1、高鎂石原料對(duì)煅燒質(zhì)量帶來的影響與對(duì)策措施作者：金洪生 出處：水泥商情網(wǎng) 更新時(shí)間：2010-12-5 21:21:26    熱         水泥熟料主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等四種化合物，次要成分為MgO、R2O、SO3等化合物，其中MgO含量允許達(dá)到5，是次要成分中含量最多的一種。江西永豐南方水泥有限公司是中國(guó)建材南方水泥（集團(tuán)）公司在江西省吉安市永豐縣陶唐鄉(xiāng)投資新建的一條5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，于2010年6月28日竣工投產(chǎn)。其石灰石礦山質(zhì)量

2、（CaO：4552.80%、MgO：1.007.00%、SiO2：0.504.00%）差異性波動(dòng)大，石灰石原料品質(zhì)主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣石，通過礦山開采的精細(xì)化管理，多點(diǎn)搭配裝車進(jìn)廠等措施，才能滿足水泥熟料生產(chǎn)用原料的基本要求。    1水泥原料中的MgO    （1）水泥生產(chǎn)中，生料中的MgO主要來源于石灰石中的鎂質(zhì)礦物，這些礦物主要以硅酸鎂、白云石、菱鎂礦、鐵白云石等不同類型存在。    （2）石灰石中MgO的含量對(duì)熟料強(qiáng)度有一定的影響，總的趨勢(shì)是石灰石中MgO含量越高，則熟料強(qiáng)度越低。根據(jù)試驗(yàn)研

3、究，鎂質(zhì)礦物中MgCO3的分解溫度為660700，白云石Mg（CO3）2的分解溫度為800，而石灰石中CaCO3分解溫度接近900。在水泥熟料生產(chǎn)過程中，MgO較CaO先形成。    2 MgO對(duì)熟料煅燒的影響    （1）熟料煅燒時(shí)，生料中MgO：2.50%3.00%和熟料礦物結(jié)合成固熔體，此類固熔體甚多，例如：CaOMgOSiO2、2CaOMgOSiO2、2CaOMgO2SiO2、3CaOMgO2SiO、7CaOMgO2Al2O3、3CaOMgO2Al2O3、MgOAl2O3、MgOFe2O3以及C3MS2等，此類化合物的穩(wěn)定溫度

4、在12001350，同時(shí)它還可能含有一些微量元素。    （2）在溫度超過1400以上時(shí)，MgO的化合物會(huì)分解，且從熔融物中結(jié)晶出來。    （3）當(dāng)熟料中含有少量細(xì)小方鎂石晶格的MgO時(shí)，它能降低熟料液相生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘度，增加液相表面張力，有利于熟料形成和結(jié)粒，也有利于C3S的生成，還能改善熟料色澤。    （4）當(dāng)熟料中粗大方鎂石晶體的MgO超過3.0%時(shí)，則易形成方鎂石晶體，導(dǎo)致熟料安定性不良。    （5）當(dāng)氧化鎂(MgO)含量過高時(shí)，則易生成大塊

5、、結(jié)圈和結(jié)厚窯皮，以及表面呈液相的熟料顆粒，此類熟料易損壞篦冷機(jī)篦板。    3 MgO對(duì)熟料結(jié)粒的影響    （1）影響孰料結(jié)粒的因素      窯內(nèi)熟料顆粒是在液相（熔體）作用下形成的，液相在晶體外形成毛細(xì)管橋。      液相毛細(xì)管橋起到兩個(gè)作用：一是使顆粒結(jié)合在一起，另一作用是作為中間介質(zhì)，使CaO和C2S在熔融態(tài)內(nèi)擴(kuò)散生成C3S，顆粒的強(qiáng)度取決于毛細(xì)管橋的強(qiáng)度，橋的強(qiáng)度即連接顆粒的力隨液相表面張力和顆粒直徑的降低而增加。  &

6、#160;   毛細(xì)管橋的數(shù)量又和顆粒直徑的平方根成反比。要結(jié)好粒，必須有足夠的液相，并要求顆粒在液相內(nèi)分布均勻，形成較高的表面張力，較低的液相粘度，適宜的結(jié)粒時(shí)間和溫度等。    (2) MgO對(duì)液相性質(zhì)的影響：    液相量：熟料液相量太少不易結(jié)粒，太多易結(jié)成致密的大塊熟料；液相量與液相中所含的Al2O3、Fe2O3、K2O、Na2O、MgO含量有關(guān)；液相量計(jì)算公式中，MgO的系數(shù)得以提高，說明MgO對(duì)液相量有較大的影響，與Fe2O3的系數(shù)接近。其計(jì)算公式為：1400時(shí)液相量：L=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+K

7、2O+Na2O+MgO液相量在2528%時(shí)，對(duì)結(jié)粒最有利。當(dāng)MgO含量超過2%以上的值乘以系數(shù)1.5。    液相表面張力：液相表面張力是液相的重要性質(zhì)，與結(jié)粒有著直接的關(guān)系。液相表面張力增大易結(jié)粒，熟料顆粒的大小與液相表面張力呈良好的線性關(guān)系；液相的表面張力與元素外層電子的負(fù)電性有關(guān)（見圖2），有些元素如K、Cl、S的表面張力值較低，不利于結(jié)粒，而Mg、Al等元素的表面張力值較高，有利于結(jié)粒。     圖1 液相粘度和表面張力的影響     液相粘度：不同成分熟料的液相粘度值是不同的，一般說來

8、液相粘度值減少，有利于CaO和C2S在液相內(nèi)擴(kuò)散生成C3S，也易結(jié)粒，液相粘度與溫度有關(guān)，隨溫度上升而下降；幾種元素共存的液相粘度值并非單元素的液相粘度值的疊加。MgOR2OSO3復(fù)合存在時(shí)液相等粘度線從圖2來看， R2O含量增加，粘度值增加較大，不利于結(jié)粒； SO3含量增加，粘度值降低，但SO3的粘度值較R2O低得多，因此SO3存在時(shí)結(jié)粒有所改善；若R2O、SO3均存在時(shí)，MgO含量增加，液相粘度值大大降低，有利于結(jié)粒。 圖2  MgO-R2O-SO3復(fù)合存在時(shí)液相等粘度線     液相的粘度與元素外層電子的負(fù)電性有關(guān)，液相粘度按它

9、們堿性降低的次序（KNaCaMg）逐漸降低，MgO僅對(duì)液相粘度有適當(dāng)?shù)南陆担ㄒ妶D1）。    在煅燒的熟料成份中，適量加入Mg2+、SO32-、K-等離子后，熟料的液相表面張力和粘度均發(fā)生變化。    熟料在1450含2535%液相時(shí)，粘度為0.16Pa.S，表面張力0.58N/m，加入MgO等化合物后的液相表面張力和液相粘度均發(fā)生變化，影響著熟料的結(jié)粒（見表1）。表1 一些氧化物對(duì)液相粘度和表面張力的影響     4  MgO對(duì)熟料強(qiáng)度的影響    Mg

10、O存在于熟料內(nèi)，會(huì)影響CaO的數(shù)量，因而MgO在一定程度影響熟料的強(qiáng)度。為緩和MgO對(duì)熟料強(qiáng)度的影響，在水泥熟料生產(chǎn)中，應(yīng)盡量提高石灰飽和系數(shù)KH和硅酸率SM值，相應(yīng)提高C3S和C2S的含量，以提高熟料的強(qiáng)度。    5  MgO對(duì)產(chǎn)品安定性的影響    在硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固熔體總量可達(dá)2%，多余的MgO即結(jié)晶出來呈游離狀方鎂石，就會(huì)產(chǎn)生有害作用。    熟料中方鎂石晶體的生成速度與鎂礦物的分解溫度有關(guān)，分解溫度越低，晶體生長(zhǎng)的機(jī)遇越大?？偟恼f來，白云石等高鎂原料分解溫度較高，易生成大

11、晶格的MgO。    方鎂石結(jié)晶大小隨冷卻速度不同而變化，快冷時(shí)結(jié)晶細(xì)小，方鎂石水化緩慢，要幾個(gè)月甚至幾年才明顯起來，水化生成Mg（OH）2時(shí)，體積膨脹148%，導(dǎo)致安定性不良。    方鎂石膨脹的嚴(yán)重程度與其含量、晶體尺寸等都有關(guān)系，方鎂石晶體小于1m且含量為5%時(shí)，只引起輕微膨脹，方鎂石晶體為5-7m且含量為3%時(shí)，會(huì)引起嚴(yán)重膨脹。    6  緩和高M(jìn)gO原料對(duì)水泥生產(chǎn)質(zhì)量影響的對(duì)策措施    在熟料煅燒過程中，主要受由上述四種氧化物組成計(jì)算的石灰飽和系數(shù)KH

12、、硅酸率SM、鋁氧率AM以及SiO2、CaCO3等顆粒級(jí)配的影響，也就是生料的易燒性決定了燒成工況。但是MgO含量較高時(shí)，對(duì)熟料液相量、液相表面張力、液相粘度以及熟料煅燒溫度、熟料結(jié)粒、強(qiáng)度以及窯內(nèi)結(jié)圈、結(jié)皮等均有影響。    6.1礦山開采工作的精細(xì)化管理，有力調(diào)控石灰石質(zhì)量    針對(duì)礦山石灰石質(zhì)量的復(fù)雜性，采用多點(diǎn)開采，靈活控制手段，召開礦山開采質(zhì)量專題會(huì)，制定開采方案與應(yīng)對(duì)措施。為此，加大礦山開采質(zhì)量的監(jiān)控力度，質(zhì)控處抽調(diào)專人負(fù)責(zé)礦山開采現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督與鉆孔樣品的采集與分析，根據(jù)每次檢測(cè)結(jié)果及時(shí)制定階段性科學(xué)合理的搭配裝車方案進(jìn)行調(diào)

13、控，指導(dǎo)礦山開采工作的精細(xì)化管理能持續(xù)有效進(jìn)行，做好石灰石原料礦山開采方案實(shí)施，有力確保開采進(jìn)廠石灰石質(zhì)量波動(dòng)在合理的預(yù)控范圍之內(nèi)，基本滿足水泥生產(chǎn)用石灰石原料的質(zhì)量之需。    6.2 做好生料配料和均化工作    在石灰石礦山開采科學(xué)合理搭配裝車破碎進(jìn)廠預(yù)均化圓堆的石灰石，嚴(yán)格實(shí)行自動(dòng)連續(xù)堆料預(yù)均化工作，再是橋式取料機(jī)按照進(jìn)一步均化的方式進(jìn)行取料入原料配料站供生產(chǎn)配料之用，這樣可以將石灰石質(zhì)量的波動(dòng)控制在階段性合理范圍，確保入磨石灰石品質(zhì)（CaO:50.0±1.0%；MgO:2.5±0.5%；SiO2:1.5&

14、#177;0.5%）能基本穩(wěn)定，生料中MgO含量階段性均勻入窯。    當(dāng)出磨生料中含有不同MgO含量時(shí)，其石灰飽和系數(shù)應(yīng)作如下調(diào)整：    LSF=100CaO/（2.80SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3）（不含MgO）；    LSF=100（CaO+0.75MgO）/（2.80SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3）（MgO<2%）；    LSF=100（CaO +1.150 MgO）/（2.80SiO2+1.18Al2O3+0.65F

15、e2O3）（MgO>2%）。    6.3 控制合適的液相量、液相表面張力、液相粘度    液相量是熟料結(jié)粒的重要因素，在計(jì)算液相量時(shí)，應(yīng)注意MgO超過2%時(shí)的校正系數(shù)，還應(yīng)考慮堿含量的因素。為緩和MgO對(duì)液相量的影響，在提高熟料質(zhì)量的前提下，適當(dāng)提高石灰飽和系數(shù)KH及硅酸率SM值，減少Al2O3和Fe2O3的含量，減緩MgO對(duì)液相量的影響，相應(yīng)減緩結(jié)大球的趨勢(shì)。同時(shí)KH值和SM值增加，增加了CaO、SiO2的含量，也增加了C3S和C2S的生成量及熟料煅燒溫度，有利于提高熟料強(qiáng)度。    MgO含量

16、在一定程度影響液相表面張力和液相粘度，影響熟料結(jié)粒。    （1） 生料中MgO含量較高且易燒性較好、SiO2的易磨性好且顆粒較細(xì)、堿含量與硫含量對(duì)液相粘度影響不大時(shí)，C2S有利于與CaO結(jié)合生成C3S，則SM值可提高至3.00以上，在生產(chǎn)過程中結(jié)粒均齊，fCaO含量較低，熟料強(qiáng)度較高。    （2） 生料中MgO含量較高但易燒性較差、SiO2的易磨性差且顆粒較粗、此外原料中帶入的堿含量較高時(shí)，對(duì)液相粘度影響較大，不利于液相內(nèi)的C2S與fCaO結(jié)合生成C3S。    在生產(chǎn)過程中，為緩和MgO對(duì)液相量的影

17、響，可提高SM值；但SM值提高后，更不利于生成C3S，易使fCaO含量偏高(2.50%3.80%)跑動(dòng)；為降低fCaO含量，生產(chǎn)時(shí)提高燒成溫度，但又易增大C3S的晶格易形成飛砂料，不利于熟料強(qiáng)度的提高；這種工況，SM值是很難真正提高的。    通過幾個(gè)月的生產(chǎn)實(shí)踐表明：由成都建材設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)新建的用無(wú)煙煤作燃料的日產(chǎn)5000噸生產(chǎn)線，為了改善生料易燒性的不一致性，將其生料細(xì)度（顆粒級(jí)配）控制在1719%，生料率值（KH:1.021.06；SM:2.72.90；IM:1.51.70）,基本前提是據(jù)石灰石中MgO含量不等且晶體大小有別，另外帶入生料的原燃料中堿含量也

18、不一致，此時(shí)只能結(jié)合實(shí)際狀況，通過分析，找出優(yōu)化點(diǎn)，進(jìn)行微量調(diào)節(jié)，來提高熟料強(qiáng)度保持在（3d:3.54.5/3236.5MPa；28d:7.88.6/62.064.5MPa）水平。6.4  旋窯（中控員）操作措施    （1） 在生產(chǎn)過程中，加大窯尾風(fēng)機(jī)風(fēng)量，盡量減少窯內(nèi)還原氣氛，避免硫酸鹽在還原氣氛下分解造成窯后部結(jié)長(zhǎng)厚窯皮，減緩MgO含量較高窯料出現(xiàn)結(jié)圈、結(jié)蛋從而進(jìn)一步加劇窯內(nèi)通風(fēng)不良、還原氣氛加重的惡性操作狀況的產(chǎn)生。    （2） 適當(dāng)加快窯速，減少結(jié)厚窯皮的趨勢(shì)。    （3） 避免窯頭過燒，減少表面帶液相的大塊熟料落入篦冷機(jī)內(nèi)損壞前端篦板，或形成表面帶液相的大晶格粉狀熟料在冷卻機(jī)進(jìn)料口處粘結(jié)成雪人的事故。    （4） 加強(qiáng)篦冷機(jī)前端通風(fēng)，一方面使熟料急冷，有利于形成小晶格的MgO礦物，相應(yīng)減緩MgO水化的膨脹影響；另