前言
水泥熟料主要成份是CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等四种化合物，次要成份为MgO、R₂O、SO₃等化合物，而其中MgO含量允许达到5%,是次要成份中含量最多的一种。通常人们认为MgO影响水泥产品的安定性，规定了限制值，但实际上MgO在一定程度影响着熟料的煅烧，这种情况往往被忽视。熟料中的MgO主要来源于石灰石，我厂自有矿山石灰石镁含量一直处于较高水平，在生产过程中出现窑内结大球、游离钙连续偏高现象，为稳定熟料产量和质量，就高镁石灰石对熟料的煅烧影响进行深入研究与讨论。
1 熟料强度以及岩相分析
1.1 熟料成分和强度
2022年4月熟料成分和强度见表1、表2。
4月份熟料的氧化镁平均值为4.37%,十分接近理论上限值，游离钙合格率82.9%,熟料3d强度28.2MPa低于目标值29MPa(我公司熟料强度的内控指标为3d≥29MPa、28d≥52.52MPa)。
1.2 岩相分析
岩相分析图片见图1。
岩相分析中A矿大小较为均齐，以小的板状晶相为主，且完整结晶相较多，但晶相内部生长情况较好，晶相边界清晰；晶形形状不一，且以小型晶形形状为主；晶相结晶不均匀，小晶相杂乱分布于大晶相周围，大小晶相分割清晰，有轻微的粘连、溶蚀现象；A矿中包裹点滴状，内部结构存在较多麻点。熟料中中间相数量较多，存在黑色和白色的中间相，形状不定。
熟料煅烧时，约有2%的MgO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·Mg0·2SiO₂、3CaO·MgO·2SiO₂、7CaO·MgO·2Al₂O₃、3CaO·MgO·2Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、MgO·Fe₂O₃以及C₃MS₂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。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。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，增加液相量，降低液相黏度，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。粗大方镁石晶体的MgO超过2%时，则易形成方镁石晶体，导致熟料安定性不良。而当氧化镁含量过高时，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。窑内熟料颗粒是在液相(也被称为熔体)作用下形成的，液相在晶体外形成毛细管桥。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，管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。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，较低的液相黏度，适宜的结粒时间和温度等。熟料液相量太少不易结粒，太多易结成致密的大块熟料。
从岩相分析中可以看出影响熟料游离钙合格率与强度的原因是熟料结大块致使的煅烧不完全，又因为氧化镁的含量过高，使液相的含量增加、液相的产生温度降低，从而使熟料煅烧时结出大块熟料，影响熟料的强度。
参考液相量(P)计算公式：
以上两种公式当MgO含量超过2%,MgO的值乘以系数1.5。
综合以上，结合实际情况，熟料含量基本稳定，要降低液相量和液相量的生成温度，需要降低熟料中的氧化镁含量，从而减少熟料煅烧时结大块，改善熟料的煅烧效果，提高熟料强度。
2 降低熟料中氧化镁含量采取的措施
2.1 将高镁石灰石单独存放
矿山剥离石灰石中氧化镁含量最高在4%以上，大量使用矿山剥离石灰石，是石灰石中氧化镁含量高的重要因素，对其进行单独堆放，搭配使用，使石灰石中氧化镁含量稳定可控，从而降低熟料中氧化镁的含量。
2.2 制定目标值，稳定煅烧质量
结合煤粉工业分析，目前煤粉挥发分Vd:31.39%,针对煤磨系统操作参数作出如下调整：入磨温度≤260℃,出磨温度≤71℃。选粉机不低于35Hz,煤粉细度≤6.0%,水分≤3.5%。
出磨生料成分波动大小直接影响入窑生料成分的稳定，从而影响熟料的烧成质量、窑产量和热耗。生料颗粒0.08mm筛余控制在15%以下，0.2mm筛余尽量控制在2.0%以下，在保证出磨生料细度0.2mm筛余<2.0%的前提下，0.08mm的筛余再适当放宽。
2.3 采取工艺措施提高烧成质量
燃烧器位置目前在平窑口状态，每班次至少对其进行清理4次，避免因端面结焦影响火焰。三次风阀门的开度40%~45%,保证窑头和分解炉用风合理，有利于煤粉燃烧完全，提高窑系统的安全运行和熟料烧成质量。
2.4 技术改造稳定煅烧温度
6月停产检修期间，对篦冷机1529-1、1530-1、1530-2、1531-1、1531-2风机的叶轮进行改造，改造后各风机电流取得了明显的增长(20A以上);另外此次篦冷机检修重新对已损篦板进行更换及维修，重新对2、3、4风室铺设颗粒均匀的球状熟料，且窑系统操作中篦冷机采取厚料层控制，料床厚度相对均匀，各处阻力均匀性相对有所改善，大大提高了换热效率。二次风温基本稳定在1180℃、三次风温基本稳定在940℃。
3 效果确认
对比2022年6月、7月熟料成分与强度，在6月时熟料中氧化镁平均值为4.12%,熟料3d强度28.4MPa,28d强度53.4MPa,见表3、表4。通过降低熟料氧化镁含量以及采取工艺、技术改造等措施，7月熟料中氧化镁平均值为3.97%,熟料3d强度31MPa,28d强度53.7MPa,见表5、表6。
通过控制石灰石中氧化镁含量从而降低熟料中氧化镁含量，从进厂石灰石预均化及搭配管理入手，将不同品位石灰石搭配使用，控制熟料煅烧减少大块的产生；工艺操作采用薄料快烧方式，加强熟料煅烧，加大窑内通风，使煤粉充分燃烧，稳定窑的热工制度，改善熟料冷却效果等。结合本公司实际生产中的煅烧情况可知：当熟料中氧化镁含量控制到4%以下后，对熟料3d强度提升明显，对熟料28d强度的提升效果有限。
——作者：孔建平，张全然，冯艾东，张彦杰，崔胜亮，褚永越，张兴成，孙杨
——单位：台泥<辽宁>水泥有限公司
——来源：《中国水泥》2024年9期
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