产业峰会 | 齐砚勇：烧成系统操作方法改进可促进水泥行业绿色发展
3月28日上午，由中国水泥网主办的“第十三届中国水泥产业峰会”顺利召开。西南科技大学副教授 齐砚勇为峰会带来了以《碳减排背景下烧成系统操作方法》为主题的精彩报告。
水泥熟料的正常生产是在氧化气氛下进行的，但是当燃料燃烧不充分时会 产生还原气氛。正常状态下，燃料充分燃烧生成CO2，燃料所蕴含的热能全部释放出来，若氧气不足时，煤粉就会不完全燃烧生成CO，产生还原气氛。事实上还原气氛对熟料烧成产生严重的影响，烧成中出现黄心料，熟料易磨性差，并严重影响水泥的颜色。 ......
水泥熟料的正常生产是在氧化气氛下进行的，但是当燃料燃烧不充分时会 产生还原气氛。正常状态下，燃料充分燃烧生成CO2，燃料所蕴含的热能全部释放出来，若氧气不足时，煤粉就会不完全燃烧生成CO，产生还原气氛。事实上还原气氛对熟料烧成产生严重的影响，烧成中出现黄心料，熟料易磨性差，并严重影响水泥的颜色。
（1）还原气氛对回转窑操作的影响（窑后结圈，虽说大窑结圈结球很难但是会影响窑内通风状况）：有专家说：燃料不完全燃烧产生还原气氛是造成预分解系统粘结堵塞的关键原因。究其原因，煤粉的不完全燃烧使窑内产生还原气氛，未燃尽的焦炭离子沉落在窑后段继续燃烧产生大量的热致使窑内提早出现液相，引起后结圈结球，Fe2O3铁在还原气氛下被还原生成FeO，易形成低熔点矿物形成后结圈。
（2）烧成中熟料有黄心料存在：还原气氛下烧成熟料外观呈现正常熟料颜色灰黑色，而内部呈浅棕色到棕黄色不等，随烧成还原气氛严重程度的不同，熟料内颜色的深浅程度也不同，严重时熟料呈棕黄素。究其原因：物料在还原气氛下煅烧，高价氧化物Fe2O3被还原成低价氧化物FeO，大量的FeO进入B矿及玻璃体内，导致黑色矿物C4AF生成量减少而导致熟料黄心。正常熟料磨制的水泥是墨绿色的，而还原气氛下烧成熟料磨制的水泥呈灰黄色，水泥用户往往担心灰黄色水泥存在质量问题而不敢放心使用。
（3）影响水泥熟料化学组成和矿物组成的影响：有实验指出，与正常煅烧的熟料相比，还原气氛下烧成的熟料中氧FeO的含量增加1.60%，f-CaO的含量增加1.71%，C2S含量增加8.14%，C3A增加2.84%，而C3S含量降低8.80%，C4AF含量降低4.59%。主要是因为水泥熟料在还原气氛下烧成,引起了熟料体系中可变价元素Fe的变化, 即Fe3+还原成Fe2+( 熟料中未发现单质Fe 的存在) , 使熟料体系中FeO 含量明显增加; 而且, 由于Fe 元素的价态变化, 将影响熟料体系中铁相的形成， 使熟料中C3A的含量增加, A 矿的稳定性降低, 在A 矿晶体内部发生成分离析而形成二次B 矿和f-CaO。因此, 导致熟料体系中C4AF、C3S形成量减少, 而C2S、C3A、f-CaO 含量增加。
（4）导致A矿分解影响熟料质量:通常认为在熟料体系中，A矿是在液相中结晶形成的，一般有两种生长模式，稳定生长和不稳定生长。稳定生长的A矿典型特点就是内部包裹物少，杂质含量低晶体形态规则，晶体结构缺陷少；不稳定生成的A矿内部含有大量的包裹物，晶体内杂质含量高，晶体形态不规则，晶体结构缺陷多。特别是熟料在还原气氛烧成时，中间相矿物的结晶速度较快，熟料 结构中将产生较大的拉应力，A矿以不稳定模式生长，内部含有大量包裹物。另外，A矿晶体断面有特殊条纹构造，是由于固溶于A 矿中的Fe2+重新被氧化成Fe3+引起A 矿分解成B 矿所致。由于熟料在还原气氛下烧成, Fe2+取代了部分Ca2+进入C3S 晶格中, 当熟料出炉在空气中冷却时, Fe2+又重新被氧化成Fe3+,Fe3+不能取代C3S 晶格中Ca2+, 在氧化过程中从碱性组分转变为酸性组分, 夺取A矿中的Ca2+化合形成CFe, 这些离子的迁移导致A 矿结构不稳定而分解出B矿。
为防止窑内还原气氛的形成，保证窑内燃料的充分燃烧。我们需要控制好煤粉的细度及水分，保证窑内通风顺畅，合理匹配风量与煤量.
（1）还原气氛对回转窑操作的影响（窑后结圈，虽说大窑结圈结球很难但是会影响窑内通风状况）：有专家说：燃料不完全燃烧产生还原气氛是造成预分解系统粘结堵塞的关键原因。究其原因，煤粉的不完全燃烧使窑内产生还原气氛，未燃尽的焦炭离子沉落在窑后段继续燃烧产生大量的热致使窑内提早出现液相，引起后结圈结球，Fe2O3铁在还原气氛下被还原生成FeO，易形成低熔点矿物形成后结圈。
（2）烧成中熟料有黄心料存在：还原气氛下烧成熟料外观呈现正常熟料颜色灰黑色，而内部呈浅棕色到棕黄色不等，随烧成还原气氛严重程度的不同，熟料内颜色的深浅程度也不同，严重时熟料呈棕黄素。究其原因：物料在还原气氛下煅烧，高价氧化物Fe2O3被还原成低价氧化物FeO，大量的FeO进入B矿及玻璃体内，导致黑色矿物C4AF生成量减少而导致熟料黄心。正常熟料磨制的水泥是墨绿色的，而还原气氛下烧成熟料磨制的水泥呈灰黄色，水泥用户往往担心灰黄色水泥存在质量问题而不敢放心使用。
（3）影响水泥熟料化学组成和矿物组成的影响：有实验指出，与正常煅烧的熟料相比，还原气氛下烧成的熟料中氧FeO的含量增加1.60%，f-CaO的含量增加1.71%，C2S含量增加8.14%，C3A增加2.84%，而C3S含量降低8.80%，C4AF含量降低4.59%。主要是因为水泥熟料在还原气氛下烧成,引起了熟料体系中可变价元素Fe的变化, 即Fe3+还原成Fe2+( 熟料中未发现单质Fe 的存在) , 使熟料体系中FeO 含量明显增加; 而且, 由于Fe 元素的价态变化, 将影响熟料体系中铁相的形成， 使熟料中C3A的含量增加, A 矿的稳定性降低, 在A 矿晶体内部发生成分离析而形成二次B 矿和f-CaO。因此, 导致熟料体系中C4AF、C3S形成量减少, 而C2S、C3A、f-CaO 含量增加。
（4）导致A矿分解影响熟料质量:通常认为在熟料体系中，A矿是在液相中结晶形成的，一般有两种生长模式，稳定生长和不稳定生长。稳定生长的A矿典型特点就是内部包裹物少，杂质含量低晶体形态规则，晶体结构缺陷少；不稳定生成的A矿内部含有大量的包裹物，晶体内杂质含量高，晶体形态不规则，晶体结构缺陷多。特别是熟料在还原气氛烧成时，中间相矿物的结晶速度较快，熟料 结构中将产生较大的拉应力，A矿以不稳定模式生长，内部含有大量包裹物。另外，A矿晶体断面有特殊条纹构造，是由于固溶于A 矿中的Fe2+重新被氧化成Fe3+引起A 矿分解成B 矿所致。由于熟料在还原气氛下烧成, Fe2+取代了部分Ca2+进入C3S 晶格中, 当熟料出炉在空气中冷却时, Fe2+又重新被氧化成Fe3+,Fe3+不能取代C3S 晶格中Ca2+, 在氧化过程中从碱性组分转变为酸性组分, 夺取A矿中的Ca2+化合形成CFe, 这些离子的迁移导致A 矿结构不稳定而分解出B矿。
为防止窑内还原气氛的形成，保证窑内燃料的充分燃烧。我们需要控制好煤粉的细度及水分，保证窑内通风顺畅，合理匹配风量与煤量.
编辑：姜立东
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