回转窑飞沙料的预防

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1、也谈飞砂产生机理及预防摘要:从硅酸盐物理化学角度讨论飞砂的成因。飞砂产生与否主要取决于熟料液相量和液相性质(主要是表面张力)。飞砂有两类:一类是熟料液相量太少而产生；另一类是粘散料，由于液相表面张力太小所致。碱、硫和MgO等微组分含量高能使液相表面张力降低，特别是碱的硫酸盐含量高将使液相表面张力降低更明显。提出了减少和避免飞砂的措施。0　引言　　所谓飞砂是回转窑烧成带产生大量细粒并飞扬的熟料。这种飞砂料的大小一般在1mm以下，在窑内到处飞扬[1]。飞砂料的出现，既影响熟料质量，又影响窑的操作。据报

2、导[2]，大同水泥厂曾因飞砂料的出现被迫降低煅烧温度，从而使熟料强度下降5MPa。关于飞砂的成因，文献[1]认为，主要是SiO2含量太高、Al2O3和Fe2O3含量太低，因而液相出现太慢、液相量太少，熟料难以结粒，导致飞砂；另一原因是火焰太长，煅烧温度不够高，在料层中还存在大量不飞扬的料粒，未能结粒，待物料进入冷却带，细料粒才到处飞扬。文献[1]还提出，克服飞砂的方法，若是由于SiO2太高引起则应适当降低硅酸率；若是由于煅烧操作中火焰太长而引起，则应适当缩短火焰或缩短高温带。笔者认为，还有一种飞砂

3、是由于粘散料引起，而粘散料的产生则是由于高温液相的表面张力太小所致。乔龄山[3]在分析飞砂形成机理时认为，“国内水泥生产者忽视了液相表面张力和结粒的问题”，“要使熟料有一定的结粒度，熟料液相应有足够的表面张力才能结成较好的颗粒”。他还指出:“硫酸盐饱和度过高降低了液相粘度和表面张力”。这些观点笔者很赞同。他所提出的表面张力太小形成的飞砂实际上是一种粘散料，这种飞砂的产生与液相量少所引起的飞砂在机理上完全不同。因此，解决这种飞砂的措施也应该完全有别于液相量少所产生的飞砂。本文在前人研究工作的基础上从

4、硅酸盐物理化学角度讨论飞砂的成因并提出预防和解决飞砂问题的措施或途径。1　回转窑内物料结粒的机理　　从水泥工艺学原理看，水泥熟料是一种多矿物的集合体，是结晶细小的人造岩石。这些结晶一般都在100μm以下，即小于0.1mm。有人认为，水泥熟料中矿物晶体的平均尺寸为:阿利特65μm以下，贝利特55μm以下。出冷却机的熟料块度一般都在5～25mm，甚至更大些，是什么力量使几十微米的小晶体“粘结”成几毫米至几十毫米的熟料？答案是熟料液相，是熟料液相将这些细小的晶体“粘结”起来。因此，熟料液相的数量和性质对

5、熟料的结粒大小起着关键作用。液相的什么性质使它对小晶体有粘结力？主要是表面张力。　　水泥熟料的烧结是在有液相的情况下进行的。在固相反应之前，物料呈粉状。在过渡带主要是固相反应，生料中的CaO与SiO2、Al2O3、Fe2O3起化学反应生成C2S、C3A和C4AF，此外尚有一部分未起化学反应的CaO(约12%～13%)，物料呈细粒状或粉状。到了烧成带，随着煅烧温度提高，开始出现液相，其液相量大约在20%～28%。在水泥熟料烧结过程中，液相有2种作用:一是为C2S+CaO→C3S的反应提供条件，使C2

6、S和CaO溶于液相起化学反应，生成C3S；另一作用是像“胶结剂”一样，润湿窑内物料，从而使出窑熟料块度远远大于入窑物料的粒度。　　从硅酸盐物理化学角度看，物料烧结的主要动力是粒子的表面张力。物料烧结一种是固相与固相之间的烧结；另一种是有液相或汽相情况下的烧结。我们首先讨论有液相而不存在化学反应情况下的烧结。文献[4]认为，使粒子拉紧的毛细管力主要有2部分:一是沿液相弯曲表面的2个方向上的压力差引起的力ΔP=σ(1/ρ2-1/ρ1)，式中σ和ρ2、ρ1分别为液相弯曲面上的表面张力和半径，见图1。液相

7、内部的压力比外部的小，颗粒在力的作用下受到压紧作用，其作用力F1=ΔP•S，式中S为液相与固体界面压力的垂直方向的投影面积，即粒子之间的凹桥强度与液相表面张力及粒子的直径成正比；另一作用力是沿液相与固体接触的周长，由液相表面张力引起的力F2。F2=Cσsin(ψ+θ)，C表示湿润周长；ψ表示取决于液相量的角；θ表示湿润边界角。拉紧颗粒的总力为F=F1+F2。从上面的公式可看出，这2种拉紧颗粒的力都与表面张力成正比。另外，存在着将2个颗粒分开的外力，此力与颗粒的质量P即与颗粒直径的三次方成正比，因此

8、由表面张力粘结而成的颗粒强度与液相表面张力成正比，而与粒径成反比。即最终团粒的大小取决于表面张力和粒径大小。当颗粒尺寸因粘结而增大到一定程度时，颗粒不再增大。在水泥熟料煅烧过程中，若液相包围的是化学成分相同的2个粒子，则这2个粒子只能靠冷却时液相的凝固而把它们连接起来。图1　颗粒和液相薄层烧结时它们之间作用力图解[4]　　不过，在熟料颗粒生长时，2个化学成分不同的粒子如C2S和CaO，则表面张力的粘结可为结晶所代替。因为C2S和CaO通过溶解扩散进行化学反应而结晶出C3S，粒子由固