水泥立窑(预分解窑还原熟料是如何形成的)

Posted 2023-05-30

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水泥立窑(预分解窑还原熟料是如何形成的)

在水泥生产中正常熟料是在窑内空气略有过剩的情况下烧成的，即有足够的氧使燃料中的碳完全燃烧成CO2，放出热量。如窑内氧气不足，燃料燃烧不完全，产生CO时，就形成还原气氛。

在还原气氛条件下生产出来的熟料，称之为“还原熟料”。在还原气氛下烧成时，窑内热力强度低，高价的过渡型的元素氧化物被还原成低价的，产生各种异常颜色的熟料。据此特点，一般把还原料分为黄心料、绿心料、析铁料三种。

还原熟料常见的为黄心料，在熟料中所占比例也较大。而绿心料、析铁料较少出现，即使存在，量也不多。还原熟料的危害很多，影响窑的产量、质量、煤耗、热工制度的稳定；影响熟料、水泥的质量外观颜色等。特别是熟料、水泥的外观上，还原料较多时，不仅熟料颜色难看，就连磨制出的水泥颜色也发黄，水泥用户极易把此熟料水泥比作立窑的废品熟料黄料球来看待，使用户购买使用都不放心，影响企业的声誉，因此，必须采取措施进行解决。

1. 还原熟料的种类

（1）黄心料

窑外分解窑产生的黄心料，可分为：疏松性黄心料和致密性黄心料，疏松性黄心料结构疏松，熟料烧失量高，f-CaO也高，后期强度明显降低，它是在窑头温度低，窑尾存在还原气氛下产生的。而致密性黄心料外壳的颜色与正常熟料相似，结粒较大，砸开熟料球，核心呈大小不等的黄心，它是在还原气氛或煤粉直接还原作用下，氧化铁还原致使熟料颜色发黄，当冷却时，表层熟料因再氧化而呈黑色。黄心料其化学成分上最突出的变化就是随黄心程度的增加其中FeO含量也增加，而总的铁含量却没有明显变化；而有些黄心料中SiO2和Al2O3的含量较高，这主要是煤灰掺入造成的。

致密性黄心料在岩相结构上有两个特征：其一，B矿呈手指状、树叶状。其二，A矿数量少，发育差。这与煤灰的掺入有关，由于掺入煤灰物料，使SiO2和Al2O3成分增加，局部(黄心部分)的KH值下降，再加上煤燃烧形成CO放出的热量少，致使烧成温度较低，给A矿形成造成困难，所以A矿数量少。此外，由于Fe3+被还原成Fe2+， Fe2+大量进入B矿及玻璃相，所以C4AF的量极少，中间相数量也相对减少。

（2）绿心料

有时遇到外观与普通熟料相同，但中间呈嫩绿色的熟料，化学分析表明，此种熟料中含较多Cr2O3、MnO。岩相分析表明含Cr2O3的熟料中A矿颜色变绿，此种A矿称为铬阿利特。Cr2O3主要来自窑中的铬质耐火材料，含MnO的熟料呈绿色的主要原因是β-C2S和MnO形成固溶体，在C2S-Mn2S系统中形成绿色橄榄石(CaO·MnO·SiO2)，温度较高时，C2S和CMnS的固溶体也可分解桃红色含锰的B矿。MnO主要来自铁质原料和耐火材料杂质。

在Fe2O3含量很低的白水泥熟料中，少量的Cr2O3、MnO就会使白水泥熟料变绿，但在Fe2O3含量较高的普通水泥熟料中，在氧化气氛下由于Fe2O3的强烈的着黑作用，无法显示绿色，使熟料显黑色，但在还原气氛下，Fe2O3的着黑作用大大减弱，此时便使熟料产生绿色，故绿心料是还原气氛的产物，属还原料。

（3）析铁料

当窑内通风不良，燃料在缺氧条件下燃烧，则出现强烈的还原气氛，这时熟料中的高价铁化合物被还原成低价铁化合物，甚至金属铁，其反应过程为：

2C4AF → C6A2F + C2F

C6A2F + CO → 2C3A + 2FeO + CO2↑

FeO + CO → Fe + CO2↑

金属铁在高温下为液相，由于表面张力而呈球形圆粒，冷却后保留下来，因为它的折射率比硅酸盐矿物高得多，所以在岩相显微镜下呈很亮的小圆粒。

析铁熟料除金属铁外，主要矿物还有C2S固溶体和C3A、C12A7，熟料强度显著降低，有时凝结较快，它是窑内热工制度不正常的一种标志。

2. 还原熟料产生的具体原因

（1）风、煤、料配合不好

风、煤、料配合不好，是产生黄心料的根本原因。多数情况是窑系统排风不够或喂料太多。窑头喂煤过多，在一、二次风量不变的情况下，窑内氧含量明显不足，导致煤粉燃烧不完全，而产生还原气氛，易出现黄心料；窑尾分解炉喂煤过多，将导致预热器框架内温度升高，因而易在缩口、斜坡等部位产生结皮，影响了窑内通风，同样易使窑内氧含量不足，产生还原气氛，导致出现黄心料；窑系统出现工艺故障，如窑内结大球、结圈或长厚窑皮、窑尾下料斜坡积灰等均可影响窑内通风，造成煤粉不完全燃烧。这些因素的产生，是形成还原料的主要原因，因此在实际生产中要注意风、煤、料三者的合理匹配。

（2）燃烧器断面位置调整不当

燃烧器在窑断面位置不合理。二次风不足，内风和外风的风量、风速比例不合理，风煤混合不好，这些问题的存在也极易产生还原料。如燃烧器喷嘴愈接近料层，还原料生成愈多，以水平方向靠近料层尤甚。喷嘴靠近料层，火焰铺在物料表面上，火焰中的炭粒紧贴物料向前运行，由于火焰与物料表面间隙变小，氧气含量不足，因而在物料表面产生严重的还原气氛；未燃或正在燃烧的炭粒又容易落入熟料中，落入到熟料中的碳粒减少了与氧气接触的机会，因而产生还原气氛特别是当煤粉细度过粗或使用低挥发份煤时，情况更严重。

（3）煤的燃烧性能差

影响煤的燃烧性能主要有原煤的质量、煤粉质量、二、三次风温、燃烧器性能等。原煤质量差主要指：煤的灰分大、发热量低、挥发份低等；煤粉质量差主要是指细度大、水份大等；二、三次风温低，主要是影响窑头温度，致使黑火头变长；燃烧器性能影响也很大，好的燃烧器能使煤风混合充分而均匀，加速燃烧，改变煤的燃烧性能。由试验及实践发现，当煤的燃烧性能变差，还原料生成量增高煤粉的燃烧性能差，一方面燃烧速度慢，未燃尽煤粒便可能落在物料之上(指出现液相后的物料)，形成还原气氛；另一方面，加大了煤粉分布的不均匀性，使火焰局部由于煤粉浓度高产生还原气氛，甚至沉落于烧成带的物料上，明显地增大黄心熟料的生成，严重时还会产生过多低熔FeO而引起回转窑的结圈。

（4）工艺设备上存在一些问题

如：窑尾系统漏风、篦冷机锁风阀的失控漏风、三次风阀损坏，三次风量变大等，将直接导致窑内通风量减少，易使窑内产生还原气氛；燃烧器喷嘴的严重变形，影响风煤的混合和火焰形状，使火焰局部产生还原气氛；临时止料停窑次数多，有的停窑时间长，中间喷煤补火，造成煤粉大量落在物料上不完全燃，产生还原气氛等，这些都将导致还原料的生。

（5）入窑生料质量的波动

入窑生料成份变化大，尤其是熟料中Fe2O3含量的变化， Fe2O3含量大的熟料，燃烧过程中对还原气氛更加敏感，黄心率大大增加，这主要是由于Fe2O3含量较大，当有还原气氛时，增加了Fe3+还原成Fe2+的机会和数量，导致黄心率增加。另外，在熟料Fe2O3含量正常情况下，随着CaO含量的增加，还原料量增加，主要是由于熟料中CaO含量增加，熟料的易烧性下降，相应地要提高烧成温度，从而增加了窑内的用煤量，当风煤配合不合理时，就产生还原气氛，从而增大了还原熟料的生成。

（6）原料中有害成分

原料中有害成分含量过高，尤其是硫碱比越高，越容易结皮，造成通风不良，加之碱、硫、氯的富集循环与二次扬尘形成的低共熔物造成长厚窑皮及结圈、结球，出现大料团等现象，尤其在长时间停窑保温时更为明显。

（7）生料喂料量和喂煤量大

生料喂料量大，烧成所需热量多，为保证预热器框架温度及烧成温度，势必要加大喂煤量，因喂煤量大，空气相对不足，煤粉不完全燃烧，产生还原气氛，为产生还原料创造了条件，在实际操作中，如不恰当增大窑头喂煤量，将不可避免产生还原料。

（8）系统压力工艺参数控制不合理特别是窑尾压力，还有三次风压力等。

当窑尾负压绝对值低于正常的工艺控制参数时，则窑内通风量减少，可导致窑内煤粉的不完全燃烧，产生还原气氛。在各风道和窑内通风畅通的情况下，三次风压力一般在-300Pa～-600Pa，三次风压力大，比如为-750Pa时，则从窑头抽风多，影响入窑的二次风量，造成窑内空气不足，同样会导致燃料不完全燃烧，形成还原气氛。

（9）系统温度工艺参数控制不合理

窑尾温度：窑尾温度一般在950℃～1050℃。当窑尾温度高时，分解炉缩口易结皮，影响窑内通风，为产生还原料创造条件当温度过高时，液相在窑尾过早生成，熟料易结大块。当窑尾温度低时，烧出的熟料f-CaO偏高。温度过低，则易跑生料。

窑前(指烧成带)温度：当窑前温度高时，火焰发亮。如因生料KH值高、喂煤量大、内风过大、短火急烧，可产生致密性黄心料；如因生料KH低，温度过高，可在窑口下料口篦冷机机堆“雪人”。窑前温度低时，出现黑火头，烧出的熟料中f-CaO偏高，由于燃料的燃烧条件变差，也易出现燃料不完全燃烧。

（10）篦冷机及窑内料层厚度的影响

当篦冷机篦速快时，熟料料层薄，使二次风温下降，从而影响窑前温度，使燃料燃烧条件变差，也易出现燃料不完全燃烧，为产生还原料创造了条件。另外，当回转窑的窑速慢时，回转窑内物料多，填充系数大，一方面减少了窑内通风面积，造成通风不良，不利于热传导；另一方面燃烧器的喷嘴的位置与窑内物料的填充系数关系非常大，当填充系数发生变化时，相对来讲喷嘴接近了料层表面，燃烧器位置不合理，从也为产生还原料产生了条件。