如何得到高強(qiáng)度的熟料

  人們常常認(rèn)為易燒性好的生料容易獲得較高的熟料強(qiáng)度，也常常認(rèn)為預(yù)分解窯采用的配料方案應(yīng)該是中等的KH（0.88-0.92）值，較高的SM（2.5-2.7），較高的IM（1.5-1.7）。那么預(yù)分解窯能煅燒SM為2.2的熟料嗎？獲得的熟料強(qiáng)度高嗎（KH=0.88-0.92）？回答是肯定的，不僅可以，而且還能獲得很高的強(qiáng)度。南寧地區(qū)幾個水泥廠熟料28天強(qiáng)度普遍大于60Mpa。華潤南寧水泥廠28天強(qiáng)度高達(dá)70多Mpa。是易燒性太好嗎？答案卻是否定的、且似乎是相反的。生產(chǎn)實踐?？梢缘玫揭谉栽讲顝?qiáng)度越高的結(jié)果。

  水泥生產(chǎn)的復(fù)雜性在于，熟料強(qiáng)度不僅與熟料化學(xué)成分有關(guān)，而且與生料的化學(xué)成分及煤灰的化學(xué)組成有關(guān)；原料的化學(xué)成分相同，結(jié)晶程度不同，熟料強(qiáng)度可能會完全不同。燒成制度相同，熟料的冷卻制度不同，熟料強(qiáng)度的也會千差萬別。但，煅燒過程是對熟料強(qiáng)度影響最大的環(huán)節(jié)。

  一個廠最大宗的原料石灰石往往是無法改變的，硅、鋁質(zhì)原料往往也很難改變。如何利用現(xiàn)有的工藝（生產(chǎn)）條件、不改變原料的情況下，得到更高的熟料強(qiáng)度，是我們急切需要關(guān)注與解決的問題。當(dāng)然，獲得高的熟料強(qiáng)度，應(yīng)該是在優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗的前提下獲得。

  理論與實踐都告訴我們，生料在燒成帶必須要有足夠的溫度以及合適的停留時間。那么究竟需要多高的溫度、究竟停留多長的時間？究竟什么配料方案可以獲得高的熟料強(qiáng)度？

  筆者認(rèn)為，不同操作方法下的熟料晶體結(jié)構(gòu)特征不同，并且熟料強(qiáng)度存在較大的差距。即可通過從宏觀上控制燒成帶和窯內(nèi)冷卻帶長度的方法來控制晶體尺寸大小或控制燒成帶長度與窯內(nèi)熱力強(qiáng)度之間的合理匹配來設(shè)控熟料微觀形貌，從而達(dá)到改善熟料性能的目的。

  以下是川渝兩地兩個水泥廠熟料的巖相分析。

  一．燒成溫度偏低的熟料

圖1巖相結(jié)構(gòu)中較多的孔存在 水浸蝕5s，反光200X

     圖2點滴狀和點線狀黑色中間相 水浸蝕5s，反光200X

圖3成堆集中分布的f-CaO礦巢 水浸蝕5s，反光200X

圖4大堆分布的游離鈣礦巢，組成晶體的尺寸較大 水浸蝕5s，反光200X

圖5  A礦晶體結(jié)構(gòu)邊緣受液相溶蝕，邊緣殘缺不全，A礦晶體內(nèi)部有大量的B礦包裹體 1%硝酸酒精浸蝕，反光200X  

圖6  短柱狀和六方片狀A(yù)礦，邊緣殘缺不全，其鄰近區(qū)域分布著大量游離氧化鈣礦巢1%硝酸酒精浸蝕，反光200X

  巖相分析可以發(fā)現(xiàn)，熟料燒結(jié)情況不好，孔洞多。A礦形成不充分、A礦晶體大小不均勻、礦物相（A礦、B礦和中間相）整體分布不均勻，黑色中間相在局部區(qū)域相對集中分布。生料均勻性相對較差。

  該廠熟料28天強(qiáng)度僅僅47個Mpa左右。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，巖相結(jié)構(gòu)不好、熟料強(qiáng)度低的原因是：生料由于在窯尾提前出現(xiàn)液相，結(jié)大塊，加上燒成帶形成低溫長帶，火力不集中，導(dǎo)致熟料強(qiáng)度低。

  二．強(qiáng)度適中的熟料

圖7短柱狀和六方片狀A(yù)礦

圖8  A礦晶體連生嚴(yán)重

圖9  短柱狀和六方片狀A(yù)礦，A礦晶體連生嚴(yán)重，晶體斷面呈特殊構(gòu)斷面存在大量特殊構(gòu)造的條紋

圖10 大量分布A礦假象

  圖7-圖10的熟料A礦發(fā)育基本正常（部分A礦分解），強(qiáng)度55Mpa左右。

  三．還原氣氛、冷卻速度慢的熟料

圖11 A礦分解成B礦和二次游離氧化鈣，但仍保留著A礦外形

圖12  A礦分解成B礦和二次游離氧化鈣

圖13  六方片狀A(yù)礦，晶體斷面呈特殊構(gòu)斷面存在大量特殊構(gòu)造的條紋

圖14  A礦受液相溶蝕，金屬鐵亮點

  圖11-圖14 中A礦大部分分解為二次游離鈣和二次B礦，有些地方還能隱約看出原來柱狀或片狀的A礦，而有的地方已經(jīng)看不出A礦的外形。少部分保留下來的A礦，大多數(shù)受液相溶蝕，邊緣殘缺不全，或周邊形成B礦花環(huán)，也有A礦晶體斷面普遍存在平行或交叉條紋，并有大量包裹物。這種熟料的巖相特征是典型的還原慢冷熟料。熟料強(qiáng)度較低（28天強(qiáng)度45Mpa）。

  四．強(qiáng)度高的熟料

圖15 結(jié)晶完好的熟料

  從圖15中可以看出，該熟料硅率不高（SM=2.2），A礦邊棱清晰，發(fā)育完整，冷卻效果好。是優(yōu)質(zhì)熟料的特征。

  該熟料生產(chǎn)線為天津水泥實際研究院設(shè)計的5000t/d生產(chǎn)線。熟料飽和系數(shù)KH=0.92左右，SM=2.2左右，IM=1.4左右。28天強(qiáng)度高達(dá)69Mpa（甚至更高）。該廠采用無煙煤煅燒。由于石灰石原料很純，MgO只有0.3左右，石英砂結(jié)晶度很高，難磨、難燒。生料中K、Na、Cl、S都較低。為保證窯的長期、安全運(yùn)轉(zhuǎn)采取低硅率、適中的飽和系數(shù)。

  筆者認(rèn)為，恰恰是由于該生料易燒性差，不得不提高燒成帶溫度，加強(qiáng)生料的預(yù)燒（該廠尾溫長期保持在1200度以上），熟料冷卻效果好的情況下，取得了高強(qiáng)度的結(jié)果。而國內(nèi)絕大多數(shù)預(yù)分解窯，由于微量元素的原因（特別是K、Na、Cl、S），尾溫如果稍高（一般在1100度以下），窯尾上升煙道結(jié)皮的可能性大大增加，為保持長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而不得不降低燒成帶溫度，導(dǎo)致熟料強(qiáng)度沒有更高。實際造成非常大的浪費。

  四川某廠為改善生料易燒性，在生料配料中加入礦渣，熱耗雖有明顯降低，但由于液相在窯尾出現(xiàn)，導(dǎo)致料子結(jié)大塊，進(jìn)入燒成帶無法燒透，強(qiáng)度顯著降低。

  當(dāng)然，燒成溫度高對A礦晶型（通常認(rèn)為A礦以單斜M1存在，強(qiáng)度高）的不同，導(dǎo)致熟料強(qiáng)度增加，是因為MgO低，還是燒成溫度高（通常認(rèn)為燒成溫度高A礦以M1形式存在），還是兩者共同作用的結(jié)果，留待筆者仔細(xì)研究后呈現(xiàn)給讀者。