回转窑结圈的原因及处理方法.pdf

冶金与材料第 44 卷回转窑结圈的原因及处理方法李达（山东鲁欣冶金科技有限公司，山东 济南271199）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：由于回转窑生产中经常出现结圈问题，所以文章通过分析回转窑等工作参数，明确了回转窑结圈的原因，并提出一系列预防和处理结圈问题的方法手段，以提高回转窑设备质量及运转效率。作为钢铁企业日常运营与生产的一个重要设备，回转窑结圈问题直接影响着企业的生产、发展，将此问题顺利解决，不仅能减少生产成本，还能尽可能提高钢铁企业的经济与社会效益。关键词：回转窑；结圈原因；处理方法作者简介：李达（1990），男，山东济南人，主要研究方向：设备安装及运行管理。经济社会的进步为钢铁企业的经营、发展带来了革新契机，也使社会对于钢制品的质量、性能有了更严格的要求。为不断提升冶金石灰的质量并确保其活性度，很多企业采用规格不一的回转窑生产作业，其不仅可以满足社会对优质钢材的需求，还能提高企业的冶炼水平。但在具体使用中还存在一些问题，极大阻碍了热工制度的落实，还不利于回转窑生产质量及产量的提升，其运行的安全性也大幅降低。在此背景下，钢铁企业急需找出回转窑结圈的原因，并采用措施将其解决，以便设备可以安全、高效地运行。1项目工况某钢铁企业的链篦机-回转窑氧化球团生产线在2006 年投产，使用的工艺以抽风干燥为主。最初，生产线的设计能力是 90 万吨；链篦机的长度 41m，宽度 5m；回转窑直径 4.8m，长度 34m。至于环冷机装置，中径约12.7m，有效冷却面积接近 70m2。2014 年生产线完成的产量达到 144 万吨，2015 年产量约 138 万吨，均已超出设计能力咱1暂。从 2015 年开始，生产线的日产量有时处于4200 吨水平，生产过程中不仅有粉末入窑的问题，其料层下部干球强度还大幅降低，严重形成了回转窑结圈问题，为企业的生产运营也带来了负面影响。2回转窑结圈的危害2.1影响劳动生产率通常情况下，回转窑易发生结圈的部位距离窑口较近，约 10 米，常出现于燃料集中燃烧附近的窑衬部位，其厚度接近 300400mm。而一旦出现结圈问题，其直接影响着球团的生产，尤其会降低劳动的生产率，增加生产人员的工作强度。展开分析，回转窑出现“窑圈”问题，直接干扰着燃料的燃烧，使燃烧生成的热气流无法顺利、通畅地排出。具体情况如图 1 所示。图 1回转窑结圈图烧嘴窑体圈图中，受窑圈的影响，热气流被阻隔在 A 区域，这使回转窑内部气流、温度严重失衡，球团焙烧效果得不到保证。同时，链篦机生球相对干燥，需要依靠窑尾废气进行预热处理，在此背景下，窑圈也极大地影响着生球预热等工作。尤其是窑圈出现使其透气性降低，火焰无法顺利通过，回转窑后部的温度大幅下降。在干燥过程中，因水分无法快速脱除，这也致使生球爆裂分化加剧，生产线的成品率缩减 5%，劳动生产率也大幅降低。同时，针对回转窑结圈问题，若没有及时、有效地处理，还会导致纵向长度、厚度加大，一旦窑圈掉落，不但会为生产人员增加工作，而且情节严重还要停机处理，极大影响着球团矿的产量、质量。2.2设备负荷加大从图 1 可以看出，窑圈在达到一定规模和厚度后，会使物料阻隔在 B 区域。这一情况下，受到阻隔的物料量要比正常状态下高很多，再加上受到窑圈自重的影响，势必加剧轴承和托轮等部件的磨损，还会加大电机载荷，这对于生产工作十分不利，严重还会导致设备损毁咱2暂。此外，在看火操作阶段，若有结圈问题发生，因热气流阻滞于 A 区域，为确保链篦机的干燥和预热等环节的实际效果，看火工作人员会借助增加给煤量的形式来去除结圈，而这一操作势必造成煤炭能源的浪费。3回转窑结圈的形成和原因3.1结圈的形成生产工作中，在和回转窑窑头间距 20m 左右的位124第 1 期置会沿着窑壁形成一定厚度的结圈物，其分布均匀，厚度最小在 6cm，最大厚度可达 16cm。形成结圈物的位置在回转窑的高温区域，而且结圈物的结构细致、密实，与窑壁紧密黏结，还伴有金属光泽，是一种球团粉末烧结块的黏结物，很难从窑壁上脱落。伴随生产工作的推进，窑壁上的结圈物不断增多、变厚，其厚度通常可达2236cm，甚至可以达到 51cm。这一情况下，结圈物会黏结球团并向窑头和窑尾不断扩展。如果持续生产1826 天，可以形成长度在 4m 左右的结圈。3.2结圈出现的原因为进一步分析并判断回转窑结圈形成的原因，文章围绕两种结圈物进行研究。使用玛瑙研钵磨碎到-198 目以下，将其烘干并借助 X 射线衍射，可以获得衍射图谱，这可帮助人员进一步分析材料物相组成。上述两种结圈物的成分十分相似。图中的 Fe2O3、Fe2SiO4和 CaFeSi2O6分别代表着赤铁矿、铁橄榄石和钙铁辉石。其精料化学组分如表 1 所示。表 1精料化学组分（质量百分数，wt%）SiO24.734.852.628.80MgO1.111.621.381.11P0.030.060.050.05Al2O30.891.351.561.37CaO0.842.371.330.35TFe65.2362.1464.3061.10TiO20.782.444.130.19种类abcd回转窑之所以出现结圈问题，主要在于窑内球团的含粉量过高，在粉末的固相反应作用下生成了很多细小颗粒，随着这些颗粒的接触、连接，出现了固结情况。同时，矿粉物质中的 SiO2含量相对较高，没有充分氧化的 FeO 很容易和 SiO2进行固相反应并生成铁橄榄石（2FeO SiO2），这一物质成分的熔点相对较低，通常在1204左右，而回转窑内部的温度均超过 1200，甚至可达 12601270，所以回转窑内部温度高于生成的铁橄榄石的熔点，在此情况下很容易出现液相变化，粉末也会粘结在窑壁之上并形成结圈。在回转窑生产过程中，一旦有结圈产生便很难脱落，甚至会随着生产的进行不断黏结、扩大。所以，回转窑之所以有结圈问题，主要在于窑内粉末量过高，再加上焙烧温度相对较高、物质的熔点过低，所以最终形成了结圈。4回转窑结圈问题的常规处理方法4.1减产、降温通常情况下，若回转窑的结圈物厚度小，如不超过290mm，钢铁企业可采用停产降温处理的方法，若窑尾温度降低到 390益左右，可迅速升温并下料预备生产，这可提升窑炉的产能，能够恢复到正常产能的 82%咱3暂。同时，在此操作下，回转窑内部的温度变化较大，一些结圈物可以发生脱落，反复操作 3 次，结圈物可以大量清除。经实践发现，这一处理措施对生产工作的影响相对较小，尤其是在生产时间上，还不易损害窑衬。不过在很多情况下，这一处理措施的效果不是很理想。4.2停窑、降温若回转窑的结圈物厚度在 290mm 以上，并且已影响了日常生产，钢铁企业需要即刻停窑闭火，采用拉风降温的方式进行处理。在窑尾的温度降低到 190以下，还要迅速转动窑体，这可使窑壁上的结圈物冷却、开裂并不断脱落，在脱落的过程中结圈物不断撞击窑壁，也会使更多的结圈物脱落。这一阶段，生产人员需要从看火孔观察结圈物的厚度情况，如果其厚度在90mm 以内，便可视为处理妥当，可以再次点火升温并正常生产。如果其厚度超过了 190mm，则要打开窑头小车，由人员进入内部处理。该处理方法具有极大的优势，即能够将窑壁上的结圈物处理干净，还不易损坏窑衬。但也存在一些弊端，即必要时需要人员进入窑内进行手动处理，而这一操作会增加生产线停产的时间，并且人员的劳动强度相对较大。4.3停窑、人工处理如果回转窑结圈情况较为严重，结圈物厚度超过410mm，上述两种处理方法很难取得良好效果，钢铁企业需要即刻停窑，在回转窑内部温度降到 38以下时，由人员手动敲打处理结圈物咱4暂。虽然这一方法的处理效果最好，但因人工操作时间长，停窑时间较长，人员的工作强度较大，还时刻面临烫伤的危险，所以采用这一处理方法时，钢铁企业需综合分析情况并谨慎使用。5回转窑结圈问题的预防及其他处理方法5.1结圈预防措施5.1.1合理选择原料生产线运行工作中，如果发生了回转窑结圈问题，不但会影响球团矿的生产效率，还易损伤窑内内材并减少回转窑的使用寿命。所以，应从源头入手将问题解决，可以防止窑壁结圈的形成。如，钢铁企业需要结合实际情况选择适宜的生产原料，尤其可以使用精矿粉，其中包含的 SiO2含量极低，配矿时也要注意对此成分的管控，尽可能保证球团矿的质量与稳定性。若原料中的杂质较多，可在转运站增加杂物分离筛，也可在造球混合料仓等部位安装隔栅，再由人员分拣杂物，这可避免生产环节出现窑内结圈情况。比如，该企业结合自身情况使用了陕西神木的煤，转变煤种后，因新煤属于不黏结性煤，所以回转窑结圈的时间缓慢，对日常生产不会产生大的影响。5.1.2优化造球系统首先，改进给料装置。钢铁企业可在原料给料机的李达：回转窑结圈的原因及处理方法125冶金与材料第 44 卷下料口侧增加导料板，并以平板摊铺状进行给料，也可在胶带机的下料部位设置松料装置，这可起到优化、完善系统功能的作用。其次，调整加水装置。如果加水装置的喷管和喷头不符合生产标准，需要第一时间将其更换；对于雾水的加水点部位，也要结合实际情况进一步调整、安置；必要时，还要将增压泵安装在造球供水管路上，这可加大管路压力并更好起到雾化的效果。最后，完善刮料装置。如果圆盘给料机的刮刀耐磨性较差，可以将其换成高耐磨合金陶瓷刀头刮刀，还可将盘面旋转刮刀等部件更换成此类陶瓷刮刀，这可提高刮刀的质量，还能保证刮料装置运行的有效性、稳定性。5.1.3确保筛分和布料系统的性能回转窑生产过程中，要想避免结圈问题，还要保证筛分和布料系统的性能与运行的稳定咱5暂。通常，企业可以从以下几方面入手：（1）为避免棍子间隙改变并出现碰撞、摩擦，可在辊筛轴承座间加设固定垫片；（2）球团布料系统也发挥着重要作用，该系统涉及大小球筛、摆动胶带等部分，因受造球盘落料点的影响，布料分布并不均匀，若及时调整系统摆头皮带的摆动距离，可以保证链篦机布料的均匀、稳定。此外，钢铁企业还要进一步调整环冷机、链篦机等设备的风机风门开度情况，通过保证链篦机抽风干燥段、环冷阶段的温度适宜，能够提升生球预热的质量。再将回转窑烧嘴部位适当前移，再结合情况调整好烧嘴的旋风或者直风风量，能够改变火焰形状，并使窑内温度适宜、分布均匀。5.2其他处理方法5.2.1规范参数要想解决回转窑结圈问题，钢铁企业还要注重工作参数。按照标准规范参数，尽可能保证热工制度的稳定，合理管控煤粉细度，能够防止煤量超过限值而导致不完全燃烧问题，还可避免还原气氛出现。生产实践中，企业可以酌情增加二次风量，这可确保煤粉更加充分、全面地燃烧。同时，企业还要管控好煤粉的细度、水分等，通过这一操作可以延长窑壁结圈的时间，更有利于生产线的生产作业。通常，可通过烘干煤粉来将其水分控制在 1%内，煤粉细度也可控制在 198 目筛余 4%下，可以更好延长窑壁结圈的时间。当下部分企业在生产球团时是以磁铁矿为主要原料，磁铁矿发生的氧化是一种强氧化过程，会释放大量热量，而磁铁矿所释放的热量在整个系统中占一半左右，所以应用磁铁矿可以减少能源的消耗。如果在链篦机和回转窑干燥、焙烧等环节使用的温度控制方法不够合理、可行，在链篦机内生球的升温速度较快，很容易出现结壳情况，也会影响窑内的氧化。而且在回转窑内高温焙烧时，由于膨胀系数不同，所以球团矿还易发生爆裂，为解决这一问题，需要将链篦机的温度控制在合理范围内，具体如表 2。表 2链篦机的温度控制参数（益）链篦机项目优化前优化后干燥一段200200400干燥二段350500800预热预热一段900耀10501000耀1030段预热二段5.2.2冷烧法处理结圈生产工作中，若发现回转窑有结圈问题，要尽早处理。若窑壁结圈厚度达到了 290mm 以上，可以使用冷烧法烧圈咱6暂。具体操作中，退回煤管并减小一二次风，确保火焰正常，减少喂料量，在冷烧过程中移动煤仓位置并迅速转窑，使其达到降温要求，这可使结圈在热应力的作用下开裂，并被烧掉。如果结圈口不断扩大，还要加大冷烧力度，进行大幅度降温，每隔 120min 停火 30min，在两天时间内可将结圈口缩小，甚至回到正常范围。这一处理方法对回转窑内的耐火材料的影响极小，处理结圈物的效果也十分显著。6优化处理效果在采用上述方法优化处理之后，该生产线的回转窑结圈周期已由原有的 25 天延长到 3 个月，这使回转窑耐材的寿命大幅提高，人员的劳动强度也降低。而且通过优化规范生产线工作参数后，回转窑的日产量也随之提升。7结束语总而言之，综合分析回转窑结圈问题及出现的原因，并采取有效措施预防、处理，不仅有效控制了回转窑结圈问题，还将设备的运转率大幅提高，处理后设备运转率可达 96%，甚至更多。而为进一步避免结圈问题，钢铁企业还要做好燃料管理等工作，尤其要提高人员的技能操作水平，能够更好落实预防措施，减少窑壁结圈的发生。参考文献1 丁春辉，赵恒起，王永梅.冶金石灰回转窑结圈的原因及处理方法 J.耐火与石灰，2022，47（5）：39-41.2 丁春辉，刘华健，刘世昌，等.冶金石灰回转窑结圈原因分析及解决方案 J.鞍钢技术，2022（5）：50-53.3 朱攀勇，付金强，高先梨，等.回转窑筒体裂纹及腐蚀的处理与预防 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