球團(tuán)生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯筒體溫度過高原因分析

王自興 張樹輝

(洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院 河南洛陽471039)

·經(jīng)驗(yàn)交流·

球團(tuán)生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯筒體溫度過高原因分析

王自興①張樹輝

(洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院 河南洛陽471039)

對(duì)球團(tuán)生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯筒體表面溫度過高產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，論述了窯內(nèi)結(jié)圈是導(dǎo)致窯體溫度高的主要因素。通過一系列措施以減少窯內(nèi)結(jié)圈，有效控制筒體表面溫度在正常范圍。

球團(tuán) 回轉(zhuǎn)窯 筒體溫度 窯襯 結(jié)圈

1 概述

某球團(tuán)廠球團(tuán)生產(chǎn)線采用目前國內(nèi)先進(jìn)的鏈—回—環(huán)生產(chǎn)方式，自建成投產(chǎn)以來，在生產(chǎn)初期回轉(zhuǎn)窯筒體表面溫度在250℃～260℃，屬于正常范圍。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，筒體的表面溫度一度達(dá)到300多度，運(yùn)行近一年半后，回轉(zhuǎn)窯筒體最高溫度超過400℃，致使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，被迫停產(chǎn)檢修。

2 影響筒體溫度因素

影響筒體溫度因素有多種，主要有選用的窯襯材質(zhì)是否合適，設(shè)計(jì)厚度是否足夠、窯內(nèi)的燃燒氣氛是否理想、窯襯是否損壞等方面。

2.1 窯襯材質(zhì)及厚度

對(duì)于生產(chǎn)酸性氧化球團(tuán)的回轉(zhuǎn)窯，目前窯襯多采用抗剝落的高鋁莫來石質(zhì)預(yù)制磚和同種材質(zhì)的澆注料，其耐急冷急熱的性能較好，考慮合適的高溫?zé)嵝阅芷ヅ?，預(yù)制磚和澆注料使用同種材質(zhì)，窯內(nèi)砌體與窯殼之間能緊密接觸，不會(huì)出現(xiàn)較大的裂紋[1,2]。

對(duì)于窯襯厚度，國內(nèi)球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯的窯襯厚度也有越來越厚的趨勢，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格為φ4m～φ5m的窯襯厚度一般為230mm～250mm，φ5m～φ6m的為260mm，φ6m以上的為280mm。所以，本球團(tuán)廠φ6.4m的窯使用280mm的窯襯厚度是可以滿足使用要求的。

2.2 窯內(nèi)燃燒氣氛

初期運(yùn)行時(shí)由于缺乏生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，窯內(nèi)的火焰燃燒形狀一度不好，火焰偏短、軟，火焰長度只有14m左右，(一般正常要求18m)，火焰有些分散，有舔窯現(xiàn)象發(fā)生。如果發(fā)生火焰直接與窯壁或是物料接觸，特別是在窯內(nèi)結(jié)圈物未清理干凈時(shí)，更易促使結(jié)圈快速長大[3]。后來燃燒器生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員將燃燒器的軸流風(fēng)及旋流風(fēng)進(jìn)行了調(diào)整，又對(duì)風(fēng)門的總開度進(jìn)行調(diào)整，火焰的長度及形狀得到改善，窯筒體表面的溫度下降了20℃～30℃。

2.3 窯襯的損壞

在停產(chǎn)檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)大部分區(qū)域的窯襯損壞已很嚴(yán)重，較厚的地方厚度在100mm～200mm，較薄的地方窯襯厚度僅剩50mm～60mm。

1)影響回轉(zhuǎn)窯窯襯使用壽命的主要因素包括兩方面：

(1)耐火材料性能與施工質(zhì)量；

(2)窯內(nèi)物料和結(jié)大球?qū)t襯的沖擊損壞以及結(jié)圈剝落時(shí)的粘結(jié)。對(duì)于耐材材質(zhì)，由以上的分析可知，是可以滿足使用要求的，而對(duì)于施工質(zhì)量，由于在窯襯砌筑施工時(shí)選用是操作經(jīng)驗(yàn)豐富的廠家，砌筑方式采取的是花砌的形式，即預(yù)制磚帶與澆注料帶間隔布置，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)緊湊、修補(bǔ)方便、不易大面積的破壞，國內(nèi)大多球團(tuán)廠生產(chǎn)線都采用這種方式[4]，技術(shù)也很成熟，所以基本可以排除耐材性能與施工質(zhì)量因素的影響。

2)在一年多的生產(chǎn)運(yùn)行中，回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈確實(shí)較嚴(yán)重，經(jīng)常要從窯頭罩內(nèi)扒出結(jié)成的大料塊(見圖1)。當(dāng)結(jié)圈的大塊物料在窯內(nèi)垮塌時(shí)，一方面不利于球團(tuán)在窯內(nèi)的運(yùn)行，加重了爐窯的重力負(fù)荷，容易造成窯襯的剝落破壞[2]，另一方面結(jié)圈物運(yùn)行滾落時(shí)會(huì)對(duì)窯襯造成巨大的沖擊，導(dǎo)致窯襯被砸壞。

圖1 窯內(nèi)結(jié)成的大料塊

3)此外，由于結(jié)圈頻繁發(fā)生，為了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，常需要人工處理結(jié)圈，而目前處理結(jié)圈沒有很好的措施，經(jīng)常使用的方法就是將窯內(nèi)溫度降至500℃左右，這樣結(jié)圈在熱應(yīng)力的作用下會(huì)剝落下來，但一部分耐火材料也會(huì)被粘掉，一起脫落，大大縮短了窯襯的使用壽命。

4)由以上分析可知，窯襯的損壞主要是由窯內(nèi)頻繁結(jié)圈及經(jīng)常不得已的人工清理所導(dǎo)致的，窯襯的嚴(yán)重?fù)p壞變薄又繼而導(dǎo)致了窯筒體的表面溫度過高，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。

3 結(jié)圈原因分析

對(duì)于生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重結(jié)圈現(xiàn)象，分析主要有以下幾方面的原因：

3.1 原料成份

根據(jù)表1中鐵精礦原料的成份數(shù)據(jù)可以看出，秘魯?shù)VTFe含量最高，但含S量太多，配比不宜過高；澳洲礦用量最大，SiO2含量也最高，在各種礦種混合后TFe含量達(dá)到64.7%，SiO2含量達(dá)到了6.9%。如果鐵精礦中硅高鈣少，焙燒中不易形成鐵酸鈣，會(huì)造成低熔點(diǎn)物過多，在窯壁上容易形成很厚的黏結(jié)層，繼而粘附料粉形成窯內(nèi)結(jié)圈。研究表明，在預(yù)制磚與結(jié)圈物的界面，結(jié)圈物有往預(yù)制磚內(nèi)化學(xué)滲透的反應(yīng)過程，澆注料的基質(zhì)也有變化，有一個(gè)反應(yīng)變化層。預(yù)制磚與結(jié)圈物界面的化學(xué)滲透反應(yīng)過程主要表現(xiàn)在FeO、CaO、Al2O3的成分變化，球團(tuán)中的FeO、Al2O3往耐火材料中擴(kuò)散反應(yīng)，耐火材料中CaO往結(jié)圈的球團(tuán)中擴(kuò)散反應(yīng)，從而導(dǎo)致耐火材料基質(zhì)的弱化[2]。

表1 鐵精礦原料的成份數(shù)據(jù)

為了改善鐵精礦的成份，新建了一條提鐵降雜生產(chǎn)線，主要處理使用量最大的澳洲礦種，通過原料礦漿攪拌、磨礦、磁選、過濾壓縮等一系列工藝流程，能使TFe品位由63.83%提高到67%～68.5%，SiO2含量由9.0%降至2.59%～5.95%。提鐵降雜生產(chǎn)線的投入使用，在大幅提高原料鐵精礦的品位同時(shí)，又能增強(qiáng)生料球、成品球的質(zhì)量，降低回轉(zhuǎn)窯的結(jié)圈現(xiàn)象，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)揮具大的作用。

3.2 原料粒度

球團(tuán)生產(chǎn)除要求鐵精礦有較高的鐵品位以外，還要求原料有較細(xì)的粒度及合理的粒度組成。

球團(tuán)生產(chǎn)使用量最大的澳洲礦種，其粒度組成見表2。

表2 鐵精礦粒度組成和比表面積

研究表明鐵精礦的粒度細(xì)，對(duì)生球強(qiáng)度是有利的，但對(duì)生球熱性能不利，使得生球破裂溫度比較低。為改善鐵精礦的粒度組成，在原料中配加了15%的秘魯?shù)V。

3.3 造球質(zhì)量

造球設(shè)備使用的是φ7.5m的圓盤造球機(jī)，由于操作工人技術(shù)不成熟，生產(chǎn)工藝控制不完善，球盤上經(jīng)常生成有大球，需要操作工人頻繁用耙子扒出，造出的成品球的質(zhì)量不太好，落下強(qiáng)度一般在3次/0.5m左右；即使是同一臺(tái)造球機(jī)，生產(chǎn)也不穩(wěn)定，造球量時(shí)多時(shí)少，料球粒徑也時(shí)大時(shí)小，波動(dòng)厲害。生球篩輥由于長時(shí)間運(yùn)行，在篩輥上粘結(jié)有很厚的料塊而沒有得到及時(shí)的清理，也影響了篩分效果。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，在生球表面上還黏有很多小顆粒球，這些小顆粒球一部分被篩分出去，一部分就會(huì)隨成品生球一起進(jìn)入鏈篦機(jī)及回轉(zhuǎn)窯，增加了入窯的粉末量。從圖1也可看出，從窯內(nèi)扒出的大塊內(nèi)挾裹有大量的細(xì)碎料及球團(tuán)。

為增強(qiáng)成品球的質(zhì)量，控制合適的球徑，一方面對(duì)造球盤的加水點(diǎn)位置進(jìn)行改造，原設(shè)計(jì)的位置在造球盤的刀架大梁上，刮刀附近，為更符合“滴水成球，霧水長大，無水緊密”的造球原則[5]，將加水點(diǎn)移到了生料粉的卸料區(qū)；另一方面加強(qiáng)生產(chǎn)管理，制定工藝紀(jì)律檢查制度，增強(qiáng)操作人員的責(zé)任心，規(guī)范操作，推行三勤四穩(wěn)定的操作制度。

施行上述措施后，生產(chǎn)過程連續(xù)、穩(wěn)定，生球的落下強(qiáng)度提高到4～5次/0.5m，粒徑控制在9mm～16mm，生球的強(qiáng)度及均勻性均有所提高。

3.4 鏈篦機(jī)干燥制度

鏈篦機(jī)的工藝類型是三室四段式，即一段鼓風(fēng)干燥、一段抽風(fēng)干燥和二段抽風(fēng)預(yù)熱。根據(jù)中南大學(xué)對(duì)澳洲鐵精礦的試驗(yàn)結(jié)果，鐵精礦的生球爆裂溫度在490℃左右，赤鐵礦的生球爆裂溫度一般低于磁鐵礦。在生產(chǎn)中鐵精礦采用70%澳洲磁鐵礦+30%赤鐵礦為原料，其生球爆裂溫度低于490℃。抽風(fēng)干燥段的設(shè)計(jì)溫度為350℃，是比較合理的，而實(shí)際上抽風(fēng)干燥段溫度有段時(shí)間一直在400℃～600℃，明顯高于生球爆裂溫度，干燥制度不合理。

按生產(chǎn)要求，要定期對(duì)入窯前的預(yù)熱球強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測，一次檢驗(yàn)20個(gè)球，結(jié)果是有的球可以達(dá)到1000N/個(gè)左右，有的則無測定值(無測定值的按60N/個(gè)來計(jì)算)，雖然平均值也有500～600N/個(gè)，但整體來說，其強(qiáng)度值不穩(wěn)定，樣品中多個(gè)球有明顯的裂紋，入窯碎球多，這也是造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的另一重要原因。

通過調(diào)整鏈篦機(jī)抽風(fēng)干燥段的風(fēng)溫，控制本段的風(fēng)溫不高于400℃，避免料球的爆裂，另外在預(yù)熱Ⅱ段使用四個(gè)天燃?xì)廨o助燒嘴，補(bǔ)充熱源以提升預(yù)熱球的入窯強(qiáng)度，減少入窯碎球，有效抑制回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

綜合以上分析可知，回轉(zhuǎn)窯筒體表面溫度過高的主要原因是由于窯內(nèi)頻繁結(jié)圈，造成窯襯損壞嚴(yán)重所致。通過采取對(duì)鐵精礦粉提鐵降雜、配加秘魯?shù)V、規(guī)范造球的生產(chǎn)操作、調(diào)整鏈篦機(jī)的熱風(fēng)干燥制度等一系列措施，最大限度控制窯內(nèi)結(jié)圈的發(fā)生，從而使筒體表面的溫度控制在250℃～260℃左右，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

[1]徐國濤,李偉等.大型鏈蓖機(jī)_回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈原因及爐襯用耐火材料研究[J].鋼鐵研究，2009(12).

[2]徐國濤,陳向東等.生產(chǎn)球團(tuán)的鏈箅機(jī)_回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)爐窯耐火材料研究[C].第七屆(2009)中國鋼鐵年會(huì)論文集.

[3]張一敏.球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù).[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[4]吳增福.鏈箅機(jī)_回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝耐火材料的使用[J].冶金能源,2011(7).

[5]唐方家,黃桂香.程潮鐵礦氧化球團(tuán)造球?qū)嵺`[J].鋼鐵,2006(2).

Analysis Causes of the High Temperature on Rotary Kiln Shell in Pellet Production

Wang Zixing Zhang Shuhui

(Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute, Luoyang 471039)

The causes of the high temperature on rotary kiln shell have been analyzed in pellet production, and the major factor of the high temperature caused by the kiln inner sintering material lump adhere to the shell has been discussed. Through a series of measures, reduced the ringing in rotary kiln and controlled the kiln shell temperature in the normal range effectively.

Pellet Rotary kiln Shell temperature Liner Sintering material lump adhere to the shell

王自興，男，1977年出生，工程師，碩士，河南科技大學(xué)機(jī)制及自動(dòng)化專業(yè)

TF646.4

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.05.015

2015-04-10)