低品位石灰石如何煅烧出合格水泥熟料

  摘要：介绍不同水泥旋窑，在用低品位石灰石（石灰石CaO含量在48%以下）煅烧出合格水泥熟料时的各种问题，以及煅烧方式、方法。

  0 前 言

  面对激烈的市场竞争水泥企业只有深挖潜力进一步节能减耗，降低制造成本增加企业利润，才能立足于市场。因制造水泥的原材料近80%是石灰石。而石灰石中低品位又占了相当大的比例。所以利用低品位石灰石烧制出合格的水泥熟料，将大幅度降低水泥熟料的生产制造成本，必然能给企业带来丰厚的经济效益。

  1 现象、实例

  一般用于烧制水泥熟料的原料石灰石品味需要满足CaO含量大于48%以上，如小于这个值配料就会困难。而一般CaO含量较低的石灰石往往内部夹杂有害成分较多，比如（MgO、K、Na，甚至还有结晶SiO₂）所以用这种石灰石配料与用优质石灰石配料，在煅烧时对烧成系统的适应性也大不相同。一般厂用这种石灰石时往往产量低下、而且运转率还不高，最关键的还是熟料后期强度也不高，严重时甚至影响水泥出厂。所以低品位石灰石虽是比较廉价，但用的厂也比较少。因此如果成功使用这种原料也能煅烧出合格的水泥熟料，这将是一个企业巨大的利润增值空间。

  以下对不同窑型利用低品位石灰石烧制水泥熟料的生产实践，总结出的不少经验和方法给予总结和分析：

  当石灰石CaO含量在45%~48%、MgO含量3%以内时，如果按普通配料方法和煅烧工艺操作，会发现有这样的大致规律， 直径4m以上的窑在熟料产量、质量和窑的运转率上跟普通窑区别不大，唯一影响熟料的后期强度，一般28天熟料抗压强度能达到53—57MPa。而直径4米以下的窑，情况就有所不同，这类窑系统在烧低品位石灰石生料时，窑尾烟室和分解炉缩口结皮比一般窑要多，而且比较频繁，熟料平均粒度偏大，还伴有大块出现，如不注意还容易长后圈。熟料产量和运转率一般。熟料质量f-CaO在1.5%~2.0%左右。而且28天抗压在53MPa左右。对生产高标水泥造成严重影响。

  当用石灰石CaO含量在45%以下，MgO含量4%以上时，如果按普通配料方法和煅烧工艺操作，4m以上的窑在熟料产量、质量上也受影响，主要是受窑尾和分解炉开始频繁结皮，主窑皮明显增厚，严重影响窑内通风条件，窑产量也显著下降，同时还会伴有黄心还原料出现，此时的熟料28天抗压基本上只能维持50—55MPa，处于勉强运转状态。而4米以下窑在烧这种料时更是明显困难，具体症状表现为当窑尾温度控制稍高在1050℃以上时，烟室和分解炉结皮就非常严重了，如直径4m的窑必须每两小时清理一次，才能保证烟室负压正常。而且在分解炉下炉也开始结皮，如果不勤清理，大块结皮垮塌甚至可以堵死分解炉缩口造成停窑。在窑内表现为窑皮即厚又长，60m窑的窑皮甚至可达到30多米，而且在32m左右的地方会有结圈，时常还伴有直径较大的熟料球，此时窑由于通风不好，熟料f-CaO会很高，窑产量很低。往往运转不到一周就得停窑处理，也就成了我们常说的“礼拜窑”了，这种状况窑直径越小影响就越严重。所以很难维持正常生产。

  对于以上状况许多厂尝试着摸索调整，取得了一定的效果。比如在镁高结皮严重时改变三率值，把出磨生料KH从一般的1.0提高至1.02. ，SM：2.6提至 3.0. ， IM：1.6降至1.3 。为了减小物料的粘性缓解结皮，但是这样的料易烧性差，窑头飞沙严重，熟料产量受限，f-CaO偏高，28天抗压强度也不高，在这种情况下为提高熟料产量和后期强度，也尝试改用易烧性更好的粘土取代砂岩配料，改善硅质原料的反应活性，经过改进情况有所好转，出窑熟料结粒明显增大，窑头飞沙减少，熟料28天强度提高2—3MPa，取得一定的效果。为缓解窑尾和分解炉结皮严重的状况，有些厂也尝试着降低炉温和尾温，这样做，结皮是有所缓解，窑内通风也相应好转，但由于入窑生料温度偏低控制，入窑生料分解率偏低，只得靠窑头火焰加强煅烧来弥补，但窑头这把火的能力有限，为保证出窑熟料质量合格所以也只能减产运行。

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  总之，对烧低品位石灰石可以大致总结出以下几点特性：

  第一：在用低钙高碱，尤其是高MgO的劣质石灰石配料煅烧水泥熟料时窑尾和分解炉温度偏低控制，有助于缓解结皮。

  第二：采用高饱和比、高硅率、低铝氧率配料方案有助于窑内结圈、结蛋、结长厚窑皮的缓解。

  第三：采用优质易烧性更好的粘土当作硅质原料配料，有助于改善熟料结粒状况和提高熟料的后期强度。

  第四：为采用火力更强的窑头燃烧器加强窑内煅烧有助于提高台时产量和熟料质量。

  2  应用在生产实践中的具体状况和效果

  为验证低品位石灰石煅烧的可行性，我们选择在低品位石灰石比较集中的某厂Φ3.5×52m日产1000吨熟料生产线上做生产试验。原先此生产线也尝试着用过本地劣质石灰石，但窑运转率很低基本上每周都得停窑处理结圈、结蛋或结厚窑皮，为此，只得花高成本购用外地优质石灰石在做了当地石灰石的物理和化学分析后，显示CaO 40%~46%，MgO：3%~5%。石头成乌黑色并时常夹杂着白色结晶硅，硬度比高钙石灰石大许多。在改换这种石灰石原料试生产的具体实施过程中，我们作了以下调整方案：生料配料方案把原先KH：从1.0提至1.04，SM: 从2.6提至3.0，把IM从1.6降至1.3，并且把硅质砂岩换成优质粘土。对烧成系统工艺参数也相应调整为：窑尾温度从原先1100℃左右降至950℃-1000℃。C5下料温度从880℃降至830℃-850℃，三次风阀门开度从50%降至30%。但遇到燃料煤质变化时，尤其是煤灰分增加、热值降低、煤粉中S含量增加时，在28—32m处还是容易结圈，还出现过长厚窑皮。针对这种情况，我们采取提高窑转速从3.5转提高至3.96转，正常煅烧时燃烧器位置每四小时从+500mm与-100mm之间拉伸一次，减少煤粉落点和硫、碱富集而引起长厚窑皮和熟料圈，以保持窑皮的平整性。并且通过调整三次风和窑内通风量，严格控制窑皮在17m以内，窑台时产量基本上能稳定在60—65 t/h。熟料质量月平均f-CaO1.55%，熟料月平均升重1220，熟料28天抗压平均56.5MPa。基本上达到预期效果。但对比此前用高钙石灰石时，台时产量可达70--75 t/h，看似窑还有提产的可能性，我们也尝试着增加至产量，但必须以提高炉温、尾温为前提，而这种料在高尾温、高分解率的情况下随之而来的就是结皮的速度加快，窑皮增厚，导致窑内通风不良，严重影响出窑熟料质量，最直观的反应就是黄心熟料增加F-CaO直线上升，所以只得被迫恢复到65t/h时的状态。这种现象说明这种生料对后面温度提高比较敏感。

  提高入窑分解率是提高台时产量的最直接有效方法，所以我们考虑到能否强制给烟室冷却。为此我们也参考了德国洪堡公司针对高碱、氯原料而设计的烧成系统，采用旁路放风、带烟室冷却料幕的设计形式来解决这个难题。但要增加旁路放风系统，投资比较大而且改造周期也比较长，所以可行性不强。相比较而言，冷却料幕具有更大的可操作性。于是我们也大胆的改造四级下料管充当料幕，将四级下料管分出一路料直接进入烟室使其强制降温，同时还可以将一部分有害成份带进入窑生料里，固定在熟料内部，不至于在烟室和窑内循环富集导致结皮、结圈、结厚窑皮等状况的出现。这样做降温效果比较明显，结皮也基本缓解。分入烟室料量需要摸索，因为四级所收集的料分解率很低，冷却料幕如果偏大，窑内反应会很敏感，窑电流下降明显，严重时还可能导致窜生料。所以使用料幕的料量还要根据窑的适应性，结合烟室的结皮状况合理加减。为了减小料幕对煅烧的影响，也为了增强窑对煤质变化的适应性。唯有增强窑头火力的强度，才能提高窑的适应能力。这就需要窑头燃烧器具有更强的火力强度。要解决这一问题，改换同一类型的专业烧劣质煤的进口燃烧器是有效办法，但进口燃烧器价格比较昂贵，维护成本也比较大，对比较小的私企来说可行性不佳。还有一种办法也可以解决这一问题，就是我们将燃烧器的配置等级放大一级来弥补，以达到增强火力的效果。也就是我们用国产普通配置于2000t/d窑的燃烧器放在1000t/d线上，来增加窑头火力强度。换上后，试验的效果非常明显。我们将分解炉和五级下料温度提高10--15℃的前提下，把窑喂料台时产量从65 t/h提至75t/h,时，由于烟室冲着一小股料幕，烟室和分解炉温度就是稍微提高一些，结皮状况也可以得到有效控制，而且即使尾温，由于窑头火力比以前更强更有力，所以窑依然可以适应。最可喜的还是当在煤质变化较大的情况下（尤其煤中S含量偏高时，煤热值降至5000大卡左右）对烧成系统的影响也不是很明显了。只要煤质比较好时，窑喂料台时产量最高可提至80t/h，也就是日产可以达到1200吨以上。而且熟料质量、产量都比较稳定。尽管这种方法煅烧熟料的煤耗超标，但从整体上看，企业效益还是合算的。

  3 结束语

  通常窑直径越小对原、燃料的适应性越弱。也就是窑越小越难烧。所以低钙石灰石如能在小直径窑上成功应用，那么，在其他大直径窑上的效果将会更好。虽然利用这种方式、方法煅烧水泥熟料时的能耗会稍高些，但在与高、低品位石灰石的价格差距相比，和石灰石的巨大用量上相比，效益还是非常可观的。在现如今水泥市场竞争残酷的大环境下，这必将给一些水泥企业创造出巨大的利润增长点。