冶金爐窯結(jié)瘤原因及解決方案研究

秦國(guó)利，孟海平

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

目前，金屬冶煉廠用于生產(chǎn)的窯型有回轉(zhuǎn)窯、套筒豎窯及雙膛豎窯，三者生產(chǎn)的礦物活性度均能滿足要求。相比其他兩種窯型，雙膛豎窯由于其占地面積小、投資省、耐材砌筑簡(jiǎn)單、能耗最低，成為最有潛力的節(jié)能型爐窯，許多新建冶煉廠均采用大型雙膛豎窯進(jìn)行生產(chǎn)。

雙膛豎窯具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①采用并流蓄熱式原理進(jìn)行煅燒[1]，熱效率高。②產(chǎn)能大。該窯為兩個(gè)O形窯膛，兩個(gè)窯膛在煅燒帶底部相互連通。相對(duì)于雙D形窯膛，雙O形窯膛可容納的物料更多，其最大產(chǎn)能可達(dá)600t/d。③廢氣與成品溫度低。冶金爐窯離開窯筒的廢氣溫度在70℃～110℃，成品石灰的溫度小于130℃。④采用SRT型加料系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在礦石煅燒的過程中一次或多次加料，減少了周期轉(zhuǎn)換時(shí)間，增加了燃燒時(shí)間。⑤兩個(gè)窯筒的連接通道采用“無拱支撐”耐材結(jié)構(gòu)。

在我公司承接的冶金爐窯項(xiàng)目中，爐窯投產(chǎn)后不久，出現(xiàn)了底部礦物出料抽屜卡死不動(dòng)無法排料的問題。從檢查孔中發(fā)現(xiàn)，礦物生了結(jié)瘤，見圖1。結(jié)瘤石灰粘連在一起，造成儲(chǔ)存礦物的抽屜無法動(dòng)作。

1 結(jié)瘤的征兆和表現(xiàn)

（1）爐況順行較差，易出現(xiàn)料尺停滯、崩落、放料后易突然懸料，難以維持正常風(fēng)壓，后期被迫低風(fēng)壓操作，指標(biāo)日趨惡化。

（3）爐身溫度沒有大的變化；爐腰溫度南邊有較大的波動(dòng)，北邊波動(dòng)較小，東西方向基本維持正常生產(chǎn)的波動(dòng)范圍；爐喉溫度變化明顯，尤其是南邊下降較快。

（4）冶金爐頂氣體氣壓力常出現(xiàn)尖峰，風(fēng)壓波動(dòng)大。

2 結(jié)瘤原因分析

冶煉窯爐結(jié)瘤通常有以下幾個(gè)原因：①待煉物質(zhì)中雜質(zhì)偏高。當(dāng)?shù)V物中SiO2、Al2O3、MgCO3等雜質(zhì)含量過高時(shí)[2]，容易與礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化合物，從而造成結(jié)瘤。②礦物粒度不符合窯型煅燒要求。小粒度礦物偏多，會(huì)阻礙窯內(nèi)氣流流動(dòng)，容易造成氣流分布不均，使局部過熱而結(jié)瘤。③局部煅燒溫度過高，會(huì)造成結(jié)瘤。

該項(xiàng)目窯爐結(jié)瘤問題發(fā)生后，針對(duì)可能的具體原因進(jìn)行了分析，具體如下：

（1）礦物成分。雙膛豎窯對(duì)礦物的理化指標(biāo)要求如下：

表1 礦物質(zhì)的理化指標(biāo)

經(jīng)檢化驗(yàn)中心反饋的礦物理化指標(biāo)如下：

無論度量單位的稱謂如何②，人們都是用1來表示一個(gè)度量單位，這是數(shù)學(xué)研究最為基本的概念．雖然度量單位都是人規(guī)定，但就度量單位的形成過程而言，大體可以分為兩類：一類是通過抽象得到的，是人思維的結(jié)果；另一類是借助工具得到的，是人實(shí)踐的結(jié)果．形成過程的不同必然蘊(yùn)含著思維形式的不同，因此，對(duì)于數(shù)學(xué)教育、特別是對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)教育而言，這樣劃分是必要的．這里分別討論這兩類度量單位的形成過程以及其中蘊(yùn)含的思維形式，然后再討論相應(yīng)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)．

表2 實(shí)測(cè)礦物理化指標(biāo)

由表2的實(shí)測(cè)指標(biāo)可知，生產(chǎn)中的礦物成分滿足雙膛豎窯的要求，不是產(chǎn)生結(jié)瘤的原因。

（2）礦物粒度。雙膛豎窯對(duì)礦物的粒度要求為：30mm～80mm，其中小于30mm的不大于5%，大于80mm的不大于10%，大于100mm的為0%。

結(jié)瘤后，從窯前上料皮帶上取料對(duì)入窯礦物粒度進(jìn)行了初步測(cè)定。具體方法如下：從窯前上料皮帶上取1.5m長(zhǎng)一段，將其上面的礦物取出，進(jìn)行稱量，重量為t。然后通過30mm、80mm的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，篩分后，測(cè)量＜30mm礦物的重量為t1，30mm～80mm礦物的重量為t2，大于80mm的礦物重量為t3。分別通過t1/t，t2/t和t3/t確定了礦石的大致粒度分布，結(jié)果見表3。

表3 實(shí)測(cè)礦石粒度分布

雖然入冶金爐窯前，將礦物進(jìn)行了篩分，但小粒度礦石的仍然偏高。到原料場(chǎng)進(jìn)行了粗測(cè)，＜30mm的礦石占到了17%。小粒度礦石偏多是造成窯內(nèi)結(jié)瘤的原因之一。

（3）爐內(nèi)燃料的熱值波動(dòng)過大。窯內(nèi)局部煅燒溫度過高，是造成冶金爐窯結(jié)瘤的主要原因。小粒度礦物偏多，也是因?yàn)樵斐闪烁G內(nèi)氣流分布不均，從而局部過熱導(dǎo)致結(jié)瘤。本項(xiàng)目中，可能導(dǎo)致局部溫度過高的另一個(gè)原因是爐內(nèi)燃料的熱值波動(dòng)過大。生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)定中，結(jié)瘤前是將4000kcal/Nm3輸入程序中進(jìn)行燃料用量的計(jì)算。由于燃料熱值波動(dòng)過大，造成恒定值輸入計(jì)算燃料量的方式不能反映實(shí)際的燃料需求量，從而導(dǎo)致局部過熱造成結(jié)瘤。

圖1 燃料熱值波動(dòng)

圖1為結(jié)瘤前1個(gè)月的熱值儀實(shí)測(cè)熱值。圖中橫軸均為熱值取值序號(hào)（每15min取一次熱值）。上半部分縱軸為燃料的熱值（kcal/Nm3），紅線為計(jì)算時(shí)輸入的熱值，藍(lán)線為熱值儀實(shí)測(cè)的熱值；下半部分縱軸為熱值波動(dòng)范圍與kcal/Nm3的差值。

（4）雙膛豎窯噴槍的分布不均勻，也是導(dǎo)致局部過熱造成結(jié)瘤的原因之一。每個(gè)窯膛內(nèi)插有33支燒嘴。33支噴槍呈環(huán)形排列，共分為4個(gè)區(qū)域：中心區(qū)域，內(nèi)環(huán)區(qū)域，中環(huán)區(qū)域和外環(huán)區(qū)域。各區(qū)域噴槍對(duì)應(yīng)面積見表4。

表4 窯膛內(nèi)噴槍分配計(jì)算表

將中心區(qū)域與內(nèi)環(huán)區(qū)域算作中心部分，則中心部分每支噴槍的對(duì)應(yīng)面積為0.30m2。通過表4的計(jì)算結(jié)果可知，中心部分的噴槍對(duì)應(yīng)面積小于中環(huán)區(qū)域與外環(huán)區(qū)域。在每個(gè)噴槍的所需燃料流量一樣時(shí)，會(huì)造成由中心至窯體外殼的溫度梯度。

存在溫度梯度對(duì)窯來說是有利的，可以防止窯殼處的耐材與石灰石發(fā)生反應(yīng)，造成耐材的破壞。但根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，中心部分與中環(huán)、外環(huán)區(qū)域的偏差控制在15%以內(nèi)時(shí)，窯的運(yùn)行比較好。

但根據(jù)表4的計(jì)算結(jié)果，中心部分比外環(huán)、中環(huán)每支噴槍的對(duì)應(yīng)面積小了37%左右。在每支噴槍燃料流量一樣的情況下，若保證外圍礦物良好煅燒，則容易造成中心部分的礦物燃燒過量而造成結(jié)瘤。

3 結(jié)瘤判斷

該窯型結(jié)瘤的判斷主要通過以下2中方式進(jìn)行判斷。

（1）通過兩個(gè)窯膛的壓力差判斷。正常生產(chǎn)情況下，2個(gè)窯膛的壓力差應(yīng)該在5mbar以內(nèi)。當(dāng)壓差超過10mbar，則可判斷窯內(nèi)結(jié)瘤了。

（2）通過出灰抽屜內(nèi)的溫度判斷。一般情況下，出灰抽屜內(nèi)的溫度應(yīng)小于150℃，當(dāng)溫度超過150℃，則可能出現(xiàn)結(jié)瘤。

預(yù)防：冶金爐窯結(jié)瘤的預(yù)防，主要從原料質(zhì)量的控制和工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)上進(jìn)行控制。

（1）原料質(zhì)量控制：應(yīng)嚴(yán)格按照礦物的理化指標(biāo)、粒度等進(jìn)行采購(gòu)，并在入窯前進(jìn)行篩分處理。

（2）注意觀察兩個(gè)窯膛的壓力差及出灰抽屜內(nèi)的溫度，當(dāng)這2個(gè)指標(biāo)超出正常范圍時(shí)及時(shí)進(jìn)行相關(guān)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，盡可能避免結(jié)瘤發(fā)生。

4 結(jié)論

（1）供應(yīng)燃料熱值與設(shè)計(jì)值偏差較大時(shí)，不能通過恒定熱值計(jì)算燃料的使用量。

（2）雙膛豎窯可以通過調(diào)節(jié)噴槍上流量孔板的大小，將中心噴槍與中環(huán)、外環(huán)區(qū)域噴槍的燃料流量控制在15%范圍內(nèi)，可減少結(jié)瘤問題的發(fā)生。

（3）上部爐瘤的產(chǎn)生和爐體下部工作狀態(tài)密不可分，局部的發(fā)展使渣皮動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，是局部結(jié)厚和結(jié)瘤的根本原因。

（4）處理上部爐瘤的方針應(yīng)該從精料、煙氣流、冷卻強(qiáng)度等方面入手。尤其是局部發(fā)展致使的煙氣流失常，是最應(yīng)引起長(zhǎng)期注意的一個(gè)因素。

（5）長(zhǎng)期局部發(fā)展的爐況應(yīng)視情況決定治強(qiáng)，盡量避免長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度作業(yè)。

（6）除了降料面炸除之外，水擊法也是一個(gè)好的處理爐瘤的輔助措施，能去除部分爐瘤，還能使剩余粘結(jié)物松動(dòng)。