浅谈石灰竖窑技术改造.pdf

2009年2月 第34卷 第1期 耐 火 与 石 灰 1问题的提出 在上世纪60年代曾经为冶金行业作出过重要 贡献的机械化石灰竖窑 随着炼钢技术的不断进 步 以及国外先进的石灰窑型的引进 逐步感觉 到老式的机械化石灰竖窑装备落后 石灰质量低 已满足不了冶炼优质钢种生产的需求 昔日的风 光一扫而尽 甚至有人把其与土窑相并论 被推 到淘汰的边沿 马钢 安阳钢铁公司于1989年与日本河合公 司联合对机械化石灰竖窑进行技术改造 根据石 灰生产原理 从原燃料的筛分 混合 布料 窑 温的调整 供风 出料等都进行了技术改造 公 司还对生产操作工艺进行了修订 1990年5月投 入生产后 效果比较明显 马钢在近几年又从国 外引起了一批先进的石灰窑 套筒窑 弗卡斯窑 麦尔兹窑 在引进消化的基础上 吸取了部分先 进技术 对三座250m3机械化石灰竖窑再次进一 步改造 实现了全自动化控制 只需按程序输入 各设定参数 三座窑只需2名操作工 单窑日产 量达280t 利用系数达到1 12t m 3 d 1 石灰生过 烧率 3 活性度 330ml 由此可见 石灰竖 窑通过技术改造完全可以恢复昔日的辉煌 笔者从上世纪60年代就从事石灰生产 对石 灰竖窑颇感兴趣 近几年又从事石灰竖窑的炉衬 喷涂修复工作 对20多座大小不同的石灰竖窑进 行了喷涂修复 与同行进行技术交流 也了解了 一些关于石灰竖窑的情况 2000年5月在江苏江 浅谈石灰竖窑技术改造 秦福礼 马钢股份公司第三钢轧总厂 马鞍山 243000 摘要 老式机械化石灰竖窑装备落后 其生产出的石灰质量低 已满足不了冶炼优质钢种生产的需求 针 对这种情况 马钢股份公司第三钢轧总厂对该种窑进行了技术改造 改造后的石灰竖窑能生产出优质的活性石 灰 采用活性石灰炼钢 可缩短冶炼周期 降低吨钢石灰消耗 关键词 石灰竖窑 技术改造 活性石灰 燃料 中图分类号 TQ175 653 文献标识码 A文章编号 1673 7792 2009 01 0005 05 Brief Talk on Technical Modification of Lime Shaft Kiln Qin Fuli No 3 Steel Rolling General Plant of Ma anshan Iron and Steel Co Limited Ma anshan 243000 China Abstract The equipment of old type mechanical lime shaft kilns is behindhand the quality of the lime produced from the kilns is low and it can not meet the production requirement of various kinds of steel In accordance with this situation No 3 Steel Rolling General Plant of Ma anshan Iron and Steel Co Ltd has modified the old type mechanical lime shaft kilns The modified lime shaft kilns can produce high quality active lime The steelmaking with active lime can shorten steelmaking cycle and reduce the lime consumption per ton of steel Key words Lime shaft kiln Technical modification Active lime Fuel 收稿日期 2008 07 20 作者简介 秦福礼 1947 男 工程师 5 REFRACTORIES LIME Feb 2009 Vol 34No 1 阴市召开了冶金石灰技术交流会 会议的重点是 讨论石灰竖窑的技术改造和石灰竖窑的技术操作 规范的修订 会后各地的石灰竖窑都进行了不同 程度的改造以及部分新建的石灰竖窑进行了技术 更新 这次会议对国内300多座老式及新建的石 灰竖窑技术改造和更新换代起到了重要作用 但 也有的石灰厂在窑改造中违背了石灰生产煅烧原 理和生产程序 他们随心所欲 以省钱为标准 使石灰窑改造的不伦不类 给生产带来不少麻烦 偏火 挂瘤 不但质量上不去 还严重影响着窑 的寿命 他们不是从生产程序上查找问题的症结 而是把问题全部推到窑型上 我认为这是不公平 的 要使石灰竖窑通过技术改造以达到理想的水 平 必须从以下几个方面进行探讨 2石灰竖窑技术改造途径 2 1原料的水洗筛分 石灰石本身所含有害物SiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O S P等 在开采的过程中常带有泥 土等杂质 尤其是南方的雨季生产更为突出 这 些杂质从低温 900 左右 就开始与烧成的石灰 CaO发生反应 促进CaO颗粒间的融合 其结果 导致颗粒间收缩 晶粒粗大化 反应生成物阻塞 了生石灰表面的细孔 使石灰反应能力下降 同 时由于渣化作用堵塞作为释放脱除CO2通道的细 孔 生成夹心石灰 这些杂质数量很大时 在高 温时形成熔融状态 使石灰相互粘结 形成瘤块 造成石灰竖窑煅烧异常 为了保证入窑石灰石的 纯净度 石灰石在入窑前应加入水洗设施 马钢 第三轧钢总厂石灰分厂石灰石在入窑前要经过三 道筛分 首先进入干粉筛把粉末筛除 再送入旋 转式滚筒水洗机 边洗边筛 洗净后的石灰石由 皮带输送到斜筛再筛一遍 将干净的石灰石沥干 后入窑 由于采用精料入窑 单窑生产系数达到 1 12t m 3 d 1 窑内很少有瘤块产生 石灰质量一 直比较稳定 广州一家石灰厂生产中连筛分装置 都没有 来料就直接入窑 生产不到两个月窑内 挂满了瘤子 瘤子挤压在出灰机上排不出来 被 迫停窑 南钢江宁石灰厂是一家规模比较大的企 业 石灰窑设计比较先进 自动化程度比较高 又上了水洗筛分装置 但缺乏对石灰石精料入窑 重要性的认识 石灰石矿源本身就杂 泥土杂质 多 在生产中不经过水洗筛分就直接入窑 因窑 内结瘤严重 造成煅烧紊乱 严重影响着石灰质 量 直接导致企业效益下降 只生产两年就被迫 停产 由此可见 石灰石入窑前的水洗筛分何等 重要 2 2燃料的精选 燃料的燃烧是一种激烈的氧化反应 是燃料 中的可燃成分与空气的氧气进行氧化反应 要使 燃料达到完全燃烧并充分利用其放出的热量 首 先要对燃烧反应过程做物料平衡和热平衡计算 算出燃料燃烧时所需要的空气量 产生的燃烧产 物量 燃烧产物成分 密度以及燃烧后能够达到 的温度等 只要在此基础上才能有根据地去改进 燃烧设备 控制燃烧过程 达到理想的燃烧效果 燃烧的温度取决于燃料的质量 用固体燃料煅烧 的机械化石灰竖窑要求高热值低灰分的燃料 高 温可强化煅烧 在高温快烧急冷的状况下 可提 高石灰活性度及产量 还能降低单位热耗 燃料 的灰分要求尽量低 煤的灰分主要成分是SiO2和 Al2O3 它们占80 左右 在窑内这些灰分不但污 染石灰 而且还阻塞窑内通风气流 我们要求煤 灰分的熔点要 1280 不然还会在高温下熔融 生成比较粘稠玻璃液相 将石灰粘成瘤块 影响 石灰正常生产 在混合煅烧机械化石灰竖窑中 燃料的粒度 要求范围要与石灰石的粒度相匹配 若颗粒过大 在煅烧带燃烧不尽 在冷却带继续燃烧 造成煅 烧带下移 出灰下红火 反之 燃料粒度偏小或 有粉末 会造成窑内透气性差 通风不良 鼓风 压力相对提高 部分小颗粒燃料随着气流被吹跑 污染环境 另外小颗粒及粉末燃料 燃点低 在 预热带就开始燃烧 造成顶温偏高 热损失大 石灰生烧增加 总之 燃料的粒度要控制好 在 石灰窑改造时有必要增加燃料的筛分装置 烧制石灰的机械化竖窑 燃料一般采用块状 固体燃料 有条件的大型冶金企业 有自己的焦 化厂 大部分石灰窑还是靠外购焦炭或无烟煤块 这就要求有一定储量的煤库 最好有固定的矿点 批量采购 若没有固定矿点采购的煤 每批入库 的煤都要经过化验 根据不同质量 分开堆放 入窑前应根据燃料的热值 水分 通过计算出配 比 做到准确配量 切不可混堆混放 不然石灰 6 2009年2月 第34卷 第1期 耐 火 与 石 灰 质量就无法稳定 2 3均匀混料 混料的均匀程度是机械化石灰竖窑煅烧的一 个重要环节 老式石灰窑原料 燃料采用下料对 冲的方式进行混合 由于两种料的密度不同 下 料时冲击力也有所不同 很难混合均匀 在石灰 窑技术改造时 混料装置是改造的重点 原料与 燃料要从不同的角度 由给料机将石灰石先放到 带有调速功能的混合皮带上 运行到煤炭下料口 开始给煤 燃料平铺在石料上 采用调速电机把 原燃料调整到头尾相接 误差小于1m范围内 原燃料同时进入单斗小车 由提升机送上窑顶倒 入过渡仓内再进行一次混合 通过两次混合 基 本上达到均匀程度 石料与燃料在窑内呈 网 点 分布 窑温均匀 石灰质量相对稳定 山东 一家石灰厂根本没有混料装置 电子秤只有一个 称量斗 先称好石灰石 然后再加煤炭称重 就 直接入窑 四川一家石灰厂用板车向单斗加料 以一板车石料半车煤的方法混料 我们去喷涂修 复炉衬时 打开观察门发现窑内挂满了瘤块 炉 衬损坏相当严重 这种情况下怎能烧好石灰 2 4布料器的改造 石灰竖窑布料器的改造 是90年代引进日本 技术的旋转式布料器 是比较先进的布料设备 它由窑顶密封插板阀 受料斗 撒石溜槽和反弹 板组成 布料器在不停地旋转可将石灰石 固体 燃料在窑内 点式 网式 均匀分布 物料通过 撒石溜槽打在反弹板上 由于物料粒度的大小 反弹的力度 将大块石灰石反弹布在窑的中部 小块落在周边 既解决了竖窑中部通风不足 又 克服了物料的偏析 布料后 炉顶料面呈平缓连 续的马鞍形 高低差不大于300mm 还可以通过 调整布料反弹板的角度来改变马鞍形的平缓程度 以实现理想布料 旋转式布料器控制方法有两种 自动布料和 手动布料 窑况在正常情况下采用自动布料 以 达到理想的环状料面 当窑况不正常时 如出现 窑内煅烧偏析或调整窑况时 可采用手动控制 定点布料以保持料面质量 促使窑况快速转为正 常 四川一家大型企业250m3石灰窑布料器也改 成旋转式布料器 但一直不好用 还不如老式蜗 壳式布料器布料均匀 我们去喷涂修窑 发现没 有安装撒石装置 物料一窝蜂地堆在窑内 比老 式弯管布料器还要落后 梯型反射板又被改成平 型挡料板 根本起不到均匀布料的目的 窑内煅 烧紊乱 顶温 灰温都严重超出控制范围 预热 带部位窑外壳钢板经过修补后 仍然见红 2 5测温与控温 石灰竖窑通过技术改造测温点由11个点增加 到19个点 窑体分A点 预热带 B点 上部 煅烧 C点 下部煅烧 D点 冷却带 四个 方向都安装热电偶 由不锈钢套管和靠窑内由 300mm厚耐火砖工作层保护 热电偶如发生故障 可随时抽出更换 窑顶废气温度有两个测温点分 布在两个烟囱上 可以测定窑温是否均匀 窑下 出灰口测定灰温 上述各点温度的控制 是根据 窑温参数通过PAC设定 在生产中一旦温度超出 控制范围 会自动报警 废气和灰温很快就可以 处理好 若窑体发生温度偏析 说明窑内温度不 均 很可能发生偏窑 可采用二次循环风来调节 若A3和B3点温度偏高 可打开控制该区域的自 动阀门 通过压缩机将窑内抽出的CO2气体 经 过除尘净化后打入窑内 可起到抑制火焰温度的 作用 调节正常后立即停机 关闭阀门 笔者在一些石灰企业喷涂修复炉衬时 发现 大部分石灰竖窑窑温偏差太大 有的因没有套管 的保护而使测定温度的热电偶坏了 有的用普通 钢管做套管 在长期高温中已变形 无法抽出更 换 早已失去了作用 还有的石灰窑将热电偶直 接插入火中 开始物料是接触不到 时间一长随 着耐火砖磨损与侵蚀 测温头很快暴露出来 被 物料打坏 有时窑内高温气流顺着管孔洞穿出窑 外 烧坏窑壳 2 6出灰 下料均匀涉及到煅烧温度均匀这个重要因素 马钢250m3机械化石灰竖窑采用螺锥出灰机 在 技术改造中首先对出灰机进行找平 要确保下料 口的高度在300mm 螺锥出灰机没有中心轴控制 托灰盘支承在8个托轮上 长期在生产中运转 因瘤块的挤压 常常会出现圆盘移位 严重时托 轮会爬到轨道上 造成托灰盘倾斜 下灰不均 窑内出现下灰快的一边 灰温高 甚至下红料 生烧灰增多 出灰慢的一边 石灰在窑内停留时 7 REFRACTORIES LIME Feb 2009 Vol 34No 1 间过长 石灰偏老 甚至结瘤 为了不让托盘移 位 采用固定挡轮从三个方向牢牢地将出灰圆盘 支承住 保持托灰盘永远地在空心轴上平稳的运 转 出灰机能平行运转才能确保均衡下料 保持 窑温均匀 石灰石才能受热均匀 分解充分 江 苏江阴港澄活性氧化钙有限公司250m3机械化石 灰竖窑 在生产中出现出灰下料量小 开始误认 为是传动电机转速问题 采取调整电机转速和在 托灰盘上加两节刮料板等措施都不见效 经反复 论证 问题出在出灰口小 从窑底托砖板到托灰 盘只有250mm高度的间隙 烧50 90mm的石灰 石下灰量跟生产能力不匹配 再加上托灰盘移位 下灰间隙就更小 只有出灰口处间隙大 造成单 边下灰快 料面倾斜十分严重 石灰生烧量增加 窑内单边挂满了瘤块 被迫停窑 2 7窑衬 石灰竖窑窑衬保温程度的好坏 直接影响着 石灰石煅烧和竖窑燃料的单位消耗 石灰竖窑在 经济方面必须考虑的问题是炉子外壳向外散热 为了提高热效率 降低燃料单耗 必须采用具有 优异绝热性能的材料 而普通绝热砖缺乏荷重能 力 马 钢250m3石 灰 竖 窑 外 径6m 内 径4m 1000mm厚度的窑墙 其耐火材料结构为 工作层 厚度300mm 预热带4m和冷却带4m耐火材料为 高铝砖 中间煅烧带12m为镁铬砖 保护层厚度 230mm 耐火材料为高铝砖 隔热层厚度114mm 耐 火 材 料 为 特 殊 高 硅 酸 粘 土 砖 填 料 层 厚 度 230mm 耐火材料为轻质粘土砖 最外层126mm 用高温纤维毡填实 在生产中窑外壳温度 50 冬季只有一点微温 保温性能比较好 焦比控制 在6 5 7 0 干基 该窑从1990年5月改造 后投入生产 到2000年3月大修 石灰质量一直 比较稳定 现在 国内有部分石灰竖窑一味强调 扩容与瘦身 把1010mm厚度的炉衬改造后只有 610mm 生产中窑外壳温度高达100 之多 热损 失较大 一旦炉衬破损 窑壳很快见红 造成单 边热损失过大 湖南湘钢轻烧白云石的机械化竖 窑 在生产中窑内炉衬单边出现6个孔洞 造成 窑内温度不均 产品生过烧率增加 产品质量无 法保证 2 8负压操作 老式石灰竖窑都是正压操作 马钢在技术改 造中在烟囱顶部安装一个锥型阀用卷扬机带动阀 门 可自动开启和关闭 当除尘系统工作时 阀 门处在关闭状态 在两个烟囱中间位置向下安装 直径600mm风管 引风机实现窑内负压作业 出 窑的烟气通过沉降室 除去大颗粒后直接进入低 压脉冲长袋除尘器 使石灰竖窑形成上抽下鼓供 风方式 安装了除尘系统 使原来的正压改为负压操 作 减轻了鼓风助燃风机的负担 使顶温 灰温 更容易控制掌握 这样不但产量提高 而且产品 质量也明显提高 2 9称量 在1990年第一次对石灰竖窑进行技术改造 时 将老式计量磅秤改为电子秤 这就有一个大 的进步 石灰石称重1000kg 误差 5kg 焦炭每 斗误差 0 5kg 电子秤采用固定压头传感器在实 际生产中由于受力不均 传感器下积料过多 有 时起到支撑作用 物料自动下滑等 都会导致称 量误差 1994年对新技术进行引进消化 对2 3 250m3竖窑进行改造时 做到扬长避短 对称量 进一步进行改造 改掉了过渡仓和气阀 将振动 给料斗直接用吊杆传感器掉住 采用吊杆传感器 不受外力的影响 误差都在可控范围内 2 10自动化控制 1990年日本河合公司虽然对设备进行了改 造 但在自动化方面没有做太多的改进 1999年 和2003年我们先后引进了套筒窑 弗卡斯 麦尔 兹等先进窑型 给我们很大的启发 采用消化的 方式对机械化竖窑进行自动化改造 改造后实现 了采用PLC控制自动操作方式 也可以采用机旁 手动操作方式 按生产工艺流程进行集中监视和 控制 用微机对主要用电设备工作状况进行描述 用PLC完成热工参数的控制和调节 并在CRT上 显示过程变量 设定值及控制输出值等模拟量 完成用电设备的联锁和顺序控制 对用电设备的 轻重故障进行声光故障报警 对生产过程中所用 的操作参数 如温度 压力 流量 加料量 产 量等报表数据进行记录 并随时打印 并对出灰 窑顶 上料等关键设备进行电视监视 操作方便 可靠 调节灵活 实现了全自动化控制 减少了 人为因素对质量造成波动 也大大地减轻了工人 8 2009年2月 第34卷 第1期 耐 火 与 石 灰 的 劳 动 强 度 马 钢 第 三 炼 钢 厂 石 灰 分 厂 三 座 250m3石灰竖窑每班只要两个人操作 石灰质量 一直稳定 2 11增加加盐装置 在石灰生产中将NaCl作为添加剂按一定的比 例混在物料中同时加入窑内 NaCl是氯与钠元素 所形成的二元化合物 活泼的金属元素钠与活泼 的非金属元素氯形成离子型氧化物 其固态时是 离子结晶体 熔点801 沸点1413 具有一 定的稳定性 不受热分解 在与石灰焙烧时NaCl 遇到高温炸碎熔融而挥发 形成NaCl蒸汽 对窑 温起到搅拌均衡的作用 所以减少了生烧和过烧 当煅烧带温度达到1000 1200 时 NaCl蒸汽对 CaCO3和MgCO3分解的结晶发育起到强烈的催化 作 用 加 快 了CaCO3 MgCO3反 应 速 度 促 进 CaO晶格急剧长大 生成疏松的 多孔的结晶体 气孔率较高 比表面积加大 在一般的情况下使 用NaCl添加剂可提高石灰活性度30ml左右 同 时对CaCO3加热分解起到汽溶和加热介质的作用 窑内壁结瘤在NaCl气体冲刷下很快会粉化脱落 2 12供风制度 老式机械化石灰竖窑都是采用离心高温鼓风 机给窑供风 生产时通过调节风门的开度以控制 风压 凭经验操作 窑内阻力大 风压很难控制 由于供风不稳 使物料难以得到完全燃烧 在改 造中将原离心风机改为罗茨风机供风 这种风机 在生产中不受压力的限制 结构简单 运行可靠 操作方便 采用电频器调节风机转速 就可以有 效地控制入窑的空气流量 250m3机械化石灰竖 窑配料燃烧风量值列于表1 3效果评价 机械化石灰竖窑通过技术改造后 窑的利用 系数从0 88提高到1 12t m 3 d 1 单窑年增加产 量2万t 石灰质量大幅度提高 见表2 改造后石灰活性度达到330ml 生过烧率平 均2 7 达到了冶金一级活性石灰标准 采用活 性石灰炼钢 可缩短冶炼周期 降低吨钢石灰消 耗 提高冶炼金属收得率 这种间接效益更为可 观 采用负压操作石灰竖窑排出的烟气通过除尘 器回收 出口废气排放浓度 500mg Nm 3 改善 了环境 4结束语 曾经认为机械化石灰竖窑是落后的 不成功 的窑型 上述实践证明 只要按照石灰煅烧工艺 的要求进行技术改造 就能变落后为先进 但要 注意的是 引进消化先进技术时 由于窑型不同 使用的燃料也有所不同 在石灰窑改造中 要结 合本窑型及生产工艺特点 做到扬长避短 灵活 应用 不可生搬硬套 更不可随心所欲 我们在 改造中只有坚持住 四精 原料精 燃料精 计量精 操作精 和 四均匀 混料均匀 布 料均匀 窑温均匀 排料均匀 的原则进行改造 机械化石灰竖窑就能生产出优质活性石灰 机械 化石灰竖窑通过改造能烧出冶金一级活性石灰 这已经很了不起了 石灰竖窑的技术改造不是一 朝一日就能彻底完成的工程 要在生产实践中不 断的加以完善 使机械化石灰竖窑