1、· 巖相分析在中聯(lián)水泥質(zhì)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(shù)分析熟料的顯微結(jié)構(gòu)，配合化學(xué)分析和物理檢驗(yàn)等常用方法能夠?qū)κ炝腺|(zhì)量和工藝狀況進(jìn)行直觀、準(zhǔn)確的判斷，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成質(zhì)量和工藝波動(dòng)的原因，并采取相應(yīng)措施，及時(shí)改進(jìn)不足，從而提高工藝質(zhì)量管理水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)

2、效益。·   （1.中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)公司，北京100037； 2.中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司河南運(yùn)營(yíng)管理區(qū)，473000）            目前水泥企業(yè)對(duì)熟料質(zhì)量的管理主要是通過對(duì)化學(xué)分析、物檢分析的方法，對(duì)生料、熟料化學(xué)成份、物理性能進(jìn)行分析，采用調(diào)整生料成分，調(diào)節(jié)熟料燒成系統(tǒng)溫度、壓力的手段進(jìn)行控制。但是由于化學(xué)分析只能檢測(cè)出礦物成分的含量，不能觀察到礦物的顯微結(jié)構(gòu)，不能有效分析出工藝質(zhì)量的波動(dòng)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(duì)應(yīng)的工藝技術(shù)措施時(shí)常常舉棋不定或者采用試錯(cuò)的方法，影響了解決問題的及時(shí)性，有時(shí)采取的措施常常事與愿違，對(duì)生產(chǎn)造成更加不利影響。而巖相分析恰恰彌補(bǔ)了這方面的不足，近年來我們嘗試巖相分析技術(shù)在水泥質(zhì)量工藝管理中的應(yīng)用，取得了一定的效果。1   正常熟料巖相顯微結(jié)構(gòu)    正常水泥熟料的顯微結(jié)構(gòu)是生料配料合理、煅燒好、反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(jié)構(gòu)2.1 原料或生料的弊端在水泥熟料中的巖相結(jié)構(gòu)2.1.1 B礦礦巢    當(dāng)石灰石中含有粗粒石英、長(zhǎng)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(zhǎng)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(dāng)石灰石中存在結(jié)晶發(fā)育很好的大顆粒方解石時(shí)，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(dāng)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(shí)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(jié)構(gòu)上，可見到熟料礦物嚴(yán)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(jié)構(gòu)2.2.1 欠燒熟料    燒成溫度不足，物料還沒有完全燒結(jié)，礦物相互粘連在一起，發(fā)育不完全，未形成清晰的晶體結(jié)構(gòu)。欠燒熟料的外觀特征是：熟料球細(xì)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(xì)小，中間體少、熟料礦物保持固相反應(yīng)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(qiáng)度不足，燒成不完全。熟料中心部分向外結(jié)構(gòu)類型有顯著變化，外層為正常熟料巖相結(jié)構(gòu)，里層為欠燒熟料巖相結(jié)構(gòu)。（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(nèi)空氣略有過量的情況下

8、燒成的，若窯內(nèi)氧氣不足，燃料燃燒不完全，出現(xiàn)CO時(shí)，就形成還原氣氛，若燃料仍然以碳粒形式留在熟料內(nèi)，則這一部分熱量就全部損失。在還原氣氛下燒成時(shí)，窯內(nèi)熱力強(qiáng)度低，同時(shí)由于窯皮中液相提早出現(xiàn)，粘度降低，使回轉(zhuǎn)窯的后結(jié)圈長(zhǎng)大。后結(jié)圈又使窯內(nèi)通風(fēng)不良，還原氣氛加重，破壞窯內(nèi)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(shí)間較長(zhǎng)，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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)的改進(jìn)措施    異常巖相特征的顯微結(jié)構(gòu)，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(jìn)行具體分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施（見表1）：表1  異常巖相特征的顯微結(jié)構(gòu)在原料、配料或煅燒中出現(xiàn)問題的具體分析及改進(jìn)措施3   應(yīng) 用    通過近幾年對(duì)所屬企業(yè)不斷的質(zhì)量抽檢，積累了在水泥熟料

10、煅燒過程中的巖相分析技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。3.1 改進(jìn)熟料黃心料    2009年5月份一段時(shí)間內(nèi)，NY廠3000t/d熟料生產(chǎn)線出窯熟料粉狀料占比例大，結(jié)粒熟料外層黑色，內(nèi)部為黃心料，為找到造成黃心熟料的原因，我們對(duì)熟料進(jìn)行巖相分析（圖11）。圖11黃心熟料改進(jìn)前  圖12黃心熟料改進(jìn)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(yán)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(xué)反應(yīng)不完全的一種表現(xiàn)。3.1.2 原因分析    3000t/d生產(chǎn)線窯內(nèi)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)還原氣氛的存在，表明窯內(nèi)通風(fēng)不暢，引起三價(jià)化合鐵還原成二價(jià)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(fēng)不暢，燃燒不完全，達(dá)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(shí)，較粗的生料細(xì)度進(jìn)一步降低了煅燒反應(yīng)速度。3.1.3 改進(jìn)措施   （1）應(yīng)從工藝角度解決還原氣氛的存在

12、，調(diào)整三次風(fēng)閥的開度，增加進(jìn)入窯內(nèi)風(fēng)量，相應(yīng)減少入分解爐內(nèi)三次瘋的數(shù)量。   （2）在生料配料中適當(dāng)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(xì)度，生料細(xì)度由20降低到16，提高反應(yīng)速度。改進(jìn)效果    通過以上的改進(jìn)措施，粉狀料明顯減少，還原料得到根治，對(duì)熟料進(jìn)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(nèi)無還原氣氛。（圖12）3.2 提高熟料強(qiáng)度    2010年3月中旬，DF廠5000

13、t/d生產(chǎn)線熟料結(jié)粒不均齊，熟料外觀黑色，熟料內(nèi)部不夠致密，無色澤，熟料強(qiáng)度出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，熟料三天強(qiáng)度28MPa，二十八天強(qiáng)度51MPa。為查找原因，我們對(duì)熟料進(jìn)行巖相分析（圖13）。圖13熟料強(qiáng)度改進(jìn)前       圖14熟料強(qiáng)度改進(jìn)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(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，分析出造成急燒的原因有兩個(gè)：&

14、#160;  （1）由于中控操作員為了追求產(chǎn)量，窯日產(chǎn)量達(dá)到5800t/d，物料向燒成帶涌來時(shí)料層厚，火焰縮短，操作員加風(fēng)加煤集中點(diǎn)火急燒，熟料出窯快，在窯內(nèi)沒有充分的預(yù)熱時(shí)間和充分的燒成時(shí)間，形成急燒料。   （2）原料的反應(yīng)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(chǎn)量控制在5500t/d，保持煅燒過程中的料、風(fēng)、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(kù)位，要求生料庫(kù)庫(kù)空不能超過7米，同時(shí)要求生料分區(qū)下料，通過加強(qiáng)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(yīng)能力。3.2.4 改進(jìn)效果    通過以上改進(jìn)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(qiáng)度明顯得到提高，熟料三天強(qiáng)度達(dá)到30MPa，二十八天強(qiáng)度58MPa。（圖14）3.3 降低熟料f-CaO    XC廠在2010年6月中的二天內(nèi)熟料f-CaO居高不下，平均達(dá)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(duì)性的措施，對(duì)熟料進(jìn)行巖相分析（圖15）圖15熟料fcao改進(jìn)前 &

16、#160;  圖16熟料fcao改進(jìn)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jìn)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(diào)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(tái)時(shí)產(chǎn)量下降幅度達(dá)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(duì)熟料進(jìn)行了巖相分析。（圖17） 圖17熟料慢冷改進(jìn)前         圖18熟料慢冷改進(jìn)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(jié)構(gòu)，液相中C3A出現(xiàn)陰影，C3A結(jié)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(jié)合生產(chǎn)

19、運(yùn)行情況，分析造成慢冷的主要原因由于進(jìn)廠石灰石中MgO含量較高，導(dǎo)致熟料中MgO含量達(dá)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(jié)大塊，影響熟料冷卻速度。3.4.3 采取措施    一是嚴(yán)格控制進(jìn)廠石灰石中MgO的含量，要求進(jìn)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(jìn)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(tái)時(shí)產(chǎn)量提高15噸以上。（圖18）3.5 改進(jìn)熟料質(zhì)量穩(wěn)定性    2012年9月，XA廠熟料質(zhì)量出現(xiàn)較大范圍的波動(dòng)，熟料二十八天強(qiáng)度波動(dòng)在52 MPa60MPa之間，因此，我們對(duì)這一時(shí)期的熟料進(jìn)行了巖相分析。（圖1