活性石灰回轉窯結圈原因分析

王福有，康云忠，王傳允（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

活性石灰回轉窯結圈原因分析

王福有，康云忠，王傳允
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

分析了鞍鋼鲅魚圈活性石灰回轉窯結圈的原因，結圈是入窯粉料多及煅燒溫度高造成的。通過采取減少入窯石灰石粉料、控制煅燒溫度至1 250～1 350℃、調節燒嘴一、二次風配比、提高窯內通氣性等措施，實現了回轉窯全年無結圈，保證了生產順行。

回轉窯；石灰石；結圈

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司現有4座日產900 t回轉窯，2008年8月～2009年3月依次投產，投產后每年5～10月都出現大量結圈。結圈是指回轉窯筒體高溫帶內壁發生的爐料環狀粘附現象，輕微的粘附現象稱為“窯皮”，起到保護窯內耐火材料的作用。如果粘附嚴重會影響回轉窯的正常操作即為結圈，嚴重時結圈料導致窯內無法出料，掉落的結圈料將冷卻器壁條全部堵塞致使被迫停窯。

據相關資料介紹，寶鋼股份煉鋼廠焙燒分廠活性石灰回轉窯采取多種措施也未能從根本上消除結圈，只能延長結圈周期以減少結圈的不利影響［1］。武鋼烏龍泉礦活性石灰回轉窯則采取提高燃煤效率、選用合理煤粉及保證石灰石質量等措施來減少結圈［2］。為避免活性石灰回轉窯結圈，對結圈原因進行分析并采取相應措施，本文對此做一介紹。

1　回轉窯結圈位置分布及成分分析

1.1回轉窯結圈位置分布

停窯后進入筒體內觀察發現，結圈位置主要集中在距窯頭筒體端面15 m左右，結圈嚴重處厚達1 000 mm。結圈位置是筒體最高溫度所在，也是筒體內鎂鋁磚損壞最嚴重位置，確定為火焰前端。回轉窯筒體結圈示意圖見圖1所示。

1.2回轉窯結圈料成分分析

結圈料顏色不一，黃色的較疏松，黑色的強度稍大些，但兩者層狀結構明顯，內部液相冷凝后形成的孔隙清晰可見。對石灰及結圈料進行化學成分分析，結果如表1所示。

2　回轉窯結圈原因分析

2.1石灰石中雜質的影響

從表1中石灰及結圈料成分分析結果可以看出，結圈料中SiO2和MgO含量明顯高于石灰中的含量。分析生產工藝流程及熱工系統后認為，較高含量的SiO2主要是石灰石帶入的，而高含量的MgO主要是高鎂石灰石煅燒后粉化所致。

SiO2為酸性氧化物，在100～800℃時能與CaO、MgO等堿性氧化物發生固態反應，生成各種鈣鹽、鎂鹽［3］。其中，各鈣鹽熔點為：偏硅酸鈣鈣2CaO·SiO22 130℃，硅酸三鈣1 900℃。在生成的硅酸二鈣中，存在著α、β、γ三種變體，其中γ變體最穩定。由于 β-2CaO·SiO2的密度為3.28 g/cm3，γ-2CaO·SiO2的密度為2.97 g/cm3，因此在轉變過程中，體積增大10%，致使石灰粉裂，因而SiO2含量高會增多窯內粉末，導致結圈。

CaO與SiO2可能參與發生的次反應有：

由于生產中使用的燃料為焦爐煤氣，因此判定這部分SiO2主要是由石灰石帶入的。生產實踐也證明，每年5～10月結圈嚴重時，石灰石篩下物（≤10 mm）比不結圈時減少50%以上。因此斷定，由于雨水粘接泥土，SiO2在石灰石表面無法被篩分掉而進入回轉窯內，在較高溫度時形成結圈。

另外，結圈料中MgO含量也較高，主要是由于石灰石中含有高鎂石灰石，MgO含量可達到7%～11%，在同樣煅燒溫度下，高鎂石灰石在煅燒過程中易炸裂，產生較多的粉料，當這部分粉料與低熔點的液相結合時就導致結圈越來越嚴重。

2.2煅燒溫度的影響

回轉窯所用石灰石的最佳煅燒溫度為1 050～1150℃，這時煅燒出的石灰活性度可達360 mL以上，CaO可達到90%左右。如果再提高煅燒溫度，這些指標反而下降，甚至可能形成過燒［3］。鞍鋼鲅魚圈回轉窯使用焦爐煤氣，在熱工參數或火焰形狀調節不當時最高溫度超過1 500℃，過高的溫度加劇了結圈的形成。

2.3窯內通風不暢

主排煙機抽力不足、窯內料層過厚及粉料過多等諸多因素均會造成窯內通風不暢，導致粉塵無法及時排出而始終在窯內循環，導致結圈。另外，負壓過小熱量不能及時向窯尾轉移，使窯內火焰頭部高溫區過于集中，局部產生液相導致結圈。

3　回轉窯結圈防治措施

3.1提高入窯石灰石質量

鞍鋼鲅魚圈回轉窯不具備石灰石水洗工藝，因此應通過其他方法來減少石灰石帶入窯內過多的泥土及粉料。開辟一臨時料場，一旦石灰石礦供料過于潮濕，可將這批物料放置于臨時料場待風干后使用。控制住潮濕石灰石后，要確保原料振動篩篩網不被泥土堵塞，需要隨時檢查隨時清理，未清理的振動篩嚴禁使用。生產實踐表明，不使用或減少使用潮濕石灰石以及保證石灰石的篩分效率對減少結圈起到了重要作用。在未采用上述措施時，有時篩下料僅僅為正常生產時的30%左右，大量泥土及碎料被帶入窯內。采取上述措施后，石灰石篩下料量比例波動非常小，最大限度減少了泥土、粉料入窯量。

3.2降低火焰溫度

表1　石灰和結圈料的化學成分（質量分數）及灼減值　%

鞍鋼鲅魚圈現有的燃燒系統使用常溫煤氣，自身具備冷卻燒嘴的能力，因此應將一次風的功能主要放在調整火焰形狀上，鑒于此減少一次風比例，提高二次風比例，同時盡可能多使用被預熱后的二次風，可有效減少煤氣量，從而使火焰變細，降低火焰溫度［4］。通過減少一次風的旋流和直進流，提高最外流風，最大限度拉長火焰。

表2為調整后的各風配比情況。采取上述措施后，火焰溫度由1 450℃以上降低到1 250～ 1 350℃，此溫度既可保證煅燒出優質石灰，也為避免結圈創造條件。

表2　調整后的各風配比情況　%

3.3保證窯內通風順暢

通過調整排煙轉速，提高回轉窯內負壓，保證預熱器到回轉窯內有較大負壓，使窯內的粉塵及時排出。另外，負壓充足會使高溫帶后移，充分發揮預熱器預熱作用，使廢煙氣更好的預熱石灰石，減少煅燒帶石灰分解壓力，從而減少煤氣用量，減少出現液相的幾率。表3為調整前后各位置負壓情況的對比，當三者發生沖突時執行窯頭負壓標準。

表3　調整前后各位置負壓對比　Pa

4　效果

采取上述措施后，2012、2013年全年無結圈，提高了回轉窯運轉率，減少停窯次數，降低勞動強度，避免結圈料外排污染環境，為煉鋼和燒結的正常生產創造了條件。

5　結論

（1）石灰石表面的泥土及粉料未被篩分掉，隨石灰石進入窯內，在高溫火焰作用下與CaO發生反應，這是造成鞍鋼鲅魚圈冶金石灰回轉窯結圈的主要原因。

（2）開辟臨時料場并保證振動篩不被堵塞，使入窯石灰石篩下料量保證在正常水平 (10%～ 15%)；減少一次風比例到10%以下，提高二次風比例到90%以上，能夠形成細長火焰，使煅燒溫度由1 450℃以上降低到1 250～1 350℃；調整排煙轉速，提高回轉窯窯頭負壓-60～-40 Pa，有效保證了粉塵及時排出。采取上述措施后，2012、2013年全年無結圈。

［1］金奕，張斌.寶鋼活性石灰回轉窯結囤機理研究［J］.耐火與石灰，2010（6）:1～2.

［2］文志軍，張正文.武鋼烏龍泉礦石灰回轉窯結圈形成的機理及防治措施［J］.鋼鐵研究，2005（6）：9～12.

［3］彭志堅，陳鐵軍.原料性能對石灰回轉窯煅燒及結圈影響的研究［J］.鋼鐵研究，2003（3）：3～6.

［4］劉世昌.回轉窯煅燒活性石灰對火焰的要求及控制方法［C］∥2012年中國石灰工業技術交流與合作大會論文資料匯編，嘉興：中國石灰協會，2012：93-99.

（編輯 許營）

Analysis on Causes Leading to Accretion in Active Lime Rotary Kiln

Wang Fuyou，Kang Yunzhong，Wang Chuanyun
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Co.of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

The causes leading to accretion in active lime rotary kiln of Bayuquan Iron and Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.are analyzed.It is found that the accretion is caused by more lime powders adding into rotary kiln and high calcination temperature.After taking such measures as reducing lime powders adding into rotary kiln,controlling the calcination temperature in the range from 1 250℃to 1 350℃,adjusting the proportion of the primary and the secondary air flow and improving the ventilation of the rotary kiln,there is no accretion occurred in the rotary kiln and then the smooth production can be guaranteed.

rotary kiln;lime;accretion

TF777

A

1006-4613（2015）01-0060-03

王福有，工程師，2006年畢業于鞍山科技大學材料科學與工程專業。E-mail:261185226@qq.com

2014-07-20