利用煤矸石代替粘土燒制水泥熟料

1　原燃料成分及生產(chǎn)工藝條件

　　
1.1　原燃料成分
　　該廠各材料平均化學成分及不同礦點煤矸石成分見表1～表4。

1.2　主機設備
　　

Φ3m×10m塔式機立窯一臺，Φ2.2m×6.5m生料磨及水泥磨各一臺，Φ4.0m離心式選粉機，烘干機規(guī)格為Φ1.5m×12m，逆流式。

2　應注意的工藝問題

　　
2.1　原燃材料及生料均化
　　

該廠煤的質(zhì)量波動較大，發(fā)熱量低，入磨材料水分較大，飽磨現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，造成出磨生料成分波動很大。加之未能重視生料均化，使得入窯生料CaO合格率僅為50%左右，F(xiàn)e₂O₃合格率亦低于60%，而SiO₂、燒失量則未能作為控制項目，從而造成窯情極不正常，嚴重影響了立窯的產(chǎn)質(zhì)量。采用煤矸石后，由于煤矸石成分波動遠比粘土大(如表4所示)，其不穩(wěn)定性不僅導致各成分合格率低，而且將會加劇生料配煤的不穩(wěn)定性。因此，如何提高入窯生料成分的均勻性將成為煤矸石應用是否成功的關(guān)鍵。為此，我們首先加強了進廠原材料的質(zhì)量管理，重點加強了進廠煤炭質(zhì)量的管理工作。采取固定礦點，單人經(jīng)營的辦法。同時對進廠煤由原來單獨考核發(fā)熱量改為發(fā)熱量及發(fā)熱量均勻性兩方面指標同時考核，而且要求煤炭經(jīng)營者保證進廠煤儲量500t以上。通過以上措施，進廠煤發(fā)熱量基本能控制在18810±1254kJ/kg范圍。再通過堆場搭配，使得入磨煤發(fā)熱量基本可以控制在17974～19646kJ/kg之間，較好地滿足了配料要求。對于煤矸石質(zhì)量的管理，則采取專人承包負責的辦法。承包者根據(jù)化驗室對礦山煤矸石質(zhì)量普查數(shù)據(jù)，按照廠內(nèi)質(zhì)量要求預先搭配進廠并分堆晾曬，使水分達到要求后再運入儲倉內(nèi)儲存，要求儲倉內(nèi)儲量不少于500t。最后由承包者用鏟車搭配破碎進配料庫。廠內(nèi)根據(jù)磨頭配料煤矸石水分及其成分波動情況對承包者進行考核。上述措施實施后，煤矸石質(zhì)量基本能夠滿足配料要求，發(fā)熱量基本在4598±418kJ/kg范圍內(nèi)。
　　

為了確保出磨生料成分的均勻穩(wěn)定，電工班還派出專人對配料秤計量準確性負責。而化驗室控制項目亦由原來僅控制CaO、Fe₂O₃改為出磨生料CaO、Fe₂O₃、SiO₂、燒失量同時控制，CaO、Fe₂O₃每小時控制一次，SiO₂、燒失量每2h控制一次。通過上述措施，出磨生料CaO、Fe₂O₃合格率分別提高到70%及80%以上，SiO₂、燒失量合格率分別可達65%左右，在此基礎(chǔ)上我們進一步加強了生料倒庫工作，使得入窯生料比出磨生料成分合格率提高15個百分點，為提高立窯產(chǎn)質(zhì)量打下了基礎(chǔ)。
2.2　配方問題
　　

由于原有進廠煤質(zhì)較差，帶入的煤灰多，實際生產(chǎn)中粘土配料量不大，生料中Al₂O₃亦不高。而該廠習慣于高熔劑配方，因此，F(xiàn)e₂O₃控制值較高，生料中Fe₂O₃控制值大部分在3.2%左右。窯內(nèi)煅燒非常困難，經(jīng)常發(fā)生塌邊，出紅料或者抽心現(xiàn)象。中部通風很差，窯工不得不經(jīng)常停料提火，嚴重影響了熟料產(chǎn)質(zhì)量。針對上述問題，在應用煤矸石后，適當?shù)靥岣吡薾值，同時為了底火結(jié)實，便于用風，生料中Al₂O₃含量由原來的3.3%左右提高到3.6%左右，F(xiàn)e₂O₃含量則由3.2%左右降至2.6%左右，飽和比則基本不變。通過上述調(diào)整，窯的中部通風狀況明顯好轉(zhuǎn)，熟料質(zhì)量亦有所提高，但物料上火速度仍比較慢，窯的產(chǎn)量不高，一旦由于機械故障而停窯，窯內(nèi)很易結(jié)大塊。針對這種現(xiàn)象，我們又采取了三方面的措施:首先針對物料底火較厚，窯內(nèi)易結(jié)大塊的特點，適當?shù)亟档土耸炝吓錈崃?；其次針對物料上火慢的問題，改用了優(yōu)質(zhì)煤，進廠煤發(fā)熱量由原來的18810kJ/kg左右提高到22990kJ/kg左右；第三，螢石摻量由原來的0.4%提高到0.6%。利用煤矸石前后的生、熟料化學成分見表5。

2.3　成球問題
　　

煤矸石沒有塑性，難以成球，而且料球不穩(wěn)定，入窯后容易爆裂，嚴重影響窯內(nèi)通風。為此，我們將生料細度由原來的10%以內(nèi)降至8%以內(nèi)，同時改善成球裝置，并適當增加成球水量，然后狠抓窯工操作，堅決杜絕明火或半明火煅燒，提倡深暗火操作。通過上述幾方面措施，成球質(zhì)量完全可以滿足立窯煅燒的需要，而且窯內(nèi)爆球現(xiàn)象很少發(fā)生。

2.4　窯體結(jié)構(gòu)問題
　　

深暗火操作要求窯內(nèi)濕料層加厚，底火下移，而要做到這一點，原有窯內(nèi)喇叭口則已顯得不適應。為此，我們將喇叭口高度由原來的1.5m加深到1.8m，角度則由原來的14.5°減小至12.5°。同時將風機電機功率由原來的155kW加大至215kW。通過上述改造，較好地滿足了操作要求。

3　效益分析

　　
3.1　提高了主機臺時產(chǎn)量
　　利用煤矸石代替粘土后，提高了主機臺時產(chǎn)量，如表6。

　　由表6可知，使用煤矸石后，生料磨臺時產(chǎn)量由原來的20.5t/h提高至22.5t/h。其原因在于:①入磨物料水分降低，有利于提高磨機的研磨效率及選粉效率；②原有粘土含砂量達30%以上，而煤矸石中基本不含砂質(zhì)，因此易磨性得以明顯改善；③適當改進了選粉機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時對研磨體級配進行調(diào)整。
　

　使用煤矸石后，立窯臺時產(chǎn)量由8.1t/h提高到9.0t/h。其原因是:①生料配方由原來的高鐵配方變成了高鋁配方，加之堅持暗火操作，改善了立窯煅燒狀況；②煤矸石中帶入了部分硫，并適當加大了螢石用量，使得礦化劑礦化效果更為明顯。
　　

水泥磨機臺時產(chǎn)量由原來的13.0t/h提高到14.5t/h，其原因在于:①使用煤矸石后，熟料中熔劑礦物數(shù)量降低，且由高鐵配方變成了高鋁配方，出紅料現(xiàn)象基本消失，改善了熟料易磨性；②熟料強度得以提高，使得混合材摻入量由原來的8%左右提高到13%左右，改善了入磨物料的易磨性。

3.2　提高了熟料及水泥質(zhì)量
　　

使用煤矸石前后半年的熟料及水泥質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果如表7。

　　由表7可以看出，使用煤矸石后熟料強度及其它性能均比使用前有所改善，水泥強度在混合材摻量增加5%左右的條件下仍比原有強度高。

3.3　顯著降低水泥生產(chǎn)成本
　　

根據(jù)該廠財務統(tǒng)計，得到使用煤矸石前后半年的水泥直接生產(chǎn)成本如表8。

　　由表8可以看出，使用煤矸石后，噸水泥煤炭成本顯著降低，其原因是:①煤矸石帶入了相當部分的熱量；②節(jié)省了烘干粘土所需的煤量；③水泥中混合材摻量增加，減少了噸水泥中的熟料消耗，從而間接地降低了噸水泥煤炭消耗；④配方及窯工操作的改變對降低煤耗亦有貢獻。由表8還可看出，電耗成本亦在原有基礎(chǔ)上大大降低，其原因主要是主機臺時產(chǎn)量顯著提高及水泥中混合材摻量增加之故。據(jù)統(tǒng)計使用煤矸石后，噸水泥綜合電耗由原來的95kWh/t降至80kWh/t左右。

4　結(jié)語

　　綜上所述，合理的配方是應用煤矸石成敗的關(guān)鍵因素，而要達到配方合理，材料質(zhì)量及均化程度(尤其是煤矸石均化程度)則是先決條件。除此之外，改善料球質(zhì)量，提高料球在窯內(nèi)的體積穩(wěn)定性，確保窯內(nèi)通風狀況良好亦十分重要。實踐證明，只要工藝措施合理，利用煤矸石代替粘土配料是完全可行的。既有利于環(huán)境保護，又可產(chǎn)生經(jīng)濟效益。