冶金石灰回轉窯結圈分析與預防措施

宋雅鵬，趙存平

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

首鋼長治鋼鐵有限公司（全文簡稱長鋼）有一條產量為600 t/d的冶金活性石灰回轉窯生產線，年產活性石灰21萬t（包括粉灰）。2016年5月該活性石灰回轉窯生產線出現結圈現象，回轉窯結圈簡單說就是結垢、阻塞，無法正常生產，一旦結圈現象，就必須停窯，處理結圈，打圈，先把窯冷卻停下來，再請工人進窯用大錘打擊結圈部位，一點一點打下來，一般要停窯3～7 d，再用大量煤氣烘窯1～2 d，才能恢復正常生產。在處理結圈問題期間，回轉窯生產線各個系統都得停下來，影響了下道工序供應，另外還影響到回轉窯的產量、質量、能耗。作者長期工作在冶金石灰回轉窯生產一線，針對該公司回轉窯結圈問題，結合實驗對比分析，找出公司回轉窯結圈的原因，有針對性的提出了回轉窯結圈預防控制措施。

1 回轉窯結圈特點分析

通過長鋼600 t/d的冶金活性石灰回轉窯生產現場的綜合觀察發現，該長鋼回轉窯結圈前的特點：

1）回轉窯內粉塵濃度較大，是未發生結圈現象時的2～4倍左右；窯內氣氛渾濁，清晰度非常低；窯內負壓增大；排煙機轉數表現為非常明顯的上升趨勢。

2）回轉窯燒成帶內的原料煅燒效果不好，原料之間相互黏結在一起；原料與回轉窯筒體表現為竄動。

對回轉窯結圈物進行分析可知，結圈物顏色不一，結圈物斷面中夾雜黃色、黑色、紅色等不同物質，黃色的較為疏松，紅色的較為致密，黑色的強度較大，內部液相冷凝后形成了清晰可見的孔隙。對結圈物與活性石灰進行化學成分的對比分析，如表1所示。

從表1結果可知，兩者非常相近。

表1 結圈物與活性石灰化學成分對比分析情況表%

2 回轉窯結圈原因分析

回轉窯結圈已成為影響企業生產效率的關鍵因素，但回轉窯結圈現象較為常見，結圈原因也非常復雜，必須結合生產現場的實際與實驗分析進行綜合排查，并制定針對性的預防控制措施。

2.1 石灰石中雜質的影響

從表1數據可知，該企業結圈物中w（SiO2）和w（MgO）分別為4.6%、3.6%，活性石灰的w（SiO2）和w（MgO）分別為2.6%、2.3%，結圈物中w（SiO2）和w（MgO）明顯較高。成分分析可知，SiO2和MgO的含量的增加，主要是由于石灰石中雜質帶入的。企業的石灰石由三家礦山提供，各企業的石灰石品質、含量、雜志等不同，導致煅燒分解過程有差異，易粉化與窯皮附近的液相混合形成結圈物。

2.2 石灰石熱態情況下破損率及磨損率的影響

取長鋼出現回轉窯結圈現象時的石灰石樣品，在高溫爐中設置煅燒條件：1 150℃、保溫時長60 min，冷卻后，石灰石樣品的磨損率為2.63%，破損率為1.56%，共計為4.19%，其他鋼鐵公司用石灰石同熱態狀態下的石灰石樣品的磨損率為0.73%，破損率為0.49%，共計為1.22%，長鋼石灰石磨損率和破損率高達2～3倍。

分析可知，長鋼石灰石在熱態下鍛燒性能不好，石灰石磨損率和破損率較高，就會造成石灰石在鍛燒時窯內飛灰比較嚴重，在火焰前端高溫區容易被加熱，形成熔融狀態與窯內襯接觸后冷卻形成結圈。

2.3 窯襯磚摩擦系數的影響

長鋼回轉窯采用磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚，該產品熱震穩定性好，耐磨性好，抗化學侵蝕性強。但是磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚表面光滑，因此其與原料之間的摩擦系數非常小，物料帶不起來，無法實現較好的翻滾，主要為滑動狀態。這種情況使得煅燒過程中粉塵濃度大幅度提高，因熱交換性能差，造成局部區域高溫，進而造成結圈現象的形成。事后，通過對回轉窯結圈部位及預熱帶內襯的現場檢查發現，使用后的磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚表面仍然光亮光滑，證明了分析的正確性。

2.4 煅燒溫度的影響

長鋼回轉窯所用的石灰石在煅燒工藝過程中，實驗結果表明石灰石最佳煅燒溫度為1 050～1 150℃，該溫度下煅燒出的活性石灰石活性度效果最佳，CaO含量最高。當煅燒溫度從1 150℃向上提高時石灰石活性度、CaO含量等指標表現為下降趨勢。長鋼采用焦爐煤氣做為燃料，在回轉窯的煅燒帶和預熱帶提供熱量，當供熱參數設置不當，或當火焰形狀調節不當時，造成火焰過長時，都會使得煅燒帶溫度處于1 350～1 550℃之間，過高的煅燒溫度進一步加劇了回轉窯結圈現象的形成。

3 回轉窯結圈預防控制措施

3.1 提高入窯石灰石的質量品位

1）采取措施減少入入窯石灰石帶入更多的泥土及粉料。

2）建立臨時的堆料場所，風干過于潮濕的石灰石礦原料。

3）加強化學成分的品質檢測，確保原料樣品中w（SiO2）控制在2.0%以下，w（Fe2O3）控制在0.1%以下，w（Al2O3）控制在0.1%以下。

4）石灰石樣品在熱態下的磨損率和破損率之和在1%以下。

3.2 提高回轉窯襯磚摩擦力

磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚性能較好，缺點在于摩擦力不高，必須進行改進，提高其摩擦力。改進方案：可以調整長鋼回轉窯的內襯結構，將回轉窯襯磚在徑向方向每隔1/5弧度安裝一行比原磚長度高出約100 mm的磚，改進方案如圖1所示。改進后回轉窯的內襯結構可有效提高磷酸鹽結合高鋁質窯襯磚與原料的摩擦力，有效帶動原料進行翻滾。

圖1 改進后回轉窯的內襯結構示意圖

3.3 規范工藝操作，降低火焰溫度

長鋼主要采用焦爐煤氣和轉爐煤氣用于煅燒帶的加熱，其自身具備有冷卻燒嘴的能力，針對這一情況，減少一次風的比例，提高二次風比例。通過實驗確定了規范后的各風配置情況，一次風比例為12%，二次風比例為88%，一次旋流風比例為16%，一次直進風比例為14%，一次最外流風比例為70%。執行該風配比后，有效保障了風量的穩定，拉長了火焰，火焰溫度從1 350℃降低到1 050～1 150℃溫度范圍內，實現鍛燒帶供熱的穩定，該溫度下煅燒出性能優越的石灰，避免回轉窯結圈現象的產生。

4 結語

長鋼通過對冶金活性石灰回轉窯結圈原因的分析，有針對性制定了回轉窯結圈的防范控制措施。防范控制措施實施后，該回轉窯全年無結圈現象，保障了回轉窯的穩定生產，為企業的為有效的降本增效工作做出積極貢獻。