1 、形成机理
众所周知,在组成熟料的四个主要氧化物氧化钙、二氧化硅、氧化铝和氧化铁中,除氧化铁会产生颜色外,其余三个氧化物均为白色。在氧化气氛下,氧化铁为黑色,但在还原气氛下,根据还原气氛的强弱所表现出来的颜色有所不同。比如:黄色、绿色,如果还原气氛很强,甚至可以把三价铁还原成金属铁,此时表现为白色。因此,氧化铁在不同程度的还原气氛下,可以表现出黄色、绿色或白色等不同的颜色。 即“白心料”与还原气氛有直接影响。
2 、白心料的表观性状
熟料煅烧中存在大量的直径100-300mm 的球形大块料,最大甚至达1000mm 左右。大块球料外壳为坚硬的烧成物,而内核则为两类色泽不一的结构物:内核为致密型结构的黄色包裹体,即“黄心料”;大多数为内核不坚硬而且易碎松散物料,颜色呈灰白土色的“白心料”。
3 、产生的原因认识和分歧意见
业内人士对白心料的形成原因的分析,且结论不一,归纳总结下来主要有以下几个方面:
分歧意见一:在实际生产过程中,不难发现,“白心料 ”一般是大块熟料内部易产生,质地疏散,且干法线用的是白生料配料烧制,一般情况下,理所当然判定为“夹生料”。
我公司分析结论:经取样化验(见表 1 ),可以很容易看出,“白心料”是经过高温煅烧,且经过物理化学反应生成的熟料,具有熟料的各种物理化学性能,比窑内窜出的生料相比,游离钙和烧失量均低于“夹生料”,色泽和粒径均不相同。因此,不是我们认为的“夹生料”现象。
表 1 正常熟料和“白心料 ” 样品化学成分比对表
样品
LOSS
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
∑
KH
SN
IM
f-CaO
熟料
0.5
22.12
4.83
3.67
65.19
2.03
98.34
0.882
2.65
1.33
1.37
白心料
0.65
22.21
4.60
3.83
64.67
2.35
99.05
0.896
2.63
1.20
4.41
注:1 、以上数据是生产低碱熟料时制样分析, R2O=0.5095% ,表观分解率=90% 。
2 、上述两个样品是同时取样,筛选后分析化验结果。
从上表数据可看出,两组样品化学成分基本相近,虽“白心料”中游离钙达 4.41% ,但也说明物料在窑内已充分固相反应,物料在液相反应中仍然 C2S 吸收CaO,变成 C3S 不充分,我认为“白心料”是经过煅烧但没有完全烧熟之故,但又不是“夹生料”,从烧失量指标即可断定。
没有正常熟料强度高,强度贡献值仅是正常熟料的 74.39% ,游离钙较高,虽对整体熟料强度会有所下降,但“白心料”也并不是熟料的无效成份(见表2)。
表 2 正常熟料与白心料的部分物理性能指标对比表
内 容
比表面积
3天抗压强度 MPa
28天抗压强度MPa
安定性
同期熟料
350
23.1
48.8
合格
白心料
355
22.6
42.4
疏松
正常熟料
342
28
57
合格
注: 1 、同期熟料指正常取样,此样本中含有少量白心料。
2 、白心料指专门挑选出白心料,进行制样。
3 、正常熟料指生产正常区间,无白心料时期熟料的综合样。
分歧意见二:在熟料煅烧过程中,如果通风不良,就会产生还原气氛,此时在烧成带熟料中的氧化铁就会表现出黄色、绿色或白色,熟料也就变成相应的颜色。但是熟料进入篦冷机后,由于空气中含氧量提高,往往变成氧化气氛,此时熟料中的低价氧化铁就慢慢被氧化成三价铁,又重新变成了黑色,但是由于此时熟料已经结粒,氧气扩散到熟料内部比较困难,而且熟料温度下降得很快,这样就形成了熟料颗粒外表黑色,内部白色。
我公司分析结论:我公司试验结果表明,并非主要成因,因为大块熟料颗粒拿到室外,用风稿打散,分别进行水冷和风冷,熟料仍是白心或黄心料。个人认为:未燃烬的煤粉落入熟料中继续燃烧,在进入烧成带时逐渐包裹,体积变大,由于在熟料煅烧中是高温缺氧状态,煤很容产生大量的CO,造成熟料中的三氧化二铁发生还原反应,产生白心料。
分歧意见三:正常生产中,部分公司生产出的熟料或多或少的出现白心料,产质量也较理想,不可能我公司窑一直处于还原气氛下煅烧。
我公司分析结论:一般工艺管理不严格的企业,未确定窑的理想熟料台时产量(文献1),为争取产量最大化,过度发挥窑的产能,窑热工制度抗风险能力变差,当质量有所恶化时,采取增加头煤,加以改善,但长时间没有减下来,或采取降窑速,从而改变窑氧含量和填充率,为还原气氛产生创造了条件,从而进一步影响及窑皮的平整度,长厚窑皮和结圈等工艺事故,形成白心料就不能避免了。
4 、解决措施和效果
1 )、加强工艺管理工作。严格操作规程,三班统一操作,均衡稳定的生产,每月进行一次热工参数和配料方案优化。根据生产原始台帐,找出优质高产低消耗的区间,生产参数和配料方案及其原燃材料成分进行分析和总结,便于进一步反馈和指导生产开展。
2 )、进一步核实喷煤管技术参术性能。喷煤管购进后,首先应对每个风道的横截面积进行计算,同一次风机实际作功,产生的风量进行计算出各出道的风速,是否能达到设计制造厂家的或理论的技术参术性能,风速过大的应予以放风处理,保证煤管火焰的涡流和高推力,为建立良好热工制度创造前提条件。
3 )、明确喷煤管的定位。 提高燃烧器角度和增加内风,喷煤管一般情况下调节水平位置低3度,让煤灰在落入熟料时燃尽,但操作不好时,往往容易烧耐火砖,造成局部高温点。
4 )、加强煤质与配料在生产中的适宜性分析。在实际生产中,企业为降低成本或大宗原燃材料品位较低等实际情况,劣质煤或劣质原燃材料进入生产线,采取均化处理后,仍须加强煤质与配料在生产过程中适宜性分析总结,及时调整配料方案,保证熟料的产质量。经我公司实际生产小结,煤发热量越低,铝氧率必须控制在低水平运行。
5 )、加强原燃材料成分的控制。我公司曾经因铜矿渣铁含量下降,造成大量熟料产生白心料。经分析定性为:铜矿渣含有氟化钙,具有矿化剂的性能,因品位低,配比时掺入量相应提高,造成易结大块和厚窑皮,产生“白心料”。在一次铜矿渣供应不足的情况下,更换成低品位的铁矿石,其它控制指标未变,煅烧出的熟料呈墨绿色,解决了白心料现象。进一步推定了,工业废渣含有或多或少的矿化物,可降低熟料低固融点温度,是造成白心料的一大主要因素。
我公司经在上述五个方面的工作加强,取得了较好的防范和处理效果。据数据统计分析,游离钙合格率得到进一步提高,从 73% 提高到 87% ,增强了安定性。熟料 3 天和 28 天抗压强度分别由 24MPa 和 48MPa 提高到 28MPa 和 57MPa ,大幅增加了水泥中混合材的掺加量,给公司带来了效益。
5 、结论
1 、还原气氛是造成熟料夹有白心料的真实原因。一般在热工制度不稳定(如:头煤过多,长厚窑皮,结圈结蛋,窑速频繁调整,频繁踏料,窑炉风不匹配等)状态下,熟料粒径大,不均齐,极易产生白心料,严重影响熟料质量和二次风温,操作困难,合格率低,煤耗较高,必须结合生产实际情况及时分析调整。
2 、白心料对熟料安定性和强度的影响随白心料的增加而恶化,生产过程中必须高度重视此现象。在良好的热工制度下,即使产生少量的白心料,对熟料强度和安定性不会造成过大影响,仅是色泽问题,不必过于担心。但应做好相应的记录,分析原因,做到白心料不在增加。
3 、必须积极、高度关度原燃材料的指标变化情况,“生在料上,死在窑上”说明了实践是检验认知的唯一手段。因此,利用数理统计分析工具,反求原燃材料的控制指标是指导和处理生产实际问题有效有手段,具有较高的现实意义。
4 、超产因根据生产实际情况,定出窑台时产量高限,即窑理想熟料产量(文献 1 ),不能随意性的一次次创出台产新高,均衡稳定才是生产之根本,也是杜绝“白心料”的有效途径。
(引用文献1) 李昌勇 刘龙 预分解回转窑的理想熟料产量分析
全国第四届悬浮预热和预分解窑技术经验交流会论文集 P-263
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