力，使煤粉燃烧完全，窑料物料化学反应完全，矿物发育良好。

 4.4 保证熟料得到有效的急冷也是保证熟料强度稳定必不可少的条件，我们通过控制一二段篦床速度，保持合理的料层厚度， 料层若过厚，则熟料冷却不好，晶体发育不完全，对熟料的强度 及适应性影响较大，但料层过薄，会降低二三次风温，增加熟料热耗，因此我们采取中料层厚度的方法及适当降低熟料中液相量比例，提高硅酸率，避免熟料结大块，使得熟料结粒细小，熟料易冷却，使熟料得到有效的急冷，熟料的矿物晶体发育良好，使熟料的早后期强度及3-28天增进率较好。 

5、结论 

在原燃材料满足使用的条件下，严格控制原燃材料中的有害成份含量，根据原材料及窑的工况制定适宜的配料方案及经过充分的煅烧及冷却，将会得到理想的熟料强度。

来源：《淮海中联水泥有限公司》

作者：郭 祥

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