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水泥熟料游離氧化鈣的控制
一、控制游離鈣的操作方法
1. 偶然出現(xiàn)不合格游離氧化鈣時(shí)常見(jiàn)的誤操作
這多是由于窯尾溫度低、或者有塌料、掉窯皮，甚至喂料量的不當(dāng)增加而發(fā)生，解決的責(zé)任人只能是中控操作員。但按照前述不夠準(zhǔn)確的概念，操作上會(huì)對(duì)應(yīng)一種司空見(jiàn)慣的誤操作：先打慢窯速，然后窯頭加煤，應(yīng)該說(shuō)，這種從傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯型沿用下來(lái)的操作方法對(duì)分解窯是很不適宜的。因?yàn)椋?/p>
?、?nbsp; 加大了窯的燒成熱負(fù)荷。分解窯是以3轉(zhuǎn)/分以上窯速實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的，慢轉(zhuǎn)窯后似乎可以延長(zhǎng)物料在窯內(nèi)的停留時(shí)間，增加對(duì)游離氧化鈣的吸收時(shí)間。但是，慢轉(zhuǎn)的代價(jià)是加大了料層厚度，所需要的熱負(fù)荷并沒(méi)有減少，反而增加了熱交換的困難。窯速減得越多，所起的負(fù)作用就越大，熟料仍然會(huì)以過(guò)高的游離氧化鈣出窯。
?、?nbsp; 增加熱耗。有資料證實(shí)（ZKG;12/1989;PE314），分解后的CaO具有很高的活性，但這種活性不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持。由于窯速的減慢而帶來(lái)的活性降低，延遲了900~1300°C之間的傳熱，導(dǎo)致水泥化合物的形成熱增高。所以，降低分解窯的窯速?zèng)Q不是應(yīng)該輕易采取的措施。
?、?nbsp; 縮短了耐火磚的使用周期。窯尾段的溫度已低，還突然加煤，使窯內(nèi)火焰嚴(yán)重受挫變形，火焰形狀發(fā)散，不但煤粉無(wú)法燃燒*，而且嚴(yán)重傷及窯皮。同時(shí)，減慢窯速后，物料停留時(shí)間增加一倍以上，負(fù)荷填充率及熱負(fù)荷都在增大，這些都成為降低窯內(nèi)耐火襯料使用壽命的因素。
?、?nbsp; 窯的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎Ｋ枰臅r(shí)間長(zhǎng)。這種方法至少要半小時(shí)以上。
2. 正確處理偶然出現(xiàn)不合格游離氧化鈣的操作方法：
⑴ 一旦發(fā)現(xiàn)上述異?，F(xiàn)象，立即減少喂料，減料多少根據(jù)窯內(nèi)狀況異常的程度而定。比如：塌料較大、時(shí)間較長(zhǎng)，或窯尾溫度降低較多，此時(shí)減料幅度要略大些，但不宜于一次減料過(guò)大，要保持一級(jí)預(yù)熱器出口溫度不能升得過(guò)快過(guò)高；
?、?nbsp; 緊接著相應(yīng)減少分解爐的喂煤，維持一級(jí)預(yù)熱器出口溫度略高于正常時(shí)的50℃以?xún)?nèi)，同時(shí)通知化驗(yàn)室增加入窯分解率的測(cè)定，確保不低于85~90%；
⑶ 略微減少窯尾排風(fēng)，以使一級(jí)出口的溫度能較快恢復(fù)原有狀態(tài)。但不可減得過(guò)多，否則會(huì)造成新的塌料，也影響二、三次風(fēng)的入窯量，進(jìn)而影響火焰；
?、?nbsp; 如果掉窯皮、或塌料量不大，*可以不減慢窯速，這批料雖以不合格的熟料出窯，但對(duì)生產(chǎn)總體損失是zui小的。按照這種操作方式，恢復(fù)正常運(yùn)行的時(shí)間只需十分鐘。如果是打慢窯，這批料不僅無(wú)法煅燒合格，而且如上所述至少耗時(shí)半個(gè)小時(shí)以上，影響熟料的產(chǎn)量，以及更多熟料的質(zhì)量。
當(dāng)然，如果脫落較多窯皮，或竄料嚴(yán)重，不得不大幅度降低窯速，至1轉(zhuǎn)/分以?xún)?nèi)，此時(shí)更重要的是投料量要大幅度降低，為正常量的1/3左右。而且也應(yīng)減料操作在前，打慢窯速的操作在后，避免有大量物料在窯內(nèi)堆積。如此出來(lái)的熟料游離鈣含量會(huì)合格，但付出的代價(jià)卻是半個(gè)小時(shí)以上的正常產(chǎn)量、更多的燃料消耗、長(zhǎng)時(shí)間的工藝制度不正常，以及類(lèi)似中空窯煅燒的各種弊病，經(jīng)濟(jì)上損失較大。
?、?nbsp; 盡快找出窯內(nèi)溫度不正常的原因，對(duì)癥治療，防止類(lèi)似情況再次發(fā)生。比如：找出塌料的原因、窯尾溫度降低的原因等等。
上述操作方法還要因具體情況而異，總的原則是：不要糾纏一時(shí)一事的得失，要顧全系統(tǒng)穩(wěn)定的大局。這個(gè)大局就是用zui短時(shí)間恢復(fù)窯內(nèi)火焰的正常、系統(tǒng)溫度分布的正常，各項(xiàng)工藝參數(shù)的正常，并繼續(xù)保持它們。
3. 反復(fù)出現(xiàn)不合格游離氧化鈣的對(duì)策
如果窯作為系統(tǒng)已無(wú)法正?？刂剖炝嫌坞x氧化鈣的含量，則說(shuō)明此窯已純屬帶病運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)*依賴(lài)中控操作員的操作，已經(jīng)力不從心。應(yīng)該由管理人員（如總工）組織力量，對(duì)有可能產(chǎn)生的問(wèn)題針對(duì)性地逐項(xiàng)解決。比如：
⑴ 原燃料成分不穩(wěn)定，需要從原燃料進(jìn)廠質(zhì)量控制及提高均勻化能力等措施解決。
?、?nbsp; 生料粉的細(xì)度跑粗，尤其是硅質(zhì)校正原料的細(xì)度，需要從生料的配制操作解決，這方面往往被技術(shù)人員所忽略。
國(guó)外就此課題進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究，得出的結(jié)論是：熟料煅燒過(guò)程中，由硅酸二鈣生成硅酸三鈣的途徑有兩條：由硅酸二鈣靠固相反應(yīng)自我合成，析出氧化硅（見(jiàn)圖1.4.1）；或由硅酸二鈣與氧化鈣靠少量液相完成反應(yīng)。不論是何種方式，反應(yīng)均在原有顆粒中進(jìn)行，但這將與生料粒徑有很大關(guān)系，粒徑一定后，C2S、C3S的結(jié)晶大小就基本確定，尤其是含氧化硅原料的細(xì)度是關(guān)鍵，因?yàn)樘妓徕}分解后形成多孔的氧化鈣，是靠氧化硅向氧化鈣的孔內(nèi)移動(dòng)后進(jìn)行反應(yīng)的。大粒徑的SiO2更容易形成瘤狀、帶狀群的C2S，在生料飽和比偏高的分解窯配比情況下，既使形成了C3S，結(jié)晶也較粗大，游離鈣更易形成。研究還表明，泥灰?guī)r要比石灰?guī)r有更好的易燒性，原因正是由于它有更短的內(nèi)部移動(dòng)通道（ZKG，7/2004，P72）。
因此，在生料制備過(guò)程中，如何降低氧化硅粒徑是提高生料易燒性的重要思路，但由于單獨(dú)粉磨等工藝措施會(huì)增加電耗。這里，如何優(yōu)化工藝并衡量得失，是需要各企業(yè)結(jié)合自身特點(diǎn)進(jìn)行工作的。
?、?nbsp; 喂料、喂煤量的波動(dòng)，需要從計(jì)量秤的控制能力上解決。
?、?nbsp; 煤、料的熱交換不好，需要從設(shè)備備件（如管道、撒料板、內(nèi)筒、翻板閥等）及工藝布置有無(wú)變化上解決。
⑸ 配料成分過(guò)高而且波動(dòng)過(guò)大，需要配料人員解決。
?、?nbsp; 火焰狀態(tài)不好，煤粉燃燒不*，中控操作員按工藝工程師的要求重新調(diào)整三風(fēng)道煤管的內(nèi)外風(fēng)，二、三次風(fēng)量的變化及風(fēng)溫的改變綜合考慮。
二、游離氧化鈣的檢驗(yàn)方法
對(duì)熟料中游離氧化鈣的檢驗(yàn)方法有如下幾種：
1. 化學(xué)分析法有兩種；甘油乙醇法和乙二醇快速法，都很準(zhǔn)確，后者以快速而zui為常用。
2. 的游離氧化鈣測(cè)定儀，它的原理是利用乙二醇快速萃取的終點(diǎn)產(chǎn)生電位突躍，自動(dòng)判定并顯示終點(diǎn)，消除了目視判斷終點(diǎn)產(chǎn)生的主觀誤差，也減輕了員工的工作量。工廠只需花費(fèi)幾千元購(gòu)置該儀器，測(cè)定速度較快。但在游離氧化鈣含量較高時(shí)，測(cè)定誤差較大。
3. 顯微巖相定量分析法，它的準(zhǔn)確度不高，但有利于進(jìn)行游離氧化鈣結(jié)晶大小、形狀、分布以及與其它礦物組成之間關(guān)系的觀察及研究。
4. X—射線粉末衍射法（XRD），它提供的精度相對(duì)較低，常常用于快速判斷熟料中的游離氧化鈣含量，ASTM C1365已為它提供了標(biāo)準(zhǔn)方法。如果將XRD衍射通道兼容進(jìn)X—熒光分析儀（XRF）中，稱(chēng)為ARL8600S水泥全分析商用機(jī)，它直接從壓制粉末樣品中得到的金相分析游離鈣及硅酸三鈣結(jié)果，其精度比單獨(dú)使用XRD要高10倍以上，不僅比同時(shí)購(gòu)置XRD及XRF兩臺(tái)機(jī)節(jié)省投資，而且對(duì)小于0.5%的游離氧化鈣均具有足夠的靈敏度，其穩(wěn)定性也令人非常滿(mǎn)意（WC，8/1994，P11）。
5. 用測(cè)定熟料的立升重驗(yàn)證熟料游離氧化鈣的含量。對(duì)于更多的廠不惜多用人力、物力開(kāi)展此檢驗(yàn)項(xiàng)目，無(wú)非在于通過(guò)這兩個(gè)指標(biāo)的檢驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證。日本有的企業(yè)甚至花費(fèi)十幾萬(wàn)美元購(gòu)置自身研制的自動(dòng)立升重在線測(cè)試裝置。實(shí)際上對(duì)分解窯而言，檢驗(yàn)立升重的意義已大為淡化。原因很簡(jiǎn)單，游離氧化鈣是熟料的化學(xué)屬性，立升重是熟料的物理表征，雖然它們會(huì)有某種對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要煅燒好，游離氧化鈣低，致密度高，立升重就大。但熟料的致密性并非只與煅燒有關(guān)，影響因素很多，比如還與熟料出燒成帶在窯內(nèi)停留的時(shí)間有關(guān)，在其它任何條件不變的情況下，只要將煤管向窯內(nèi)多伸入一點(diǎn)，熟料立升重就會(huì)明顯增加，但熟料游離鈣的含量卻不會(huì)減少。這也是為什么中空窯的熟料立升重測(cè)定結(jié)果比分解窯還高的原因。另外，熟料立升重受配料中鐵含量的影響，而游離氧化鈣受著配料中鈣的含量制約，也影響兩者的相關(guān)性。從節(jié)約檢驗(yàn)成本，增加檢驗(yàn)實(shí)效的角度出發(fā)，熟料立升重的例行檢測(cè)*可以取消或改為抽檢。
熟料的取樣位置大多定在從蓖冷機(jī)到熟料庫(kù)的輸送線上某一點(diǎn)，千萬(wàn)不要象個(gè)別廠定在出窯口下部，這時(shí)的熟料取出后的冷卻條件*不同于篦冷機(jī)的冷卻條件，無(wú)法反映它的真實(shí)狀況。
由于熟料的取樣是間歇性瞬時(shí)取樣，檢驗(yàn)的頻次及間隔時(shí)間值得推敲。現(xiàn)各企業(yè)取樣間隔時(shí)間1~4小時(shí)不等。如果從檢驗(yàn)的實(shí)效性出發(fā)，只要能反映出生產(chǎn)中熟料的波動(dòng)情況，就沒(méi)有必要無(wú)效地增加頻次。但如果生產(chǎn)出現(xiàn)異常而沒(méi)有檢驗(yàn)出來(lái)，即便是一小時(shí)一次也不為過(guò)。具體講，對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)正常的窯，只要配料與燃料成分沒(méi)有變化，四個(gè)小時(shí)做一次游離氧化鈣檢驗(yàn)并不算少，但檢驗(yàn)人員應(yīng)該主動(dòng)了解中控室操作的變化，中控人員也應(yīng)主動(dòng)與檢驗(yàn)人員。一旦窯內(nèi)工藝參數(shù)有變化，就應(yīng)在變化的30分鐘后取樣，這樣的檢驗(yàn)對(duì)操作人員是很有指導(dǎo)意義的。
取樣代表性應(yīng)有嚴(yán)格地規(guī)定，這將取決于不同的檢驗(yàn)方法。在采用顯微巖相定量分析方法時(shí)，由于是對(duì)某個(gè)熟料顆粒進(jìn)行，該顆粒應(yīng)在外觀上與大多數(shù)顆粒一致。其它幾種檢驗(yàn)方法，如果是做瞬時(shí)結(jié)果，只取瞬時(shí)樣品即可；如果是做小時(shí)平均樣，窯在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，也可任意取一瞬時(shí)樣；在非穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，則應(yīng)取該小時(shí)波動(dòng)的高、中、低三種狀態(tài)的混合樣品作為本小時(shí)平均樣。