高KH配料的机理探讨

我公司是年产120万t水泥的大型湿法回转窑企业，有5台湿法长窑，其中2条为Φ3.3m/3.0m/3.3m/3.0m×118m哑铃型窑，3条为Φ3.5m×145m的华新窑。经过多年的摸索研究，我们成功地开发利用了磷渣、铜渣和粉煤灰等工业废渣作为生料配料烧制高标号水泥熟料，年平均熟料标号一直保持在650号左右，近年已达680～695号，在全国60多家大中型水泥企业中名列前茅，突出地表现在熟料KH控制较高，本文拟从生产实际出发，探讨我公司高KH配料的理论依据。 

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。