水泥回转窑熟料结粒过程与操作控制

水泥回转窑熟料结粒过程与操作控制

  搞水泥工艺的人最关注的是篦冷机出来的熟料，在没有正真获得化验结果之前往往一天要观察N次，但是观察就是观察，观察完了也没有啥好办法。有的人还调调配料或改变下率值，但是往往也达不到预期效果。久而久之就是看、就是盼，起到的作用就是在领导问的时候能正确回答。那么为什么是这样呢？在这里我想从熟料的形成到出窑入库，到企业全面工艺管理模式，再到工艺质量操作做一个全面的分析，加上自己的判断，以此帮大家明白出窑熟料外观缺陷形成的原因，以便为大家提供一个工艺管理的新思路。

  国庆节是由一个国家制定的用来纪念国家本身的法定节假日。它们通常是这一个国家的独立、宪法的签署、元首诞辰或其他有重大纪念意义的周年纪念日；也有些是这一个国家守护神的圣人节。

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  硅酸盐水泥熟料（简称水泥熟料）是一种由主要成分CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的多种原料，按适当比例磨成细粉，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要矿物成分的产物称为水泥熟料。

  这里需要强调的一句是烧至部分熔融。也就是说没有熔融状态出现就不会生产出合格的硅酸盐水泥熟料。只有在至少是部分熔融的状态才能够生成硅酸盐水泥熟料，也正是因为部分熔融状态才使得我们的熟料煅烧和形成出现难以控制的问题（后续细谈）。

  这个过程主要发生在一级筒、二级筒和三级筒之内。它是物料在常温至450°C的时候吸热及干燥过程的脱水反应，也包括吸热后脱去物料中的化学结合水。在这一反应过程中，并不存在熔融状态，所以他对熟料质量及外观影响很小，我们大家可以忽略不计。

  当物料温度上升到600℃以上时，石灰石中的碳酸镁和原料中夹杂的碳酸镁开始分解，达到700°C以上是碳酸钙开始反应，主要发生在四级筒、分解炉和五级筒内，窑内过渡带也有一部分。

  碳酸镁和碳酸钙的剧烈分解温度分别是750℃和900℃。但是碳酸钙在预热器内的反应并不是完全取决于温度，他还取决于生料的易烧性（这是很难想得通的一个问题，在这里暂且不讨论）。单指碳酸盐分解这一过程其实也不存在熔融状态，问题是有害成分的参与就改变了预热器内的状态。理论上钾在759°C前就开始熔融，达到759°C挥发，在熔融状态下它和其他的物料粘附到一起，在预热器的管壁上冷凝就是结皮。挥发后的有害于人体健康的物质冷凝过程同样是结皮的过程。所以说在碳酸盐分解的过程，液相就开始影响熟料生成的过程了。

  硫碱氯挥发的温度要高一些。当这些物质挥发后它会随着高温气流重新再回到预热期内，在条件允许的情况下与物料被冷凝凝固下形成结皮。还有的微量元素或有害成分，虽然没形成结皮粘附在管壁上，但是由于在出现液相的阶段就与物料粘附在一起，形成小球（窑内结球的球核），随着入窑的物料前移，越滚越大，特别是窑内有圈的时候，就会形成“蛋”。包括预热器的结皮，在脱离管壁的时候也就容易形成窑内大蛋的球核，同样对煅烧不利、对出窑的熟料质量和外观都不利。

  当生料经过预热器、分解炉后90%以上的碳酸钙被分解为CO2和CaO，然后通过五级旋风筒收集经下料管、烟室斜坡进入窑尾。而此处属回转窑碳酸盐分解带，承担了剩余不足10%的未分解的碳酸盐分解工作量。当碳酸钙吸收热量全部分解生成氧化钙后，就进入到了过渡带。在过渡带末端物料发生少量的固相反应，并伴随出现部分液相。但此处的窑砖受内外温度的影响冷热变化大，窑皮时有时无。物料继续前行，由于窑内温度的快速上升，加之固相反应产生放热，物料温度随之快生，产生更多的液相量。当物料越过过渡带时液相大量出现，这时由于液相量的大量出现给予硅酸三钙的形成创造了更好的机会，使得硅酸二钙吸收一个氧化钙形成硅酸三钙。此处就是回转窑的高温带。

  此处的衬料耐火砖表面也达到一定温度，当耐火砖随着回转窑旋转暴露到物料外部时，耐火砖的温度逐渐升高，待耐火砖随窑旋转至接近物料时，此时耐火砖温度最高，当耐火砖随窑继续旋转到物料下面时，由于耐火砖比物料温度高，就将热量传给物料，这时物料的液相量增多。同时受窑筒体散热的影响耐火砖温度也在下降，当回转窑筒体继续旋转运行，耐火砖进入物料中部时，由于耐火砖在物料下方，没能够吸收到窑内煤燃烧释放出的热量，同时耐火砖还通过筒体向外散热，所以耐火砖温度快速降低。这时液相物料接触耐火砖时，物料就被冷凝在温度下降的耐火砖上。当耐火砖随着回转窑继续运行至物料最高端，直至超过物料暴露在回转窑内的热气流中时，此时的耐火砖温度最低，耐火砖上面被冷凝、粘附的物料达到最多。当耐火砖随回转窑继续运行，耐火砖及被冷凝的物料暴露在高温气流中，此时被冷凝的物料首先吸热升温，并把吸收的热量传给耐火砖，这时耐火砖和、物料温度共同上升。当粘附在耐火砖上的物料温度上升到某些特定的程度，物料又慢慢的出现液相，随着温度上升，液相量加大、黏度降低。当达到某些特定的程度时，粘附在耐火砖上的物料形成的液相量被熔融后，自然下垂落入回转窑下部的物料中。耐火砖上的物料——窑皮会逐渐变薄，耐火砖随着回转窑继续运行，当耐火砖到达回转窑下边和物料接触时，温度最高，所粘附的物料最少，也就是窑皮最薄。当耐火砖随窑运行再次进入物料时，这时又把热量传给物料，物料形成更多的液相，再经冷却又粘附到耐火砖上。周而复始，窑皮一次次在加大、加厚。当物料粘附在耐火砖上并达到一定厚度时，由于窑皮、耐火砖共同的隔热能力，使回转窑窑内的温度通过耐火砖和筒体散发出的热量不断减少，耐火砖暴露在高温火焰中熔融的粘附料和耐火砖在物料中被冷凝下来的粘附物料相同时，即耐火砖粘附的物料和熔融的物料平衡时，冷凝粘附物料就不会再增长，这就是我们所指窑皮。而此时的物料经过固相反应形成C12A7、C2F、C2S；再后来生成C3A、C4AF。当温度上升到1300℃以上时，C3A、C4AF等熔剂矿物变成液相时，C2S与CaO溶解在高温液相中，C2S吸收一个CaO生成C3S，此时熟料烧成。当窑皮继续增长、增厚就会形成窑圈，对煅烧出窑的外观品质影响很大。

  当C2S吸收CaO生成C3S后，并大部分CaO被吸收后（剩余熟料中不超过1.5%）就是合格熟料，这时熟料就进入冷却带，温度开始下降，大约在1250℃左右被排除窑外进入篦冷机。在篦冷机内经过快速冷却破碎后进入输送设备。这就是熟料的整个反应生产过程。

  事实上出窑熟料的外观（只谈外观不谈质量和易磨性）受原燃材料不同、三率值不同、窑内的煅烧状况不同、冷却条件不同，所出现的外观品质大不相同。然而一个好的工艺管理者的确应该通过出窑熟料的外观就能够判断出熟料的煅烧状况及配料状况。并可以通过熟料的外观及时进行工艺调整，使之烧出外观品质较好的熟料。

  首先说熟料外观要颗粒均匀，圆而光滑，颜色一致，无粉状或细状物料，无黄色呈灰绿色或灰色。砸开后有微孔，闪亮晶体，无熔融痕迹，输送机上无红料现象。应该说该熟料外观就是较好的，煅烧过程属于较好状态。

  事实上由于前边所说的影响煅烧的因素很多，出窑熟料不可能达到这样的完美，有的不结粒，有的结大蛋、有的既有大块也有细料、有的有黄心、有的有黄料、有的有黄块、有的有白块、有的出现熔融状态的大块，更不可思议的是的出现灰绿色等等，出窑熟料的外观各不相同。

  那么影响熟料外观品质有哪些呢？真正影响结粒的核心问题就是回转窑窑皮。这才是我们真正需要探讨问题。

  有的专家说是液相表面张力的原因。液相表面张力是液相的重要性质，液相表面张力大易结粒；有专家说粘度的问题。不同成分熟料的液相粘度值是不同的，液相粘度还与温度有关，随温度上升而下降，一般说来液相粘度值减少，有利于熟料结粒。有的理论说是液相量的问题。的确理论上是熟料液相量太少不易结粒，太多易结成致密的大块熟料；这些我不反对，我也不能反对。

  但是我需要说的是熟料的液相量是烧成温度决定的，而非是配料配出来的。生料的配比液相量在22-32%不等，过高液相量出窑熟料不一定都是大块；过低液相量不一定都是飞砂的（飞砂一定是N值高，但是不同的窑型，不同的工艺条件对熟料的N只要求不同，有些时候2.5的N值就会飞砂，有的窑2.8的N值也不飞砂）。

  还有的人说是液相粘度和液相量的问题，铁多液相量多，铝多液相粘度大。至于铁和铝的关系就拿道路水泥的高铁配料，抗硫酸盐水泥熟料的低铝氧率配料举例，0.7的P值，出来的熟料与普通水泥熟料1.7的P值结粒没有一点区别，这是事实。至于所谓的液相量大，减点煤液相量就变小了，没那个操作员是傻子，明知电流已经很高了还在加煤。

  事实上出现结粒不好的熟料，特别是有大有小颜色不一的熟料，你无论如何改变配料都无法改变结粒状况，这也是事实。

  前边所说的是不能解决熟料结粒的问题，那么结粒不能解决吗？我认为能，其实两种办法就能完全解决熟料结粒不均匀的问题。

  把回转窑正常煅烧状况下的窑皮调整好，窑皮达到短而薄，（200mm以下），均匀平整无凹凸现象，窑皮稳固不变化（不经常掉窑皮）高温带以后至窑尾无窑皮。

  其实烧窑技术的好坏关键就是看回转窑窑皮，窑皮好就能证明技术棒。窑皮不好证明技术差。

  试想，均匀，短而稳的窑皮，所来物料均匀通过，他不会给予物料造大球大蛋的机会。由于通过的时间基本相同，煅烧温度吸热的时间基本相同，所出来的物料结粒大小基本相同，颜色基本相同。

  如果是在结圈的情况下，前边说过的有害成分形成的球核，真就成为了结大球的球核。当球核从预热器入窑后，随着物料向前移动，遇上结圈就被圈挡住了，无法向前。小料球就在圈前随窑旋转运行，不断吸收冷凝有害成分，料球也就越滚越大，当他的圆周曲面超过结圈的厚度后球才能够爬过圈继续前行。当他越过一道道圈，个子也会越长越大。圈越大，个子也会越大。同时由于结圈或者是窑皮厚度不同，没有成球的物料速度也就不同。当物料运行在低窑皮处就会快速通过，当物料运行到厚窑皮处就慢速通过，这样一来物料甚至来不及结粒就快速通过了高温带，甚至不只是不结粒，熟料的颜色也会不正常。

  话又说回来，要想达到前边说的平整窑皮很难，因为这是每一个回转窑工艺管理者都想要达到目的。那么能不能够达到这样的窑皮？事实上完全能。不过要达到这样的一种情况在有技术的基础上，还要配备一个好枪（燃烧器），否则也是办不到的。

  现在市面上的燃烧器良莠不齐，虽然宣传得都很好，实际上的确有很差的，还可以说有的燃烧器你干脆无法调整到理想的窑皮。因为今天探讨的是结粒，这里不对燃烧器进行讨论。

  的确前边所说的结圈很关键，但是没有易烧性好的生料做配合，虽说出来的熟料没有特别大的球，但是不代表没有小球，也不代表没有熔融状态下出现的料球。

  要知道易烧性差的生料进入窑内煅烧，火头要顶料烧，煤耗就高，燃烧往往会不充分，热量也会分布不均，就会造成物料受热不同，有可能会出现熔融料块。即便燃烧充分，由于易烧性差，熟料形成需要的烧成温度高，液相量就会大，出来的熟料结粒就会明显偏大，势必会影响熟料的冷却。所以说即便是窑皮很好，由于没易烧性好的生料烧出来的熟料外观虽说是可以但是绝对不算最好。关于生料易烧性问题由于篇幅有限不再探讨，如有必要请在本微信公众号内搜索：《探讨水泥（水泥生产）生料易烧性问题》。

  通过实施以上措施，并达到该要求，可以说煅烧出来的熟料结粒绝对好，但是不敢说一定颜色好。要知道颜色是由三氧化二铁决定的，铁多烧出来的熟料颜色发青，铁少烧出来的颜色发灰。这是因为熟料的四种矿物除铁铝酸四钙外都是无色的，只有铁铝酸四钙是青色的。他们结粒相溶到一起就都变成了青色。当熟料中的铁铝酸四钙少的时候熟料的颜色就会发灰，但是与结粒和烧成温度都无关。

  出窑熟料中掺有白块，主要是由于熟料中的有害成分高造成的，特别是氯离子高造成的。氯离子挥发点低，在窑尾不断循环富集，容易低温下产生液相，与物料包裹在一起形成球核。在窑内结圈的作用下，特别是受窑尾形成的硫碱圈影响，在未经高温只经过碳酸盐分解的情况下就已形成较大的球体，在高温带没办法形成高温，更不可能形成硅酸三钙，只是以氧化钙的形式存在与熟料中。当被破碎机破碎后出来的当然就是白块。

  出窑熟料细粉多是由多种因素影响的，如飞砂、烧成温度低跑黄料、结圈等。飞砂的缘由是降低N值，不考虑现在的N值是多高。因为前边已经说过不同的窑型、不同的工艺、不同的原燃材料回转窑适应的N值高低不同。至于其他的方式本人不能说不对，但是你调整起来费劲，只要大点降N值，烧到该料窑况就会好转。

  跑黄料就不必多说了，大点减料，迅速恢复窑况。结圈造成的就按照前边所说处理窑圈。

  黄心料的产生就是煤粉没完全燃烧后落入熟料中造成的，至于其他的介绍通风不好，配料造成、煤粉水份或者是细度的原因等等可信可无。只要把燃烧器和二次风结合好，调整好，黄心料就没了OK。

  出现红料的因素多一点，掉窑皮、结大蛋大球，都能影响。当然篦下风机配置不合理也会造成出篦冷机红料。在这里说一下红料和结“雪人”的共同点——未燃烧净的煤粉裹在熟料中进入篦冷机后出现二次燃烧，轻者出现红料从篦下输送机送出，重者出现结“雪人”现象。工艺工程师的工艺管理一定要避免煤粉进入篦冷机进行二次燃烧是关键性的工作。（要想了解详情请在本公众号内搜索《篦冷机结“雪人”原因及避免方法》）。

  影响熟料结粒的因素理论上很多，但是根据本人的经验只要抓住重点，通过调整燃烧器（当然要可控的燃烧器——要什么样的窑皮就会出什么样的窑皮）和改变配料方案，就能够很好地解决结粒的问题。以上观点为个人自己的观点仅供参考。

  国庆节是由一个国家制定的用来纪念国家本身的法定节假日。它们通常是这一个国家的独立、宪法的签署、元首诞辰或其他有重大纪念意义的周年纪念日；也有些是这一个国家守护神的圣人节。

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