提升水泥熟料质量：科学管理与技术创新实践

水泥技术资料 · 2024-05-30 19:25

摘要：随着水泥行业的日益发展，水泥质量越发得到重视，而熟料优质稳定是水泥质量优质稳定的核心。通过科学地管理办法，从生料配料管理着手，以提高煅烧温度为核心的煅烧温度控制，通过冷却风机的更新换代加强熟料急冷效果，期间辅以科学的监测（气体分析仪）及检测手段（岩相分析），及时对窑内热工制度进行纠偏，形成了闭环管理流程，最终使熟料强度持续高质稳定。熟料强度的提高为后续水泥质量控制打下坚实基础，稳定性提高能够最大程度发挥熟料质量优势，节约水泥成本，最终为三峡牌水泥在市场上核心竞争力提供有利保障。

我公司4800t/d水泥生产线回转窑规格Φ4.8m×74m，窑尾采用2RF5/5000双系列旋风预热器带Φ7.5m×31m在线分解炉。我公司熟料质量发生明显改变的时间节点为2018年7月，7月开窑后，熟料强度均在60MPa以上，与往期同比强度大幅度上升，且熟料标准稠度用水量、易磨性均处于较好水平，稳定性也大幅度上升。熟料质量数据见下表一：

2018年1-6月强度均值58.2MPa，最低月均值仅56.3MPa，变异系数3.2%，2018年8月至2019年5月，强度均值62.1MPa，变异系数较好，仅为2.3%，同时2018年7月后小磨时间有明显下降趋势，标准稠度一直处于较好水平。影响熟料质量以及稳定性的因素很多，本文将从配料、煅烧、冷却以及其他辅助手段等方面出发，总结改善熟料质量经验。

1 配料管理

1.1 生料配料合格率

我公司2018年至2019年5月生料配料三率值合格率见表二：

表二：生料配料合格率

从上表可知：2018年3-7月生料合格率普遍偏低。主要原因为2018年以来，我公司矿山石灰石开采日益艰难，导致石灰石成分波动大，对生料配料稳定性造成一定影响。应对此种情况，一方面采用专人驻点配料，配料人员提前对石灰石各矿点以及边坡料成分进行普查，保证石灰石成分的稳定性；另外，在石灰石换堆前后，加大取样频次，确保配料的稳定性。另外，我公司不同批次原煤灰分含量以及灰分成分波动特别大（见表三），在原煤进厂环节加强了监控力度，提前堆煤，同时对煤的灰分成分进行分析，提前调整生料配料，用以减少熟料成分的波动，通过以上管理措施，使熟料成分合格率明显提升。

1.2 配料方案改变

我公司2018年至2019年5月，熟料三率值见表四：

表四：熟料三率值

2018年7月以前，我公司采用高KH,高SM配料。虽然理论上C3S含量较高，但同时需求煅烧温度以及煅烧时间均要高，而实际生成过程中，煅烧温度难以达到，同时我公司回转窑采用薄料快烧方式，因此C3S往往无法达到理论水平，因此7月后开始适当降低KH和SM配料，提高生料易烧性，使煤料关系更为匹配，增大C3S实际生成量，提高熟料强度。

1.3 碱含量控制

我公司2018年至2019年5月，熟料碱含量见表五：

表五：熟料碱含量

我公司熟料碱含量一直控制较好，基本处于0.6%以下。相关文献表明，当碱含量当碱含量<1%时，对强度的影响还不甚明显,但当碱含量>1%左右时，抗压强度和抗拉强度急剧下降，特别是抗拉强度,当碱含量＞1.8%时，强度突然下降。同时碱含量对熟料需水量影响相似。

我公司R2O主要由页岩带入，我公司各月进厂砂岩页岩R2O含量见表六。我公司边坡土中含部分SiO2及Al2O3,可替代部分页岩代替配料，通过加大边坡的掺入量，减少了页岩用量，可有效控制熟料中的R2O含量，因此我公司R2O一直处于较好水平。各平台边坡土成分见表七。

表六：进厂页岩碱含量

从表六可知，页岩碱含量偏高，均值在2.2%。

表七：边坡土成分

我公司矿山各平台边坡料中均含一定量Al2O3，可代替部分页岩，R2O含量较页岩低，多掺入对碱含量下降有利。

2 煅烧方案调整

2018年7月停窑前，三次风管开度45%（理论，高度900mm），高温风机频率41.5HZ。停窑后，进入三次风管检查发现，三次风管积灰严重，实际三次风管开度更低，从窑内窑皮情况看，窑皮长度长，且窑皮较松，反映出窑内实际温度偏低，导致煤粉燃烧速度偏慢，火焰偏长；因技改高温风机，加上开窑初期生料直接入窑，一直未找到合适参数，通过观察分析，并通知厂家做风量测试，发现预热器总风欠缺，高温风机拉风量偏小，导致窑炉均缺风，窑内呈还原气氛。开窑后，为防止高温风机加大后，窑内通风过剩造成火焰偏长的情况，调高了三次风闸板开度至60%（理论，高度1250mm），后续调整开度至68%（理论，高度1350mm），截止目前三次闸板阀开度已至70%（理论，高度1400mm），三次闸板阀开度的上升，整体预热器系统阻力下降，换热效率提高，预烧效果得以保证，同时加大高温风机频率至42.5-43.5HZ,用以保证窑内风量。整个煅烧方案调整核心为提高煅烧温度，保证C3S的大量生成，为熟料强度提升提供保障。

调整前后岩相图

A矿贯穿性裂纹 A矿贯穿性裂纹消失

从岩相中可看到，A矿贯穿性裂纹消失，说明窑内还原气氛得以改善，呈氧化气氛。

调整前后胴扫对比

调整前

调整后

从对比效果来看，调整后窑内火焰短粗，呈现氧化气氛，A矿贯穿性裂纹现象消失。胴扫显示窑皮较之前短、薄，代表烧成带火焰回缩，窑内温度分布更趋于窑前，煅烧温度得到保证。

煅烧温度得以提升，窑皮短而薄，加之SM的下降，熟料结粒变好，飞沙料变少，窑内通风大为改善，为三次风大开度提供了有利保障，窑内的还原气氛也相应得到改善。另外，对于窑头一次风机调整方向为在保证外轴风压的前提下，通过调整截面积以及阀门开度，将一次风机频率加起来，用以提高一次风量，保证头煤的快速燃烧，缩短火焰长度。

当然由于大的三次风开度以及窑内温度分布更趋于窑前，对于窑皮的维护是一个极大挑战。窑前筒体温度高，可能导致红窑，对此我们通过配料的稳定以及操作稳定，来稳定煅烧热工制度，同时利用窑尾高温气体分析仪，严格控制窑尾NOx的含量，避免温度过高，造成窑皮烧蚀，导致耐火砖损伤。

3 急冷改善

我公司从2016年起，逐年对篦冷机前端效率低的冷却风机进行更新换代，使用性能更为优秀的风机，用以强化提产后高温段的急冷效果，截止现在高温段11台冷却风机已更换7台，我公司篦冷机风机布置详见表八：

其中彩底风机为1-9风室风室风机，其余为充气梁风机，其中5704、5705为固定篦床风机，5707、5737为一风室充气梁风机，5736为二风室充气梁风机，5708为三风室充气梁风机，5709为二、三室充气梁风机，5710、5711为四风室充气梁风机。从2016年至今，总共更换7台风机，分别为5704、5705、5736、5737、5710、5712、5713。

表八：篦冷机风机布置

冷却风机的更换一方面能够保证熟料急冷，另一方面也能够提供足够的风量，来保证窑内呈氧化气氛。另外检修期间重视风室间隔板、篦板与篦板的间隙检查工作（一般检查3-5遍），防止运行过程中的窜风与风短路现象。为保证篦板的通风面积，在开启风机后，派专人对篦板通风进行逐块检查，确保每一块篦板不堵塞，通风良好。具体改善效果见下图：

2018年以前

图一（58.3MPa）

图二（57.8MPa）

图三（59.3MPa）

图四（58.6MPa）

图一为熟料强度58.3MPa岩相，图片中B矿大部分呈手指状，反映慢冷；图二为熟料强度57.8MPa岩相,A矿棱角边缘有较多f-CaO，C3A形状呈大片状，反映冷却速度慢,图三为熟料强度59.3MPa岩相，A矿棱角边缘有较多f-CaO，C3A形状呈大片状，反映冷却速度慢；图四为熟料强度58.6MPa岩相，A矿包裹铁相，反映窑内呈还原气氛，部分A矿棱角边缘有较多f-CaO，为A矿慢冷分解产生。

2018年后

图一(60.1MPa)

图二 (62.4MPa)

图三(62.3MPa)

图四（62.6MPa）

图一为熟料强度60.1MPa岩相，图二为熟料强度62.4MPa岩相，图三为熟料强度62.3MPa岩相，图四为熟料强度62.6MPa岩相。从岩相中可知，窑内呈氧化气氛，C3A形态均呈点线状，冷却效果好。

较多资料及实验证明四种矿物的易磨性为C3S＞C3A＞C4AF＞C2S。急冷效果的加强，有效地防止C3S分解为难磨的C2S，增加了C3S含量，不仅易磨性得到改善，同时强度也得到提高。

4 辅助手段的应用

4.1 窑砖配置

从2017年开始，逐年缩短镁砖的配置长度，缩短易挂结皮区域，配合我公司高三次闸板阀开度设置，可以将窑皮缩短至22m（见下图），采用短焰煅烧的方式，生产优质熟料。目前我公司镁砖使用区域为1.4-22m区域。

4.2 气体分析仪在线使用

我公司长期坚持使用窑尾气体分析仪，气体分析仪投入在线使用，辅助中控窑操作员对窑况的判断，实时保证窑内煅烧气氛，对熟料强度的发挥以及需水量均有积极影响，特别是工况异常时，能够快速判断问题所在，及时采取措施，维护系统稳定。

4.3 岩相分析指导熟料煅烧

公司十分重视岩相分析。一是重视岩相制作质量；二是重视岩相反映的问题。

岩相制作质量至关重要，若岩相制作较差，一些问题从岩相中无法反映，对操作产生误导，为此我公司针对岩相制作与分析，加大了对专业技术人员的培训力度，保证了岩相的制作质量。下图为制作不良岩相与制作良好岩相图片：

未侵蚀好

侵蚀良好

由上图可知，未侵蚀好的岩相图片难以判断各矿物发育情况，难以判断存在何种问题，侵蚀良好的岩相能够清晰明了地判断矿物发育情况、煅烧温度、冷却状况、窑内气氛等。

岩相能够反映很多问题。应对问题，及时采取相应措施。如粗晶硅多，相应调整生料细度；煅烧温度高或低，窑内存在还原气氛，相应调整用煤用风；冷却差，相应调整篦床控制方式等等。

5 经验总结

根据目前熟料较好的情况，结合以上数据，我公司总结了以下经验与措施来保证未来熟料的高质稳定：

5.1 加强生料质量控制，提高生料配料合格率。成份稳定性对熟料强度稳定性提高有明显作用。

5.2 改善生料易烧性。制定合适的成分控制指标，经过多年来嘉鱼公司实际生产状态，KH:0.920±0.01,SM:2.60±0.05，IM:1.55±0.05,成份控制在此范围内，与煤质配合关系最合适，冬季期间IM可提高至1.65±0.05来保证熟料早强。

5.3 煅烧控制

5.3.1 关于三次闸板阀开度，三次闸板阀开度尽可能大，用以保证尾煤的完全燃烧，加强预烧，同时使窑内煅烧温度更为集中，奠定高温煅烧基础；

5.3.2 关于窑内煅烧气氛控制，将窑尾在线气体分析仪使用好，辅助中控窑操作员对窑况的判断，同时结合熟料快速监测还原气氛方法，实时保证窑内煅烧气氛为氧化气氛，对熟料强度的发挥以及需水量均有积极影响。

5.4 冷却制度的调整与控制

关于熟料冷却控制，一是集中操作员管理上，一段采用合适料层控制，不能过厚与过薄，保证熟料急冷，同时一段急冷风机尽可能使用起来，用以保证熟料急冷；二是检修期间重视充气梁清理、各风室隔板间密封、活动梁密封、篦板间隙以及篦板通风面积的工作，防止风室间窜风以及运行期间风短路的现象。

5.5 有害成分控制

密切关注碱含量，镁含量，硫含量以及硫碱比的变化，矿山生产上通过边坡料合理搭配，确保有害成份处于控制范围内。

5.6 重视岩相分析的指导作用

继续加强熟料岩相的重视程度。将岩相中反映的问题与实际煅烧工况相结合，找出合理的解决措施，及时对熟料生产工序进行纠偏。

6 结束语

我公司从生料配料管理着手，以提高煅烧温度为核心的煅烧温度控制，通过冷却风机的更新换代加强熟料急冷效果，期间辅以科学的监测（气体分析仪）及检测（岩相分析）手段，及时对窑内热工制度进行纠偏，形成了闭环管理流程，最终使熟料强度持续高质稳定。未来，还将对熟料变化持续进行跟踪，分析总结经验，为熟料质量持续提升不断努力。

作者：赵晓辉程稳王尉刘晨浩段亚军

原标题：技术 | 浅谈改善熟料质量经验

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