飞砂料形成机理和解决办法

所谓飞砂料是回转窑烧成带产生大量细粒并飞扬的熟料。这种飞砂料的大小一般在1mm以下,在窑内到处飞扬。飞砂料的出现,既影响熟料质量,又影响窑的操作。飞砂产生与否主要取决于熟料液相量和液相性质(主要是表面张力)。飞砂有两类:一类是熟料液相量太少而产生;另一类是粘散料,由于液相表面张力太小所致。

(1)飞砂料产生的原因

1)液相量不足

产生飞砂主要是液相量太少的缘故。物料在烧成带停留的时间很短,预分解窑约10~15min,湿法窑最长也不超过25~30min。若没有液相,C2S和CaO粒子通过固相反应长大至1mm以上是十分困难的。其结果是,这些细粒子随窑内气体悬浮并被气体带走,即所谓飞砂。液相量太大,熟料易结大块,这是众所周知的事实。反过来说,液相量太少则熟料结粒太小,即产生飞砂。铝率太高,液相量随温度提高而增加的速度太慢,也易产生飞砂。还原气氛使Fe2O3变成FeO,也使液相量减少,从而产生飞砂。

2)过渡带过长造成飞砂料

带预热器的回转窑长径比在(16∶1)~(14∶1)之间,入窑生料的碳酸盐分解率约为30%~40%,回转窑内有一半长是碳酸盐分解带,过渡带不长,物料由℃升至℃的时间约5~6min,所生成的中间相贝利特和游离石灰还没有太多的时间进行再结晶,由于碳酸盐分解所产生的表面活性和晶格缺陷也得以保存,这些都有利于形成均匀的结粒和加速阿利特的形成。若生料入窑分解率过高,与窑的长径比不适应,回转窑内的碳酸盐分解带缩短了,而烧成带受火焰形状限制不可能随意拉长,结果扩大了过渡带,物料在~℃的温度段内停留时间过长,在这个温度下物料的扩散速度很快,又不可能形成阿利特相,势必造成贝利特和游离石灰的再结晶,形成粗大的结构,降低了表面活性和晶格缺陷活性。当物料到达烧成带时,再结晶的贝利特和游离石灰溶解速度变慢,使得液相量减少,难以将物料粘结成大颗粒,从而产生大量的粉料,即飞砂料。

3)配料不当,硅酸率过高

硅酸率过高也是产生飞砂料的根源,硅酸率表示了在低烧过程中或在煅烧带内固相与液相的比例。℃以上时熔融物料中的固相为C3S和C2S,SiO2基本上存在于固相中,液相则包括了全部Al2O3和Fe2O3。如硅酸率过高,液相量偏少,不足以将物料结成大的颗粒,容易产生飞砂料。

4)硫酸盐饱和度过高降低了液相粘度和液相表面张力

熟料中硫和碱含量应有一定的比例,通常称为硫碱比或硫酸盐饱和度。若原料和燃料带入的硫量较高,原料中的碱含量又偏低,窑系统内SO2循环也比较高,就会造成熟料中硫酸盐饱和度过高,SO3相对过剩易产生大量飞砂料。过剩SO3,增加液相量和降低液相粘度固然有利于煅烧,但硫酸碱又降低了液相的表面张力,其结果虽然改善了熟料颗粒的可浸润性,却降低了颗粒之间的粘着力。粘度和表面张力的降低,使熟料颗粒结构疏松,物料在窑内滚动时难以形成较大颗粒,或形成了也会由于多次滚动而散开,产生大量细粉料。所以过高的硫酸盐饱和度或过高的硫酸碱含量,便会在窑中产生过多的熟料细粉料,另外还增大了SO2排放量,易结皮和结圈,熟料中碱含量增大,快凝,需水量大,对水泥的可贮存性、和易性和强度都有不利影响。窑内硫的循环量高,也易造成周期性的飞砂料。水泥厂应该重视原料尤其是燃料带入的硫量,控制硫酸盐饱和度在40%~70%之间,这是获得适当的熟料结粒所不可缺少的措施。此外,还有欠烧、火焰形状不当、窑热工制度不稳定、短焰急烧、物料特性波动大、难烧的SiO2含量高等也易产生飞砂料。

(2)避免飞砂料的措施

1)配料方案必须与煅烧温度相适应

液相量太少和液相量的大量出现太迟是飞砂的主要原因,因此保持适当的液相量是避免飞砂的主要措施。由于液相量与熟料的化学成分和煅烧温度有关,合理的配料方案和合适的煅烧温度是十分必要的。从配料方案来看,反映液相量的率值主要是硅酸率,而液相量随温度而增加的速度与铝率有关。硅酸率太高则液相量太少,铝率太高则液相随温度提高增加速度慢,即液相大量出现的时间迟。煅烧温度高,则液相量增大,反之降低煅烧温度则液相量减少。因此配料方案必须与熟料煅烧温度相适应。如果熟料煅烧温度高,则硅酸率可高些,铝率也可高些;反之则不能。其次,煅烧温度与火焰温度和火焰形状有关。而影响火焰温度的主要因素有煤粉的质量(发热量、水分和细度)以及一、二次风温,特别是二次风温的高低以及一、二次风的比例。一般来说,煤的发热量高,煤粉的细度细,水分少,二次风温高且用量大,则火焰温度高。就相同质量的煤粉而言,使用三通道喷煤管由于一次风比例小,二次风比例大,火焰粗短,其火焰温度比单通道喷煤管的火焰温度高。另外,由于结构的原因,三通道喷煤管使煤粉的燃烧状况比单通道喷煤管要好,火焰粗短。此外用篦冷机冷却熟料时二次风温比单筒和多筒冷却机的高。还有一点,就是考虑硅酸率时,必须考虑一些微组分如MgO、R2O和SO3的影响,因为这些微组分都会在烧成过程中以液相出现,增加液相量并影响液相粘度以及液相表面张力。

2)避免用高碱高镁原料和高硫燃煤

降低熟料中碱和硫的含量必须避免用高碱的原料和高硫的燃料。一般来说,碱主要来自粘土质原料,也有一些是来自石灰石,因此在选择原料和燃煤时应严格控制碱和硫的含量。MgO不仅可增加液相量,降低液相粘度,还可降低液相表面张力。因此,若MgO含量太高,加上一定数量的K2O、Na2O和SO3,也可产生粘散料,形成飞砂。如果限于原材料条件,非用高碱高镁原料和高硫燃煤不可,那么应考虑这些微组分的影响,在配料方案上适当降低饱和比、提高硅酸率;在操作上避免用粗短的高温火焰,而采用较长的低温火焰。

3)减少窑灰入窑量

窑灰含碱量一般比生料的高,因此窑灰的入窑量应慎重考虑。特别是碱含量高的原料,其窑灰碱含量更高,应减少其窑灰入窑量,避免由于碱含量太高而引起粘散料类型的飞砂。对碱含量较低的窑灰,也应将其均匀掺入,即与出磨生料混合均匀后再入窑。窑灰中硫的含量也比生料的高,因此减少窑灰入窑量也将减少熟料中的硫含量。

4)提高煤粉质量

要提高煤粉质量,除了选择热值高的煤外,应特别注意煤粉的细度和水分。煤粉水分大、煤粉粗时,还原气氛严重,煤粉不完全燃烧也易产生飞砂。

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