回轉窯石灰粉化率模擬實驗方法的設計①

喬 斌 朱玲利 栗繼魁

(1:洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司(中信重工) 河南洛陽471039; 2:洛陽師范學院信息技術學院 河南洛陽471000)

回轉窯石灰粉化率模擬實驗方法的設計①

喬 斌②1朱玲利2栗繼魁1

(1:洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司(中信重工) 河南洛陽471039; 2:洛陽師范學院信息技術學院 河南洛陽471000)

煉鋼生產對石灰粒度都有一定的要求，因此在選擇石灰石礦山時，必須對原料的采集地進行相關的實驗。針對目前冶金行業(yè)內沒有一套有效的石灰粉化率測定方法的問題，通過對石灰在回轉窯內粉化率機理分析，制定出一套模擬回轉窯石灰粉化率實驗室測定的方法。該試驗方法不需要制備大量實驗原料，實驗設備簡單。通過和生產實際對比后發(fā)現(xiàn)，實驗數(shù)據(jù)和生產實際非常接近，具備推廣應用價值。

石灰 回轉窯 粉化率 石灰石

石灰的CaO含量、活性度、粉化率等是衡量煉鋼用石灰品質的重要特征。不同采集地石灰石煅燒出來的石灰品質差距很大。因此在石灰廠建設初期，必須對采集地的石灰石進行品質實驗，以測定石灰的相關特性是否符合煉鋼需求。目前石灰的CaO含量、活性度等特性的檢測都出臺了相應的試驗規(guī)范和行業(yè)標準[1～3]。但是對回轉窯石灰粉化率的實驗測定，卻仍沒有行之有效的實驗方法。礦山重型裝備國家重點實驗室通過對石灰在回轉窯內粉化率形成機理分析，摸索出一套回轉窯石灰粉化率的模擬實驗方法。

1 石灰在回轉窯內粉化機理分析

1.1 石灰粉化率影響因素分析

石灰在回轉窯內借助和筒體中耐火材料的摩擦力被提升到一定的高度，和回轉窯的中心線形成一定的角度θ，被稱之為石灰的動態(tài)休止角。當石灰上升的高度超過動態(tài)休止角后，在重力的作用下石灰開始滑向底部。石灰在回轉窯內部的剖視圖如圖1[4]。石灰粉化率是石灰在不斷上下滑動過程中，和耐火材料以及石灰之間的摩擦碰撞所致。

圖1 石灰在回轉窯內部剖視圖

因此，影響石灰在回轉窯內粉化率的因素有：①石灰自身結晶形式和化學成分。它是石灰的固有特性，和該采集地石灰石礦形成有關；②石灰在回轉窯內的填充率。它決定了石灰在回轉窯內的碰撞激烈程度。③石灰在回轉窯內運動線程。它決定了石灰在回轉窯的碰撞次數(shù)。因此要模擬出石灰在回轉窯內粉化率，必須保證石灰的填充率、運動線程和生產實際一致。

1.2 石灰在回轉窯內運動線程分析

圖2 單個石灰在回轉窯內運動軌跡圖

假設回轉窯總長度為L，那么石灰在回轉窯內總路徑S為：

(1)

2 實驗方法設計

2.1 實驗方法

在實驗室實驗時，為了得到足夠的石灰填充率必須使用較小的實驗回轉窯。礦山重型裝備國家重點實驗室(中信重工)擁有一個內徑0.8m，長度是0.25m的轉鼓實驗機。按照回轉窯的填充率5%～6%，該試驗大約需要原料6～7kg。

2.2 實驗裝備及步驟

1)實驗設備

Φ800×250mm轉鼓實驗機一臺，分樣篩3mm的方孔一臺，10kg電子秤(精度0.1g)，300×450mm托盤4個。

圖3 Φ800×250mm轉鼓試驗機

2)試樣的制備

按YB/T042-2004的規(guī)定執(zhí)行，自行煅燒石灰試樣。煅燒前石灰石的粒度15～35mm。煅燒后每份實驗石灰不少于7kg。

3)試驗步驟

準確稱取試樣的重量，記做m1。

將試樣全部倒入轉鼓試驗機中，將轉鼓試驗機的速度調整至1r/min。按照公式(1)計算，轉鼓共需轉動465圈就和生產石灰所用的Φ4.9×69.5米回轉窯運動線程一致。

將完成轉鼓實驗的石灰經(jīng)過3mm的方孔篩篩分。取篩上大于3mm的石灰準確稱量，重量記做m2。

4)試驗結果的計算

3 運用實例

重慶鋼鐵集團大寶坡石灰石礦委托礦山重型裝備國家重點實驗室(中信重工)為其從兩個石灰石采集地中，選擇能生產出較好品質石灰的礦山用于煉鋼。

兩個礦山石灰石的成分化學分析結果如表1所示。

將每個礦山的石灰石煅燒成石灰后，分成兩組試樣，分別做粉化率試驗。測得的粉化率如表2所示。

表1 石灰石的化學成分

表2 石灰粉化率計算結果

對比1#石灰石礦山和2#石灰石礦山實驗結果，在1#石灰石礦山的粉化率高達28.65%，而2#石灰石礦山的粉化率只有10.49%。從粉化率的角度分析，一般認為是石灰粉化率在15%以下，該石灰石礦山就適合回轉窯煅燒，因此得出選擇2#石灰石礦山為該工廠原材料采集地的建議。

4 結論

該實驗方案具有設備簡單，原料制備少，實驗過程易操作等特點，目前已成功為多家石灰煅燒企業(yè)前期石灰石采集地選擇，煅燒設備選型提供了可靠的技術支撐。通過重慶鋼鐵集團日產2×800t石灰生產線，中陽鋼鐵集團日產1000t石灰生產線、西林鋼鐵日產600t生產線反饋數(shù)據(jù)來，實驗數(shù)據(jù)和生產測量的數(shù)據(jù)非常接近，完全能夠滿足生產實際的要求。

[1]李道中，張磊，吳朝輝．YB/T105-2005《冶金石灰物理性檢驗方法》[S].北京：冶金工業(yè)出版社，2005:1-5.

[2]武漢鋼鐵(集團)公司.YB/T042-2004《冶金石灰》[S].北京：冶金工業(yè)出版社，2004：1-6.

[3]國家質量技術監(jiān)督局．GB/T3286.8-1998《灼燒減量的測定》[S].北京：中國標準出版社，1998:1-5.

[4]喬斌，朱玲利，雷曉娟等.基于EDEM軟件的石灰石在回轉窯內停留時間的模擬研究[J].礦山機械，2010，Vol.38(19)：83-85.

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Design Method about Simulation Experiment of Rotary Kiln Lime Pulverization Rate

Qiao Bin1Zhu Lingli2Li Jikui1

(1:Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd (CITIC HIC), Luoyang 471039;2:Luoyang Normal Institute, Luoyang 471000)

Steel-making of limestone particle size has certain requirements, therefore, people need to make some experiments to choose appropriate limestone mine of raw material. At present, it does not have a valid experiment method for the determination of lime pulverization rate. Through analysis for lime motion in rotary kiln, set a simulation method for the determination of lime rotary kiln pulverization rate in laboratory. This method does not need a lot of experimental raw material preparation.And it just need simple experimental equipment. Through comparison with actual production and found that the experimental data and the actual production is very close. It has popularization and application value.

Lime Rotary kiln Lime pulverization rate Limestone

河南省重大科技專項，《大型高效節(jié)能活性石灰成套技術及關鍵裝備推廣應用》(081100610100)；國家十一五科技支撐計劃項目，《低能耗、智能化、高活性大型石灰成套關鍵技術及設備研究》(2007BAF26B03)。

喬斌，1981年出生，畢業(yè)于廣西大學機械設計專業(yè)，碩士，工程師，主要從事礦山成套技術的研發(fā)

TF525

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.003

2014-12-04)