??引言

??筆者近期參與某廠二線投產調試工作，二線與老線共用自有石灰石礦山，采礦點分別為544/555以及503/508平臺，輔料采用紅砂巖、煤矸石、硫酸渣四組分配料。二線配料方案調整及窯操作參數均以老線為基礎。二線投料初期，原材料堿含量高、結晶硅含量高導致出窯熟料質量較差，突出表現在早期強度低，熟料標準稠度用水量高。調試過程中通過對過程產物理化及反應機制分析、調整配料方案、優(yōu)化窯上操作、添加礦化劑等手段有效解決了上述質量問題，為復雜有害成分影響下熟料煅燒優(yōu)化提供了參考依據。

??從熟料全分析以及中控操作參數看，化學成分、礦物組成、升重等各項參數均在控制范圍內，從老線高堿原料生產情況看，堿含量影響主要表現在后期強度低及需水量偏高，早期強度尚可。

??1?熟料質量問題分析

??1.1?堿組分對熟料形成的不利影響

??二線熟料質量情況見表1。

??表1?二線熟料質量情況

??從熟料升重以及窯尾實測氮氧化物含量（脫硝未投入使用情況下實測含量800mg/Nm₃）可以看出，窯內熱力強度穩(wěn)定且足夠；從礦物組成及含量看，與熟料早期強度密切相關的C₃S含量（計算值）較高，推斷早期強度低的主要原因是堿含量（K₂O）較高，影響礦物發(fā)育，發(fā)育不完全的礦物阻礙熟料早期強度的發(fā)揮。K2O在熟料形成過程中的不利影響主要表現如下：

??1）排除與硫化合生成K₂SO₄及K₂SO₄·Na₂SO₄外，K₂O優(yōu)先與主要礦物反應，生成難以和f-CaO反應的含堿固溶體KC23S12（反應方程式：12C₂S+K2O=KC₂₃S₁₂+CaO）[1]，使C₃S晶體形成時發(fā)育不完全，并使熟料中f-CaO大量增加，進而影響熟料力學性能的發(fā)揮。

??2）K₂O顯著提高了高溫液相的黏度，降低C₂S和CaO在液相中的溶解速度，惡化C₃S形成環(huán)境，使其晶形發(fā)育不完整，尺寸不均一，對稱性差。

??3）盡管通過計算及巖相分析得出C₃S含量較高，但晶體發(fā)育差，熟料早期水化速度大大提高，需水量顯著增大，使得調試初期熟料標準稠度用水量一直大于30.0%。

??1.2?礦物晶體尺寸和結構對熟料強度的影響

??熟料強度不僅與熟料化學成分有關，相同的化學成分下，結晶程度不同，熟料的強度相差甚大。因此對熟料進行礦物組成及顯微結構的巖相分析能夠有效判斷熟料質量問題所在。二線熟料巖相分析見圖1。

圖1?熟料顯微照片

??從圖1可以看出：

??1）熟料礦物發(fā)育不完整，邊緣不規(guī)則，礦物大小顆粒不均齊，尤其是A礦，晶體大至120μm，小至10μm，存在晶體連生現象。

??2）A礦晶體有裂紋，包裹體內含有B礦及f-CaO。

??3）液相分布不均且略少，孔洞多而大，結合熟料全分析，液相量為P=2.95A+2.2F+M+R=2.95×4.91+2.2×3.32+2.15+0.97=24.9%（A:Al₂O₃；F:Fe₂O₃；M:MgO；R:堿含量）。

??4）綜合多次顯微照片分析統(tǒng)計，存在輕微礦物分布不均，成堆聚集現象。

??通過上述分析，判斷窯內存在熟料急燒現象[2]，液相量略少，熟料急冷差，生料均化不良，含有粗粒難燒料。

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??1.3?高硅石灰石對熟料形成的不利影響

??為進一步探究原材料品質，對二線與老線石灰石礦點分別取樣，進行X射線衍射分析，兩線石灰石XRD圖譜見圖2和圖3。石灰石化學成分見表2。

表2?石灰石化學成分%

圖2?老線503/508平臺石灰石XRD圖譜

圖3?二線544/555平臺石灰石XRD圖譜

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??結合XRD圖譜及石灰石化學成分分析，老線503/508平臺巖石主要礦物組成為：方解石、ɑ-石英和白云石，二線544/555平臺巖石主要礦物組成為：方解石和ɑ-石英。不同礦點石灰石對熟料煅燒的影響主要體現在以下方面：

??1）二線石灰石的石英相特征峰更為明顯，化學成分中SiO2含量遠高于老線，因此二線石灰石石英相含量高，峰形尖銳，石英礦物發(fā)育較好，結晶度較高，石灰石難磨，易燒性差。Makashev[3]研究認為，不同類型的SiO₂活性順序為：石英<α-石英<長石中SiO₂<云母中的SiO₂ <黏土礦物中的SiO₂<玻璃質礦渣中的SiO₂。二線高硅石灰石帶入大量活性較差的α-石英，降低了SiO₂與CaO的反應活性，導致熟料發(fā)育不完全，熟料力學性能受到較大程度影響。

??2）XRD圖譜顯示，老線石灰石中白云石礦物衍射峰較為明顯。白云石分解溫度低，分解產物之一的CaO晶體比方解石分解出來的CaO晶體小1/3～1/2，比表面積更大，固相反應更快；白云石分解出的MgO與SO₃共處時可降低SO₃的不利影響，促進C₃S的形成，提高熟料強度[4]。與此同時，MgO作為助熔劑，降低了熟料燒成過程中的液相黏度，促進了f-CaO的吸收，提高固相反應速度，促進C₃S礦物的形成。

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??2?煅燒優(yōu)化措施

??2.1?加強原材料控制

??對兩條生產線石灰石礦點按照1∶1搭配開采使用，供給兩條生產線，加強礦區(qū)生產探勘工作，做到高低品位石灰石合理搭配使用，在保證窯內煅燒優(yōu)良的情況下最大限度提高礦山利用率?？刂粕虾细衤?，提高生料均化效果。

??2.2?采用“三高”率值配料

??熟料強度低為調試期間主要矛盾，要提高熟料強度就必須保證充足的硅酸鹽礦物總量及C₃S含量，因此采取較高的熟料KH值和SM值，設定KH值0.96±0.1，SM值 2.5±0.1，較高的KH、SM值也使得泥質原料使用總量降低，帶入的堿含量也隨之降低。因問題熟料早期強度低，巖相分析顯示液相量不足，因此設定IM值1.60±0.1，以期提高液相量，優(yōu)化礦物發(fā)育過程，進而提高熟料早期強度。

??2.3?優(yōu)化窯上操作

??針對上述問題分析及配料調整，對應優(yōu)化窯上操作，具體如下：

??1)采用高溫煅燒方式。在總用煤量基本不變的情況下，調整頭尾煤比例（12.4:15.2），增加頭煤量，二次風溫控制＞1150℃，生料入窯分解率控制在＞92%。

??2)加強窯內通風，減小三次風閥開度，適當加大高溫風機拉風，以增大窯內通風。

??3)將窯速由4.2r/min調整為3.9r/min，使熟料煅燒更為充分，對應抬高燃燒器位置至窯口截面中心線。

??4)篦冷機固定端采用厚料層控制（≥600mm），提高二次風溫，加強熟料急冷效果，改善熟料性能。在高產（窯投料量420t/h）、厚料層的情況下，提高前段風機轉速，一方面提高熟料冷卻效果，另一方面補充系統(tǒng)所需風量。

??3?調整后熟料質量

??1）經過上述優(yōu)化調整后，熟料質量有了明顯改善，見表3。熟料3d抗壓強度平均值由26.2MPa提高至31.5MPa，28d抗壓強度平均值由44.6MPa提高至51.8MPa，熟料標準稠度用水量由30.0%下降至28.6%。

表3?優(yōu)化后熟料質量情況

??2）優(yōu)化調整后熟料巖相顯微照片見圖4。

圖4?熟料顯微照片

??從圖4可以看出，A礦數量充足，邊緣整齊，呈完整形態(tài)板狀結構，無不規(guī)則晶體，礦物顆粒大小均齊，發(fā)育較為完全，液相量適中(P=26.5%)、均勻，孔洞少，為熟料力學性能的發(fā)揮提供了有力支持。

??4?磷渣作為礦化劑對熟料性能的改善

??為進一步改善熟料性能，在配料方案中添加磷渣，利用磷渣中的P₂O₅、F-等微量元素對熟料煅燒的礦化作用來改善熟料性能，同時降低熟料燒成溫度，減少熟料熱耗[5]。大量研究工作表明，磷渣的摻入能夠改善生料的易燒性，降低高溫液相黏度，促進熟料礦物形成與析晶，降低熟料形成過程反應活化能及熟料中f-CaO含量。根據業(yè)內利用磷渣生產優(yōu)質水泥的相關經驗，磷渣摻入量定為4%，調整配料后熟料性能有了極大提高，3d抗壓強度平均值由31.5MPa提高至34.5MPa，28d抗壓強度平均值由51.8MPa提高至57.2MPa，熟料標準稠度用水量由28.6%下降至27.0%，熟料初凝時間由80min延長至110min。