一種石灰窯用新型噴槍

靳 征，王得剛，王艷民，田 輝，岳 杰

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

0 引言

本文介紹了國內外石灰窯的類型、生產工藝原則及我國石灰窯技術的發展趨勢，對石灰窯原常規噴槍的局限性進行了分析，在此基礎上提出了新型噴槍的設計理念，并對對新型噴槍的工藝設計情況和技術特點進行了描述。

1 石灰窯的發展趨勢及其工藝

目前，國內外生產活性石灰的窯型主要有兩類，一類是回轉窯，一類是豎窯。世界上主要鋼鐵生產國在冶金石灰生產中窯爐種類主要有：回轉窯、雙膛豎窯、套筒豎窯、弗卡斯窯（又稱梁式豎窯）等[2]。

1.1 石灰窯的發展趨勢

中國石灰窯近幾年密切結合國外石灰窯發展趨勢，不斷進行學習借鑒和引進吸收，石灰窯技術有了很大發展。其發展趨勢概括為：由機械化向自動化、智能化發展，一窯多用化，品種多樣化，排放無污化，服務遠程化，產量增大化。具有節能、環保，機械化、自動化程度高，產量高的現代化石灰窯將成為未來發展趨勢。

1.2 石灰窯生產工藝及原則

1.2.1 石灰窯生產工藝流程

活性石灰生產線工藝流程：首先將石灰石存放在貯倉內，通過下料管將石灰石均勻分布到預熱器，預熱后的石灰石在窯內被煅燒分解成石灰，隨后經冷卻器排出。

石灰窯生產石灰的過程中，燃料通過石灰窯膛內均勻設置的若干只噴槍輸送至窯膛，在石灰石料層內部噴出，在噴出口前形成高溫區域，提供石灰石煅燒分解生成石灰所需的熱量，石灰石經高溫煅燒形成石灰。因此，石灰窯燃料噴槍是生產高質量活性石的關鍵設備，另外燃料燃燒的效果也直接影響到石灰生產的燃料消耗和成本。

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1.2.2 石灰窯生產工藝原則

不同的窯有不同的預熱、煅燒、冷卻和卸灰方式，但有幾點工藝原則是相同的。即：原料質量高，石灰質量好；燃料熱值高，數量消耗少；石灰石粒度和煅燒時間成正比；生石灰活性度和煅燒時間、煅燒溫度成反比。

2 常規燃料噴槍存在的主要問題

對于鋼鐵企業石灰生產來說，不同的企業有不同的生產條件，所使用的燃料介質也有所不同。各企業在石灰的生產過程中，都希望根據自身的能源情況選擇使用焦爐煤氣、高轉爐煤氣、天然氣、煤粉等不同的燃料來生產石灰，因此對石灰窯燃料噴槍也提出了更高的要求。本文以豎窯為例，結合生產實際和理論，對石灰窯常規噴槍結構和功能上存在的缺陷進行了研究和分析。

（1）常規的噴槍裝置都是采用單獨的煤氣或煤粉作為燃料介質來進行石灰煅燒的，燃料介質單一，且石灰窯的利用率也較低，無法滿足高效、高質量石灰生產的需求。

（2）在石灰煅燒生產的過程中需要不斷從石灰窯頂部加入石灰石原料，這樣就會對位于石灰窯內的噴槍造成沖擊、磨損等破壞，縮短了噴槍使用壽命。

（3）石灰窯內煅燒帶的溫度可達1 100℃，噴槍長期處于高溫環境，也會嚴重縮短噴槍的使用壽命。

3 新型燃料噴槍的設計

3.1 新型燃料噴槍結構設計特點

3.1.1 同軸設置兩個噴槍的結構設計

雙燃料噴槍由同軸設置呈倒L形的第一噴槍和第二噴槍組成，雙燃料噴槍結構示意圖如圖1所示。通過兩個噴槍的配合，根據企業現有燃料條件和石灰窯的工藝需求選擇燃料，可實現靈活多變的燃料組合。

圖1 雙燃料噴槍結構示意圖

（1）可以僅向第一噴槍輸入燃料；

（2）可以僅向第二噴槍輸入燃料；

（3）可以向第一噴槍和第二噴槍中同時輸入相同燃料；

（4）可以向第一噴槍和第二噴槍中分別輸入不同的燃料。

3.1.2 便于加工及安裝的結構設計

為了便于加工和安裝，噴槍進口端至出口端包括順序連接的水平管、過渡管和豎直管，水平管左端作為噴槍的進口端，豎直管下端作為噴槍的出口端。雙燃料噴槍結構及與窯體配合示意圖如圖2所示。

圖2 雙燃料噴槍結構及與窯體配合示意圖

3.1.3 噴槍定位和調節功能結構設計

為了方便對噴槍的位置進行調節，在第一噴槍的水平段外側沿其周向均勻間隔設有至少兩個調節螺柱，在第一噴槍水平管套上設固定有調節法蘭。一般為了提高結構的穩定性，在每個調節螺柱的第二端且位于調節法蘭的兩側分別通過一個調節螺母與調節法蘭進行固定。

這樣，上述的調節螺柱、調節螺母和調節法蘭構成噴槍定位調節裝置。根據工藝的需求，通過調節螺柱上的螺母，便可通過調節法蘭帶動噴槍靠近或者遠離窯體，來調整噴槍的出口端在窯膛內的位置，實現對噴槍的定位和調節的目的。噴槍定位調節裝置如圖3所示。

圖3 噴槍定位調節裝置、第一噴槍密封裝置與第一噴槍配合的剖視圖

3.1.4 保證噴槍密封性的結構設計

為了保證噴槍與噴槍固定板上安裝孔之間的密封性，在噴槍的水平段上設有密封法蘭和壓緊法蘭。密封法蘭的內壁與噴槍的外壁之間的間隔形成環形密封空間，在環形密封空間內填充有密封件，經壓緊法蘭壓實后起到密封作用。噴槍密封結構如圖4所示。

圖4 壓緊法蘭、密封法蘭、密封件局部放大圖

3.1.5 提高噴槍耐沖擊及耐磨損性的結構設計

在石灰煅燒生產的過程中，為了避免從石灰窯頂部加入的石灰石對噴槍造成沖擊、磨損等損害，在噴槍固定板的另一側固定有噴槍保護罩，噴槍保護罩為底部開口的箱式結構。利用噴槍保護罩能夠對噴槍起到一定的保護作用，延長各噴槍的使用壽命。

為了對噴槍起到更好的保護作用，噴槍保護罩由頂板以及三個側板圍合構成，且三個側板的上端高出頂板，三個側板高出頂板的部分與頂板的頂面之間形成頂部凹槽（見圖1）。這樣，石灰石從石灰窯頂部進入窯體，頂部凹槽內會存有一定量的石灰石，新加入的石灰石與頂部凹槽內的石灰石形成料磨料的狀態，能夠減少石灰石原料對噴槍保護罩的沖擊和磨損，使得噴槍保護罩對窯體內部的噴槍部位能夠形成長期有效的保護；另外為了避免噴槍在窯體內晃動，在噴槍保護罩的底部固定有水平放置的支撐底板，在支撐底板上開設有穿孔，噴槍的豎直段由穿孔穿出，并在噴槍的水平段正下方設有圓弧托板。

3.1.6 噴槍冷卻結構設計

為了方便對噴槍實現降溫保護，延長其使用壽命，在兩個噴槍的水平段上分別串接有冷卻管1和冷卻管2（見圖1）。

在不需要向噴槍提供燃料時，可將冷卻管1和冷卻管2分別與各自的冷卻系統連接，向槍內噴入冷卻介質，冷卻介質可以選用氮氣或者壓縮空氣等。

3.2 新型噴槍的技術優勢

通過對第一噴槍和第二噴槍的輸入燃料進行不同的控制，可以形成多種工況組合，進而滿足用戶使用不同燃料的需求，實現高效生產。同時，根據不同的燃燒介質，可以通過滑動第一噴槍來調節整個噴槍在窯內的出口端位置，以提高噴槍的燃燒效果，提高石灰窯的利用率，滿足高效率高質量生產的要求。

4 結語

本文對石灰窯常規噴槍存在的問題進行了分析，根據各企業現有燃料條件和石灰窯的生產實際提出了新型噴槍的設計方案。生產實踐和理論分析表明，雙燃料石灰窯用噴槍裝置是一種既能夠實現高效生產，又能夠實現自我冷卻和自我防護的噴槍裝置，滿足了用戶使用不同燃料的需求。

雙燃料石灰窯用噴槍裝置可以根據企業現有燃料和石灰窯的工藝需求，形成多種工況的燃料組合，滿足用戶使用不同燃料的需求，實現石灰高質、高效生產；還可以在不需要向各噴槍提供燃料時，通過冷卻系統向冷卻管輸入冷卻介質，對各噴槍實現降溫保護；通過噴槍保護罩可以對窯體內噴槍部位形成長期有效的保護，延長噴槍的使用壽命。