永丰南方用高镁石原料生产熟料的措施

  摘要：5000t/d新型干法水泥生产线其石灰石矿山质量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO2：0.50%～4.00%）差异性波动大，原料主要表现在高镁、高硅、低钙石，通过矿山开采的精细化管理，多点搭配装车进厂等措施，满足水泥熟料生产用原料的基本要求。

  江西永丰南方水泥有限公司一条5000t/d新型干法水泥生产线，于2010年6月28日竣工投产。其石灰石矿山质量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO₂：0.50%～4.00%）差异性波动大，石灰石原料品质主要表现在高镁、高硅、低钙石，通过矿山开采的精细化管理，多点搭配装车进厂等措施，才能满足水泥熟料生产用原料的基本要求。

  1   MgO对熟料煅烧的影响

  1.1  MgO在煅烧过程中的表现

  （1）熟料煅烧时，生料中MgO：2.50%～3.00%和熟料矿物结合成固熔体，此类固熔体甚多，例如：CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·2SiO₂、3CaO·MgO·2SiO、7CaO·MgO·2Al₂O₃、3CaO·MgO·2Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、MgO·Fe₂O₃以及C₃MS₂等等，此类化合物的稳定温度在1200～1350℃，同时它还可能含有一些微量元素。

  （2）在温度超过1400℃以上时，MgO的化合物会分解，且从熔融物中结晶出来。

  （3）当熟料中含有少量细小方镁石晶格的MgO时，它能降低熟料液相生成温度，增加液相数量，降低液相粘度，增加液相表面张力，有利于熟料形成和结粒，也有利于C3S的生成，还能改善熟料色泽。

  （4）当熟料中粗大方镁石晶体的MgO超过3.0%时，则易形成方镁石晶体，导致熟料安定性不良。

  （5）当氧化镁（MgO）含量过高时，则易生成大块、结圈和结厚窑皮，以及表面呈液相的熟料颗粒，此类熟料易损坏篦冷机篦板。

  1.2  MgO对熟料结粒的影响

  1.2.1  煅烧中液相对熟料结粒的影响

  （1）窑内熟料颗粒是在液相（熔体）作用下形成的，液相在晶体外形成毛细管桥。

  （2）液相毛细管桥起到两个作用：一是使颗粒结合在一起，另一作用是作为中间介质，使CaO和C2S在熔融态内扩散生成C3S，颗粒的强度取决于毛细管桥的强度，桥的强度即连接颗粒的力随液相表面张力和颗粒直径的降低而增加。

  （3）毛细管桥的数量又和颗粒直径的平方根成反比。要结好粒，必须有足够的液相，并要求颗粒在液相内分布均匀，形成较高的表面张力，较低的液相粘度，适宜的结粒时间和温度等。

  1.2.2  MgO对液相性质的影响

  1.2.2.1  液相量

  由液相量计算公式可知，MgO对液相量有较大的影响，其计算公式为：1450℃时液相量：L=3.0Al₂O₃+2.25Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+MgO，液相量在25%～28%时，对结粒最有利。当MgO含量超过2%以上的值乘以系数1.5计。

  1.2.2.2  液相表面张力

  液相表面张力是液相的重要性质，与熟料结粒有直接关系。液相表面张力增大易结粒，熟料颗粒的大小与液相表面张力呈良好的线性关系。

  液相的表面张力与元素外层电子的负电性有关（见图1），有些元素如K、Cl、S的表面张力值较低，不利于结粒；而Mg、Al等元素的表面张力值较高，有利于结粒。

  1.2.2.3  液相粘度

  MgO仅对液相粘度有较小的降低作用（图2）。熟料在1450℃含25%～35%液相时，粘度为0.16Pa·S，表面张力0.58N/m，含有MgO等化合物后的液相表面张力和液相粘度均发生变化，影响熟料的结粒（见表1）。

  2  MgO对熟料强度的影响

  MgO存在于熟料内，会影响CaO的数量，因而MgO在一定程度上影响熟料的强度。为缓和MgO对熟料强度的影响，在熟料生产中，应尽量提高石灰饱和系数和硅酸率，相应提高C3S和C2S的含量，以提高熟料的强度。

  3  MgO对产品安定性的影响

  在硅酸盐水泥熟料中，MgO的固熔体总量可达2%，多余的MgO即结晶出来呈游离状方镁石，就会产生有害作用。所以应对它有所限制。

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  4   缓和高MgO原料对质量影响的对策

  4.1  矿山开采工作的精细化管理

  针对矿山石灰石质量的复杂性，采用多点开采，灵活控制手段。为此，加大矿山开采质量的监控力度，质控处抽调专人负责矿山开采现场监督与钻孔样品的采集与分析，根据每次检测结果及时制定阶段性科学合理的搭配装车方案进行调控，指导矿山开采工作的精细化管理能持续有效进行，做好石灰石原料矿山开采方案实施，确保开采进厂石灰石质量波动在合理的预控范围之内，基本满足熟料煅烧用石灰石原料的质量之需。

  4.2  做好生料配料和均化工作

  第一步是合理搭配装车；第二步是严格实行自动连续堆料预均化工作；再是桥式取料机按照进一步均化的方式进行取料入原料配料站供生产配料之用，这样就可以将石灰石质量的波动控制在本阶段要求的合理范围内，确保入磨石灰石品质（CaO：50.0±1.0%；MgO：2.5±0.5%；SiO₂：1.5±0.5%）基本稳定，生料中MgO含量较稳定、均匀入窑。

  当出磨生料中含有不同MgO含量时，其石灰饱和系数应作如下调整：

  ①不含MgO时，LSF=100CaO/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ② MgO<2%时，LSF=100（CaO+0.75MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ③ MgO>2%时，LSF=100（CaO +1.150 MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）。

  4.3  控制合适的液相量、液相表面张力、液相粘度

  液相量是熟料结粒的重要因素，在计算液相量时，应注意MgO超过2%时的校正系数，还应考虑碱含量的因素。为缓和MgO对液相量的影响，在提高熟料质量的前提下，适当提高石灰饱和系数及硅酸率值，减少Al₂O₃和Fe₂O₃的含量，减轻MgO对液相量的影响，相应减缓结大球的趋势。同时KH值和SM值增加，增加了CaO、SiO2的含量，也增加了C3S和C2S的生成量及熟料煅烧温度，有利于提高熟料强度。

  （1）生料中MgO含量较高且易烧性较好、SiO2的易磨性好且颗粒较细、碱含量与硫含量对液相粘度影响不大时，C2S有利于与CaO结合生成C3S，则SM值可提高至3.00甚至更高，在生产过程中结粒均齐，fCaO含量较低，熟料强度较高。

  （2） 生料中MgO含量较高但易烧性较差、SiO2的易磨性差且颗粒较粗，此外原料中带入的碱含量较高时，对液相粘度影响较大，不利于液相中的C2S与fCaO结合生成C3S。

  在生产过程中，为缓和MgO对液相量的影响，可提高SM值；但SM值提高后，更不利于生成C3S，易使fCaO含量偏高（2.50%～3.80%）；为降低fCaO含量，生产时提高烧成温度，但又易增大C3S的晶格易形成飞砂料，不利于熟料强度的提高；这种工况，SM值是很难真正提高的。

  通过几个月的生产实践表明：为了改善生料易烧性的不一致性，将其生料细度（颗粒级配）控制在17%～19%，生料率值（KH：1.02～1.06；SM：2.7～2.90；IM：1.5～1.70），基本前提是石灰石中MgO含量不等且晶体大小有别，另外带入生料的原燃料中碱含量也不一致，此时只能结合实际状况，通过分析，找出优化点，进行微量调节，使熟料强度保持在3d：3.5～4.5/32～36.5MPa；28d：7.8～8.6/62.0～64.5MPa水平。

  4.4  中控操作措施

  （1）在生产过程中，适当加大窑尾风机风量，控制煤粉细度≤2.0%，使火焰集中，减少窑内还原气氛，适当降低窑尾烟室温度，避免硫酸盐在还原气氛下分解造成窑后部结长厚窑皮，减缓MgO含量较高的生料在高温下出现结圈、结蛋，避免进一步加剧窑内通风不良、还原气氛加重的恶性操作状况的产生。

  （2）适当加快窑速，即由原来2.8～3.0r/min加到3.2～3.6r/min；减少结厚窑皮的几率。

  （3）避免窑头过烧，在保证熟料质量合格的前提下，适当减少窑头煤粉用量，降低出窑熟料温度，减少表面带液相的大块熟料落入篦冷机内损坏前端篦板，或形成表面带液相的大晶格粉状熟料，在冷却机进料口处粘结成雪人。

  （4）加强篦冷机高温端通风，使熟料急冷，有利于形成小晶格的MgO矿物，相应减缓MgO水化的膨胀影响。

  5  结 论

  （1）MgO是熟料矿物中最多的有害成分，对熟料煅烧、结粒、强度以及安定性均带来一定的影响。

  （2）在生产过程中，当遇到MgO含量偏高、波动对水泥熟料煅烧造成影响时，应分析生料的易烧性及颗粒级配，结合MgO的含量以及原、燃料带入的碱（R₂O）、SO₃的状况，作出判断，进行测算，并对熟料率值进行调整，进行必要的试烧，在取得成功的基础上，进行工业化生产，必将使系统呈现工艺事故率低、熟料产品优质高产、低消耗的良性生产状况。