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涟钢石灰回转窑结圈形成的机理及防止措施
2011-08-08
对涟钢田湖铁矿石灰回转窑的结圈问题进行了研究。通过试验及分析发现回转窑形成结圈的主要原 因在于:原料的粉化性及易熔杂质成分的入窑、煤粉挥发分低而灰分偏高、煅烧温度过高等,然后在机理研究 的基础上提出了一系列防止结圈的技术改进措施。
矿 产 保 护 与 利 用 CONSERVATIONAND UTILIZATIONOF MINERAL RESOURCES 第 1 期 004 年 2 月 № . 1 Feb. 2004 2 Ξ 涟 钢 石 灰 回 转 窑 结 圈 形 成 的 机 理 及 防 止 措 施 1 1 2 陈 铁 军 , 彭 志 坚 , 罗 敏 ( 1. 武 汉 科 技 大 学 ,武 汉 市 ,430081 ;2. 湖 南 涟 源 钢 铁 公 司 ,湖 南 涟 源 市 ,417009) 摘 要 :对 涟 钢 田 湖 铁 矿 石 灰 回 转 窑 的 结 圈 问 题 进 行 了 研 究 。 通 过 试 验 及 分 析 发 现 回 转 窑 形 成 结 圈 的 主 要 原 因 在 于 :原 料 的 粉 化 性 及 易 熔 杂 质 成 分 的 入 窑 、煤 粉 挥 发 分 低 而 灰 分 偏 高 、煅 烧 温 度 过 高 等 ,然 后 在 机 理 研 究 的 基 础 上 提 出 了 一 系 列 防 止 结 圈 的 技 术 改 进 措 施 。 关 键 词 :石 灰 ;回 转 窑 ;结 圈 ;机 理 ;防 止 措 施 + 中 图 分 类 号 :TF525 . 1 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号 :1001 - 0076(2004) 01 - 0037 - 06 Mechanismof Circle Formingof Rotary KilnforLimeand its Preventional Measures inLianyuan Iron &Steel Corporation CHEN Tie - jun , PENG Zhi - jian , LUO Min ( WuHan University of science and technology , Wuhan 430081 , China) Abstract : Aimed at circle forming in coal - fired rotary kiln for lime in TianHu Iron Mine of Lianyuan Iron & Steel Corporation , some researches were done. By the experiments and some analysis , authors found that the main reasons of forming circle in coal - fired rotary kiln of lime consist in performance of forming cracks of some material , influence of mud adhering to limestone , the high content of the ash of fine coal the low content of volatilization , and too high calcination temperature. On the basis of mecha2 nism study , some measures to prevent and eliminate circle forming were proposed. Key words : lime ; rotary kiln ; circle forming ; mechanism; measures to prevent 1 前 言 2   原 料 性 能 我 国 大 中 型 钢 铁 企 业 用 回 转 窑 来 生 产 冶 金 活 性 以 涟 钢 田 湖 铁 矿 煤 基 石 灰 回 转 窑 为 对 象 进 行 机 石 灰 ,其 燃 料 大 多 数 厂 家 都 选 用 高 炉 煤 气 或 焦 炉 煤 气 作 发 热 剂 ,但 有 些 地 方 的 石 灰 窑 厂 设 在 矿 山 ,没 有 这 种 条 件 ,只 能 采 用 煤 基 法 生 产 生 石 灰 。 煤 基 回 转 窑 的 生 产 ,如 果 煤 粉 的 质 量 差 ,灰 分 熔 点 低 ,或 者 煅 烧 温 度 控 制 不 当 ,就 会 造 成 经 常 性 的 结 圈 。 目 前 涟 钢 田 湖 铁 矿 石 灰 回 转 窑 ,就 由 于 窑 内 壁 结 圈 频 繁 ,难 以 正 常 生 产 。 为 此 我 们 针 对 田 湖 铁 矿 石 灰 回 转 窑 易 结 圈 的 现 象 进 行 了 专 门 的 机 理 研 究 ,并 制 定 出 了 合 理 的 解 决 方 案 。 理 研 究 ,试 验 原 料 取 自 现 场 ,包 括 煤 粉 、各 种 石 灰 石 矿 及 其 带 入 窑 内 的 杂 质 、结 圈 物 。 田 湖 铁 矿 回 转 窑 所 采 用 的 喷 吹 煤 粉 来 自 贵 州 某 地 ,其 煤 质 分 析 见 表 1 ,石 灰 石 及 其 表 面 附 着 的 杂 质 矿 泥 的 化 学 成 分 见 表 2 ,结 圈 物 的 化 学 成 分 见 表 3。 一 般 回 转 窑 对 煤 的 质 量 要 求 是 干 燥 基 灰 分 Aad < 25 % ,对 于 石 灰 回 转 窑 来 说 应 该 小 于 15 % ,干 燥 基 挥 发 分 Vad18 %~ 30 % ,固 定 碳 FCad越 高 越 好 ,全 硫 St. ad越 低 越 好 。 从 表 1 来 看 ,田 湖 铁 矿 所 使 用 煤 Ξ 收 稿 日 期 :2003 - 07 - 31 作 者 简 介 :陈 铁 军 (1973 - ) ,男 ,湖 南 株 洲 人 ,讲 师 ,中 南 大 学 在 读 博 士 ,主 要 研 究 方 向 为 冶 金 原 料 处 理 与 加 工 。 分 38 分 矿 产 保 护 与 利 用 2004 年 粉 挥 发 分 偏 低 ,灰 分 偏 高 ,灰 分 熔 点 可 以 达 到 要 求 。 现 场 几 种 石 灰 石 矿 的 化 学 成 分 都 比 较 理 想 ,CaO 含 量 高 、杂 质 成 分 低 。 结 圈 物 中 70 %以 上 是 CaO ,其 他 主 要 成 分 为 SiO2 、Al2O3 、Fe2O3 等 。 表 1 煤 粉 的 物 化 性 能 灰 分 成 分 ( %) CaO MgO Al TFe 煤 的 工 业 分 析 ( %) 发 热 值 (kJ/ kg) 灰 分 的 熔 融 性 ( ℃ ) DT(T ST(T FT(T ) 3 1330 1370 1435 M ad A ad V ad V daf FCad S t. ad SiO 2 2 O 3 K 2 O Na 2 O 1 ) 2 ) 1 . 46 24. 67 14. 18 19. 20 59. 59 0. 73 24377 53. 90 3. 67 0. 82 24. 20 8. 24 1. 43 0. 55 表 3 结 圈 物 的 化 学 成 分 ( %) 原 料 S SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO 2. 78 2. 71 Fe 2 O 3 Pb Zn K 2 O 2 Na O 结 圈 物 1 0. 002 结 圈 物 2 0. 011 14. 22 5. 64 3. 01 4. 34 73. 08 77. 96 1. 95 1. 19 0. 006 0. 005 0. 005 0. 004 0. 02 0. 04 0. 07 0. 06 火 头 过 长 ,将 使 高 温 部 分 火 焰 变 短 ,燃 烧 不 充 分 ,正 常 用 量 时 窑 内 温 度 较 低 ,出 现 生 烧 ,而 生 产 中 为 了 煅 烧 完 全 ,经 常 采 取 增 加 煤 粉 用 量 的 办 法 。 这 样 一 方 面 增 加 了 煤 耗 ,更 为 重 要 的 是 ,这 样 操 作 在 很 大 程 度 上 可 能 造 成 高 温 部 分 的 聚 集 ,使 物 料 中 液 相 量 增 多 而 导 致 易 结 圈 。 另 外 ,在 灰 分 的 影 响 方 面 ,从 煤 质 上 看 ,灰 分 的 含 量 偏 高 ;而 从 灰 分 的 焙 融 性 来 看 ,还 是 可 以 达 到 要 求 的 (生 产 一 般 要 求 灰 分 的 熔 点 高 于 表 2 石 灰 石 的 化 学 组 成 ( %) SiO Al CaO MgO Fe 矿 种 S 2 2 O 3 2 O 3 Mn 深 灰 色 石 灰 石 0. 04 0. 89 0. 17 54. 12 浅 灰 色 石 灰 石 0. 03 0. 76 0. 22 53. 92 — — 0. 42 — 0. 44 0. 13 红 色 石 灰 石 杂 质 矿 泥 — — 6. 74 3. 01 46. 88 4. 65 1. 04 81. 25 4. 33 1. 30 0. 31 3. 61 — — 3 机 理 研 究 结 果 与 分 析 1 250 ℃ ) 。 但 是 ,目 前 现 场 的 生 产 情 况 是 ,燃 烧 带 的 温 度 高 达 1300~ 1500 ℃ ,即 意 味 着 煤 粉 用 量 比 一 般 的 石 灰 回 转 窑 要 大 ,而 且 煤 灰 分 的 成 分 中 (表 1) Si 、 Al 、Fe 的 含 量 都 相 当 高 ,也 就 是 说 灰 分 导 致 液 相 生 成 的 机 会 增 加 ,从 而 增 加 了 结 圈 的 速 度 ,对 结 圈 物 的 矿 相 研 究 也 证 实 这 一 点 。 3 . 1 煤 粉 对 结 圈 的 影 响 回 转 窑 内 结 圈 的 原 因 比 较 复 杂 ,往 往 是 多 种 因 素 共 同 作 用 的 结 果 ,其 中 煤 粉 质 量 以 及 煤 粉 燃 烧 的 控 制 对 结 圈 的 产 生 往 往 影 响 很 大 。 煤 粉 的 燃 烧 是 一 个 复 杂 的 物 理 、化 学 过 程 。 回 转 窑 中 ,煤 粉 、空 气 自 喷 煤 嘴 喷 出 后 ,在 窑 内 经 历 干 燥 、预 热 ,通 过 挥 发 分 3 3 . 2 石 灰 石 原 料 性 能 对 结 圈 的 影 响 的 阶 段 形 成 了 黑 火 头 。 黑 火 头 末 端 燃 烧 ,形 成 火 焰 。 其 中 挥 发 分 的 燃 烧 是 迅 速 的 ,而 炭 粒 的 燃 烧 相 对 来 说 要 缓 慢 很 多 ,其 速 度 要 受 炭 粒 周 围 氧 浓 度 的 影 响 。 从 煤 粉 的 燃 烧 过 程 中 可 以 看 出 ,煤 粉 质 量 与 煤 粉 的 燃 烧 控 制 对 窑 内 的 热 状 况 都 有 很 大 的 影 响 ,从 窑 内 煅 烧 的 角 度 看 ,一 方 面 要 求 煅 烧 的 温 度 要 达 到 石 灰 石 完 全 分 解 的 要 求 ,同 时 要 求 物 料 在 高 温 下 停 留 足 够 的 时 间 ,故 要 求 煤 粉 要 形 成 一 定 高 温 的 火 焰 , 并 要 求 火 焰 要 有 一 定 的 长 度 。 另 一 方 面 ,火 焰 的 温 度 过 高 或 是 火 焰 的 位 置 不 合 适 ,将 会 造 成 室 内 物 料 的 局 部 高 温 ,某 些 低 熔 点 的 物 料 由 此 还 可 能 产 生 部 分 液 相 ,从 而 导 致 结 圈 产 生 。 . 2. 1 石 灰 石 煅 烧 性 能 从 田 湖 矿 回 转 窑 现 场 的 生 产 情 况 来 看 ,一 方 面 燃 烧 带 的 温 度 高 达 1300~ 1500 ℃ ,对 于 石 灰 的 煅 烧 来 说 温 度 明 显 过 高 ,而 且 极 易 导 致 结 圈 ;另 一 方 面 , 从 生 石 灰 的 质 量 来 看 ,仍 有 一 部 分 石 灰 生 烧 ,而 且 多 数 是 一 些 小 块 石 灰 石 生 烧 ,这 样 来 看 ,又 好 象 温 度 不 高 。 为 了 解 释 这 一 异 常 现 象 ,同 时 为 得 出 回 转 窑 合 适 的 热 工 参 数 ,我 们 在 实 验 室 进 行 了 模 拟 煅 烧 试 验 研 究 。 煅 烧 试 验 在 管 式 电 炉 中 进 行 ,煅 烧 从 300 ℃ 开 始 计 时 ,先 升 温 到 预 定 的 温 度 ,然 后 恒 温 30min ,恒 温 结 束 后 ,慢 慢 从 炉 内 取 出 试 样 ,让 其 自 然 冷 却 ,整 个 时 间 保 持 在 约 120min ,与 现 场 基 本 一 致 。 试 样 最 后 进 行 CaO 含 量 及 活 性 度 的 测 试 。 测 试 结 果 如 表 4 从 表 1 数 据 可 以 看 出 ,首 先 ,田 湖 铁 矿 所 用 煤 粉 挥 发 分 的 含 量 偏 低 ,这 样 导 致 燃 烧 着 火 缓 慢 而 黑 火 头 过 长 ,这 种 现 象 在 窑 头 着 火 处 可 以 明 显 看 到 。 黑 第 1 期 陈 铁 军 等 :涟 钢 石 灰 回 转 窑 结 圈 形 成 的 机 理 及 防 止 措 施 分 39 分 所 示 。 得 厉 害 。 可 以 看 出 ,此 类 石 灰 石 的 最 佳 煅 烧 温 度 为 1 050~ 1150 ℃ , 石 灰 的 活 性 度 可 取 最 大 值 : 360 ~ 90ml ,CaO 含 量 也 取 最 大 值 92 %~ 95 %。 这 些 指 标 表 4 石 灰 石 的 煅 烧 性 能 3 煅 烧 温 度 ( ℃ ) 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 CaO 含 量 ( %) 80. 20 88. 83 92. 09 95. 42 93. 88 91. 20 93. 88 活 性 度 (ml) 325 353 390 390 364 265 220 值 与 石 灰 行 业 指 标 相 比 ,达 到 了 特 级 品 标 准 ,可 以 说 明 这 种 石 灰 石 矿 料 煅 烧 性 能 良 好 ,也 说 明 窑 内 的 煅 烧 温 度 不 应 超 过 1200 ℃ 。 3 . 2. 2 石 灰 石 的 热 态 粉 化 性 能 及 其 对 结 圈   从 表 4 的 试 验 结 果 可 以 看 出 ,经 过 煅 烧 的 石 灰 , 的 影 响 其 CaO 含 量 均 在 80 %以 上 ,但 随 着 温 度 上 升 ,CaO 含 量 及 活 性 度 都 是 先 上 升 ,然 后 下 降 。 在 较 低 温 度 下 ,随 着 温 度 的 增 加 ,石 灰 活 性 度 及 CaO 含 量 增 加 , 活 性 度 在 1050 ℃ 达 到 最 高 值 390ml ;但 在 高 温 区 ,随 着 温 度 的 继 续 增 加 ,石 灰 活 性 度 及 CaO 含 量 反 而 显 著 降 低 ,特 别 是 活 性 度 ,温 度 达 到 1200 ℃ 以 后 下 降   热 态 粉 化 性 能 是 指 石 灰 石 在 进 入 烧 成 带 之 前 的 热 爆 裂 或 粉 化 性 能 。 很 显 然 ,如 果 热 强 度 太 差 ,那 么 在 窑 内 将 形 成 大 量 的 碎 料 和 粉 末 ,严 重 影 响 料 层 透 气 性 ,也 将 导 致 结 圈 的 发 生 。 为 了 考 查 田 湖 铁 矿 石 灰 石 原 料 的 热 强 度 ,我 们 对 其 进 行 热 爆 裂 与 预 热 后 转 动 粉 化 性 能 的 测 试 ,结 果 见 表 5。 表 5 原 料 热 态 强 度 测 试 结 果 原 料 热 裂 测 试 热 态 粉 化 性 能 测 试 原 料 种 类 温 度 ( ℃ ) 730 恒 温 时 间 (min) 现 象 粒 级 (mm) - 10 粒 级 含 量 ( %) 浅 灰 色 石 灰 石 浅 灰 色 石 灰 石 深 灰 色 石 灰 石 红 色 石 灰 石 30 30 30 30 30 无 爆 裂 发 生 只 有 一 块 有 裂 纹 全 部 炸 裂 1. 7 9. 9 9. 89 28 830 + 10 - 15 + 15 - 20 + 20 - 25 + 25 730 730 部 分 有 裂 纹 全 部 炸 裂 深 灰 色 石 灰 石 300~ 830 50. 1   热 裂 性 试 验 是 将 20~ 30mm 的 矿 料 装 入 坩 埚 炉 子 保 证 其 产 量 质 量 条 件 下 ,研 究 石 灰 石 分 解 的 热 力 学 条 件 和 动 力 学 条 件 问 题 。 当 碳 酸 盐 加 热 到 分 解 温 度 时 ,碳 酸 盐 分 解 时 气 相 产 物 二 氧 化 碳 的 体 积 较 大 ,一 般 很 难 由 致 密 的 碳 酸 盐 晶 体 石 灰 石 料 块 中 心 扩 散 出 来 。 因 此 ,石 灰 石 的 热 分 解 必 然 首 先 在 料 块 表 面 进 行 。 随 着 时 间 的 推 移 ,料 块 的 热 分 解 由 表 面 向 料 块 深 处 推 进 ,这 时 石 灰 石 的 热 分 解 在 氧 化 钙 与 CaCO3两 相 界 面 上 进 行 ,最 终 达 到 料 块 中 心 ,使 石 灰 内 ,在 表 5 所 示 温 度 点 直 接 将 其 送 入 炉 内 恒 温 30min 后 ,然 后 取 出 观 察 其 块 状 变 化 ,其 中 最 后 一 个 热 裂 性 试 验 ,是 模 拟 现 场 受 热 的 条 件 ,在 300 ℃ 时 ,把 原 料 放 入 ,然 后 在 30min 内 使 之 升 温 至 830 ℃ ,然 后 取 出 观 察 其 炸 裂 状 况 。 试 验 表 明 ,不 同 的 石 灰 石 矿 料 ,其 热 裂 性 能 差 别 较 大 ,对 于 田 湖 铁 矿 的 原 料 矿 种 来 说 , 深 灰 色 石 灰 石 热 强 度 相 对 最 差 。 热 态 粉 化 性 能 的 测 试 ,试 验 将 经 过 800 ℃ 预 热 后 的 矿 料 (粒 度 20 ~ 石 完 全 分 解 。 4 0mm) 装 入 Φ 600 转 1200mm 圆 筒 混 合 机 内 ,使 它 处 于 实 际 上 ,随 着 料 块 的 分 解 向 中 心 推 进 ,料 块 表 面 的 氧 化 钙 覆 盖 愈 来 愈 厚 ,这 时 ,气 相 产 物 二 氧 化 碳 要 通 过 氧 化 钙 覆 盖 层 扩 散 排 出 料 块 之 外 ,因 此 ,在 一 定 条 件 下 ,扩 散 也 将 决 定 石 灰 石 的 分 解 速 度 。 另 外 ,由 于 氧 化 钙 覆 盖 层 的 加 厚 ,实 际 上 ,料 块 中 心 未 分 解 的 CaCO3 被 表 面 的 CaO 绝 热 层 覆 盖 。 由 于 石 灰 的 导 热 系 数 只 有 石 灰 石 的 1/ 4 左 右 ,随 着 覆 盖 层 的 加 厚 ,传 热 效 率 将 逐 渐 降 低 。 因 此 ,从 这 方 面 来 看 ,要 保 持 一 定 的 石 灰 石 分 解 速 度 和 炉 子 产 量 ,主 要 的 办 法 是 提 高 煅 烧 温 度 。 田 湖 铁 矿 回 窑 的 生 产 管 理 者 ,正 是 基 类 似 回 转 窑 的 转 动 状 态 (转 速 4r/ min) ,经 过 30min 后 ,取 样 筛 分 分 析 ,得 出 各 粒 级 的 比 例 。 从 表 5 的 结 果 来 看 ,矿 料 的 热 粉 化 性 能 不 是 很 好 ,也 说 明 在 实 际 生 产 中 将 产 生 一 定 数 量 的 粉 末 ,这 些 粉 末 给 回 转 窑 的 结 圈 带 来 隐 患 。 3 . 2. 3 石 灰 石 性 能 对 结 圈 的 影 响 分 析 应 该 说 ,石 灰 煅 烧 过 程 是 一 个 比 较 复 杂 的 物 理 化 学 过 程 。 其 反 应 式 为 :CaCO3 = CaO + CO2 ↑ ,一 般 来 说 ,对 于 冶 金 活 性 石 灰 的 煅 烧 ,实 际 上 就 是 在 一 定 分 40 分 矿 产 保 护 与 利 用 2004 年 于 这 方 面 的 原 因 ,提 高 燃 烧 带 温 度 来 减 少 生 烧 率 。 但 另 一 方 面 ,提 高 煅 烧 温 度 虽 然 可 以 提 高 分 解 速 度 进 而 解 决 产 量 问 题 ,但 升 温 的 范 围 是 有 限 的 。 通 过 试 验 ,我 们 也 能 发 现 ,当 温 度 超 高 一 定 值 后 ,CaO 含 量 及 活 性 度 反 而 下 降 ,特 别 是 活 性 度 ,对 煅 烧 温 度 非 常 敏 感 ,因 为 煅 烧 温 度 增 加 ,将 使 石 灰 孔 隙 度 降 低 , 氧 化 钙 晶 粒 长 大 ,活 性 度 降 低 ,因 此 煅 烧 温 度 一 般 不 应 超 过 1200 ℃ 。 因 此 ,现 场 采 取 通 过 提 高 煅 烧 温 度 来 减 少 生 烧 是 不 合 理 的 ,而 且 是 导 致 结 圈 的 重 要 原 因 之 一 。 3 . 3 矿 泥 对 结 圈 的 影 响 分 析 我 们 从 田 湖 铁 矿 的 石 灰 石 试 样 中 发 现 ,矿 料 表 面 粘 附 的 矿 泥 很 多 ,矿 泥 的 重 量 含 量 (通 过 洗 矿 分 析 得 出 ) 约 占 3 % ,矿 泥 的 化 学 成 分 见 表 2。 从 表 2 可 以 看 出 ,矿 泥 当 中 最 主 要 是 SiO2 ,其 次 是 Al2O3 和 Fe2O3 ,这 些 成 分 都 将 对 煅 烧 过 程 及 结 圈 造 成 很 大 影 响 。 在 煅 烧 过 程 中 ,这 些 成 分 会 与 CaO 发 生 反 应 ,可 能 形 成 各 种 化 合 物 ,见 图 1。 SiO2 为 酸 性 氧 化 物 ,它 在 100~ 800 ℃ 时 就 能 与 CaO、MgO 等 碱 性 氧 化 物 发 生 固 态 反 应 ,生 成 各 种 钙 盐 、镁 盐 ,其 中 各 钙 盐 熔 点 为 :偏 硅 酸 钙 (t熔 = 1540 ℃ ) ,二 硅 酸 钙 另 外 ,实 际 生 产 中 ,小 颗 粒 石 灰 石 反 而 生 烧 的 原 因 ,我 们 综 合 分 析 认 为 ,一 方 面 缘 于 料 层 的 透 气 性 的 影 响 ,虽 然 外 部 温 度 高 ,但 由 于 细 粒 物 料 对 透 气 性 的 影 响 ,使 得 料 柱 的 传 热 效 果 变 差 ,因 而 造 成 生 烧 。 另 一 方 面 也 可 能 缘 于 煅 烧 温 度 过 高 ,石 灰 石 表 面 生 成 的 氧 化 钙 晶 粒 很 快 长 大 ,迅 速 形 成 致 密 的 覆 盖 层 ,从 而 影 响 料 层 中 心 CaCO3 的 分 解 ,而 导 致 料 块 中 心 生 烧 。 第 三 个 原 因 ,我 们 认 为 ,是 石 灰 石 中 泥 土 多 , SiO2 含 量 增 多 ,SiO2 不 参 与 分 解 反 应 ,但 与 CaO 发 生 化 合 反 应 生 成 CaSiO3 ,而 使 整 个 化 学 组 成 中 的 CaO 含 量 降 低 ,同 时 窑 内 料 柱 的 透 气 性 也 降 低 ,阻 止 石 灰 石 分 解 反 应 的 顺 利 进 行 。 这 样 也 将 使 生 烧 率 增 加 。 3 CaO分2SiO2 (t熔 = 1470 ℃ ) ,硅 酸 二 钙 2CaO分SiO2 (t熔 = 2130 ℃ ) ,硅 酸 三 钙 (t熔 = 1900 ℃ ) 。 在 生 成 的 硅 酸 二 钙 中 ,存 在 着 α 、β 、γ 三 种 变 体 ,其 中 γ 变 体 最 为 稳 定 。 由 于 β 22CaO分SiO2 的 密 度 为 3. 28g/ cm3 γ, 22CaO分 3 SiO2 的 密 度 为 2. 97g/ cm ,因 此 在 转 变 过 程 中 ,体 积 增 大 10 % ,将 致 使 石 灰 粉 裂 ,因 而 高 的 SiO2 量 将 导 致 窑 内 粉 末 增 多 。   由 于 石 灰 煅 烧 过 程 中 的 CaO 多 ,所 以 最 终 生 成 1205 ℃ ,这 些 化 合 物 都 将 是 结 圈 物 产 生 的 先 导 。 另 物 以 3CaO分SiO2 为 主 ,这 个 我 们 在 对 结 圈 物 的 矿 相 研 究 中 也 证 实 了 这 一 点 。 另 外 , 石 灰 石 表 面 的 SiO2 ——— 即 矿 泥 中 的 SiO2 , 在 高 温 下 与 CaO 生 成 外 ,Al2O3 与 CaO 发 生 反 应 ,可 生 成 CaO分Al2O3 和 3CaO分Al2O3 。 当 有 CaO分Fe2O3 存 在 时 ,可 生 成 4CaO分 Al2O3分Fe2O3 (t熔 = 1380 ℃ ) ,由 于 其 熔 点 较 低 ,在 烧 成 3 CaO分SiO2 的 外 壳 ,这 层 外 壳 不 仅 消 耗 了 有 效 成 分 氧 带 易 形 成 液 相 ,也 是 窑 内 结 圈 的 主 要 原 因 之 一 。 化 钙 的 含 量 ,而 且 也 会 降 低 石 灰 的 活 性 。 3 . 4 结 圈 物 矿 相 研 究 CaO 与 Fe2O3 可 生 成 CaO分Fe2O3 和 2CaO分Fe2O3 , 这 些 化 合 物 的 熔 点 较 低 ,只 有 1225~ 1250 ℃ 和 1300 为 了 充 分 了 解 窑 内 结 圈 物 的 形 成 过 程 ,我 们 对 结 圈 物 进 行 了 矿 相 研 究 。 矿 相 研 究 所 用 两 个 结 圈 物 ~ 1350 ℃ ,并 且 在 煅 烧 带 由 于 CO 的 存 在 ,可 能 将 试 样 分 别 称 之 为 JQ - 1、JQ - 2。 Fe2O3 还 原 为 FeO ,与 SiO2 可 生 成 FeO分SiO2 ,熔 点 为 第 1 期 陈 铁 军 等 :涟 钢 石 灰 回 转 窑 结 圈 形 成 的 机 理 及 防 止 措 施 分 41 分   对 于 结 圈 物 ,矿 相 组 成 以 游 离 氧 化 钙 为 主 ,其 次 由 于 结 晶 不 够 完 整 而 形 成 玻 璃 相 。 为 硅 酸 三 钙 ,局 部 可 见 硅 酸 二 钙 ,粘 结 相 为 玻 璃 相 , 也 就 说 明 结 圈 物 的 形 成 主 要 是 由 于 窑 内 部 分 低 熔 点 的 物 质 生 成 的 少 量 液 相 ,然 后 液 相 把 粉 状 (或 碎 块 ) 石 灰 以 及 耐 火 砖 粘 结 在 一 块 而 形 成 瘤 块 ,液 相 冷 却 , 为 了 发 现 到 底 是 哪 些 物 质 会 在 窑 内 率 先 生 成 液 相 ,我 们 对 结 圈 物 的 不 同 区 域 进 行 了 电 子 探 针 元 素 分 析 。 在 粘 结 相 的 地 方 ,我 们 探 取 了 几 个 点 ,然 后 进 行 能 谱 分 析 及 元 素 分 析 ,图 2 所 示 是 其 中 的 两 个 点 。 图 2 粘 结 相 电 子 探 针 能 谱 分 析   从 图 2 的 两 个 点 的 结 果 表 明 :探 点 处 的 主 要 元 素 为 Ca、O、Fe、Al 、Ti ,可 以 估 计 此 处 的 矿 物 质 是 分 42 分 矿 产 保 护 与 利 用 2004 年 CaO、CaO分Fe2O3 、CaO分Al2O3 、CaO分TiO2分SiO2 等 ,而 这 些 矿 物 质 除 CaO 外 ,其 他 熔 点 都 较 低 ,很 容 易 在 窑 内 局 部 生 成 液 相 ,从 而 导 致 回 转 窑 的 结 圈 。 确 地 采 取 防 止 和 控 制 措 施 ,确 保 回 转 窑 长 期 连 续 稳 定 操 作 ,实 现 回 转 窑 顺 利 运 行 。 对 于 煤 基 石 灰 回 转 窑 的 结 圈 问 题 ,我 们 重 点 还 是 放 在 预 防 方 面 。 总 体 来 说 可 采 用 下 列 几 项 措 施 。 现 场 实 施 之 后 也 取 得 了 明 显 的 效 果 : 研 究 发 现 ,玻 璃 相 中 主 要 元 素 是 Ca、Fe、Al 、Si 。 从 上 述 分 析 知 ,Si 、Fe、Al 的 主 要 来 源 是 煤 的 灰 分 和 矿 泥 ,因 此 可 以 确 定 结 圈 物 的 形 成 原 因 是 由 于 煤 的 灰 分 与 矿 泥 中 的 Fe、Al 、Si 与 CaO 形 成 低 熔 点 矿 物 质 ,在 窑 内 高 温 下 率 先 形 成 液 相 粘 结 在 窑 衬 上 ,然 后 与 矿 泥 、煤 灰 以 及 碎 石 灰 粘 结 成 块 。 (1) 严 格 石 灰 石 原 料 及 煤 粉 的 入 厂 质 量 ,弃 用 粉 化 性 能 差 的 石 灰 石 ,降 低 煤 粉 的 灰 分 含 量 ; (2) 提 高 回 转 窑 的 转 速 ,增 加 二 次 进 风 量 ,消 除 局 部 高 温 ,扩 大 煅 烧 区 域 ; ( 3) 降 低 喷 煤 量 ,提 高 一 次 鼓 风 量 ,降 低 煅 烧 温 3 . 5 回 转 窑 结 圈 形 成 原 因 总 结 度 ; ( 1) 田 湖 铁 矿 回 转 窑 燃 烧 温 度 过 高 ,远 远 高 于 石 ( 4) 增 设 高 效 的 石 灰 石 入 窑 前 的 洗 矿 设 备 ,降 低 灰 石 的 适 宜 煅 烧 温 度 ; 石 灰 石 粘 附 的 矿 泥 含 量 ; (5) 增 加 热 矿 筛 减 少 入 窑 粉 末 量 。 ( 2) 煤 粉 灰 分 含 量 过 高 ,挥 发 分 偏 低 ;而 同 时 现 场 煤 粉 喷 加 量 大 ,使 得 窑 内 煤 粉 的 灰 分 量 很 高 ; ( 3) 原 料 矿 泥 含 量 太 高 ,矿 泥 和 煤 灰 分 中 的 Si 、 参 考 文 献 : Fe、Al 等 的 氧 化 物 与 CaO 生 成 低 熔 点 矿 物 质 在 窑 内 生 成 液 相 ,是 结 圈 物 的 主 要 原 因 ; [ 1] 常 作 夫 . 烧 结 活 性 石 灰 的 生 产 方 法 评 述 [J ]. 烧 结 球 团 , 1 990 ,(2) :64 - 69. ( 4) 深 色 石 灰 石 粉 化 性 能 较 差 ,加 之 现 场 原 料 筛 分 效 率 较 低 ,造 成 窑 内 粉 状 物 料 含 量 较 高 ,导 致 透 气 性 不 好 , 5) 另 外 现 场 测 试 发 现 ,窑 内 负 压 很 低 ,使 得 煤 [ 2] 杨 建 华 ,梁 伦 竹 . 活 性 石 灰 应 用 与 气 烧 石 灰 竖 窑 工 艺 特 点 [J ]. 湖 南 冶 金 ,1998 ,(2) :26 - 29. ; [3] 冯 国 庆 . 新 型 冶 金 石 灰 窑 [J ]. 炼 钢 ,1997 ,(6) :62 - 64. [4] 崔 之 宝 . 石 灰 石 原 料 特 性 对 冶 金 石 灰 煅 烧 的 影 响 [J ]. 包 钢 科 技 ,1995 ,(1) :35 - 39. ( 粉 燃 烧 的 二 次 空 气 的 量 及 流 速 不 够 ,而 使 高 温 区 过 于 集 中 ,从 而 使 局 部 液 相 生 成 ; [ [ [ 5] 叶 匡 吾 . 回 转 窑 结 圈 的 防 止 与 消 除 [J ]. 烧 结 球 团 ,1998 , 6) :32 - 34. ( ( 6) 可 以 确 定 结 圈 物 的 形 成 原 因 是 由 于 矿 泥 与 6] 肖 业 俭 . 水 泥 回 转 窑 结 圈 问 题 的 初 步 探 讨 [J ]. 冶 金 矿 山 设 计 与 建 设 ,1999 ,(1) :40 - 48. 煤 的 灰 分 中 的 Fe、Al 、Si 与 CaO 形 成 低 熔 点 矿 物 质 , 在 窑 内 局 部 高 温 下 率 先 形 成 液 相 粘 结 在 窑 衬 上 ,然 后 与 矿 泥 、煤 灰 以 及 碎 石 灰 粘 结 成 块 。 7] 孙 学 信 ,陈 建 原 . 煤 粉 燃 烧 物 理 化 学 基 础 [M]. 湖 北 武 汉 : 华 中 理 工 大 学 出 版 社 ,1991. 4 回 转 窑 结 圈 解 决 措 施 在 分 析 结 圈 形 成 的 原 因 之 后 ,我 们 就 能 依 此 明
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