2023年岩相分析在中联水泥质量控制中发挥大作用.docx

· 岩相分析在中联水泥质量控制中发挥大作用 2023-7-1 11:06:21    康洁琼1  朱其川2　…   出处：水泥商情网             ★★★ ：利用岩相分析技术分析熟料的显微结构，配合化学分析和物理检验等常用方法能够对熟料质量和工艺状况进行直观、准确的判断，可以及时发现造成质量和工艺波动的原因，并采取相应措施，及时改良缺乏，从而提高工艺质量管理水平，为企业创造更多的经济效益。 ·     〔1.中国联合水泥集团公司，北京100037； 2.中国联合水泥集团河南运营管理区，473000〕              目前水泥企业对熟料质量的管理主要是通过对化学分析、物检分析的方法，对生料、熟料化学成份、物理性能进行分析，采用调整生料成分，调节熟料烧成系统温度、压力的手段进行控制。但是由于化学分析只能检测出矿物成分的含量，不能观察到矿物的显微结构，不能有效分析出工艺质量的波动是生料配料中存在问题，还是由于工艺煅烧操作不正常所造成，因此在采取对应的工艺技术措施时常常举棋不定或者采用试错的方法，影响了解决问题的及时性，有时采取的措施常常事与愿违，对生产造成更加不利影响。而岩相分析恰恰弥补了这方面的缺乏，近年来我们尝试岩相分析技术在水泥质量工艺管理中的应用，取得了一定的效果。 1   正常熟料岩相显微结构     正常水泥熟料的显微结构是生料配料合理、煅烧好、反响完全、冷却制度合理的水泥熟料，把它称之为正常熟料〔图1、图2〕。这种熟料的显微结构表现为:    〔1〕A矿大小均齐，粒径在20-50µm之间，呈六角板状或长柱状，外表和边棱光洁；    〔2〕B矿呈圆粒状，见交叉双晶纹，大小均齐，粒径在40µm左右；    〔3〕A矿、B矿均匀分布，其间根本上被白色、黑色中间相隔开；    〔4〕不见有白色中间相、黑色中间相晶出；    〔5〕不见游离氧化钙、方镁石等晶体。  　  图1　正常熟料岩相　　　　　　　　   　图2　正常熟料岩相 2    异常熟料常见问题岩相显微结构 2.1 原料或生料的弊端在水泥熟料中的岩相结构 2.1.1 B矿矿巢     当石灰石中含有粗粒石英、长石或粗粒煤粉粒子，生料易烧性大为降低，生成B矿后再无能力回吸氧化钙生成A矿，就以B矿矿巢形式残存下来了。原料中粗粒石英、长石形成的B矿矿巢，一般中间体少，粗大的B矿几乎紧紧连在一起。中间体较丰富的B矿巢往往是由粗粒煤粉粒子造成的。〔图3〕 2.1.2 fCaO矿巢     当石灰石中存在结晶发育很好的大颗粒方解石时，这些方解石即使分解为氧化钙，活性也很低，在熟料煅烧过程中以游离氧化钙巢的形式残存下来。〔图4〕 　  图3　B矿矿巢　　  　　           图4　fcao矿巢 2.1.3 A矿、B矿分层排布     当生料出现均化效果差，不同成分的生料出现分层排列的时候，煅烧出来的A矿、B矿亦出现分层排列的现象。在岩相结构上，可见到熟料矿物严重分布不均，其中A矿、B矿不是均匀分布，而是分层排列或成堆聚集，说明熟料中局部的饱和系数已改变。〔图5〕 　  图5　A矿、B矿分层排布　　　　 　图6　欠烧熟料 2.2 煅烧弊端在水泥熟料岩相中的结构 2.2.1 欠烧熟料     烧成温度缺乏，物料还没有完全烧结，矿物相互粘连在一起，发育不完全，未形成清晰的晶体结构。欠烧熟料的外观特征是：熟料球细小、粉尘多，疏松易碎、无光泽、立升重低、游离氧化钙含量高；反映在岩相是A矿极少、呈无定形、晶体细小，中间体少、熟料矿物保持固相反响的特征。〔图6〕 2.2.2 急烧熟料     A矿〔C3S〕中有大量B矿〔C2S〕包裹体，说明煅烧存在急烧现象。急烧熟料有不同程度的黄心，料球中心局部因热力强度缺乏，烧成不完全。熟料中心局部向外结构类型有显著变化，外层为正常熟料岩相结构，里层为欠烧熟料岩相结构。〔图7〕 　  图7　急烧熟料　　　  　　    图8　复原熟料 2.2.3  复原料      正常熟料是在窑内空气略有过量的情况下烧成的，假设窑内氧气缺乏，燃料燃烧不完全，出现CO时，就形成复原气氛，假设燃料仍然以碳粒形式留在熟料内，那么这一局部热量就全部损失。在复原气氛下烧成时，窑内热力强度低，同时由于窑皮中液相提早出现，粘度降低，使回转窑的后结圈长大。后结圈又使窑内通风不良，复原气氛加重，破坏窑内的正常煅烧。〔复原料岩相见图8〕 2.2.4 慢冷熟料     由于熟料在1335-1250℃的停留时间较长，A矿出现分解现象分解出B矿。这些分解出来的分解出来的B矿呈小圆粒状，分布在A矿的周边，形如花环，故称之为花环状结构。还是因慢冷，A矿分解，其边棱不再平整，如以下图已有残缺，更有甚者呈港湾状。慢冷的另一现象是，中间相已晶出，图中可见黑色中析晶，形成片状晶体。〔图9、图10〕 　 　  图9　慢冷熟料　　       　　图10　慢冷熟料 2.3 异常岩相显微结构的改良措施 　     异常岩相特征的显微结构，反映在原料、配料或煅烧中存在一定程度的问题，现根据存在的问题进行具体分析，并提出相应的改良措施〔见表1〕： 表1  异常岩相特征的显微结构在原料、配料或煅烧中出现问题的具体分析及改良措施 3   应 用     通过近几年对所属企业不断的质量抽检，积累了在水泥熟料煅烧过程中的岩相分析技术应用经验。 3.1 改良熟料黄心料     2023年5月份一段时间内，NY厂3000t/d熟料生产线出窑熟料粉状料占比例大，结粒熟料外层黑色，内部为黄心料，为找到造成黄心熟料的原因，我们对熟料进行岩相分析〔图11〕。 　 图11　黄心熟料改良前　　　　　  图12　黄心熟料改良后 3.1.1 岩相特征     B 矿以锯齿状、树枝状、叶片状形态出现，说明复原气氛比拟严重。     局部B矿没有与CaO完全化合生成A矿，A矿〔C3S〕、B矿(C2S)没有被充足的液相〔C3A、C4AF〕隔离开，相互之间粘连在一起，是烧成温度缺乏、化学反响不完全的一种表现。 3.1.2 原因分析     3000t/d生产线窑内较长时期内复原气氛的存在，说明窑内通风不畅，引起三价化合铁复原成二价化合铁，与C2S形成固溶体，生成橄榄石化B矿，出现黄心熟料。     由于通风不畅，燃烧不完全，达不到适宜的温度，在操作中就增加燃料以期提高温度，这样反而使温度更低，加剧复原。由于复原料的出现，在配料中降低铁的含量，铁的减少增加了煅烧难度。同时，较粗的生料细度进一步降低了煅烧反响速度。 3.1.3 改良措施    〔1〕应从工艺角度解决复原气氛的存在，调整三次风阀的开度，增加进入窑内风量，相应减少入分解炉内三次疯的数量。    〔2〕在生料配料中适当增加Fe2O3含量，生料中Fe2O3由1.8％提高到2.1％，降低液相粘度。     〔3〕降低生料细度，生料细度由20％降低到16％，提高反响速度。 3.1.4改良效果 　　     通过以上的改良措施，粉状料明显减少，复原料得到根治，对熟料进行岩相分析，熟料矿物晶体发育良好，液相量比拟充足，B矿锯齿状的形态得到了有效改善，说明窑内无复原气氛。〔图12〕 3.2 提高熟料强度     2023年3月中旬，DF厂5000t/d生产线熟料结粒不均齐，熟料外观黑色，熟料内部不够致密，无色泽，熟料强度出现下降的现象，熟料三天强度28MPa，二十八天强度51MPa。为查找原因，我们对熟料进行岩相分析〔图13〕。 　 图13　熟料强度改良前　　       　　图14　熟料强度改良后 3.2.1 岩相特征     矿物晶体形态不够清晰，矿物晶体中A矿数量较多，B矿数量较少且以包裹体存在的形式较多。A矿中有大量B矿C2S包裹体，说明煅烧存在急烧现象。 3.2.2 原因分析     结合现场生产情况，分析出造成急烧的原因有两个：    〔1〕由于中控操作员为了追求产量，窑日产量到达5800t/d，物料向烧成带涌来时料层厚，火焰缩短，操作员加风加煤集中点火急烧，熟料出窑快，在窑内没有充分的预热时间和充分的烧成时间，形成急烧料。    〔2〕原料的反响能力不好，入窑生料合格率较低只有65％。 3.2.3 采取措施    〔1〕稳定煅烧操作，将窑日产量控制在5500t/d，保持煅烧过程中的料、风、煤、窑速平衡，在煅烧操作过程中，防止急烧情况的发生。    〔2〕控制生料库位，要求生料库库空不能超过7米，同时要求生料分区下料，通过加强生料均化效果，将入窑生料合格率由65％提高到82％，提高生料的均匀性，提高反响能力。 3.2.4 改良效果     通过以上改良措施，A矿中的包裹物明显减少，矿物晶体发育良好，熟料强度明显得到提高，熟料三天强度到达30MPa，二十八天强度58MPa。〔图14〕 3.3 降低熟料f-CaO     XC厂在2023年6月中的二天内熟料f-CaO居高不下，平均到达2.0％以上，安定性较差。在煅烧操作中，为了降低f-CaO含量，采取了提高煅烧温度等措施，但仍降不下来，为了查找f-CaO的特征类型，采取针对性的措施，对熟料进行岩相分析〔图15〕 　 图15　熟料fcao改良前　　　    　　　图16　熟料fcao改良后 3.3.1 岩相特征     矿物晶体发育比拟清晰，A矿、B矿晶体发育良好，液相分布比拟均匀，但在岩相显微结构中，出现彩虹状的数量较多的f-CaO，说明f-CaO为一次游离氧化钙。 3.3.2 原因分析     一次游离氧化钙又称残存游离氧化钙，是生料中残留下来的氧化钙。原因主要有两种：    〔1〕由于煅烧温度低，液相量少，粘度大，CaO没有被充分地吸收生成C3S，而呈游离状态残存下来，这种熟料在镜下往往呈现A矿晶体发育不好且数量少，以圆形无晶纹的B矿为主，中间体含量少。    〔2〕生料的KH过高，有过剩的游离氧化钙未化合，这种熟料虽已生成较多较好的硅酸三钙，但镜下仍能见到未化合的游离氧化钙分布于A矿和B矿之间，或包裹于A矿中间。    根据一次游离氧化钙的成因和岩相图片，由于矿物晶体发育良好，排除了煅烧温度低的情况，应属于生料KH过高过剩游离氧化钙未化合的情况。 3.3.3 采取措施及改良效果 　　    将生料KH由0.98降低为0.96，减少CaO在生料中的总体数量。经过调整，熟料f-CaO下降到1.2％以下，熟料安定性良好。〔图16〕 3.4 改善熟料慢冷  2023年8月份，NY厂Φ3.8×13水泥磨在配料及工艺状况都未改变的情况下，水泥磨台时产量下降幅度达10吨左右，为了查找熟料情况，分析是矿物组成的变化或是复原气氛、慢冷造成易磨性差，我们对熟料进行了岩相分析。〔图17〕 　  图17　熟料慢冷改良前　         图18　熟料慢冷改良后 3.4.1 岩相特征     熟料矿物晶体发育清晰，液相分布比拟均匀，但是A矿周边有花环状结构，液相中C3A出现阴影，C3A结晶析出，说明熟料存在明显的慢冷现象。 3.4.2 原因分析     结合生产运行情况，分析造成慢冷的主要原因由于进厂石灰石中MgO含量较高，导致熟料中MgO含量到达3.8％左右，由于这些有害成分含量偏高，降低了液相出现的最低共融温度，造成出分解炉熟料结大块，影响熟料冷却速度。 3.4.3 采取措施     一是严格控制进厂石灰石中MgO的含量，要求进厂石灰石MgO含量小于2.0％，二是优化分解炉控制参数，将分解炉温度由原来880℃降低到860℃，克服了熟料液相提前出现的弊端。 3.4.4 改良效果 　　     熟料冷却得到明显改善，C3S矿物分解的现象得到消除，熟料易磨性得到明显改善，水泥磨台时产量提高15吨以上。〔图18〕 3.5 改良熟料质量稳定性