复杂有害成分对熟料煅烧的影响及优化措施

近期参与某厂二线投产调试工作，二线与老线共用自有石灰石矿山，采矿点分别为544/555以及503/508平台，辅料采用红砂岩、煤矸石、硫酸渣四组分配料。二线配料方案调整及窑操作参数均以老线为基础。二线投料初期，原材料碱含量高、结晶硅含量高导致出窑熟料质量较差，突出表现在早期强度低，熟料标准稠度用水量高。调试过程中通过对过程产物理化及反应机制分析、调整配料方案、优化窑上操作、添加矿化剂等手段有效解决了上述质量问题，为复杂有害成分影响下熟料煅烧优化提供了参考依据。

  从熟料全分析以及中控操作参数看，化学成分、矿物组成、升重等各项参数均在控制范围内，从老线高碱原料生产情况看，碱含量影响主要表现在后期强度低及需水量偏高，早期强度尚可。

  1 熟料质量问题分析

  1.1 碱组分对熟料形成的不利影响

  二线熟料质量情况见表1。

  表1 二线熟料质量情况

二线熟料质量情况

  从熟料升重以及窑尾实测氮氧化物含量（脱硝未投入使用情况下实测含量800mg/Nm3）可以看出，窑内热力强度稳定且足够；从矿物组成及含量看，与熟料早期强度密切相关的C3S含量（计算值）较高，推断早期强度低的主要原因是碱含量（K2O）较高，影响矿物发育，发育不完全的矿物阻碍熟料早期强度的发挥。K2O在熟料形成过程中的不利影响主要表现如下：

  1）排除与硫化合生成K2SO4及K2SO4·Na2SO4外，K2O优先与主要矿物反应，生成难以和f-CaO反应的含碱固溶体KC23S12（反应方程式：12C2S+K2O=KC23S12+CaO）[1]，使C3S晶体形成时发育不完全，并使熟料中f-CaO大量增加，进而影响熟料力学性能的发挥。

  2）K2O显著提高了高温液相的黏度，降低C2S和CaO在液相中的溶解速度，恶化C3S形成环境，使其晶形发育不完整，尺寸不均一，对称性差。

  3）尽管通过计算及岩相分析得出C3S含量较高，但晶体发育差，熟料早期水化速度大大提高，需水量显著增大，使得调试初期熟料标准稠度用水量一直大于30.0%。

  1.2 矿物晶体尺寸和结构对熟料强度的影响

  熟料强度不仅与熟料化学成分有关，相同的化学成分下，结晶程度不同，熟料的强度相差甚大。因此对熟料进行矿物组成及显微结构的岩相分析能够有效判断熟料质量问题所在。二线熟料岩相分析见图1。

  1）熟料矿物发育不完整，边缘不规则，矿物大小颗粒不均齐，尤其是A矿，晶体大至120μm，小至10μm，存在晶体连生现象。

  2）A矿晶体有裂纹，包裹体内含有B矿及f-CaO。

  3）液相分布不均且略少，孔洞多而大，结合熟料全分析，液相量为P=2.95A+2.2F+M+R=2.95×4.91+2.2×3.32+2.15+0.97=24.9%（A:Al2O3；F:Fe2O3；M:MgO；R:碱含量）。

  4）综合多次显微照片分析统计，存在轻微矿物分布不均，成堆聚集现象。

  通过上述分析，判断窑内存在熟料急烧现象[2]，液相量略少，熟料急冷差，生料均化不良，含有粗粒难烧料。