巖相分析在中聯(lián)水泥質量控制中發(fā)揮大作用

1、· 巖相分析在中聯(lián)水泥質量控制中發(fā)揮大作用2014-7-1 11:06:21   作者：康潔瓊1  朱其川2   出處：水泥商情網(wǎng)             摘要：利用巖相分析技術分析熟料的顯微結構，配合化學分析和物理檢驗等常用方法能夠對熟料質量和工藝狀況進行直觀、準確的判斷，可以及時發(fā)現(xiàn)造成質量和工藝波動的原因，并采取相應措施，及時改進不足，從而提高工藝質量管理水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟

2、效益。·   （1.中國聯(lián)合水泥集團公司，北京100037； 2.中國聯(lián)合水泥集團有限公司河南運營管理區(qū)，473000）            目前水泥企業(yè)對熟料質量的管理主要是通過對化學分析、物檢分析的方法，對生料、熟料化學成份、物理性能進行分析，采用調整生料成分，調節(jié)熟料燒成系統(tǒng)溫度、壓力的手段進行控制。但是由于化學分析只能檢測出礦物成分的含量，不能觀察到礦物的顯微結構，不能有效分析出工藝質量的波動是生料配料中存在問題，還是由于工藝煅燒操作不

3、正常所造成，因此在采取對應的工藝技術措施時常常舉棋不定或者采用試錯的方法，影響了解決問題的及時性，有時采取的措施常常事與愿違，對生產造成更加不利影響。而巖相分析恰恰彌補了這方面的不足，近年來我們嘗試巖相分析技術在水泥質量工藝管理中的應用，取得了一定的效果。1   正常熟料巖相顯微結構    正常水泥熟料的顯微結構是生料配料合理、煅燒好、反應完全、冷卻制度合理的水泥熟料，把它稱之為正常熟料（圖1、圖2）。這種熟料的顯微結構表現(xiàn)為:   （1）A礦大小均齊，粒徑在20-50µm之間，呈六角板狀或長柱狀，表面和邊棱光潔；

4、   （2）B礦呈圓粒狀，見交叉雙晶紋，大小均齊，粒徑在40µm左右；   （3）A礦、B礦均勻分布，其間基本上被白色、黑色中間相隔開；   （4）不見有白色中間相、黑色中間相晶出；   （5）不見游離氧化鈣、方鎂石等晶體。  圖1正常熟料巖相   圖2正常熟料巖相2    異常熟料常見問題巖相顯微結構2.1 原料或生料的弊端在水泥熟料中的巖相結構2.1.1 B礦礦巢    當石灰石中含有粗粒石英、長石或粗

5、粒煤粉粒子，生料易燒性大為降低，生成B礦后再無能力回吸氧化鈣生成A礦，就以B礦礦巢形式殘存下來了。原料中粗粒石英、長石形成的B礦礦巢，一般中間體少，粗大的B礦幾乎緊緊連在一起。中間體較豐富的B礦巢往往是由粗粒煤粉粒子造成的。（圖3）2.1.2 fCaO礦巢    當石灰石中存在結晶發(fā)育很好的大顆粒方解石時，這些方解石即使分解為氧化鈣，活性也很低，在熟料煅燒過程中以游離氧化鈣巢的形式殘存下來。（圖4） 圖3B礦礦巢             圖4fcao礦巢2

6、.1.3 A礦、B礦分層排布    當生料出現(xiàn)均化效果差，不同成分的生料出現(xiàn)分層排列的時候，煅燒出來的A礦、B礦亦出現(xiàn)分層排列的現(xiàn)象。在巖相結構上，可見到熟料礦物嚴重分布不均，其中A礦、B礦不是均勻分布，而是分層排列或成堆聚集，表明熟料中局部的飽和系數(shù)已改變。（圖5） 圖5A礦、B礦分層排布圖6欠燒熟料2.2 煅燒弊端在水泥熟料巖相中的結構2.2.1 欠燒熟料    燒成溫度不足，物料還沒有完全燒結，礦物相互粘連在一起，發(fā)育不完全，未形成清晰的晶體結構。欠燒熟料的外觀特征是：熟料球細小、粉塵多，疏松易碎、無光澤、立

7、升重低、游離氧化鈣含量高；反映在巖相是A礦極少、呈無定形、晶體細小，中間體少、熟料礦物保持固相反應的特征。（圖6）2.2.2 急燒熟料    A礦（C3S）中有大量B礦（C2S）包裹體，表明煅燒存在急燒現(xiàn)象。急燒熟料有不同程度的黃心，料球中心部分因熱力強度不足，燒成不完全。熟料中心部分向外結構類型有顯著變化，外層為正常熟料巖相結構，里層為欠燒熟料巖相結構。（圖7） 圖7急燒熟料      圖8還原熟料2.2.3  還原料     正常熟料是在窯內空氣略有過量的情況下

8、燒成的，若窯內氧氣不足，燃料燃燒不完全，出現(xiàn)CO時，就形成還原氣氛，若燃料仍然以碳粒形式留在熟料內，則這一部分熱量就全部損失。在還原氣氛下燒成時，窯內熱力強度低，同時由于窯皮中液相提早出現(xiàn)，粘度降低，使回轉窯的后結圈長大。后結圈又使窯內通風不良，還原氣氛加重，破壞窯內的正常煅燒。（還原料巖相見圖8）2.2.4 慢冷熟料    由于熟料在1335-1250的停留時間較長，A礦出現(xiàn)分解現(xiàn)象分解出B礦。這些分解出來的分解出來的B礦呈小圓粒狀，分布在A礦的周邊，形如花環(huán)，故稱之為花環(huán)狀結構。還是因慢冷，A礦分解，其邊棱不再平整，如圖所示已有殘缺，更有甚者呈港灣狀。慢冷的另

9、一現(xiàn)象是，中間相已晶出，圖中可見黑色中析晶，形成片狀晶體。（圖9、圖10） 圖9慢冷熟料       圖10慢冷熟料2.3 異常巖相顯微結構的改進措施    異常巖相特征的顯微結構，反映在原料、配料或煅燒中存在一定程度的問題，現(xiàn)根據(jù)存在的問題進行具體分析，并提出相應的改進措施（見表1）：表1  異常巖相特征的顯微結構在原料、配料或煅燒中出現(xiàn)問題的具體分析及改進措施3   應 用    通過近幾年對所屬企業(yè)不斷的質量抽檢，積累了在水泥熟料

10、煅燒過程中的巖相分析技術應用經(jīng)驗。3.1 改進熟料黃心料    2009年5月份一段時間內，NY廠3000t/d熟料生產線出窯熟料粉狀料占比例大，結粒熟料外層黑色，內部為黃心料，為找到造成黃心熟料的原因，我們對熟料進行巖相分析（圖11）。圖11黃心熟料改進前  圖12黃心熟料改進后3.1.1 巖相特征    B 礦以鋸齒狀、樹枝狀、葉片狀形態(tài)出現(xiàn)，表明還原氣氛比較嚴重。    部分B礦沒有與CaO完全化合生成A礦，A礦（C3S）、B礦(C2S)沒有被充足的液相（C3A、C4AF）隔離開，相互之間

11、粘連在一起，是燒成溫度不足、化學反應不完全的一種表現(xiàn)。3.1.2 原因分析    3000t/d生產線窯內較長時期內還原氣氛的存在，表明窯內通風不暢，引起三價化合鐵還原成二價化合鐵，與C2S形成固溶體，生成橄欖石化B礦，出現(xiàn)黃心熟料。    由于通風不暢，燃燒不完全，達不到適宜的溫度，在操作中就增加燃料以期提高溫度，這樣反而使溫度更低，加劇還原。由于還原料的出現(xiàn)，在配料中降低鐵的含量，鐵的減少增加了煅燒難度。同時，較粗的生料細度進一步降低了煅燒反應速度。3.1.3 改進措施   （1）應從工藝角度解決還原氣氛的存在

12、，調整三次風閥的開度，增加進入窯內風量，相應減少入分解爐內三次瘋的數(shù)量。   （2）在生料配料中適當增加Fe2O3含量，生料中Fe2O3由1.8提高到2.1，降低液相粘度。    （3）降低生料細度，生料細度由20降低到16，提高反應速度。改進效果    通過以上的改進措施，粉狀料明顯減少，還原料得到根治，對熟料進行巖相分析，熟料礦物晶體發(fā)育良好，液相量比較充足，B礦鋸齒狀的形態(tài)得到了有效改善，表明窯內無還原氣氛。（圖12）3.2 提高熟料強度    2010年3月中旬，DF廠5000

13、t/d生產線熟料結粒不均齊，熟料外觀黑色，熟料內部不夠致密，無色澤，熟料強度出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，熟料三天強度28MPa，二十八天強度51MPa。為查找原因，我們對熟料進行巖相分析（圖13）。圖13熟料強度改進前       圖14熟料強度改進后3.2.1 巖相特征    礦物晶體形態(tài)不夠清晰，礦物晶體中A礦數(shù)量較多，B礦數(shù)量較少且以包裹體存在的形式較多。A礦中有大量B礦C2S包裹體，表明煅燒存在急燒現(xiàn)象。3.2.2 原因分析    結合現(xiàn)場生產情況，分析出造成急燒的原因有兩個：&

14、#160;  （1）由于中控操作員為了追求產量，窯日產量達到5800t/d，物料向燒成帶涌來時料層厚，火焰縮短，操作員加風加煤集中點火急燒，熟料出窯快，在窯內沒有充分的預熱時間和充分的燒成時間，形成急燒料。   （2）原料的反應能力不好，入窯生料合格率較低只有65。3.2.3 采取措施   （1）穩(wěn)定煅燒操作，將窯日產量控制在5500t/d，保持煅燒過程中的料、風、煤、窯速平衡，在煅燒操作過程中，避免急燒情況的發(fā)生。   （2）控制生料庫位，要求生料庫庫空不能超過7米，同時要求生料分區(qū)下料，通過加強生料均化效果，將入窯生料合

15、格率由65提高到82，提高生料的均勻性，提高反應能力。3.2.4 改進效果    通過以上改進措施，A礦中的包裹物明顯減少，礦物晶體發(fā)育良好，熟料強度明顯得到提高，熟料三天強度達到30MPa，二十八天強度58MPa。（圖14）3.3 降低熟料f-CaO    XC廠在2010年6月中的二天內熟料f-CaO居高不下，平均達到2.0以上，安定性較差。在煅燒操作中，為了降低f-CaO含量，采取了提高煅燒溫度等措施，但仍降不下來，為了查找f-CaO的特征類型，采取針對性的措施，對熟料進行巖相分析（圖15）圖15熟料fcao改進前 &

16、#160;  圖16熟料fcao改進后3.3.1 巖相特征    礦物晶體發(fā)育比較清晰，A礦、B礦晶體發(fā)育良好，液相分布比較均勻，但在巖相顯微結構中，出現(xiàn)彩虹狀的數(shù)量較多的f-CaO，表明f-CaO為一次游離氧化鈣。3.3.2 原因分析    一次游離氧化鈣又稱殘存游離氧化鈣，是生料中殘留下來的氧化鈣。原因主要有兩種：   （1）由于煅燒溫度低，液相量少，粘度大，CaO沒有被充分地吸收生成C3S，而呈游離狀態(tài)殘存下來，這種熟料在鏡下往往呈現(xiàn)A礦晶體發(fā)育不好且數(shù)量少，以圓形無晶紋的B礦為主，中間體含量少。&

17、#160;  （2）生料的KH過高，有過剩的游離氧化鈣未化合，這種熟料雖已生成較多較好的硅酸三鈣，但鏡下仍能見到未化合的游離氧化鈣分布于A礦和B礦之間，或包裹于A礦中間。   根據(jù)一次游離氧化鈣的成因和巖相圖片，由于礦物晶體發(fā)育良好，排除了煅燒溫度低的情況，應屬于生料KH過高過剩游離氧化鈣未化合的情況。3.3.3 采取措施及改進效果   將生料KH由0.98降低為0.96，減少CaO在生料中的總體數(shù)量。經(jīng)過調整，熟料f-CaO下降到1.2以下，熟料安定性良好。（圖16）3.4 改善熟料慢冷 2012年8月份，NY廠3.8×1

18、3水泥磨在配料及工藝狀況都未改變的情況下，水泥磨臺時產量下降幅度達10噸左右，為了查找熟料情況，分析是礦物組成的變化或是還原氣氛、慢冷造成易磨性差，我們對熟料進行了巖相分析。（圖17） 圖17熟料慢冷改進前         圖18熟料慢冷改進后3.4.1 巖相特征    熟料礦物晶體發(fā)育清晰，液相分布比較均勻，但是A礦周邊有花環(huán)狀結構，液相中C3A出現(xiàn)陰影，C3A結晶析出，表明熟料存在明顯的慢冷現(xiàn)象。3.4.2 原因分析    結合生產

19、運行情況，分析造成慢冷的主要原因由于進廠石灰石中MgO含量較高，導致熟料中MgO含量達到3.8左右，由于這些有害成分含量偏高，降低了液相出現(xiàn)的最低共融溫度，造成出分解爐熟料結大塊，影響熟料冷卻速度。3.4.3 采取措施    一是嚴格控制進廠石灰石中MgO的含量，要求進廠石灰石MgO含量小于2.0，二是優(yōu)化分解爐控制參數(shù)，將分解爐溫度由原來880降低到860，克服了熟料液相提前出現(xiàn)的弊端。3.4.4 改進效果    熟料冷卻得到明顯改善，C3S礦物分解的現(xiàn)象得到消除，熟料易磨性得到明顯改善，水泥磨臺時產量提高15噸以上。（圖18）3.5 改進熟料質量穩(wěn)定性    2012年9月，XA廠熟料質量出現(xiàn)較大范圍的波動，熟料二十八天強度波動在52 MPa60MPa之間，因此，我們對這一時期的熟料進行了巖相分析。（圖1