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旋窯操作手基礎知識
[ 來自:互聯網 閱讀: 時間:2010.11.23 ]升重試驗.熟料顯微學. 窯中反應帶十.窯中結皮及結晶. 操作條件.水泥化學上一些重要之計算式.
一.熟料組成對燒成之effect.
1.燒成條件:氧化氣氛→黑色熟料(是)
→黃色熟料(否)
2.燒成影餉主要因素:原料化學組成,礦物組成,物理性質(顆粒大小,均勻度).
3.窯operatcon, o2/co, cooler 為第一階段控制, 加減煤,加減料,窯KW, pyroclon 控制, clinker FL 控制之effect, SM,ZM,LSF 對燒成之effect.
二.熟料形成.
1.熟料開始的組成:
分解石(CaCO3)
石英(SiO2)
黏土(SiO2 M2O3 H2O)
鐵粉(Fe2O3)
2.熟料形成之過程:熟料形成期間可發生之反應以如下溫度范圍來概述之.
200℃以下 生料中游離水干燥
100~400℃ 粘土中結晶水遺失
400~900℃ 黏土分解成Al2O3+SiO2
550~900℃ 生料→CaO+CO2
>800℃ CA
固態反應 >850℃ aluminate
>830℃ C2S(至1200℃時,完全生成)
燒成反應 >1260℃ 出現夜體(溶融物)
━1450℃時夜體含量達20~30%,視化學組成而定,SM↑夜體含量 高↑
━1260℃ 燒成反應開始,料中主要含固體C2S,游離CaO及夜體, 固體在夜體中形成溶液,使擴散反應加速,C2S+CaO→C3S.C3S是水泥中的主要礦物.
>1400℃ 液體組成,幾乎生料中所有之Al2O3 +Fe2O3皆在液體 中了,CaO 56%, SiO2 7%, Al2O3 23%, Fe2O3 14%. 冷卻期間液體熔融物結晶成C3A及C4AF.
3.燒成后的熟料礦物組成(具有水硬性)
硅酸三鈣 C3S━3CaO·SiO2
硅酸二鈣 C2S━2CaO·SiO2
鋁酸三鈣 C3A━3CaO·Al2O3
鐵鋁酸四鈣 C4AF━4CaO·Al2O3·Fe2O3
它們的生成量視溫度,滯留時間,冷卻速度而定.
三.窯.
1.窯中各帶之長度.
分解帶 過渡帶 燒成帶 冷卻帶
L/D━14~17 3~4D 5D 5~5.5D 1.5D
L/D━10~11 1.5~2D 4.5D 3.5~4D 1D
物料停留時間 2" 6" 10" 2"━20"
2.短窯脫酸度,應該保持90~95%,避免窯內廢氣溫度過高造成進料室及C4下料篩結皮堵塞.脫酸度超標會造成窯內溫度分布波動,引起結圈,結皮.而且,將縮短分解帶長度,使過渡帶長度過長,窯速上不去,形成懶火焰燒成,失去快速鍛燒之優勢,產量,品質無法達標.
3.熟料中MgO為2%時,熟料燒成溫度降50℃,熟料中堿及硫也會降低.
>1260℃時,應該讓絕大部份液相生成,以補快速鍛燒.
4.短窯采用快速鍛燒,燒成帶相對較短,火焰溫度較高,但較短.故熟料粉形成溫度要高,原料必須能“吃火”.
5.RF:
(1).Labahn,otto. and B. Kohihaas cement Engineers′ Handbook.
Bauverlag Gmbh Wiesbaden and Berlin.4 th ed.1983.
(2).H.F.W.Tsylor.Cement chemistry. Academil Prem Ltd.1990.
(3).Peray,Kurt E.THE Rotary Cement Kiln, 2nd ed. Chemical Publishing1986N.F.
6.影響預鍛窯產量和品質的因素友有許多,如:操作水平,原料及燃料品質,生料成份及預均化程度.
生料LSF高,窯內物料松散,不易燃燒及結窯皮,熟料f-CaO高使須提高溫度,降低窯速及產量.
生料LSF低,窯內物料緊貼,易形成長厚窯皮,窯皮和結大球使窯的操作狀態惡化.
所以保持生料的均衡穩定是保持旋窯易燃燒平衡的關鍵.
SM低的生料,熔劑性礦的總量增加,即物料的夜體量增加,易造成窯內結圈結球,使窯內操作惡化,破壞熱平衡.
采用SM(2.50+-0.10),ZM(1.50+-0.10),LSF(91.5+-1.0)之配料,穩定聲料品質,降低標準偏差.
SM高,使物料易燃性降低,因Al2O3+Fe2O3含量降低,不利CaO+SiO2燃結,但預鍛窯中需熱量少,而熱量供應很充分,故可勝任熟料燒成.
IM高,使夜體黏度提高,但由于窯中火焰溫度高,故也沒有問題.
LSF高,生料中碳酸鹽礦物含量低,減少熟料的形成熱,可降低熱耗量. MgO在燃結溫度下是一種助燃劑,使燒成反應易于進行,但含量過高易使燒成帶結球. SO3來自原料及燃料,其在1000℃時形成SO2氣體,并在窯系統中生成CaSO4,K2SO4,易在窯后段造成結圈及結料. Na2O及K2O對熟料品質及窯操作均有不良影響,它們在燒成帶 開始處揮發,隨窯氣飄到預熱機底段,在900℃下凝結下來與SO2, CO2及氯反應,堿份循環易在窯內造成結料及結圈. 氯來自原料及煤炭,氯也會在高溫下揮發與堿份形成氯化堿在窯中循環,造成預熱機底段及窯尾結圈.適合燃煤用的生料若突然改燃油時,會造成難燒,這是因為缺少煤灰中的Al2O3及Fe2O3助燃劑之故.
四.燒成研究構想.
1.(1).脫酸度 一天一次 ,adj.煤量 of pyrodon.
(2).ono mlthod 一天一次, adj.窯 operation.
2. 配料方向：
(1).確保入窯生料一致穩定.
(2).熟料品質高,易燃性好,燒成帶易結皮.
(3).連續一致的入窯生料成份,是窯適當操作的最重要因素.
五.生料組成對易燒性之影響.
生料易燒性：生料在窯中轉變成熟料之相對難易程度.可標示將生料燒成良好品質熟料所需之燃料量.
生料易燒性視生料組成而定,可用如下來表示：
1.硅率系數(SM).
SM= SiO2 / Al2O3+Fe2O3
硅率系數增加將使易燃性變差,因為Al2O3及Fe2O3含量使得CaO及SiO2可在較低溫度下化合.
名詞定義 易燒：生料須較少之燃料即可燒成熟料.
難燒：生料須較多之燃料才可燒成熟料.
2.鋁率系數(IM).
IM= Al2O3 / Fe2O3
鋁率系數越高,生料越難燒.當其它成份固定時,鋁含量越高越容易燒,因鋁可促進CaO及SiO2之‘反應速率’. 熟料IM=1.4~1.6之間最佳,易燒性好,偏高時,會產生易燒性變差.
3.石灰石飽和系數(LSF).
LSF= CaO/（2.8SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3）
熟料LSF在0.99以上時,將相當難燒,且即使升高窯溫,熟料中游離石灰含量也舞法降低,反而會損失及窯皮及火磚. LSF在一般值時,窯溫升高,熟料中F.L.降低,此時可從F.L. 含量來判斷窯中temp是否適當,熟料F.L.以控制在0.8%較佳, 一般0.4?1.2%.LSF0.90以下將使熟料F.L.偏太低.
4.水硬系數(HM):目前不常用了.
HM= CaO /（SiO2+Al2O3+Fe2O3）
5.液體含量:熟料在1450℃燒成時將形成半液體狀態,此熟料床粘稠外觀是窯操作手觀察燒成帶時一項很重要的控制參數. 液體%(1450℃)=3.0Al2O3+2.25Fe2O3+MgO+Na2O當量總堿份. 或=1.13C3A+1.35C4AF+MgO+Na2O當量總堿份,其中MgO含量最高計至2%. 熟料中液體含量通常介于25?27.5%之間,與溫度成正比觀系. 液體含量較高時,燒成帶熟料床外觀較粘,將使熟料較易燒成.
六.燒成性分析.
1.生料成份之改變對窯操作有很大的影響,故窯操作手應預先掌握入窯的生料之成份變化情況,如Ⅰ型生料改換成Ⅱ型生料.
2.入窯生料之粒度分布狀況應盡量均一,減少變化.尤其粗顆粒的生料對燒成性及窯操作穩定性有很大影響.
*.Kuehls燒成指數（BI）= C3S/ （C4AF+C3A） 值越高表示越難燒.
*.Peray燒成參數(BF)=100(LSF)+10(SM)-3(MgO+Na2O當量總堿份).值越高表示越難燒.
*.經驗燒成參數(BF)=x(LSF)+y(SM)-j(MgO+Ma2O當量總堿份).(針對各窯,然后用多重回歸分析決定x,y,j值).
例:熟料參數計算:（%）
燒失量 0.16 0.16
SiO2 22.00 22.15
Al2O3 5.40 5.40
Fe2O3 3.40 3.40
CaO 65.00 64.75
MgO 2.85 2.85
Na2O當量 0.75 0.75
總堿份
SO3 0.30 0.30
總計 99.86 99.86
C3S 55.35 52.43
C2S 21.41 24.33
C3A 8.56 8.56
C4AF 10.34 10.34
HM 2.11 2.09
SM 2.50 2.53
ZM 1.59 1.59
LSF 92.6 91.3
液體含量(%) 26.38 26.38
Kuehls燒成指數 2.93 2.77
Peray燒成參數 106.8 105.8
七.升重試驗.
升重及游離石灰石含量可顯示熟料的燒成溫度是否適當,不過升重試驗較迅速只須5分鐘,而滾壓則約1小時.熟料升重以6m?12mm,熟料顆粒在1L鐵杯中之重量表示之.當熟料成份相同時,過燒熟料的升重高于正常熟料,燒成不良熟料的升重則低于正常熟料燒成良好之熟料升重通常介于1.25Kg至1.35Kg之間,視成份而定
八.熟料顯微學.
1.目的:用來診斷窯燒成及冷卻之變化.
Ono methocl:窯燒成狀況及預測水泥強度.
2.C2S+游離CaO+液體→C3S+緩慢冷卻→C2S+CaO
過燒的熟料:燒成帶過長,熟料在燒成temp下暴露時過長,將使液體量增加,生成過多大顆粒C3S結晶,不列于水泥強度.相反地, 燒成temp不夠,將生成較小的C3S結晶且量較少,過量的C2S及f-CaO,也不列于水泥強度.
九.窯中反應帶
1.生料組成份對易燒性之影響.
1.1 燒成理想狀況:如Ono所述.
1.2 生料參數介紹.
1.3 生料參數與易燒性之關系.
2.鍛燒帶反應:
CaCO3→CaO+CO2
MgCO3→MgO+CO2
將生料完全鍛燒脫酸是確保適當燒成熟料之必要條件.定期(如每日)測定C4 F料脫酸度,有助燒窯控制.
3.過度帶:在火焰尾端,料呈暗色,溫度突升至燒成temp.
4.燒成帶:直接在火焰下端,熟料礦物生成,C3S,C2S,C3A,C4AF,此時中間區域由于熱反應,其中料流temp最高且最粘稠.
5.冷卻帶:通常在窯出口3?6mm內.冷卻帶長度應適中,使窯落口熟料temp保持在約1370℃,則高 溫度熟料落入冷卻機第一室中將料快速冷卻,有利于熟料品質及研磨性.
十.窯中結皮及結晶.
控制燒成帶的結皮良好,有助延長耐火磚壽命,增加窯運轉效益.
*.窯皮的平衡條件:熟料液體固化溫度(1)=窯皮表面溫度(2).
當 (1)(2)時 繼續生成窯皮
*.液體含量高的熟料較容易生成窯皮.
*.熱傳導好的耐火磚較容易生成窯皮. (因窯皮的temp較低)
*.火焰形狀將影響窯皮表面temp,對窯皮的形成有 決定性的影響:
1.火焰過短,有力且寬,會在短截面中釋放出大量熱熔蝕窯皮.
2.長焰有莉于生成窯皮.
3.短焰有利于燒成操作,故應控制適當的短焰,以不熔蝕窯皮為原則.
十一.操作條件.
*.熟料燒成指針:
在一給予的飼料量時,藉改變窯速,用煤量及ID風車轉速或三者的組合來維持適當的燒成帶溫度及固定的進料室溫度.
依重要性,可列為下述四項基本定律.
1.隨時保持設備及人員安全.
2.制造燒成良好的熟料(FL及升重正常).
3.連續穩定的操作旋窯(不須或僅略微改變控制條件).此時窯速,燒成帶temp及進料室temp在長時間內變動甚微.
4.以最佳的燃料效率獲得最高產量.
*.在Kiln運轉順利期間,每半小時觀察燒成帶一次,應在Kiln條件變化發生時就作出調整.
*.觀察Clinker外觀:良好燒成之熟料是黑色,且燒成溫度越高,熟料顆粒越大.
過燒之熟料顆粒較大,升重較高,FL較低,較密實少孔隙,較黑.燒成不良之熟料則相反,較小較砂.
*.火焰顏色應為橘黃色,若變動時應找出原因且調整之.
暗紅 =======》冷
橘黃 =======》正常
白 =======》熱
篦冷機看火；窯頭看火設備
注:
1. 暗料與亮料在火焰下分界點之改變是燒成帶條件變化之先兆.在正常操作下,分界點在火焰下距焰尖約1/4處,若它往窯出口移動表示生料較難燒,料量增加,燒成帶溫度降低，火焰長度變短.若它往窯進口移動表示生料易燒,料量減少,燒成帶溫度上升,火焰長度變長且有充分溫度.窯操作手可籍稍微調整窯用煤量使分界點維持在適當位置.此分界點不得超過火焰下1/2長度,當太靠近窯出口時,窯操作手應改變火焰長度(若必時)使分界點與火焰恢復至原來關系.
2. 來自冷卻機之燃燒空氣.當燒成不良之clinker進入cooler后,二次空氣中將夾雜大量粉磨入窯而干擾燒成帶視覺,此時二次空氣溫度較低會使煤粉燃點更深入kiln中,窯操作手應設法觀察火焰下方及尾端來作調整措施,而不因燒成帶前端顏色受粉磨影響變暗就斷定燒成帶溫度不足.
3. 窯皮顏色.在正常操作下,窯皮顏色介于黃,白之間,當變成橘紅色或黃色表示燒成帶溫度降低.當大量生料粉使窯皮溫度快速降低時窯操作手應減慢窯速,避免燒成不良clinker.維持或重建窯皮以保護耐火磚及窯殼,避免過熱受損是窯操作手之重要責任.
觀察燒成帶下述項目w之變化對溫度之影響:
(1).熟料顏色;
(2).熟料大小;
(3).火焰附近熟料之行進狀況;
(4).火焰尾端生料床外觀;
(5).暗料與亮料之分界點位置;
(6).二次空氣外觀;
(7).窯皮狀況;
(8).火焰形狀及顏色.
及早偵測任何變化并逐步漸進式的采取調整對策是燒窯的準則.
三次管及窯尾O2含量應介于0.7?3.5%之間,而1?1.5% O2是最理想的操作狀況.
注:1.砂料使燒成帶變亮時之對策: 略增O2含量,略減用煤量,以提高燒成帶temp,降低窯速.
2.煤灰軟化溫度低及煤灰中鐵份含量高之煤較易結圈,故應 磨得較細.
3.窯尾溫度過高之微兆:
(1).窯在連續操作中,排氣中O2含量偏高.
(2).燒成帶過長,燒成容易,熟料在火焰端很遠就形成.
(3).耗煤量偏高.
4.窯尾溫度過低之微兆:
(1).窯長期操作時,排氣中O2偏高.
(2).因生料鍛燒不完全就進入燒成帶,使燒成不易.
十二.水泥化學上一些重要之計算式.
1.水硬系數(HM).
HM= CaO / SiO2+Al2O3+Fe2O3
2.鋁率系數(IM).
IM= Al2O3 / Fe2O3
3.石灰飽和度(LSF).
(1).生料及熟料適用.
LSF= CaO*100 / 2.80SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3
(2).水泥適用.
LSF= (CaO-0.70SO3)*100 / （2.80SiO2+1.18Al2O3+0.65Fe2O3
4.液體含量.
當熟料在1450℃燒成時,將有以下的液體含量:
液體(%)=1.13C3A+1.35C4AF+MgO+Na2O+K2O
5.Bogue公式.
水泥中化合物成份計算:
IM>0.64
C3S=4.07CaO-7.6SiO2-6.72Al2O3-1.43Fe2O3-2.85SO3
C2S=2.87SiO2-0.754C3S
C3A=2.65Al2O3-1.69Fe2O3
C4AF=3.04Fe2O3
6.Na2O當量總堿份(Total Alkalies as Na2O).
總堿份=Na2O+0.658K2O
7.預熱機脫酸度(Percent of Decomposition)
C=100(A-B)/ A(100-B)
其中A=預熱機稱量機上生料燒失量百分比.
B=預熱機某段旋風筒下料管生料燒失量之比.
C=該段旋風筒之脫酸度百分比.
