一種石灰窯用新型噴槍

靳 征，王得剛，王艷民，田 輝，岳 杰

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

0 引言

本文介紹了國內(nèi)外石灰窯的類型、生產(chǎn)工藝原則及我國石灰窯技術(shù)的發(fā)展趨勢，對石灰窯原常規(guī)噴槍的局限性進行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了新型噴槍的設(shè)計理念，并對對新型噴槍的工藝設(shè)計情況和技術(shù)特點進行了描述。

1 石灰窯的發(fā)展趨勢及其工藝

目前，國內(nèi)外生產(chǎn)活性石灰的窯型主要有兩類，一類是回轉(zhuǎn)窯，一類是豎窯。世界上主要鋼鐵生產(chǎn)國在冶金石灰生產(chǎn)中窯爐種類主要有：回轉(zhuǎn)窯、雙膛豎窯、套筒豎窯、弗卡斯窯（又稱梁式豎窯）等[2]。

1.1 石灰窯的發(fā)展趨勢

中國石灰窯近幾年密切結(jié)合國外石灰窯發(fā)展趨勢，不斷進行學(xué)習借鑒和引進吸收，石灰窯技術(shù)有了很大發(fā)展。其發(fā)展趨勢概括為：由機械化向自動化、智能化發(fā)展，一窯多用化，品種多樣化，排放無污化，服務(wù)遠程化，產(chǎn)量增大化。具有節(jié)能、環(huán)保，機械化、自動化程度高，產(chǎn)量高的現(xiàn)代化石灰窯將成為未來發(fā)展趨勢。

1.2 石灰窯生產(chǎn)工藝及原則

1.2.1 石灰窯生產(chǎn)工藝流程

活性石灰生產(chǎn)線工藝流程：首先將石灰石存放在貯倉內(nèi)，通過下料管將石灰石均勻分布到預(yù)熱器，預(yù)熱后的石灰石在窯內(nèi)被煅燒分解成石灰，隨后經(jīng)冷卻器排出。

石灰窯生產(chǎn)石灰的過程中，燃料通過石灰窯膛內(nèi)均勻設(shè)置的若干只噴槍輸送至窯膛，在石灰石料層內(nèi)部噴出，在噴出口前形成高溫區(qū)域，提供石灰石煅燒分解生成石灰所需的熱量，石灰石經(jīng)高溫煅燒形成石灰。因此，石灰窯燃料噴槍是生產(chǎn)高質(zhì)量活性石的關(guān)鍵設(shè)備，另外燃料燃燒的效果也直接影響到石灰生產(chǎn)的燃料消耗和成本。

課前在生物學(xué)教學(xué)資源庫中上傳一個5分鐘左右的微課視頻：“體內(nèi)細胞與環(huán)境之間物質(zhì)交換的動態(tài)過程”，課上教師首先結(jié)合學(xué)生初中所學(xué)知識和本節(jié)內(nèi)容，對血漿、組織液和淋巴進行簡單的講解。

1.2.2 石灰窯生產(chǎn)工藝原則

不同的窯有不同的預(yù)熱、煅燒、冷卻和卸灰方式，但有幾點工藝原則是相同的。即：原料質(zhì)量高，石灰質(zhì)量好；燃料熱值高，數(shù)量消耗少；石灰石粒度和煅燒時間成正比；生石灰活性度和煅燒時間、煅燒溫度成反比。

2 常規(guī)燃料噴槍存在的主要問題

對于鋼鐵企業(yè)石灰生產(chǎn)來說，不同的企業(yè)有不同的生產(chǎn)條件，所使用的燃料介質(zhì)也有所不同。各企業(yè)在石灰的生產(chǎn)過程中，都希望根據(jù)自身的能源情況選擇使用焦爐煤氣、高轉(zhuǎn)爐煤氣、天然氣、煤粉等不同的燃料來生產(chǎn)石灰，因此對石灰窯燃料噴槍也提出了更高的要求。本文以豎窯為例，結(jié)合生產(chǎn)實際和理論，對石灰窯常規(guī)噴槍結(jié)構(gòu)和功能上存在的缺陷進行了研究和分析。

（1）常規(guī)的噴槍裝置都是采用單獨的煤氣或煤粉作為燃料介質(zhì)來進行石灰煅燒的，燃料介質(zhì)單一，且石灰窯的利用率也較低，無法滿足高效、高質(zhì)量石灰生產(chǎn)的需求。

（2）在石灰煅燒生產(chǎn)的過程中需要不斷從石灰窯頂部加入石灰石原料，這樣就會對位于石灰窯內(nèi)的噴槍造成沖擊、磨損等破壞，縮短了噴槍使用壽命。

（3）石灰窯內(nèi)煅燒帶的溫度可達1 100℃，噴槍長期處于高溫環(huán)境，也會嚴重縮短噴槍的使用壽命。

3 新型燃料噴槍的設(shè)計

3.1 新型燃料噴槍結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

3.1.1 同軸設(shè)置兩個噴槍的結(jié)構(gòu)設(shè)計

雙燃料噴槍由同軸設(shè)置呈倒L形的第一噴槍和第二噴槍組成，雙燃料噴槍結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。通過兩個噴槍的配合，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有燃料條件和石灰窯的工藝需求選擇燃料，可實現(xiàn)靈活多變的燃料組合。

圖1 雙燃料噴槍結(jié)構(gòu)示意圖

（1）可以僅向第一噴槍輸入燃料；

（2）可以僅向第二噴槍輸入燃料；

（3）可以向第一噴槍和第二噴槍中同時輸入相同燃料；

（4）可以向第一噴槍和第二噴槍中分別輸入不同的燃料。

3.1.2 便于加工及安裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了便于加工和安裝，噴槍進口端至出口端包括順序連接的水平管、過渡管和豎直管，水平管左端作為噴槍的進口端，豎直管下端作為噴槍的出口端。雙燃料噴槍結(jié)構(gòu)及與窯體配合示意圖如圖2所示。

圖2 雙燃料噴槍結(jié)構(gòu)及與窯體配合示意圖

3.1.3 噴槍定位和調(diào)節(jié)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了方便對噴槍的位置進行調(diào)節(jié)，在第一噴槍的水平段外側(cè)沿其周向均勻間隔設(shè)有至少兩個調(diào)節(jié)螺柱，在第一噴槍水平管套上設(shè)固定有調(diào)節(jié)法蘭。一般為了提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在每個調(diào)節(jié)螺柱的第二端且位于調(diào)節(jié)法蘭的兩側(cè)分別通過一個調(diào)節(jié)螺母與調(diào)節(jié)法蘭進行固定。

這樣，上述的調(diào)節(jié)螺柱、調(diào)節(jié)螺母和調(diào)節(jié)法蘭構(gòu)成噴槍定位調(diào)節(jié)裝置。根據(jù)工藝的需求，通過調(diào)節(jié)螺柱上的螺母，便可通過調(diào)節(jié)法蘭帶動噴槍靠近或者遠離窯體，來調(diào)整噴槍的出口端在窯膛內(nèi)的位置，實現(xiàn)對噴槍的定位和調(diào)節(jié)的目的。噴槍定位調(diào)節(jié)裝置如圖3所示。

圖3 噴槍定位調(diào)節(jié)裝置、第一噴槍密封裝置與第一噴槍配合的剖視圖

3.1.4 保證噴槍密封性的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了保證噴槍與噴槍固定板上安裝孔之間的密封性，在噴槍的水平段上設(shè)有密封法蘭和壓緊法蘭。密封法蘭的內(nèi)壁與噴槍的外壁之間的間隔形成環(huán)形密封空間，在環(huán)形密封空間內(nèi)填充有密封件，經(jīng)壓緊法蘭壓實后起到密封作用。噴槍密封結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 壓緊法蘭、密封法蘭、密封件局部放大圖

3.1.5 提高噴槍耐沖擊及耐磨損性的結(jié)構(gòu)設(shè)計

在石灰煅燒生產(chǎn)的過程中，為了避免從石灰窯頂部加入的石灰石對噴槍造成沖擊、磨損等損害，在噴槍固定板的另一側(cè)固定有噴槍保護罩，噴槍保護罩為底部開口的箱式結(jié)構(gòu)。利用噴槍保護罩能夠?qū)姌屍鸬揭欢ǖ谋Ｗo作用，延長各噴槍的使用壽命。

為了對噴槍起到更好的保護作用，噴槍保護罩由頂板以及三個側(cè)板圍合構(gòu)成，且三個側(cè)板的上端高出頂板，三個側(cè)板高出頂板的部分與頂板的頂面之間形成頂部凹槽（見圖1）。這樣，石灰石從石灰窯頂部進入窯體，頂部凹槽內(nèi)會存有一定量的石灰石，新加入的石灰石與頂部凹槽內(nèi)的石灰石形成料磨料的狀態(tài)，能夠減少石灰石原料對噴槍保護罩的沖擊和磨損，使得噴槍保護罩對窯體內(nèi)部的噴槍部位能夠形成長期有效的保護；另外為了避免噴槍在窯體內(nèi)晃動，在噴槍保護罩的底部固定有水平放置的支撐底板，在支撐底板上開設(shè)有穿孔，噴槍的豎直段由穿孔穿出，并在噴槍的水平段正下方設(shè)有圓弧托板。

3.1.6 噴槍冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了方便對噴槍實現(xiàn)降溫保護，延長其使用壽命，在兩個噴槍的水平段上分別串接有冷卻管1和冷卻管2（見圖1）。

在不需要向噴槍提供燃料時，可將冷卻管1和冷卻管2分別與各自的冷卻系統(tǒng)連接，向槍內(nèi)噴入冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)可以選用氮氣或者壓縮空氣等。

3.2 新型噴槍的技術(shù)優(yōu)勢

通過對第一噴槍和第二噴槍的輸入燃料進行不同的控制，可以形成多種工況組合，進而滿足用戶使用不同燃料的需求，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。同時，根據(jù)不同的燃燒介質(zhì)，可以通過滑動第一噴槍來調(diào)節(jié)整個噴槍在窯內(nèi)的出口端位置，以提高噴槍的燃燒效果，提高石灰窯的利用率，滿足高效率高質(zhì)量生產(chǎn)的要求。

4 結(jié)語

本文對石灰窯常規(guī)噴槍存在的問題進行了分析，根據(jù)各企業(yè)現(xiàn)有燃料條件和石灰窯的生產(chǎn)實際提出了新型噴槍的設(shè)計方案。生產(chǎn)實踐和理論分析表明，雙燃料石灰窯用噴槍裝置是一種既能夠?qū)崿F(xiàn)高效生產(chǎn)，又能夠?qū)崿F(xiàn)自我冷卻和自我防護的噴槍裝置，滿足了用戶使用不同燃料的需求。

雙燃料石灰窯用噴槍裝置可以根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有燃料和石灰窯的工藝需求，形成多種工況的燃料組合，滿足用戶使用不同燃料的需求，實現(xiàn)石灰高質(zhì)、高效生產(chǎn)；還可以在不需要向各噴槍提供燃料時，通過冷卻系統(tǒng)向冷卻管輸入冷卻介質(zhì)，對各噴槍實現(xiàn)降溫保護；通過噴槍保護罩可以對窯體內(nèi)噴槍部位形成長期有效的保護，延長噴槍的使用壽命。