提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的實踐

任正奎（天津天鐵冶金集團石礦，河北涉縣 056404）

提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的實踐

任正奎（天津天鐵冶金集團石礦，河北涉縣 056404）

針對石礦回轉(zhuǎn)窯自生產(chǎn)以來窯內(nèi)襯使用壽命較短的問題，根據(jù)實際情況，詳細地分析了制約窯內(nèi)襯使用壽命的種種因素。通過采取更換耐火材料、嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)、調(diào)整回轉(zhuǎn)窯風(fēng)氣配比等措施，使回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)襯的使用壽命大為提高，提高了經(jīng)濟效益，達到了預(yù)期目的。

回轉(zhuǎn)窯 內(nèi)襯 耐火材料 熱工制度 工藝 參數(shù)

1 前言

天鐵集團石灰石礦（以下簡稱石礦）2#回轉(zhuǎn)窯（以下稱回轉(zhuǎn)窯）于2008年6月點火生產(chǎn)，經(jīng)過一年多的運行，日產(chǎn)量達到700 t，質(zhì)量指標(biāo)能夠滿足熱軋、煉鋼等用戶的要求。但是由于種種原因，窯襯受到一定程度的破壞，窯襯耐火磚有15塊脫落，曾2次被迫停窯對窯體進行砌筑修補。國內(nèi)同類型回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐材的使用壽命為1年，石礦回轉(zhuǎn)窯使用壽命已到年限，需要更換。為提高經(jīng)濟效益，確保熱軋、煉鋼等用戶的需求，決定更換耐材后對其進行技術(shù)攻關(guān)，采取措施，提高窯內(nèi)襯的使用壽命。

2 窯的規(guī)格及內(nèi)襯耐火材料主要規(guī)格參數(shù)

回轉(zhuǎn)窯規(guī)格:?4.0 m×60 m；

生產(chǎn)能力：600 t/d；

熱耗：5 000 kJ/kg石灰；

燃料：焦?fàn)t煤氣；

焦?fàn)t煤氣熱值:14 630 kJ/m3；

煅燒石灰石粒級：20 mm～40 mm。

回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)襯耐火材料全部使用磷酸鹽復(fù)合磚，具體性能指標(biāo)見表1。

表1 磷酸鹽復(fù)合磚性能指標(biāo)

3 制約因素及改進措施

3.1 目前存在問題

經(jīng)過對回轉(zhuǎn)窯運行情況的反復(fù)觀察，針對每小時回轉(zhuǎn)窯的工藝參數(shù)趨勢的分析，認為窯內(nèi)襯使用壽命受以下因素的制約。

3.1.1 耐火材料的制約

由于回轉(zhuǎn)窯窯本體選用的耐火材料為磷酸鹽復(fù)合磚，其荷重軟化溫度在1 350℃，而石礦回轉(zhuǎn)窯煅燒帶溫度在1 300～1 350℃，雖然其耐火度較高，達到了1 770℃，但是其性能指標(biāo)已接近荷重軟化開始溫度，當(dāng)煤氣壓力不穩(wěn)定或操作出現(xiàn)失誤時，極易出現(xiàn)煤氣量過大，導(dǎo)致其煅燒帶溫度瞬間升高，瞬間溫度超過1 350℃，破壞其性能結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致窯內(nèi)襯使用壽命變短。

3.1.2 入爐原料粒度不均勻、含粉率較高

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的成品為冶金石灰，所使用的原料為20 mm～40 mm的石灰石原料，由于受條件的限制，石礦回轉(zhuǎn)窯所用原料大部分從當(dāng)?shù)夭少彛捎诓少忺c較為分散，不可避免地粒度大小不一，同時含粉量高。入爐原料不均勻，就會受熱不均，硼料速度降低，這時操作工藝就需要調(diào)整，導(dǎo)致窯溫的波動，也會使窯內(nèi)襯耐材受到影響。原料含粉量過高，粉塵在窯內(nèi)遇到水蒸汽（焦?fàn)t煤氣中含有水分）就會與其結(jié)合，附著在窯內(nèi)壁上，形成結(jié)圈現(xiàn)象。結(jié)圈會影響石灰質(zhì)量，同時結(jié)圈后如不及時停窯處理，圈的厚度增加，圈不斷變長，嚴(yán)重時需停窯處理，急停急開窯，溫度變換較大，耐火材料即冷即熱容易使其損壞，影響其適用壽命。

3.1.3 熱工制度的影響

回轉(zhuǎn)窯煅燒冶金石灰要求質(zhì)量較高，要求其各項指標(biāo)保持穩(wěn)定，當(dāng)窯頭窯尾煅燒帶及預(yù)熱器溫度壓力發(fā)生變化時，各項工藝參數(shù)也須進行相應(yīng)的調(diào)整。當(dāng)各點的溫度發(fā)生較大變化時，窯的工藝參數(shù)調(diào)整頻繁，溫度變化較為劇烈，耐火材料的理化性能對溫度變化比較敏感，當(dāng)發(fā)生劇烈的溫度波動時，高溫?zé)嵴饡鼓筒漠a(chǎn)生開裂、失性等現(xiàn)象。當(dāng)頻繁的停窯開窯，即冷即熱更會使窯的溫度波動劇烈，由此產(chǎn)生的熱震應(yīng)力更會使耐火材料的理性指標(biāo)發(fā)生明顯變化，縮短其使用壽命。

同時，由于停窯后重新開窯未按照制定的升溫曲線對窯進行操作，升溫的速度及窯體轉(zhuǎn)動頻率未能有效控制，耐材未能實現(xiàn)均勻膨脹，這也縮短了耐材的使用壽命。

3.1.4 風(fēng)氣配比的制約

回轉(zhuǎn)窯煅燒使用的燃料為純焦?fàn)t煤氣，當(dāng)進入窯內(nèi)的焦?fàn)t煤氣和助燃風(fēng)混合后燃燒，90%的熱量經(jīng)熱輻射傳給窯內(nèi)壁，窯體的轉(zhuǎn)動使窯內(nèi)物料充分受熱分解。如果風(fēng)氣比例失衡，煅燒溫度就會受到影響。如果助燃風(fēng)的比例過大，煤氣能充分燃燒，但過剩風(fēng)會帶走一部分熱量，使燃燒溫度達不到所需溫度（≥1 300℃），影響冶金石灰的質(zhì)量。煤氣比例過大，因為煤氣沒有完全燃燒，熱能不能充分釋放，使窯內(nèi)負壓減小，氣流不暢通。風(fēng)氣比例的失衡會使窯的各點溫度發(fā)生較大的變化，從而破壞耐材的理性指標(biāo)，導(dǎo)致其使用壽命縮短。

3.2 采取措施

石礦經(jīng)過對回轉(zhuǎn)窯以往運行的情況認真分析，并對國內(nèi)同類型規(guī)格的窯運行情況的借鑒參考，采取了以下措施。

3.2.1 更換耐火材料

由于窯內(nèi)襯的耐火材料磷酸鹽復(fù)合磚使用效果不夠理想，使用壽命雖然達到設(shè)計期限，但是頻繁修補停窯導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅提高，給生產(chǎn)組織帶來極大不便。經(jīng)過反復(fù)比較，根據(jù)操作工藝的特性，石礦將窯內(nèi)襯耐火材料改為如下材質(zhì)：從窯頭到窯尾依次為鎂鋁尖晶石和高鋁質(zhì)耐火磚、高鋁質(zhì)耐火磚和輕質(zhì)高鋁隔熱磚。其理化指標(biāo)見表2。

表2 理化指標(biāo)

煅燒帶采用鎂鋁尖晶石，由于鎂鋁尖晶石的荷重軟化溫度遠高于煅燒帶溫度，高于磷酸鹽復(fù)合磚的荷重軟化溫度，能更久經(jīng)受高溫的煅燒。

3.2.2 嚴(yán)把入爐原料關(guān)

為確保精料入爐，石礦采取了種種措施。為防止粒度大小不均，石礦加大了對原料的監(jiān)管，抽調(diào)技術(shù)人員對采購原料進行檢查，不合格的原料堅決不收。同時，對原料入爐處的篩子進行更換，由條篩改為格篩，并對其尺寸進行了調(diào)整，并將進預(yù)熱器前的二次篩分的條篩進行更換，增加其二次篩分能力，減少入爐原料的含粉量。

3.2.3 合理調(diào)整風(fēng)氣配比

由于風(fēng)氣配比不合適，石礦對燃燒系統(tǒng)設(shè)備進行了檢查，經(jīng)過分析認為，需對燒嘴結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的調(diào)整。燒嘴的主要作用為控制進入回轉(zhuǎn)窯的一次風(fēng)和煤氣流量，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 燒嘴結(jié)構(gòu)圖

從內(nèi)到外依次為：旋轉(zhuǎn)流、直進流、分割流和最外流。以往回轉(zhuǎn)窯一次風(fēng)通道過流面積小，一次風(fēng)壓為15 kPa時，風(fēng)流量僅為5 000 m3/h,導(dǎo)致一次風(fēng)不足，火焰形狀難以調(diào)節(jié)，窯的熱平衡不穩(wěn)定。燒嘴具體調(diào)整是：壓縮旋轉(zhuǎn)流直徑，增加并確定最佳的最外流直徑，使一次風(fēng)與煤氣流量的比例能夠更加合理。燒嘴最外流直徑調(diào)整到25 mm時，最大一次風(fēng)量調(diào)整能達到7 500 m3/h，最大煤氣量也能達到11 000 m3/h，符合工藝要求。同時，提高了燃嘴的燃燒性能和穿透力，調(diào)整風(fēng)氣配比更加方便。

為給參數(shù)調(diào)整提供可靠的數(shù)據(jù)，石礦在窯尾部位加裝廢氣分析儀，隨時對尾氣進行監(jiān)測。廢氣中可燃氣體含量控制在1%以內(nèi)，氧氣含量控制在0.7%～2.5%之間，根據(jù)此原則隨時對風(fēng)氣配比進行調(diào)整。為保證風(fēng)氣配比調(diào)整合理，在同一產(chǎn)量的情況下，對風(fēng)氣配比進行了調(diào)整試驗，經(jīng)過認真分析研究，科學(xué)合理地逐步增大一次風(fēng)量，有步驟地降低二次風(fēng)量。最后把風(fēng)氣配比定為5：1～6：1，一次風(fēng)占總風(fēng)量10%～15%，自然風(fēng)為5%，二次風(fēng)占80%～85%。風(fēng)氣配比更加合理，從而實現(xiàn)了快速煅燒，工藝參數(shù)也趨于穩(wěn)定。

3.2.4 穩(wěn)定熱工制度

在停窯檢修，重新開窯前，制定嚴(yán)格的開窯計劃，設(shè)計合理的升溫曲線。操作人員充分檢查好設(shè)備情況，確保設(shè)備無故障后，再嚴(yán)格按照計劃進行點火開窯，窯運行穩(wěn)定前嚴(yán)格按升溫曲線進行操作，避免了給窯內(nèi)襯帶來的不利影響。

在日常生產(chǎn)操作中，操作人員必須嚴(yán)格控制各項工藝參數(shù)，使其保持一定的穩(wěn)定性與連續(xù)性，不要因有較大的波動而造成溫度的劇烈波動，使熱工制度穩(wěn)定。

4 實踐效果

經(jīng)過更換窯內(nèi)襯耐火材料，嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)，提供穩(wěn)定的熱工制度，合理調(diào)配風(fēng)氣配比等措施后，石礦回轉(zhuǎn)窯運行穩(wěn)定，冶金石灰質(zhì)量指標(biāo)完全滿足用戶的要求，從采取措施后至今，停窯檢修時未發(fā)現(xiàn)有耐火磚脫落的情況，結(jié)圈周期也由原來的3個月延長到9個月，耐火材料已使用兩年多，大大超過了設(shè)計期限。

5 結(jié)束語

通過采取更換耐火材料、嚴(yán)把原料質(zhì)量關(guān)、調(diào)整回轉(zhuǎn)窯風(fēng)氣配比、穩(wěn)定熱工制度等一系列提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯使用壽命的措施，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯耐材使用壽命得到較大提高，有效地降低了冶金石灰的生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，達到了預(yù)期目的。

[1]初建民.冶金石灰生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：124-126.

[2]徐利華.熱工基礎(chǔ)與工業(yè)窯爐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006：105-107.

Practice of Prolonging Rotary Kiln Lining Service Life

Ren Zhengkui

The author analyzes in detail the factors restraining the service life of rotary kiln lining of Lime Quarry according to actual situation,in order to solve the lingering problem of short lining life since start-up.Measures of exchanging refractory, strict control over raw material quality and adjusting the air and gas ratio of the kiln achieved the anticipated goal that the lining life was prolonged substantially and economic benefit increased.

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（收稿 2011-10-21責(zé)編潘娜）

任正奎，工程師，2002年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院計算機及應(yīng)用專業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團石灰石礦工作。