冶金爐窯結瘤原因及解決方案研究

秦國利，孟海平

（寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900）

目前，金屬冶煉廠用于生產的窯型有回轉窯、套筒豎窯及雙膛豎窯，三者生產的礦物活性度均能滿足要求。相比其他兩種窯型，雙膛豎窯由于其占地面積小、投資省、耐材砌筑簡單、能耗最低，成為最有潛力的節能型爐窯，許多新建冶煉廠均采用大型雙膛豎窯進行生產。

雙膛豎窯具有以下幾個優點：①采用并流蓄熱式原理進行煅燒[1]，熱效率高。②產能大。該窯為兩個O形窯膛，兩個窯膛在煅燒帶底部相互連通。相對于雙D形窯膛，雙O形窯膛可容納的物料更多，其最大產能可達600t/d。③廢氣與成品溫度低。冶金爐窯離開窯筒的廢氣溫度在70℃～110℃，成品石灰的溫度小于130℃。④采用SRT型加料系統。該系統可在礦石煅燒的過程中一次或多次加料，減少了周期轉換時間，增加了燃燒時間。⑤兩個窯筒的連接通道采用“無拱支撐”耐材結構。

在我公司承接的冶金爐窯項目中，爐窯投產后不久，出現了底部礦物出料抽屜卡死不動無法排料的問題。從檢查孔中發現，礦物生了結瘤，見圖1。結瘤石灰粘連在一起，造成儲存礦物的抽屜無法動作。

1 結瘤的征兆和表現

（1）爐況順行較差，易出現料尺停滯、崩落、放料后易突然懸料，難以維持正常風壓，后期被迫低風壓操作，指標日趨惡化。

（3）爐身溫度沒有大的變化；爐腰溫度南邊有較大的波動，北邊波動較小，東西方向基本維持正常生產的波動范圍；爐喉溫度變化明顯，尤其是南邊下降較快。

（4）冶金爐頂氣體氣壓力常出現尖峰，風壓波動大。

2 結瘤原因分析

冶煉窯爐結瘤通常有以下幾個原因：①待煉物質中雜質偏高。當礦物中SiO2、Al2O3、MgCO3等雜質含量過高時[2]，容易與礦物發生化學反應形成低熔點化合物，從而造成結瘤。②礦物粒度不符合窯型煅燒要求。小粒度礦物偏多，會阻礙窯內氣流流動，容易造成氣流分布不均，使局部過熱而結瘤。③局部煅燒溫度過高，會造成結瘤。

該項目窯爐結瘤問題發生后，針對可能的具體原因進行了分析，具體如下：

（1）礦物成分。雙膛豎窯對礦物的理化指標要求如下：

表1 礦物質的理化指標

經檢化驗中心反饋的礦物理化指標如下：

無論度量單位的稱謂如何②，人們都是用1來表示一個度量單位，這是數學研究最為基本的概念．雖然度量單位都是人規定，但就度量單位的形成過程而言，大體可以分為兩類：一類是通過抽象得到的，是人思維的結果；另一類是借助工具得到的，是人實踐的結果．形成過程的不同必然蘊含著思維形式的不同，因此，對于數學教育、特別是對小學數學教育而言，這樣劃分是必要的．這里分別討論這兩類度量單位的形成過程以及其中蘊含的思維形式，然后再討論相應的小學數學教學．

表2 實測礦物理化指標

由表2的實測指標可知，生產中的礦物成分滿足雙膛豎窯的要求，不是產生結瘤的原因。

（2）礦物粒度。雙膛豎窯對礦物的粒度要求為：30mm～80mm，其中小于30mm的不大于5%，大于80mm的不大于10%，大于100mm的為0%。

結瘤后，從窯前上料皮帶上取料對入窯礦物粒度進行了初步測定。具體方法如下：從窯前上料皮帶上取1.5m長一段，將其上面的礦物取出，進行稱量，重量為t。然后通過30mm、80mm的篩網進行篩分，篩分后，測量＜30mm礦物的重量為t1，30mm～80mm礦物的重量為t2，大于80mm的礦物重量為t3。分別通過t1/t，t2/t和t3/t確定了礦石的大致粒度分布，結果見表3。

表3 實測礦石粒度分布

雖然入冶金爐窯前，將礦物進行了篩分，但小粒度礦石的仍然偏高。到原料場進行了粗測，＜30mm的礦石占到了17%。小粒度礦石偏多是造成窯內結瘤的原因之一。

（3）爐內燃料的熱值波動過大。窯內局部煅燒溫度過高，是造成冶金爐窯結瘤的主要原因。小粒度礦物偏多，也是因為造成了窯內氣流分布不均，從而局部過熱導致結瘤。本項目中，可能導致局部溫度過高的另一個原因是爐內燃料的熱值波動過大。生產系統設定中，結瘤前是將4000kcal/Nm3輸入程序中進行燃料用量的計算。由于燃料熱值波動過大，造成恒定值輸入計算燃料量的方式不能反映實際的燃料需求量，從而導致局部過熱造成結瘤。

圖1 燃料熱值波動

圖1為結瘤前1個月的熱值儀實測熱值。圖中橫軸均為熱值取值序號（每15min取一次熱值）。上半部分縱軸為燃料的熱值（kcal/Nm3），紅線為計算時輸入的熱值，藍線為熱值儀實測的熱值；下半部分縱軸為熱值波動范圍與kcal/Nm3的差值。

（4）雙膛豎窯噴槍的分布不均勻，也是導致局部過熱造成結瘤的原因之一。每個窯膛內插有33支燒嘴。33支噴槍呈環形排列，共分為4個區域：中心區域，內環區域，中環區域和外環區域。各區域噴槍對應面積見表4。

表4 窯膛內噴槍分配計算表

將中心區域與內環區域算作中心部分，則中心部分每支噴槍的對應面積為0.30m2。通過表4的計算結果可知，中心部分的噴槍對應面積小于中環區域與外環區域。在每個噴槍的所需燃料流量一樣時，會造成由中心至窯體外殼的溫度梯度。

存在溫度梯度對窯來說是有利的，可以防止窯殼處的耐材與石灰石發生反應，造成耐材的破壞。但根據生產經驗，中心部分與中環、外環區域的偏差控制在15%以內時，窯的運行比較好。

但根據表4的計算結果，中心部分比外環、中環每支噴槍的對應面積小了37%左右。在每支噴槍燃料流量一樣的情況下，若保證外圍礦物良好煅燒，則容易造成中心部分的礦物燃燒過量而造成結瘤。

3 結瘤判斷

該窯型結瘤的判斷主要通過以下2中方式進行判斷。

（1）通過兩個窯膛的壓力差判斷。正常生產情況下，2個窯膛的壓力差應該在5mbar以內。當壓差超過10mbar，則可判斷窯內結瘤了。

（2）通過出灰抽屜內的溫度判斷。一般情況下，出灰抽屜內的溫度應小于150℃，當溫度超過150℃，則可能出現結瘤。

預防：冶金爐窯結瘤的預防，主要從原料質量的控制和工藝參數的調節上進行控制。

（1）原料質量控制：應嚴格按照礦物的理化指標、粒度等進行采購，并在入窯前進行篩分處理。

（2）注意觀察兩個窯膛的壓力差及出灰抽屜內的溫度，當這2個指標超出正常范圍時及時進行相關工藝參數的調節，盡可能避免結瘤發生。

4 結論

（1）供應燃料熱值與設計值偏差較大時，不能通過恒定熱值計算燃料的使用量。

（2）雙膛豎窯可以通過調節噴槍上流量孔板的大小，將中心噴槍與中環、外環區域噴槍的燃料流量控制在15%范圍內，可減少結瘤問題的發生。

（3）上部爐瘤的產生和爐體下部工作狀態密不可分，局部的發展使渣皮動態平衡遭到破壞，是局部結厚和結瘤的根本原因。

（4）處理上部爐瘤的方針應該從精料、煙氣流、冷卻強度等方面入手。尤其是局部發展致使的煙氣流失常，是最應引起長期注意的一個因素。

（5）長期局部發展的爐況應視情況決定治強，盡量避免長時間高強度作業。

（6）除了降料面炸除之外，水擊法也是一個好的處理爐瘤的輔助措施，能去除部分爐瘤，還能使剩余粘結物松動。