钢渣配料在预分解窑上生产高标号熟料

  摘要：在预分解窑上利用钢渣配料，该公司通过一年的试验摸索，采取改进措施，调整配料方案，改进煅烧操作方法，解决了预热器系统结皮堵塞，窑内结圈、长厚窑皮等工艺故障，熟料标准煤耗下降，产质量提高，延长了窑内耐火材料使用寿命，收到较好的效果。

  1 钢渣的性能

  钢渣是炼钢过程中，为除去铁中的硫、磷等有害元素，加入石灰石、萤石，硅铁粉形成的废渣，钢渣成分中的FeO、P₂O_5，CaO能够在熟料煅烧中起到矿化和晶种作用，Fe₂O₃的熔点为1560℃，而FeO的熔点为1420℃，能降低熟料的液相生成温度和液相粘度，提高C2S与CaO在液相中的扩散速度，促进C3S晶体的发育成长，P2O5含量较少，一般在1.5%左右，掺入后不会影响水泥性能，而且P2O5是β-C2S的晶格稳定剂，能够阻止α-C2S在675℃时转变为γ-C2S，防止熟料粉化，CaF₂是一种良好的矿化剂， CaO不需分解能够直接参与固相反应，不仅能降低熟料的热耗，同时还能诱导C3S的形成。

  2 原材料的成分及配比

  用钢渣替代铁粉、用粉煤灰替代粘土，采用四种组分进行配料，其原材料的成分见表1。

  3 生产中暴露的问题

  钢渣配料在两条1200t/d线应用，煅烧过程中出现一系列工艺问题，主要表现在：

  （1）熟料的液相量增加。烧成带窑皮偏厚，且较致密，窑皮厚度达到60cm，窑皮长度较原来长出2~3米，减少了窑的有效容积，影响窑内通风及熟料煅烧。窑负荷增加，主电机电流升高，窑内填充率升高，窑尾出现冒灰现象。

  （2）五级下料管及锥体出现结皮、堵塞。使用钢渣配料后，四、五级预热器锥体及下料管常出现结皮现象，每周要人工清堵一次，平时要每班都检查锥体及下料管，并进行振打清理，预热器每次结堵，需要停窑处理8~12小时，严重时要处理24小时，影响生产。

  （3）易长副窑皮。停窑检查，后过渡带有一层较为疏松的副窑皮，厚度约有60~100mm，停窑后转窑会自然脱落，但在生产时会影响窑内通风。窑尾烟室出现较严重的结皮，造成负压增大，除定期用空气炮吹堵外，还要人工进行捅堵清理。

  （4）窑前出现憋火现象。熟料外观颜色发黄，黄心料增多。

  4 原因分析及采取的措施

  4.1 原因分析

  （1）熟料颜色发黄、黄心料多

  钢渣、硫酸渣、铁矿石都是铁质校正原料，但其中Fe元素的价态不一样，呈现不同的颜色，硫酸渣主要是Fe2O3，Fe元素为3+价态，颜色为红色，而钢渣中有FeO成分，Fe元素有2⁺价态，属亚价态铁，呈黄色，在熟料煅烧过程中，Fe元素以3⁺价态时，熟料呈青黑色，而Fe元素以2⁺价态时，熟料呈黄色。造成二价铁的原因较多，首先是原材料的带入，钢渣本身含有亚价态铁，在窑内煅烧时，不能得到充分氧化，完全氧化成三价铁，导致熟料颜色发黄。这是钢渣本身造成的。钢渣较难磨，颗粒粗，在窑内煅烧时，与氧接触的面积小，氧化反应不完全，易形成还原气氛，使熟料颜色发黄，黄心料增多。造成熟料颜色发黄的另一原因是大块熟料，由于窑内易结大块，大块料中心煅烧不充分、欠烧，破碎后小料块便呈黄色，黄料的主要成分是未烧结的生料，比较疏松，游离氧化钙高，强度低，是熟料外观颜色发黄的主要原因。

  （2）预热器及下料管结堵

  用钢渣替代铁粉配料，钢渣与铁粉成分及结构截然不同。

  由于钢渣成分与熟料成分相近，起到晶种和矿化作用，使液相出现温度降低。同时，钢渣中MgO含量较高，物料的最低共熔点降低。经五级旋浮预热器预热及分解炉分解，液相在五级锥体出现，粘结在预热器锥体及下料管，形成结皮，多次结皮使管路不畅，便形成堵塞。过早出现的液相料，遇到漏进的冷风后液相立即固化，在管壁上形成结皮，使下料管下料不畅，出现结皮堵塞的恶性循环，预热器及下料管结堵，主要原因是钢渣配料液相出现得早，液相量增多所致。

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  （3）时有欠烧料，夹心料产生

  钢渣配料，生料易烧性较好，在烧成带出现液相的温度降低，液相量相应增加，加之钢渣中氧化镁含量较高，增加了熟料液相含量，易结厚窑皮，烧成带窑皮增长，增厚，逐步形成副窑皮。随着窑的运转，窑皮会时掉时挂，掉落的窑皮在窑内形成大块料，同时，因为熟料块内部煅烧不充分，就有欠烧料、夹心料产生。

  （4）熟料液相量高，液相粘度低

  钢渣代铁粉后，熟料三率值不适应窑煅烧工艺的要求。钢渣不同于铁粉，除含有Fe₂O₃外，更主要的含有与熟料成分相近的矿物，已进行了固相反应，同时含有较高的MgO，液相出现的温度降低，液相量相应提高。因此，原来的熟料三率值应进行调整，要适当提高熟料的硅率，降低液相含量和液相粘度。

  4.2 生产中采取的措施

  （1）调整熟料的率值控制指标，降低熟料的液相含量，适当提高熟料的KH值和硅酸率，见表2。

  熟料的率值控制指标调整后，矿物组成见表3。由表3可见，熟料的液相量降低0.9%，三天强度由28.9MPa提高到30.9MPa，28天抗压强度由原来的56.2MPa提高到58.3MPa，熟料强度提高2.1MPa。

  （2）优化工艺参数（见表4）

  A、调整窑头及窑尾用煤的比例，降低总用煤量。增加生料下料量。因钢渣的成分已接近熟料成分，在分解炉内不需碳酸盐的分解，尾煤应相应减少。在刚开始试验时，由于没有这方面的经验，总用煤量没有减下，头尾煤比例没有调整，窑尾用煤偏多，五级下料管及五级锥体出现粘堵现象，在实践过程中逐渐减少用煤量，适当地调整头尾煤比例，减少尾煤比例，增加头煤比例，热工制度得到控制，解决了窑尾液相量出现过早，下料管及锥体出现粘堵问题。提高了窑的台时产量。

  B、提高入窑生料的细度。用铁粉配料，生料的0.08?m细度控制在12%，但用钢渣配料后，生料细度粗，钢渣颗粒粗，易使钢渣中的亚价铁不易发生氧化，产生黄心料。为了提高生料细度，保持较高的台时产量，需对钢渣进行磨前破碎，降低钢渣入磨的粒度，增加了对辊机、回转筛，将钢渣入磨粒度由原来的15~30mm，降至10mm以下。为了钢渣破碎粒度均齐，对钢渣进行闭路式破碎，出对辊机的钢渣，进入回转筛，筛下物料入生料磨配料，筛上粗钢渣颗粒再进行重复破碎，确保钢渣的入磨粒度小于10mm。 通过对钢渣破碎系统的改造，保证了出磨生料的细度小于10%，提高了生料磨的台时产量，满足了窑煅烧生料的需要。

  C、中控看火操作的调整。为了缓解钢渣配料后烧成带易结窑皮的矛盾，增加物料在窑内的翻滚速度，实现薄料快烧。改善窑内通风，提高窑内的热交换效率，中控看火操作也进行了相应调整，包括：提高窑速，拉大排风，调整喷煤管位置等，见表5。

  （2）通过采用各种工艺措施，解决了钢渣配料窑尾预热器系统结皮堵塞，窑内结圈、长厚窑皮，熟料外观发黄等问题，提高了熟料的质量，熟料的3d抗压强度由原来的30.5MPa提高到31.5MPa，28天抗压强度由原来的56.5MPa提高到58.7MPa。

  （3）利用工业废渣在新型干法水泥生产线上配料，节约了资源，节约了土地，实现了资源的综合利用，收到良好的社会效益和经济效益。