浅析预分解窑结球的原因及处理 【摘要】预分解窑窑内频繁结球、结大球是一个不容忽视的问题结球发生和处理过程中窑系统的不能正常运转，影响回转窑热工制度的稳定，降低熟料的质量，而且对篦冷机的安全造成威胁本文通过对回转窑结球机理的研究，从多方面分析总结了结球形成的原因，如生料均化不理想，喂料量不稳定以及操作不合理等原因；并且针对这些原因，提出了行之有效的处理方案和防治措施通过这些方案的实施，可有效的减少回转窑内结球现象的产生，提高了熟料的质量，保证了产量 关键词：结球，熟料，热工制度，生料均化 所谓“结球”是指熟料煅烧过程中料粉相互粘结形成大于正常熟料结粒的大块窑内结时窑尾温度降低，负压增高且波动大；分解炉及三次风出口负压增大；窑功率高且波动幅度大；C5筒及分解炉出口温度降低；窑内通风不良，窑头火焰短粗，窑头时有正压，造成窑内热工制度不稳定窑内结球还会对生产带来一系列严重影响： 1、 降低回转窑的运转率大球在窑内“卡死”滚不出来时，就只能停窑处理即人工打球一般处理一个球需要2~3小时，有时时间更长正是结球影响了回转窑的运转，降低了窑的运转率 2、 缩短了窑衬的使用寿命大球在窑内滚动时，由于与窑皮的摩擦容易使其脱落，进而挤压窑衬使其受到磨损，窑衬的使用寿命因此而缩短。
3、影响篦冷机的安全运转大球从窑头掉到篦冷机上，容易砸坏篦冷机的部件而影响篦冷机的安全运转如有些水泥厂篦冷机经常“堆雪人”，篦板经常被大球砸坏，处理结球时必须减料慢烧，用短时大火将大球烧散或引入篦冷机人工打碎，这严重影响回转窑的正常运转，影响回转窑的热工制度的稳定，降低了熟料的质量因此，研究结球极其重要，绝不容忽视 一、结球的机理简析 近年来，很多人对回转窑结球的机理进行了探讨，研究报道中都有对结蛋料和正常料化学成分的对比，并探讨结蛋形成的机理有水泥专业技术人员曾经从预分解窑生料圈后面（过渡带）发现许多直径达1m的大球，并从中取出10个大球，从中间锯开，发现这些球中间都有一个褐色、细粒、白垩状的内核及灰褐色多孔状的外壳大球的外壳占整个球体积的大部分，其化学成分和该处物料没多大区别；而大球核心物料的化学成分则不同，AL2O3和Fe2O3含量比该处物料高很多，SiO2含量相对较低，核心料的硅酸率特别低，只有1.4正常生产用生料硅酸率不可能这样低，一般只有旋风筒结皮料硅酸率会低到这个程度（1.0~1.5左右），由此分析，大球的核心可能是旋风筒结皮清理时掉落的大块，通过下面的最后一级旋风筒直落入回转窑中，形成大球的核心，在窑内生料圈的阻拦粘裹物料滚成大球。
大球在 窑内滚落时总有小的撞击，使其结构逐渐密实，这就是料球形成和长大的根源另外，从一些研究报告中也得出，K2O、Na2O、CL-含量高的物料和熟料液相含量特别高的物料都容易形成“大蛋”所以现在普遍认为预分解窑系统内结球与结皮形成机理同出一源，均是由于不恰当的工艺措施引起局部物料中碱、氯、硫等挥发组分含量过高，导致大量特征矿物的形成，从而使物料粘聚成皮或块 二、结球的原因分析 造成回转窑内结球形成的主要原因有以下几个方面：1、原、燃材料中有害成分的富积 原、燃材料中有害成分的富积是结大球的主要原因石灰石、粘土、砂岩中K2O、Na2O、CL、MgO含量偏高，这些有害成分在窑和预热器之间形成“内循环”，富积程度程度可达到原生料的近百倍这些有害成分熔点都比较低，在窑尾和预热器内即可形成液相，形成小料球小料球在随其他物料向前运动的过程中粘结其他的物料，越滚越大，终成大球另外，对窑中物料成分分析研究发现，有害成分含量越高，窑中结大球机率大大增加 2、率值的影响 生料配料采用三组分：石灰石、粘土、铁粉时，一般采用高石灰饱和系数、高硅率的生料不易发生结球现象，且熟料质量比较好，但是这种料较耐火，对操作要求较高。
若低石灰饱和系数和低铝率的生料，它的烧结范围比较窄，而液相量偏多，结粒粗大，稍有不慎就会导致结球不仅如此，硅率和铝率不合格的配料，还会降低熟料的质量和窑的产量所以在生产中要选择合适的率值，由于三个率值是相互影响，相互制约的，一般三组分配料中选择两高一中的配料方案，即高KH、高SM、中IM，这种配料易操作且熟料质量也相对较稳定 3、煤及煤燃烧的影响 ⑴煤的不完全燃烧 大球的形成是由球核粘结生料滚动形成的，而球核是在窑尾出现的液相粘裹生料粉形成的而液相的提前出现主要是由于煤粉的不完全燃烧，因此，煤的不完全燃烧是一项重要因素比较球核与最高一级旋风筒生料中氧化物成分可以发现，由于球核中AL2O3、Fe2O3的富积程度很高，而AL2O3、Fe2O3是以熔剂矿物的形式存在，即以C3A、C4AF的形式存在，球核中熔剂矿物的富积程度比较大，说明球核中可能存在液相球核是熟料中熔剂矿物和硫酸盐等熔体粘裹生料粉而形成的团块停窑打球时，我厂在技术人员曾经在窑尾2m左右发现了小球，即大球的雏形（球核），这也说明球核是在窑尾提前出现的液相粘裹生料粉而形成的同时比较球核与五级旋风筒下料成分发现，球核中SO3的含量比五级旋风筒高。
由于硫一方面来自于硫的循环富积，另一方面来自于煤的不完全燃烧所以球核中硫含量异常高可能是窑、炉中煤粉不完全燃烧，进一步到窑尾和较低级筒内进行二次燃烧，产生局部高温使液相提前在窑尾系统出现有利于大球的形成中控操作人员发现，一旦窑尾温度过高，回转窑很容易滚出大球统计分析也表明，结球时的窑尾温度比不结球时窑尾温度高 ⑵煤的后燃烧 上面提到的煤的二次燃烧即煤的后燃烧，当操作员风煤搭配不当或煤质较差或喂煤不稳定时都会使煤粉在“燃烧区”燃烧不完全而产生滞后燃烧要么使预热器系统温度升高，产生结皮：要么使烟室温度升高，窑内还原气氛使Fe+3还原成Fe+2，使物料的熔点降低，液相提前出现，导致煅烧中易出大球、后结圈、长长厚窑皮，而长厚窑皮的脱落又易转变成大球 ⑶大量煤灰的不均匀掺入 由于煤灰中富含硫，如K2SO4、Na2SO4、CaSO4等，煤灰在生料中大量沉落必然造成入窑生料中SO3含量异常高另外，煤灰在生料中的掺入也可能使生料在煅烧过程中液相出现的温度低而有利于大球的形成通常情况下，生料在煅烧过程中液相开始出现的温度是1250℃左右而硫酸钙、硫酸钾、硫酸钠和氯化物共同存在时，低共熔物的温度可接近700℃4、窑灰的不均匀掺入 我们曾对回转窑窑尾收尘器回灰做了分析，从分析中发现，三氧化二铁、三氧化二铝及有害成分钾、钠含量明显高于正常生料，我们知道氧化钙含量高，熟料f-CaO不易控制，而铝钾、钠又在窑内结球中扮演重要的角色。
正常生产时窑灰均匀掺入生料中，对系统不会产生较大影响，但若原料磨检修或其他原因停机时间较长，收集的窑灰没有得到“掺兑”直接入库入库后又没得到很好的均化就入窑，就会出现f-CaO升高，迫使操作提高温度，会出现局部高温，液相提前出现，窑内结球，这一点在实践中也得到印证5、熟料中Al2O3、Fe2O3含量过高 前面提到有水泥专业技术人员从大球的中心取样做化学分析，发现中心部位的AL2O3 、Fe2O3含量比该处物料高很多，熟料中AL2O3 、Fe2O3含量过高时，液相量过多，液相增长迅速，物料易结球，所以熟料中AL2O3 、Fe2O3含量高是窑内结球的主要原因之一 6、结圈的影响 窑中结圈和结大球现象是共存的，70%的左右的结大球现象伴随着有窑内后结圈，因此后结圈对结大球有不可忽视的作用窑内35m左右的结圈一般为硫碱圈，这种结圈并不牢固，在窑矿发生变化时，发生塌落，塌落下来的料块极有可能成为大球的核心另外，窑尾后结圈导致物料在此处受阻，使料层变厚，过厚的料层造成受热不均匀，导致局部高温，也会导致结大球大球的形成过程是，首先在窑尾及预热器形成球核，这些球核在向前移动的过程中粘结其他出现液相的物料，随之长大。
当它滚到主窑皮及结圈处，靠物料的涌动不能跨上“台阶”时，就会停留在此处，越滚越大，终成大球俗话说“十圈九球”，也就是说形 成球的前提条件具备后，正是圈的存在进一步加剧了球的形成，不难理解当物料受到圈的阻挡，并在此不断地滚动一方面是由于对小球核的挤压，使液相存在于球核的表面；另一方面，由于温度及其他各方面的原因，再此也存在一定的液相，使小球不断的粘结物料并不断有液相粘结在其表面，小球在此处渐渐粘结成大球，球长到一定程度后，阻挡物料前进，由于物料对它的冲击和挤压作用，才使大球跨过圈，从窑内滚出来另外，若窑内有圈，没有及时处理掉，虽然来料和操作都很正常，但易形成球有时候烧成带前端窑皮偏厚形成台阶时，也较容易促使窑内大球 7、喂料的不稳定 喂料量忽大忽小，很容易打乱预热器、分解炉和窑的正常工作由于操作具有滞后的特点，有时跟不上喂料的变化，加减煤不及时，甚至出现短期的断料也不能及时减煤，因此很容易由料量由高向低波动时，窑尾温度就会升高，物料在高温煅烧条件下液相提前出现；当喂料量在由低向高波动时，物料在预热器和分解炉内得不到很好的预热和分解，未得到很好分解的生料落入窑尾，在已经出现大量液相物料上形成核。
由于核在高温下大量吸热，液相量析出使料粉被吸附在其表面，层层将其包裹住，逐渐增大而形成球可见喂料不稳定也是造成结球的主要原因之一8、生料均化不理想 通过对生料化学成分及率值分析发现，生料三率值变化较 大，特别是石灰饱和比远远超过0.02的目标控制范围当物料饱和比高时，窑内物料松散，不易烧结，出窑熟料f-CaO高，迫使操作上提高温度，降低窑速打慢车，台时产量也随之下降当物料饱和比低时，窑的操作不能及时调整，窑内物料发粘，稍有不慎，就会结大球所以生料均化不理想，入窑生料化学成分波动大也是造成窑内结球的主要原因之一9、窑操作上的影响 中控操作员缺乏实际经验，对事故不能准确、及时作出判断，有时调整滞后或未能按操作规程进行操作，造成堵塞主要表现在：风、煤、料、窑速配合不尽合理；一、二、三次风分配不合理，调节不及时；窑炉的煤、料比例不当；窑尾排风过小导致整个系统的通风量、入窑生料量、入窑炉煤粉量忽高忽低，热工制度长时间得不到稳定，致使系统局部温度过高，液相提前出现，最终导致结球的出现另外还有操作员在操作中处置方法不当，有时操作大起大落，窑速忽快忽慢；有时片面追求产量加煤过多，不完全燃烧现象严重。
这些现象不一而足，对结球、结圈都有重要影响 三、窑内结球的处理 若窑内已经形成料球，应对成球的原因进行全方位分析，有条件时最好对结球取样化验，且要分别对球核、球壳进行化学全分析，找准原因，对症下药处理方法主要有烧球法、放球法、人工打球法，一般操作上可根据不同的情况采取不同的措施：1、放球操作法：当窑皮平整且无圈体阻挡时，可按正常操作使其跟随熟料一起滚出进入篦冷机，然后人工处理但这样掉落下来容易砸坏篦冷机的部件而影响篦冷机的安全运转 2、烧球操作法：结球比较小，操作上应适当增加窑内通风，使火焰顺畅，但必须注意窑尾温度的控制，使其不要过高；可略微减少窑头用煤，但必须保证煤粉的完全燃烧，并适当减少喂料量，稍降低窑速，让窑内的料球滚入烧成带；等料球到烧成带后，再降低一些窑速，用大火在短时间内将其烧垮或烧小，以免进入冷却机发生堵塞或砸坏篦板，但此时应特别注意窑皮的情况3、冷热交替法：如果结球较大时，可采用冷热交替法进行处理；当料球在过渡带时不易前行进入烧成带，这时可将喷煤管伸进去，适当降低喂料量，烧1～2h后将煤管拉出再烧1～2h，周而复始，直到料球破裂；若实在不能使其破裂，便可停窑冷却1～2h后点火升温，让料球因温差过大而破裂。
注意在处理过程中，切忌让大料球滚入冷却机内，否则会对冷却机造成较大损伤；另应控制窑尾温度不能过高，避免后面的小料球接二连。