摘要：5000t/d新型干法水泥生產線其石灰石礦山質量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO2：0.50%～4.00%）差異性波動大，原料主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣石，通過礦山開采的精細化管理，多點搭配裝車進廠等措施，滿足水泥熟料生產用原料的基本要求。

  江西永豐南方水泥有限公司一條5000t/d新型干法水泥生產線，于2010年6月28日竣工投產。其石灰石礦山質量（CaO：45%～52.80%、MgO：1.00%～7.00%、SiO₂：0.50%～4.00%）差異性波動大，石灰石原料品質主要表現(xiàn)在高鎂、高硅、低鈣石，通過礦山開采的精細化管理，多點搭配裝車進廠等措施，才能滿足水泥熟料生產用原料的基本要求。

  1   MgO對熟料煅燒的影響

  1.1  MgO在煅燒過程中的表現(xiàn)

  （1）熟料煅燒時，生料中MgO：2.50%～3.00%和熟料礦物結合成固熔體，此類固熔體甚多，例如：CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·SiO₂、2CaO·MgO·2SiO₂、3CaO·MgO·2SiO、7CaO·MgO·2Al₂O₃、3CaO·MgO·2Al₂O₃、MgO·Al₂O₃、MgO·Fe₂O₃以及C₃MS₂等等，此類化合物的穩(wěn)定溫度在1200～1350℃，同時它還可能含有一些微量元素。

  （2）在溫度超過1400℃以上時，MgO的化合物會分解，且從熔融物中結晶出來。

  （3）當熟料中含有少量細小方鎂石晶格的MgO時，它能降低熟料液相生成溫度，增加液相數(shù)量，降低液相粘度，增加液相表面張力，有利于熟料形成和結粒，也有利于C3S的生成，還能改善熟料色澤。

  （4）當熟料中粗大方鎂石晶體的MgO超過3.0%時，則易形成方鎂石晶體，導致熟料安定性不良。

  （5）當氧化鎂（MgO）含量過高時，則易生成大塊、結圈和結厚窯皮，以及表面呈液相的熟料顆粒，此類熟料易損壞篦冷機篦板。

  1.2  MgO對熟料結粒的影響

  1.2.1  煅燒中液相對熟料結粒的影響

  （1）窯內熟料顆粒是在液相（熔體）作用下形成的，液相在晶體外形成毛細管橋。

  （2）液相毛細管橋起到兩個作用：一是使顆粒結合在一起，另一作用是作為中間介質，使CaO和C2S在熔融態(tài)內擴散生成C3S，顆粒的強度取決于毛細管橋的強度，橋的強度即連接顆粒的力隨液相表面張力和顆粒直徑的降低而增加。

  （3）毛細管橋的數(shù)量又和顆粒直徑的平方根成反比。要結好粒，必須有足夠的液相，并要求顆粒在液相內分布均勻，形成較高的表面張力，較低的液相粘度，適宜的結粒時間和溫度等。

  1.2.2  MgO對液相性質的影響

  1.2.2.1  液相量

  由液相量計算公式可知，MgO對液相量有較大的影響，其計算公式為：1450℃時液相量：L=3.0Al₂O₃+2.25Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+MgO，液相量在25%～28%時，對結粒最有利。當MgO含量超過2%以上的值乘以系數(shù)1.5計。

  1.2.2.2  液相表面張力

  液相表面張力是液相的重要性質，與熟料結粒有直接關系。液相表面張力增大易結粒，熟料顆粒的大小與液相表面張力呈良好的線性關系。

  液相的表面張力與元素外層電子的負電性有關（見圖1），有些元素如K、Cl、S的表面張力值較低，不利于結粒；而Mg、Al等元素的表面張力值較高，有利于結粒。

  1.2.2.3  液相粘度

  MgO僅對液相粘度有較小的降低作用（圖2）。熟料在1450℃含25%～35%液相時，粘度為0.16Pa·S，表面張力0.58N/m，含有MgO等化合物后的液相表面張力和液相粘度均發(fā)生變化，影響熟料的結粒（見表1）。

  2  MgO對熟料強度的影響

  MgO存在于熟料內，會影響CaO的數(shù)量，因而MgO在一定程度上影響熟料的強度。為緩和MgO對熟料強度的影響，在熟料生產中，應盡量提高石灰飽和系數(shù)和硅酸率，相應提高C3S和C2S的含量，以提高熟料的強度。

  3  MgO對產品安定性的影響

  在硅酸鹽水泥熟料中，MgO的固熔體總量可達2%，多余的MgO即結晶出來呈游離狀方鎂石，就會產生有害作用。所以應對它有所限制。

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  4   緩和高MgO原料對質量影響的對策

  4.1  礦山開采工作的精細化管理

  針對礦山石灰石質量的復雜性，采用多點開采，靈活控制手段。為此，加大礦山開采質量的監(jiān)控力度，質控處抽調專人負責礦山開采現(xiàn)場監(jiān)督與鉆孔樣品的采集與分析，根據(jù)每次檢測結果及時制定階段性科學合理的搭配裝車方案進行調控，指導礦山開采工作的精細化管理能持續(xù)有效進行，做好石灰石原料礦山開采方案實施，確保開采進廠石灰石質量波動在合理的預控范圍之內，基本滿足熟料煅燒用石灰石原料的質量之需。

  4.2  做好生料配料和均化工作

  第一步是合理搭配裝車；第二步是嚴格實行自動連續(xù)堆料預均化工作；再是橋式取料機按照進一步均化的方式進行取料入原料配料站供生產配料之用，這樣就可以將石灰石質量的波動控制在本階段要求的合理范圍內，確保入磨石灰石品質（CaO：50.0±1.0%；MgO：2.5±0.5%；SiO₂：1.5±0.5%）基本穩(wěn)定，生料中MgO含量較穩(wěn)定、均勻入窯。

  當出磨生料中含有不同MgO含量時，其石灰飽和系數(shù)應作如下調整：

  ①不含MgO時，LSF=100CaO/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ② MgO<2%時，LSF=100（CaO+0.75MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）；

  ③ MgO>2%時，LSF=100（CaO +1.150 MgO）/（2.80SiO₂+1.18Al₂O₃+0.65Fe₂O₃）。

  4.3  控制合適的液相量、液相表面張力、液相粘度

  液相量是熟料結粒的重要因素，在計算液相量時，應注意MgO超過2%時的校正系數(shù)，還應考慮堿含量的因素。為緩和MgO對液相量的影響，在提高熟料質量的前提下，適當提高石灰飽和系數(shù)及硅酸率值，減少Al₂O₃和Fe₂O₃的含量，減輕MgO對液相量的影響，相應減緩結大球的趨勢。同時KH值和SM值增加，增加了CaO、SiO2的含量，也增加了C3S和C2S的生成量及熟料煅燒溫度，有利于提高熟料強度。

  （1）生料中MgO含量較高且易燒性較好、SiO2的易磨性好且顆粒較細、堿含量與硫含量對液相粘度影響不大時，C2S有利于與CaO結合生成C3S，則SM值可提高至3.00甚至更高，在生產過程中結粒均齊，fCaO含量較低，熟料強度較高。

  （2） 生料中MgO含量較高但易燒性較差、SiO2的易磨性差且顆粒較粗，此外原料中帶入的堿含量較高時，對液相粘度影響較大，不利于液相中的C2S與fCaO結合生成C3S。

  在生產過程中，為緩和MgO對液相量的影響，可提高SM值；但SM值提高后，更不利于生成C3S，易使fCaO含量偏高（2.50%～3.80%）；為降低fCaO含量，生產時提高燒成溫度，但又易增大C3S的晶格易形成飛砂料，不利于熟料強度的提高；這種工況，SM值是很難真正提高的。

  通過幾個月的生產實踐表明：為了改善生料易燒性的不一致性，將其生料細度（顆粒級配）控制在17%～19%，生料率值（KH：1.02～1.06；SM：2.7～2.90；IM：1.5～1.70），基本前提是石灰石中MgO含量不等且晶體大小有別，另外帶入生料的原燃料中堿含量也不一致，此時只能結合實際狀況，通過分析，找出優(yōu)化點，進行微量調節(jié)，使熟料強度保持在3d：3.5～4.5/32～36.5MPa；28d：7.8～8.6/62.0～64.5MPa水平。

  4.4  中控操作措施

  （1）在生產過程中，適當加大窯尾風機風量，控制煤粉細度≤2.0%，使火焰集中，減少窯內還原氣氛，適當降低窯尾煙室溫度，避免硫酸鹽在還原氣氛下分解造成窯后部結長厚窯皮，減緩MgO含量較高的生料在高溫下出現(xiàn)結圈、結蛋，避免進一步加劇窯內通風不良、還原氣氛加重的惡性操作狀況的產生。

  （2）適當加快窯速，即由原來2.8～3.0r/min加到3.2～3.6r/min；減少結厚窯皮的幾率。

  （3）避免窯頭過燒，在保證熟料質量合格的前提下，適當減少窯頭煤粉用量，降低出窯熟料溫度，減少表面帶液相的大塊熟料落入篦冷機內損壞前端篦板，或形成表面帶液相的大晶格粉狀熟料，在冷卻機進料口處粘結成雪人。

  （4）加強篦冷機高溫端通風，使熟料急冷，有利于形成小晶格的MgO礦物，相應減緩MgO水化的膨脹影響。

  5  結 論

  （1）MgO是熟料礦物中最多的有害成分，對熟料煅燒、結粒、強度以及安定性均帶來一定的影響。

  （2）在生產過程中，當遇到MgO含量偏高、波動對水泥熟料煅燒造成影響時，應分析生料的易燒性及顆粒級配，結合MgO的含量以及原、燃料帶入的堿（R₂O）、SO₃的狀況，作出判斷，進行測算，并對熟料率值進行調整，進行必要的試燒，在取得成功的基礎上，進行工業(yè)化生產，必將使系統(tǒng)呈現(xiàn)工藝事故率低、熟料產品優(yōu)質高產、低消耗的良性生產狀況。