影響NSP窯產(chǎn)量的主要因素

1　公式介紹

　　《水泥技術(shù)》1999年第4期刊登了于興敏等同志的文章“現(xiàn)代預(yù)分解窯產(chǎn)量計(jì)算公式”。該文稱，自1983年至1987年發(fā)表的4種計(jì)算窯產(chǎn)量的經(jīng)驗(yàn)公式，均與目前情況不符，其計(jì)算值大體偏低。于是重新統(tǒng)計(jì)歸納出一個(gè)以D_i(窯內(nèi)徑)和L(窯長(zhǎng)度)為參數(shù)的公式(下稱“津”式):
　
　　此式無(wú)疑較過(guò)去的公式更符合目前各新窯的情況，因?yàn)榻?0年來(lái)，預(yù)分解窯的技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了窯的單位容積產(chǎn)量的提高，經(jīng)驗(yàn)公式當(dāng)然應(yīng)有變更。然而僅以窯的直徑和長(zhǎng)度為窯產(chǎn)量的參數(shù)，可能過(guò)若干年，經(jīng)過(guò)技術(shù)進(jìn)步，公式還得進(jìn)一步修改。
　　

我們也有過(guò)類(lèi)似的經(jīng)驗(yàn)?？紤]到帶懸浮預(yù)熱器(有或沒(méi)有分解爐都一樣)的回轉(zhuǎn)窯的單位容積產(chǎn)量決定于入窯物料的表觀分解率(f_b)和升溫速率、燒成溫度等參數(shù)，而升溫速率與窯的長(zhǎng)徑比有關(guān)，L/D愈小，則升溫速率愈快；燒成溫度的高低則可用物料硅酸率來(lái)表達(dá)，SM愈高，需要的燒成溫度也愈高。所以我們也用回歸法并加上f_b、SM和與L/D有關(guān)的指數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)次修改，建立了一個(gè)估算窯的單位容積產(chǎn)量的公式:
　　

2　舉例

　　現(xiàn)在用LZ和BSH兩廠的情況，進(jìn)行討論:
　　1)LZ投產(chǎn)初期，由于原料條件所限，SM僅為2.2，f_b=85%，L/D接近15，V=919m³。
　　用(1)式計(jì)算出G_V=(2.2/2.9)e^0.0168×85=3.16t/(m³·d)
　　日產(chǎn)量3.16×919=2900t/d，達(dá)不到額定的3200t/d的生產(chǎn)能力，實(shí)際產(chǎn)量在3000t/d左右。在曹辰和陳全德等專家指導(dǎo)下，改造了分解爐，f_b可穩(wěn)定在90%。工廠也將SM提高到2.3～2.4，按(1)式計(jì)G_V=(2.35/2.9)e^0.0168×90=3.67t/(m³·d)，于是達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，可以認(rèn)為改造是十分成功的。但是假設(shè)有條件將SM提到2.7(按國(guó)外一般水平計(jì))，f_b仍為85%。則按(1)式計(jì)G_V可達(dá)3.87t/(m³·d)。筆者并不是否定改造分解爐的必要性，而只想說(shuō)明在類(lèi)似的情況下，不妨先做一下兩種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
　　

2)BSH廠由國(guó)外某水泥公司承擔(dān)用5級(jí)SP代替立筒預(yù)熱器的改造并承諾日產(chǎn)可達(dá)600t/d。該窯尺寸為Φ3m×48m(V=255m³)。經(jīng)試生產(chǎn)后達(dá)不到600t/d。該公司對(duì)物料進(jìn)行了易燒性研究將SM提到3.0，最后勉強(qiáng)能達(dá)到指標(biāo)。用(1)式計(jì)算，f_b=48%～50%時(shí)SM=3.0，G_V=2.39t/(m³·d)。
　　

總之，我們可以看出SM的重要性。但是如果窯燃燒器不能適應(yīng)SM也不行。提高SM和燒成溫度不但對(duì)產(chǎn)量有利，而且還有利于提高水泥的強(qiáng)度。
　　

王善拔教授認(rèn)為SM的計(jì)算公式應(yīng)修正為:SM=SiO₂/(Al₂O₃+Fe₂O₃+0.5MgO)，以反映MgO對(duì)SM的影響。筆者認(rèn)為當(dāng)MgO<1.5%時(shí)可以不作修正，在上式的基礎(chǔ)上可改為:SM=SiO₂/〔Al₂O₃+Fe₂O₃+(MgO-1.5)〕。這一點(diǎn)對(duì)某些采用高鎂原料的廠選取SM時(shí)應(yīng)予注意。

3　討論

1)提高SM會(huì)不會(huì)引起飛砂料的出現(xiàn)。
　　飛砂料形成的主要原因在于后過(guò)渡帶增長(zhǎng)并后移。新生態(tài)CaO和部分貝利特結(jié)晶，使阿利特形成困難，需要較高的溫度和時(shí)間，加上液相不易粘結(jié)物料，所以C₃S、C₂S晶體尺寸偏大并有飛砂。
　　當(dāng)然，SM太高使燒成溫度需要太高也不行。但SM在2.7左右，一般不會(huì)由于液相太少而引起飛砂料(這里要說(shuō)明鋁氧率也很重要，但應(yīng)顧及混凝土使用問(wèn)題，須作專門(mén)討論)。
　　

2)上述飛砂料主要成因在于后過(guò)渡帶增長(zhǎng)并后移，其原因在于入窯物料分解率過(guò)高。所以在窯的長(zhǎng)徑比L/D較大時(shí)不宜將f_b提得過(guò)高，L/D≥15時(shí)f_b≯90%較宜。窯長(zhǎng)徑比值大而f_b又高，不但有形成飛砂料的風(fēng)險(xiǎn)而且還因熱工制度波動(dòng)而在距窯頭(10～11)D左右有形成結(jié)圈的可能。我們?cè)趪?guó)外曾有過(guò)這種教訓(xùn)。
　　

3)(1)式除了凸現(xiàn)f_b、L/D(升溫速率)、SM(燒成溫度)等參數(shù)對(duì)窯產(chǎn)量的作用外，還可以用來(lái)推斷設(shè)備供應(yīng)商的設(shè)計(jì)思想。如XJ供原窯尺寸為Φ3.8m×40m，V=390m³，則G_V=2200/390=5.64t/(m³·d)，按(1)式SM取2.7計(jì)，f_b=95.8%，顯然很難適應(yīng)工廠原料條件和操作水平。工廠和設(shè)計(jì)院堅(jiān)持改為Φ4.0m×43m。在SM=2.6條件下(原料條件適合)，f_b≤92%。所以我們的意見(jiàn)比KHD要符合實(shí)際。
　　

4)(1)式還可用來(lái)估計(jì)L/D=10左右短粗窯的最高日產(chǎn)量。按機(jī)械制造的角度來(lái)看，窯徑不宜超過(guò)6m。則短粗窯最大尺寸約為Φ6.0m×66m，V=1624m³。按(1)式，設(shè)SM=2.7，f_b=95%，G_V=5.55t/(m³·d)。則窯的保證產(chǎn)量為:
　　G=5.55×1624/1.1=8194t/d
　　也就是說(shuō)最高達(dá)不到8500t/d。所以近來(lái)的趨勢(shì)是將L/D放寬到12.5左右。
　　5)用(1)式，取L/D=12.5，f_b=92%(前面已述太高的f_b有不利一面)，SM=2.6，可以計(jì)算窯的系列尺寸，見(jiàn)表2。

　　當(dāng)然，也可以根據(jù)要求和原燃料條件，利用(1)式估算窯的尺寸。從表中看出用(1)式和津式計(jì)算的結(jié)果基本一致。但是窯徑愈大時(shí)按津式計(jì)算值與(1)式計(jì)算值比相對(duì)偏高愈多，然而還小于有潛力達(dá)到的產(chǎn)量計(jì)算值，說(shuō)明窯愈大相對(duì)容易達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

4　結(jié)論

1)任何計(jì)算窯產(chǎn)量的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)式，都會(huì)隨技術(shù)進(jìn)步而作修改。
　　

2)提高窯產(chǎn)量的主要因素為入窯物料分解率f_b、燒成溫度(用SM表示)和升溫速率(用L/D的函數(shù)表示)。
　　f_b需受L/D的制約，以避免可能產(chǎn)生的飛砂料或結(jié)圈。SM的高低受燃燒器品種規(guī)格的制約。
　　

3)短粗窯優(yōu)點(diǎn)很突出，但也有日產(chǎn)量不宜超過(guò)8500t/d的缺點(diǎn)。目前似有將L/D定在12.5左右的趨勢(shì)?？梢赃m當(dāng)降低入窯物料分解率(譬如在92%左右)并有利于窯的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。