回轉(zhuǎn)窯石灰粉化率模擬實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)①

喬 斌 朱玲利 栗繼魁

(1:洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司(中信重工) 河南洛陽(yáng)471039; 2:洛陽(yáng)師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院 河南洛陽(yáng)471000)

回轉(zhuǎn)窯石灰粉化率模擬實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)①

喬 斌②1朱玲利2栗繼魁1

(1:洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司(中信重工) 河南洛陽(yáng)471039; 2:洛陽(yáng)師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院 河南洛陽(yáng)471000)

煉鋼生產(chǎn)對(duì)石灰粒度都有一定的要求，因此在選擇石灰石礦山時(shí)，必須對(duì)原料的采集地進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。針對(duì)目前冶金行業(yè)內(nèi)沒有一套有效的石灰粉化率測(cè)定方法的問題，通過對(duì)石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化率機(jī)理分析，制定出一套模擬回轉(zhuǎn)窯石灰粉化率實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方法。該試驗(yàn)方法不需要制備大量實(shí)驗(yàn)原料，實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單。通過和生產(chǎn)實(shí)際對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實(shí)際非常接近，具備推廣應(yīng)用價(jià)值。

石灰 回轉(zhuǎn)窯 粉化率 石灰石

石灰的CaO含量、活性度、粉化率等是衡量煉鋼用石灰品質(zhì)的重要特征。不同采集地石灰石煅燒出來(lái)的石灰品質(zhì)差距很大。因此在石灰廠建設(shè)初期，必須對(duì)采集地的石灰石進(jìn)行品質(zhì)實(shí)驗(yàn)，以測(cè)定石灰的相關(guān)特性是否符合煉鋼需求。目前石灰的CaO含量、活性度等特性的檢測(cè)都出臺(tái)了相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1～3]。但是對(duì)回轉(zhuǎn)窯石灰粉化率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，卻仍沒有行之有效的實(shí)驗(yàn)方法。礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化率形成機(jī)理分析，摸索出一套回轉(zhuǎn)窯石灰粉化率的模擬實(shí)驗(yàn)方法。

1 石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化機(jī)理分析

1.1 石灰粉化率影響因素分析

石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)借助和筒體中耐火材料的摩擦力被提升到一定的高度，和回轉(zhuǎn)窯的中心線形成一定的角度θ，被稱之為石灰的動(dòng)態(tài)休止角。當(dāng)石灰上升的高度超過動(dòng)態(tài)休止角后，在重力的作用下石灰開始滑向底部。石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的剖視圖如圖1[4]。石灰粉化率是石灰在不斷上下滑動(dòng)過程中，和耐火材料以及石灰之間的摩擦碰撞所致。

圖1 石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部剖視圖

因此，影響石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化率的因素有：①石灰自身結(jié)晶形式和化學(xué)成分。它是石灰的固有特性，和該采集地石灰石礦形成有關(guān)；②石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的填充率。它決定了石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的碰撞激烈程度。③石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)線程。它決定了石灰在回轉(zhuǎn)窯的碰撞次數(shù)。因此要模擬出石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化率，必須保證石灰的填充率、運(yùn)動(dòng)線程和生產(chǎn)實(shí)際一致。

1.2 石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)線程分析

圖2 單個(gè)石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡圖

假設(shè)回轉(zhuǎn)窯總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，那么石灰在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)總路徑S為：

(1)

2 實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了得到足夠的石灰填充率必須使用較小的實(shí)驗(yàn)回轉(zhuǎn)窯。礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中信重工)擁有一個(gè)內(nèi)徑0.8m，長(zhǎng)度是0.25m的轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)機(jī)。按照回轉(zhuǎn)窯的填充率5%～6%，該試驗(yàn)大約需要原料6～7kg。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝備及步驟

1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備

Φ800×250mm轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)機(jī)一臺(tái)，分樣篩3mm的方孔一臺(tái)，10kg電子秤(精度0.1g)，300×450mm托盤4個(gè)。

圖3 Φ800×250mm轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)

2)試樣的制備

按YB/T042-2004的規(guī)定執(zhí)行，自行煅燒石灰試樣。煅燒前石灰石的粒度15～35mm。煅燒后每份實(shí)驗(yàn)石灰不少于7kg。

3)試驗(yàn)步驟

準(zhǔn)確稱取試樣的重量，記做m1。

將試樣全部倒入轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)中，將轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)的速度調(diào)整至1r/min。按照公式(1)計(jì)算，轉(zhuǎn)鼓共需轉(zhuǎn)動(dòng)465圈就和生產(chǎn)石灰所用的Φ4.9×69.5米回轉(zhuǎn)窯運(yùn)動(dòng)線程一致。

將完成轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)的石灰經(jīng)過3mm的方孔篩篩分。取篩上大于3mm的石灰準(zhǔn)確稱量，重量記做m2。

4)試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算

3 運(yùn)用實(shí)例

重慶鋼鐵集團(tuán)大寶坡石灰石礦委托礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中信重工)為其從兩個(gè)石灰石采集地中，選擇能生產(chǎn)出較好品質(zhì)石灰的礦山用于煉鋼。

兩個(gè)礦山石灰石的成分化學(xué)分析結(jié)果如表1所示。

將每個(gè)礦山的石灰石煅燒成石灰后，分成兩組試樣，分別做粉化率試驗(yàn)。測(cè)得的粉化率如表2所示。

表1 石灰石的化學(xué)成分

表2 石灰粉化率計(jì)算結(jié)果

對(duì)比1#石灰石礦山和2#石灰石礦山實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在1#石灰石礦山的粉化率高達(dá)28.65%，而2#石灰石礦山的粉化率只有10.49%。從粉化率的角度分析，一般認(rèn)為是石灰粉化率在15%以下，該石灰石礦山就適合回轉(zhuǎn)窯煅燒，因此得出選擇2#石灰石礦山為該工廠原材料采集地的建議。

4 結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)方案具有設(shè)備簡(jiǎn)單，原料制備少，實(shí)驗(yàn)過程易操作等特點(diǎn)，目前已成功為多家石灰煅燒企業(yè)前期石灰石采集地選擇，煅燒設(shè)備選型提供了可靠的技術(shù)支撐。通過重慶鋼鐵集團(tuán)日產(chǎn)2×800t石灰生產(chǎn)線，中陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)日產(chǎn)1000t石灰生產(chǎn)線、西林鋼鐵日產(chǎn)600t生產(chǎn)線反饋數(shù)據(jù)來(lái)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)非常接近，完全能夠滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。

[1]李道中，張磊，吳朝輝．YB/T105-2005《冶金石灰物理性檢驗(yàn)方法》[S].北京：冶金工業(yè)出版社，2005:1-5.

[2]武漢鋼鐵(集團(tuán))公司.YB/T042-2004《冶金石灰》[S].北京：冶金工業(yè)出版社，2004：1-6.

[3]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．GB/T3286.8-1998《灼燒減量的測(cè)定》[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998:1-5.

[4]喬斌，朱玲利，雷曉娟等.基于EDEM軟件的石灰石在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)停留時(shí)間的模擬研究[J].礦山機(jī)械，2010，Vol.38(19)：83-85.

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Design Method about Simulation Experiment of Rotary Kiln Lime Pulverization Rate

Qiao Bin1Zhu Lingli2Li Jikui1

(1:Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd (CITIC HIC), Luoyang 471039;2:Luoyang Normal Institute, Luoyang 471000)

Steel-making of limestone particle size has certain requirements, therefore, people need to make some experiments to choose appropriate limestone mine of raw material. At present, it does not have a valid experiment method for the determination of lime pulverization rate. Through analysis for lime motion in rotary kiln, set a simulation method for the determination of lime rotary kiln pulverization rate in laboratory. This method does not need a lot of experimental raw material preparation.And it just need simple experimental equipment. Through comparison with actual production and found that the experimental data and the actual production is very close. It has popularization and application value.

Lime Rotary kiln Lime pulverization rate Limestone

河南省重大科技專項(xiàng)，《大型高效節(jié)能活性石灰成套技術(shù)及關(guān)鍵裝備推廣應(yīng)用》(081100610100)；國(guó)家十一五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，《低能耗、智能化、高活性大型石灰成套關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備研究》(2007BAF26B03)。

喬斌，1981年出生，畢業(yè)于廣西大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)，碩士，工程師，主要從事礦山成套技術(shù)的研發(fā)

TF525

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10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.003

2014-12-04)