冶金石灰回转窑结圈分析与预防措施

宋雅鹏，赵存平

（首钢长治钢铁有限公司，山西 长治 046031）

首钢长治钢铁有限公司（全文简称长钢）有一条产量为600 t/d的冶金活性石灰回转窑生产线，年产活性石灰21万t（包括粉灰）。2016年5月该活性石灰回转窑生产线出现结圈现象，回转窑结圈简单说就是结垢、阻塞，无法正常生产，一旦结圈现象，就必须停窑，处理结圈，打圈，先把窑冷却停下来，再请工人进窑用大锤打击结圈部位，一点一点打下来，一般要停窑3～7 d，再用大量煤气烘窑1～2 d，才能恢复正常生产。在处理结圈问题期间，回转窑生产线各个系统都得停下来，影响了下道工序供应，另外还影响到回转窑的产量、质量、能耗。作者长期工作在冶金石灰回转窑生产一线，针对该公司回转窑结圈问题，结合实验对比分析，找出公司回转窑结圈的原因，有针对性的提出了回转窑结圈预防控制措施。

1 回转窑结圈特点分析

通过长钢600 t/d的冶金活性石灰回转窑生产现场的综合观察发现，该长钢回转窑结圈前的特点：

1）回转窑内粉尘浓度较大，是未发生结圈现象时的2～4倍左右；窑内气氛浑浊，清晰度非常低；窑内负压增大；排烟机转数表现为非常明显的上升趋势。

2）回转窑烧成带内的原料煅烧效果不好，原料之间相互黏结在一起；原料与回转窑筒体表现为窜动。

对回转窑结圈物进行分析可知，结圈物颜色不一，结圈物断面中夹杂黄色、黑色、红色等不同物质，黄色的较为疏松，红色的较为致密，黑色的强度较大，内部液相冷凝后形成了清晰可见的孔隙。对结圈物与活性石灰进行化学成分的对比分析，如表1所示。

从表1结果可知，两者非常相近。

表1 结圈物与活性石灰化学成分对比分析情况表%

2 回转窑结圈原因分析

回转窑结圈已成为影响企业生产效率的关键因素，但回转窑结圈现象较为常见，结圈原因也非常复杂，必须结合生产现场的实际与实验分析进行综合排查，并制定针对性的预防控制措施。

2.1 石灰石中杂质的影响

从表1数据可知，该企业结圈物中w（SiO2）和w（MgO）分别为4.6%、3.6%，活性石灰的w（SiO2）和w（MgO）分别为2.6%、2.3%，结圈物中w（SiO2）和w（MgO）明显较高。成分分析可知，SiO2和MgO的含量的增加，主要是由于石灰石中杂质带入的。企业的石灰石由三家矿山提供，各企业的石灰石品质、含量、杂志等不同，导致煅烧分解过程有差异，易粉化与窑皮附近的液相混合形成结圈物。

2.2 石灰石热态情况下破损率及磨损率的影响

取长钢出现回转窑结圈现象时的石灰石样品，在高温炉中设置煅烧条件：1 150℃、保温时长60 min，冷却后，石灰石样品的磨损率为2.63%，破损率为1.56%，共计为4.19%，其他钢铁公司用石灰石同热态状态下的石灰石样品的磨损率为0.73%，破损率为0.49%，共计为1.22%，长钢石灰石磨损率和破损率高达2～3倍。

分析可知，长钢石灰石在热态下锻烧性能不好，石灰石磨损率和破损率较高，就会造成石灰石在锻烧时窑内飞灰比较严重，在火焰前端高温区容易被加热，形成熔融状态与窑内衬接触后冷却形成结圈。

2.3 窑衬砖摩擦系数的影响

长钢回转窑采用磷酸盐结合高铝质窑衬砖，该产品热震稳定性好，耐磨性好，抗化学侵蚀性强。但是磷酸盐结合高铝质窑衬砖表面光滑，因此其与原料之间的摩擦系数非常小，物料带不起来，无法实现较好的翻滚，主要为滑动状态。这种情况使得煅烧过程中粉尘浓度大幅度提高，因热交换性能差，造成局部区域高温，进而造成结圈现象的形成。事后，通过对回转窑结圈部位及预热带内衬的现场检查发现，使用后的磷酸盐结合高铝质窑衬砖表面仍然光亮光滑，证明了分析的正确性。

2.4 煅烧温度的影响

长钢回转窑所用的石灰石在煅烧工艺过程中，实验结果表明石灰石最佳煅烧温度为1 050～1 150℃，该温度下煅烧出的活性石灰石活性度效果最佳，CaO含量最高。当煅烧温度从1 150℃向上提高时石灰石活性度、CaO含量等指标表现为下降趋势。长钢采用焦炉煤气做为燃料，在回转窑的煅烧带和预热带提供热量，当供热参数设置不当，或当火焰形状调节不当时，造成火焰过长时，都会使得煅烧带温度处于1 350～1 550℃之间，过高的煅烧温度进一步加剧了回转窑结圈现象的形成。

3 回转窑结圈预防控制措施

3.1 提高入窑石灰石的质量品位

1）采取措施减少入入窑石灰石带入更多的泥土及粉料。

2）建立临时的堆料场所，风干过于潮湿的石灰石矿原料。

3）加强化学成分的品质检测，确保原料样品中w（SiO2）控制在2.0%以下，w（Fe2O3）控制在0.1%以下，w（Al2O3）控制在0.1%以下。

4）石灰石样品在热态下的磨损率和破损率之和在1%以下。

3.2 提高回转窑衬砖摩擦力

磷酸盐结合高铝质窑衬砖性能较好，缺点在于摩擦力不高，必须进行改进，提高其摩擦力。改进方案：可以调整长钢回转窑的内衬结构，将回转窑衬砖在径向方向每隔1/5弧度安装一行比原砖长度高出约100 mm的砖，改进方案如图1所示。改进后回转窑的内衬结构可有效提高磷酸盐结合高铝质窑衬砖与原料的摩擦力，有效带动原料进行翻滚。

图1 改进后回转窑的内衬结构示意图

3.3 规范工艺操作，降低火焰温度

长钢主要采用焦炉煤气和转炉煤气用于煅烧带的加热，其自身具备有冷却烧嘴的能力，针对这一情况，减少一次风的比例，提高二次风比例。通过实验确定了规范后的各风配置情况，一次风比例为12%，二次风比例为88%，一次旋流风比例为16%，一次直进风比例为14%，一次最外流风比例为70%。执行该风配比后，有效保障了风量的稳定，拉长了火焰，火焰温度从1 350℃降低到1 050～1 150℃温度范围内，实现锻烧带供热的稳定，该温度下煅烧出性能优越的石灰，避免回转窑结圈现象的产生。

4 结语

长钢通过对冶金活性石灰回转窑结圈原因的分析，有针对性制定了回转窑结圈的防范控制措施。防范控制措施实施后，该回转窑全年无结圈现象，保障了回转窑的稳定生产，为企业的为有效的降本增效工作做出积极贡献。