高KH配料的機理探討

我公司是年產120萬t水泥的大型濕法回轉窯企業(yè)，有5臺濕法長窯，其中2條為Φ3.3m/3.0m/3.3m/3.0m×118m啞鈴型窯，3條為Φ3.5m×145m的華新窯。經過多年的摸索研究，我們成功地開發(fā)利用了磷渣、銅渣和粉煤灰等工業(yè)廢渣作為生料配料燒制高標號水泥熟料，年平均熟料標號一直保持在650號左右，近年已達680～695號，在全國60多家大中型水泥企業(yè)中名列前茅，突出地表現在熟料KH控制較高，本文擬從生產實際出發(fā)，探討我公司高KH配料的理論依據。 

1　工業(yè)廢渣配料的率值控制 

　　一般濕法回轉窯的熟料三率值控制范圍為[1]:KH在0.86～0.94；SM在2.0～2.4；IM在1.1～1.8。我公司自采用石灰石、磷渣、銅渣、粉煤灰4組分配料以來，一直在探索尋求合理的率值控制指標，由于原料特性，我公司熟料強度表現出3d抗壓強度偏低，28d抗壓強度增進較高的狀況，在使用廢渣配料的初期，考慮到工業(yè)廢渣中多種微量元素引入水泥生料后，對熟料煅燒起到良好的礦化作用，我們將三率值控制指標下達為:KH=0.95±0.02；SM=2.05±0.10；IM=1.25±0.10，工業(yè)廢渣使用初期統(tǒng)計資料見表1～5。 

2　高KH配料生產優(yōu)質熟料的機理 

　　通常，KH越高，C3S含量越多，C2S含量越少，同時易造成fCaO偏高，影響熟料質量，但從我公司實際情況看，KH高達0.970時，fCaO仍較低，對窯皮無損傷，回轉窯仍安全運轉，分析原因如下: 
　　
從礦化劑角度分析[2]，我公司熟料中氟含量一般波動在0.25%～0.30%，磷含量波動在0.20%左右，由于氟、磷和亞鐵等離子的引入，在高溫煅燒條件下，微量組分對物料液相出現溫度、粘度和張力等性質產生了不同程度的影響。據文獻[3]介紹，F-能降低熟料的最低共熔溫度和液相粘度，由于液相出現早和液相粘度降低，加快了C3S的形成。摻有0.2%～0.5%的P2O5就具有改善生料易燒性的礦化作用，它促進了固相反應，降低物料共熔溫度。礦化劑是煅燒高KH配料的條件之一。 
　　
我們在生產中觀察到，當KH較高時，出窯熟料呈細小結粒且?guī)Х哿?，進入冷卻機后，細粉隨二次風吹入窯內，沉落在燒成帶及過渡帶區(qū)域，成為晶種。由于晶種的摻入，促進了C3S的形成速率，并使晶粒的生長發(fā)育處在受控狀態(tài)，熟料質量得到明顯改善。 
　　在硅酸鹽水泥熟料的4種主要礦物中[4]，C2S、C3A、C4AF基本都是在固相條件下形成的，而C3S必須在液相條件下才能由C2S和CaO反應生成，其形成速率和晶粒的生長發(fā)育又受液相性質(如成分、出現溫度、數量和粘度等)所制約。H.J.雷斯勒(Rosler)指出[4]，均質液相中成核，在不飽和區(qū)和剛越過飽和界限，也不會有穩(wěn)定的晶核形成，只有達到飽和度，越過所謂的介穩(wěn)區(qū)后，才開始自發(fā)地形成晶核和結晶。晶核生成速率，晶體成長速率與液相粘度有著密切的關系，當液相粘度降至某一區(qū)域時，晶體成核速率較低而晶體成長速率較高，在這種情況下，為數不多的晶核就容易長成為大晶體，此時，若外加少量物質起晶核的作用，造成非均相成核，由于成核能大大降低，晶核可以在小的過飽和度(介穩(wěn))形成。W.沙特(Schatt)論述[4]:在均質液相成核時，界面能起主導作用，為了平衡界面能，必須補充能量來克服液固相的轉變能，也就需要相應的過冷度或過飽和度，如果在液相中加入某種結晶粒作為外來界面，會在很大程度上消除成核的障礙，相當于非均相成核，結晶在很小的過冷度下就可進行。在熟料形成過程中[5]，摻加少量晶種能造成非均質液相成核，既能消除成核障礙，降低成核能耗，提高成核速度，又能改變晶體結構，控制晶粒的生長發(fā)育，防止晶粒過大。所以加入晶種和礦化劑后，兩者共同發(fā)揮作用，能較好地改善阿利特的形成過程，有效地控制晶體粒徑，提高C3S含量。 
　　
理論上看[6]，加入的晶種應發(fā)育良好，最好是高溫煅燒而結晶細小的晶體，通常選用KH較高，煅燒溫度較高的優(yōu)質熟料，因為這種熟料的C3S含量高且結晶完好，我們作為晶種的熟料正好符合了理論的要求，故而發(fā)揮了較好的作用，盡管熟料KH高達0.974，然而fCaO僅為0.59%，熟料強度提高較大。當然，入窯煤粉質量較好也是燒制優(yōu)質熟料的必備因素。 
　　
我們認為，在煅燒高KH生料時，由于礦化劑和晶種的共同作用，改善了生料易燒性，生料易燒性好，燒成帶物料好燒而不傷窯皮，fCaO低，物料結粒細小均齊，熟料質量較好，同時窯的快轉率也較高，能達到薄料快燒的要求，利于提高窯的臺時產量。目前我公司按以下指標控制熟料率值:KH=0.96±0.02；SM=2.0±0.10；IM=1.3±0.10。 

3　結束語 

　　晶種的摻入和礦化物質的礦化作用是我公司高KH配料燒制優(yōu)質熟料的理論依據，煅燒高KH生料時產生的細小結粒熟料隨二次風入窯，成為晶種，和礦化劑共同作用，能較好地改善熟料質量。在不損傷窯皮的前提下，適當提高熟料KH是有益的。