1 工业废渣配料的率值控制
一般湿法回转窑的熟料三率值控制范围为[1]:KH在0.86~0.94;SM在2.0~2.4;IM在1.1~1.8。我公司自采用石灰石、磷渣、铜渣、粉煤灰4组分配料以来,一直在探索寻求合理的率值控制指标,由于原料特性,我公司熟料强度表现出3d抗压强度偏低,28d抗压强度增进较高的状况,在使用废渣配料的初期,考虑到工业废渣中多种微量元素引入水泥生料后,对熟料煅烧起到良好的矿化作用,我们将三率值控制指标下达为:KH=0.95±0.02;SM=2.05±0.10;IM=1.25±0.10,工业废渣使用初期统计资料见表1~5。
2 高KH配料生产优质熟料的机理
通常,KH越高,C3S含量越多,C2S含量越少,同时易造成fCaO偏高,影响熟料质量,但从我公司实际情况看,KH高达0.970时,fCaO仍较低,对窑皮无损伤,回转窑仍安全运转,分析原因如下:
从矿化剂角度分析[2],我公司熟料中氟含量一般波动在0.25%~0.30%,磷含量波动在0.20%左右,由于氟、磷和亚铁等离子的引入,在高温煅烧条件下,微量组分对物料液相出现温度、粘度和张力等性质产生了不同程度的影响。据文献[3]介绍,F-能降低熟料的最低共熔温度和液相粘度,由于液相出现早和液相粘度降低,加快了C3S的形成。掺有0.2%~0.5%的P2O5就具有改善生料易烧性的矿化作用,它促进了固相反应,降低物料共熔温度。矿化剂是煅烧高KH配料的条件之一。
我们在生产中观察到,当KH较高时,出窑熟料呈细小结粒且带粉料,进入冷却机后,细粉随二次风吹入窑内,沉落在烧成带及过渡带区域,成为晶种。由于晶种的掺入,促进了C3S的形成速率,并使晶粒的生长发育处在受控状态,熟料质量得到明显改善。
在硅酸盐水泥熟料的4种主要矿物中[4],C2S、C3A、C4AF基本都是在固相条件下形成的,而C3S必须在液相条件下才能由C2S和CaO反应生成,其形成速率和晶粒的生长发育又受液相性质(如成分、出现温度、数量和粘度等)所制约。H.J.雷斯勒(Rosler)指出[4],均质液相中成核,在不饱和区和刚越过饱和界限,也不会有稳定的晶核形成,只有达到饱和度,越过所谓的介稳区后,才开始自发地形成晶核和结晶。晶核生成速率,晶体成长速率与液相粘度有着密切的关系,当液相粘度降至某一区域时,晶体成核速率较低而晶体成长速率较高,在这种情况下,为数不多的晶核就容易长成为大晶体,此时,若外加少量物质起晶核的作用,造成非均相成核,由于成核能大大降低,晶核可以在小的过饱和度(介稳)形成。W.沙特(Schatt)论述[4]:在均质液相成核时,界面能起主导作用,为了平衡界面能,必须补充能量来克服液固相的转变能,也就需要相应的过冷度或过饱和度,如果在液相中加入某种结晶粒作为外来界面,会在很大程度上消除成核的障碍,相当于非均相成核,结晶在很小的过冷度下就可进行。在熟料形成过程中[5],掺加少量晶种能造成非均质液相成核,既能消除成核障碍,降低成核能耗,提高成核速度,又能改变晶体结构,控制晶粒的生长发育,防止晶粒过大。所以加入晶种和矿化剂后,两者共同发挥作用,能较好地改善阿利特的形成过程,有效地控制晶体粒径,提高C3S含量。
理论上看[6],加入的晶种应发育良好,最好是高温煅烧而结晶细小的晶体,通常选用KH较高,煅烧温度较高的优质熟料,因为这种熟料的C3S含量高且结晶完好,我们作为晶种的熟料正好符合了理论的要求,故而发挥了较好的作用,尽管熟料KH高达0.974,然而fCaO仅为0.59%,熟料强度提高较大。当然,入窑煤粉质量较好也是烧制优质熟料的必备因素。
我们认为,在煅烧高KH生料时,由于矿化剂和晶种的共同作用,改善了生料易烧性,生料易烧性好,烧成带物料好烧而不伤窑皮,fCaO低,物料结粒细小均齐,熟料质量较好,同时窑的快转率也较高,能达到薄料快烧的要求,利于提高窑的台时产量。目前我公司按以下指标控制熟料率值:KH=0.96±0.02;SM=2.0±0.10;IM=1.3±0.10。
3 结束语
晶种的掺入和矿化物质的矿化作用是我公司高KH配料烧制优质熟料的理论依据,煅烧高KH生料时产生的细小结粒熟料随二次风入窑,成为晶种,和矿化剂共同作用,能较好地改善熟料质量。在不损伤窑皮的前提下,适当提高熟料KH是有益的。
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