套筒石灰窑工艺特点及控制要点.pdf

1 9 9 8 年第3期 b V 套筒石灰窑工艺特点及控制要点 广东粤华有色金属实业开发公司 冶金部马鞍山钢铁设计研究院 刘宁 生 曹军 文摘本文论述了套筒竖窑在煅托石灰过程中 影响石灰活性度的部分操作日岽 通过 对德国贝肯巴 公司套筒式石灰竖窑工作原理的探析 妇纳和总结了套筒式石灰窑的工艺特 点和控制要点 关 键 词 递 堡 奎 墨童 工 艺 茎 苎 塑 尿 石灰是冶金行业重要的辅 助原料 目 前在提 高炼钢效率 及控 制钢 的质 量等方 面 尚少不了添加冶金石灰 特别优质活性 石灰 早在 1 9 8 3年第一次全国炼钢会议时 就 明确规定 转炉炼钢使甩活性 石灰是一 项基本的技术政策 国内原有普通冶金石 灰后来 改用活性石灰的钢铁企业 如鞍钢 包钢 太钢 唐钢 昆钢和安钢等 都取得了 显著的经济效益 炼钢工艺采用活性石灰 已被认为是技术进步的标志之一 l 活性石灰即 C a O含量高 9 5 含 s量 低 0 0 5 s i Ol含 量 少 1 生过烧率少 比表面高 气孔多 加入 钢水 中反应强 造渣快的优质软烧 石灰 高化学反应能力和均质性的活性 石灰 对实现快速 均匀 的炼钢过 程是非 常重要 的 石灰的反应能力对碱性氧气炼钢更显 示 出它的重大意义 它不但能降低炉渣 中 的铁含量 而且减少了渣量 达到了最佳脱 硫和脱磷的效果 活性石灰用于氧气转炉炼钢 比普通冶 金 石灰具 有以下优点 转炉吹氧时间可缩 短 l 0 左右 钢水收得率可提高 0 5 一l 左 右 石 灰的单位 消耗 可减少 2 0 3 0 莹石 消耗量可减少 2 5 3 0 用活性石灰 在炼钢过程 中不仅吸热量少 吹损少 喷溅 小 而且可使废钢加入量增加 化渣去硫磷 快 渣量 少 熔化快 保 留了高金 属 c含 量 因此提高了生产率 减轻了炉衬损失 降低了钢成本 2 石灰 的活性度是衡量石灰化学能力 的重要标志 在石灰生产过程 中 要得到反 应能力高又均匀的活性石灰是不易的 石 灰石煅烧中主要发生热分解反应 Ca C O3 C a 0 C 0 一4 2 5 3千卡 不难看出 此反应是可逆的多相反应 1 C a C O 分 解放 出 的 c O 若 能及 时排 出 对生成 C a O很有利 2 反应为吸 反 应 加热 提高温 度有 利 于 C a C Oa 的热分 解 纯 C a C O 分解温度和分解压力之间的 关系见式 l I g P 9 3 4 01 1 l g P一0 0 0 7 2 T 8 8 2 一 1 式中P C O 的压力 T 绝对温度 可以算出 纯 C a C O 在 8 9 8 时的分 解压力等于 7 6 0毫米水银柱 随着温度的 升高 分解压力增加 煅烧石灰石对 矿体 表面的分解温度 可降低到 8 l 0 8 5 0 C 石 维普资讯 1 9 9 8年第 3 期 广东有色金属 灰石的分解速度与煅烧温度 气体介质与 物料的导热性密切相关 其全部分解时间 按 H 塔邦希科夫 r F c 小 时 z 式中 R 石灰 石块 的原始半径 米 q 分 解 1 m C a C O 和 加 热 c a O使其中心温度达到介质温 度所需要的热量 千卡 块体表面温度 碍 瑚 餐 加 E 反应 区的温度 k o c a O的导 热系数 千卡 米 小时 f 形状系数f a 气体介质向物料 的给热系 数千卡 米 小时 此外 物料块体的几何形状不同 其分 解时间也不同 煅烧石灰石耐 石灰的各种指标随着 煅烧温度增长而变化 其特性见图 1 8 一 一 开 始 烧 结 l 玉 韪 V 器一 丑 煅烧温度 图1 钙质石灰的各种指标随着煅烧温度增长而变化的特性 按 N B y P E P 1 一容重 2 一粗晶体尺寸 3 一石灰气孔率 4 一c a O晶体的比表面积 上 接 第 9万 超计划 O 0 5 到 1 9 9 6 年实际出矿 品位 仍保持在2 5 5 贫化损失辜仍分别控制 在 1 9 5 和 2 1 7 取得了较好的技术经 济指标和经济效益 5 有待探讨的问题 矿石贫化率及采矿损失率是考核采矿 生产的一项重要的技术指标 也是衡量矿 山开采技术的一项重要依据 在露天开采 技术管理过程中 如何结合本矿实际情况 有效地确定贫化损失率指标和企业经济效 益的最佳关系 仍有待在开采实践中不断 分析总结 对于复杂的矿体 如何做好采捌 并举 探采结合与均衡送矿的优化管理工 作 尚需作进一步探讨 u一 醺嚆 加 句 6 4 2 维普资讯 2 2 1 9 9 8年第 3期 在 8 5 0 1 0 0 0 逐渐 加 热 纯 石 灰 石 时 可形 成 多孔 隙结 构 高 活性 的 c a O C a O 结晶颗 粒尺 寸 0 3 1微米 比表 面 积 1 0 一1 0 来 公斤 物料 内部较大的孔 麝 c 使其窑重低 1 6 0 0 2 0 0 0公斤 米 提高温度时 伴随着 c a O的再结晶 尔后 彤成 比表面积 3 O O 一1 0米 公 斤的 c a O 粗 晶体 石灰 密实到 2 2 0 0 2 5 0 0公 斤 米 其活性大幅度减少 并的同开始烧结 在晶体合并的同时 伴随着石灰进一步密 实和其化学活性的降低 因此 在立密及回 转窑中 采用低 灰分解燃料煅烧纯钙质碳 酸 盐 岩 石 时 煅 烧 温 度 保 持 在 1 2 O O 一 3 0 0 之间为宜 燃料灰分含量高于 1 2 或原料 中粘土质含 量高 于 4 时 窑内般 烧温度不应高于 l 1 0 0 3 对煅烧条件的控制不同 可能造成 三种情况发生 1 C C O 充分分饵 形 成 多孔隙结构高活性 的 C a O即活性石灰 其 单位表 面积 每克 达 2平方米 2 C a C O 不完全分 解 有 部分 以 C a C 形式存在 称为生烧石灰 这部分石灰如果加入炼钢 中 不促不能造渣 而 且还要吸收热量 生 成 c a O 必然拖延吹炼时间 3 温度过高 时 由于杂质存 在 不仅 在 C a O 表面形成 低熔烧结层 造成过烧 而且使炉料粘在窑 壁上 情况严重时 不但阻碍通风 且物料 不能 下降 甚至窑壁破坏 在料块均匀的情况下 送风量的大小 能改变 窑气成份 影响般烧带的上升或下 降 送风量大务必就加快 了气体流速和煅 烧反应 煅烧带缩 短 温 度增高 增大 风压 虽使煅烧带温度提高 但也使衬砖损坏较 忮 需要提出的是 由于物料的均匀分布 不仅能消除燃料在窑壁强烈燃烧所造成的 过速损坏可能 增长检修周期 而且也使阻 力在 窑身截面分 布均匀 从而决定气流的 分布均匀 故选择合理的加料设备是很重 要的 因此 保持窑温正 常 送风均匀 风压 大小适宜 加料均匀 合理控制石灰石在窑 内的停 留时闻 选择合理的出灰速度等等 一 系列的控制因素 对于生产出反应能力 强又均匀的活性石灰 都是至关重要的 4 普通竖窑采用焦炭和石灰石混合在 窑内煅烧石灰 为逆流操作 窑 内气流走向 与物料运动方向相反 造戚过烧和生烧率 很高 石灰的活性度很低 另外 焦炭中所 吉的杂质 灰分等残 留在石灰内 也污染了 石灰 造成了活性度降低 针对其缺点 德 国贝肯巴赫公司五十年代中期开发出了并 流煅烧 窑内气体走向与物料运动方向相 同 的套筒竖窑 较好地解决了普通竖窑存 在的问题 至今全世界广泛流行 4 1 套苘窑 见图 2 在一个窑体 内 形成了预热带 V z 上部煅烧带 OB 中 部般烧带 MB 下部并流煅烧带 GZ 冷 却带 Kz 物料流向 料斗 1 一旋转布料 器一预热带 Vz 一上 部般烧带 0 B 一 中 部煅饶带 MB 一下部般烧带 Gz 一冷却 带 KZ 一 出料装置 1 1 一下 部灰仓 1 3 一 振动给料机 1 4 套筒竖窑窑身有两层燃烧室 每层燃 烧室数目为 6 个 每个燃烧室内有一个烧 嘴 上燃烧室供给 的燃 料 占总 量的 I S 下燃烧室占 Z 3左右 其配比率为 下 上 一 1 5 5 2 2 0 上部燃烧室 9 供给 的助燃空气量不 足 只有 5 0 左右 为不完全燃烧 燃烧烟 气 中还岔有 一定量的燃料 由于废 气引风 机的作用 不完全燃烧烟气进入上部料层 时与来自下方的合过剩空气的气流相遇 使不完全燃烧产物得到完全燃烧 这个区 域为上部煅烧带内 为逆流般烧 但由于在 维普资讯 1 9 9 8华第 3期 广东有色金属 图 2 皿肯巴赫环形套筒竖窑工作原理图 维普资讯 1 9 9 8 年第 3期 这里 矿石仅为部分煅烧 此时矿石刚刚开 始分 解 需要大量吸收热量 故不会产生过 烧 随着料流向下运动 矿石逐渐通过上 部 煅烧带 完全燃烧后的烟气继续上行流向 窑顶 在窑顶叉分成两部分 部分 约 占 废气总量的 7 O 比例通过引风调节阀控 制 经环形矿石层 预热带 到窑项环形烟 道 2 2 进入引风机 在预热矿石的同时 自 身温度降低到 2 0 0 左右 l 另一部分 约占 废 气总量的 3 O 左右 经上 内简 s 进入 管式 空气换热器 换 热后温 度 降低到 2 3 0 左右 再进入废气管道 窑 内所有废 气都经引风机抽 出 进入废 气风机的废气 温 度一般 在 1 8 0 左右 然后经布袋 除尘 后由烟 囟排入大气 下部燃烧室 1 0 供给燃烧所需过量的 空气 空气过剩系数为 2 0左右 这样 保证 温度较均匀 不会过热 防止过烧 下部燃 烧 室 1 0 燃 烧产生 的高 温烟 气 温 度 1 3 5 0 分成两股 一股气流 其 中含有过 剩空气 由于引风机的抽力作用向上走 经 中部煅烧带 上部煅烧带流向窑顶 到窑顶 后气流分布如前所述 另一股气流 由于下 燃烧宣喷射器 1 9 所产生的抽力作用往下 走 形成并流煅烧带 石灰展终在这个区域 内烧成 高温烟气经料层煅烧石灰 然后从 下内筒 6 底部均匀分布的四个循环气体 入 口 1 5 进入下内筒 石灰冷却空气从底 部吸入窑内 在冷却石灰预热 自身后也与 高温烟气一起从下 内筒入口 1 5 处进入下 内筒 两殴气流的混合气体称为循环气体 其中含有过剩空气 可以作为燃烧二次空 气 循环气体的温度为 8 0 0 9 0 0 C 循环 气 体在下内筒内由下往上流动 从下 内筒 顶部通道 2 1 吸入喷射器 1 9 内 图 中标 有x记号 进入下燃烧室随同燃烧产生的 高温烟气进入料层 如此同而复始地进行 罗茨风机供应的高压空气 经空气换热器预 热到 4 5 0 X 左右 由环管分配 给下燃 烧室 的喷射器 1 9 作为喷射器的引射动力气 体 这种喷射作用产生的抽力 带动循环气 体周而复始地循环 内简冷却空气经离心风机进出后分成 两部分 一部分流经上 内筒环 骧冷却上 内 筒后排空 另一部分冷却下内筒后 自身预 热到 2 0 0 X 左右 汇集到下环管 然后分配 到各燃烧室作为助燃风 4 2 煅烧的调节与控制 套简窑的操作主要是通过控制循环气 体 2 1 温度来调节煅烧状况 进而保证石 灰质量 在石灰冷却 空气稳定的情况下 循环气 体温度由进入并流区内的井 流气体 温度而定 而并流区内并流气体温度决定 了矿石的煅烧程度 例如 煅烧温度高 矿 石在并流区内吸热少 则循环气体温度较 高 反之亦然 因此 循环气体温度可作为 石灰质量好坏的依据 通过控制循环气体 温度来控制石灰煅烧程度要求的是循环气 体温度稳定 而不是人为地规定 出上 下限 进行控制 通过出料进行调节 改变 排料速 度 会 影响矿石在窑内的 停留时间 如果循环气体温度升高 表明石 灰煅饶 程度较高 石灰中残余 C O 含量变 少 排 科速 度就 要加快 使上部 C Ot 含量 较高未烧速度的矿石进入并 流区煅烧 反 之亦 然 循环气体温度对排料速度变化比 较敏感 通过改变供热进行调节 在排料速度盈循环气体温度稳定的条 件下 保持物料运动速度不变 通过改变热 量输入的办法 同样可以调节石灰质量 即 通过改变下燃烧室的燃料量可以获得所要 求的循 环气体温度 进而控制石灰的煅烧 温 度 4 3 综上所述 归纳套筒窑工艺及控 维普资讯 1 9 9 8年第 3期 广东有色金属 制特点如下 煅烧工艺合理 窑内石灰的烧成主 要在井流区内t 防止了过烧和生烧 保证了 石 灰 的质 量 稳定 石 灰 的 活性 度 可 达 3 5 0 m S tai n 以上 最高可达 4 0 0 ml 左右 石灰中残余C O 含量小于 1 5 窑的设备简单 控制不复杂 窑体寿 命长 年平均作业率在 9 8 以上 一般 4 5年才中修一次 大修周期达 l 5 2 0 年 整个窑体为负压操作 对窑封要求 低 对环境污染小 可在线维修燃烧系统设 备 生产操作安全 维护方便 对原料要求不根高 原料粒度 比l I 3即可 粒度范匿 l 5 1 8 0 mm 可使用燃料的品种较多t 如天然气 焦 炉煤气 混合煤气 热值 1 8 o o K C a l m 转炉煤气 电石炉气 重油 煤粉等 尤其独特的是当流体燃料供应不足时 可 在窑 内加入小于 总热量 3 0 的碎焦炭 作 为辅助燃料 尽大可能地回收热量 热耗较低t 对 于以高热值燃气为燃料的套简竖窑 其单 位热耗仅为 3 7 s K j j 9 0 0 K C a l k 要 比回转窑低 1 4左右 另外 电耗也较低 窑 体本身单位电耗仅为 2