钒钛磁铁矿氧化球团回转窑窑衬长寿化生产实践

40 201 5 年第 38 卷第 4 期 钒钛 磁铁 矿 氧化球团 回转窑窑衬 长寿化 生产实践 张义贤 1， 雷 电 1， 李 攀 1， 宋 剑 1，向绍红 2， 赵世龙 1 （ 摘 要： 介绍 了钒钛 磁铁 矿氧化球团链篦机 回转窑用耐火材料内衬的 生产 实践情况， 分析了 影响 钒钛 磁铁 矿回转窑 使用寿命 的 原因 ， 通过 对浇注 材料、结构 的 改进 和 工艺参数 、筑窑方式 的 优化 ，以及烘窑制度 的 完善 ， 回转窑 窑衬 的 使用寿命 延长 了 120 天，同时，还取得了 设备作业率由 86%提升至 95%， 回转窑焙烧能耗 由 J/J/t 的效果 。 关键词： 钒钛矿 ； 回转窑 ； 长寿 化 ； 浇注料 ； 结圈 0 引 言 攀枝花 某 球团厂 球团矿焙烧的主要设备为 120万 篦机 其 生产原料为高钛型钒钛磁铁精矿。为达到氧化球团质量要求， 回转窑内需要保持较高的温度（ 1 100 1 300 ）。回转窑窑衬在高温及球粒冲刷的条件下，易磨剥损伤，严重时会整体脱落，形成红窑，从而需要停产对窑衬进行更换，检修时间长达20 40 天 ，主体设备作业率仅为 86%， 因此，窑衬的使用寿命较大程度上影响了球团厂的生产能力。 笔者通过对历次检修更换窑衬的 情况进行分析，找到影响钒钛矿回转窑窑衬使用寿命的原因，在生产实践中通过改进工艺制度、提高耐火材料质量、改进材质等方式，回转窑内窑衬的使用寿命 大为延长，实现了窑衬的长寿化 。 1 影响窑衬使用寿命的主要因素 艺制度的影响 钒钛磁铁矿质硬难磨，粒度粗、亲水性能差，造成成球性能差 。由于生球在链篦机干燥、预热以及回转窑的焙烧等环节的氧化性气氛不足，会造成预热后的球团强度不好 ，在回转窑产生过多的粉末 ，附着在窑壁上，造成结圈严重 ； 焙烧温度过低，会导致球团矿强度差，因此， 投产初期制定的工艺制度中， 为了达到高炉入炉要求，焙烧温度长期维持在 1 300 以上 ， 鼓干温度 、 抽干温度 偏低 ，仅45 、 190 ，预热一段温度 、 窑中最高温度 分别高达 770 、 1 320 。在这种工艺制度下， 设备热负荷重，链篦机漏风率高， 吨球的生产能耗 高达 J/t，且耐火材料内消耗量大。 由于焙烧工艺制度不合理，回转窑内高温点过于集中，干燥、预热效果差，造成回转窑结圈严重，如图 1 所示。结圈 产生的不良后果是： 回转窑机械荷重大大增加，增加了液压马达的负荷和动力的消耗；结圈严重时，大块物料在温度波动的情况下会发生垮塌，对窑衬造成巨大冲击，砸坏窑衬 ； 停窑人工清理结圈物对窑衬破坏较大。图 1 回转窑结圈示意 攀 钢 技 术 41 当焙烧温度过高时，球团矿液相量增加，和粉尘附着在窑壁上，造成结圈严重；如温度过低，球团表面强度差，摩擦过程中粉末量增大，也 会 造成结圈严重 。 火材料理化性质的影响 回转窑窑衬在生产过程中 承 受高温、磨剥和化学侵蚀的作用 ，但是， 窑口、窑中以及窑头等不同部位 所 承受的热力性、冲刷性是截然不同的 。 投产初期 ， 由于没有充分考虑使用中的环境和特点差异，在 不同 区域区别使用 耐火材料 ，导致窑口 受球团料冲刷损坏严重，而 窑中温度差异 大的窑体导热性能和热膨胀性能 不 符合生产要求，出现耐火砖表层脱落 现象 。 实践 经验表明， 若 在选择工艺配方时 ，根据特点 科学的 选择具有良好耐磨损、抗冲刷性能的耐火浇注料， 能 使 耐火材料满足特定的工作环境的需要，有效避免因结圈对耐火材料造成的损坏，增加窑衬使用寿命。 壳椭圆度的影响 生产 实践表明，在窑箍的附近，椭圆度和耐火材料的损毁速度之间 存在一定的相关性 。在回转窑烧成带以外的窑箍附近，椭圆度和耐火砖的损毁速度之间存在线性关系 ； 在烧成带的窑箍处，因热负荷与挂窑皮的稳定性都会对耐火砖的损毁速度产生影响。 根据国内外资料介绍可知，回转窑每隔 6 12个月需测定一次椭圆度，及时对座板进行调整，保证椭圆度不大于 影响窑体椭圆度的主要原因是滚圈处座板的磨损 ， 若座板磨损，随着窑壳刚性的降低，滚圈与窑体之间的间隙会在窑体的顶部位置增大。支撑部位窑衬所受压缩应力增大，窑衬间相互挤压，加速窑衬的损毁。 衬砌筑方式及施工的影响 窑衬砌筑方式及施工过程，也会影响窑衬的使用寿命。 1） 预制砖砌砖必须紧凑 。 一旦契合处有缝隙，高温粉末会穿过预制砖冲刷、氧化座泥、保温层、锚固钉。进而导致预制砖的整体脱落。 2） 施工中座泥厚度要适中 。 太厚或太薄，中有空洞，都易造成窑衬脱落。 3） 浇注料混料制度要合理 。 混料时间不足、加水量不对， 会 造成浇注料成型质量差。 4） 同一道浇注料施工中间隔时间长，造成二次加料分层。 5） 浇注料振打时间不足，浇注带有气泡。 6） 连续施工过程中，打完一条浇注带后未初凝即转窑 ， 造成浇注带松动 变形。 7） 锚固钉焊接前清扫不彻底，焊接方式不对等，造成预制砖的松动。 2 回转窑 窑衬长寿化 措施 针对影响回转窑使用寿命的因素， 采取 了优化焙烧制度、调整助燃风流量、材料改进、结构改进、筑炉方式优化等 相应 的 改进措施， 取得了较好的效果 。 化焙烧制度 适宜的焙烧温度可以减少回转窑结圈。 针对钒钛球团矿的干燥、预热、焙烧、冷却特性，通过现场系统的热平衡测试分析，确定现场生产的最佳工艺参数，各项设备改造完成后，主要的工艺参数 焙烧温度 和改造前相比有了一定的变化 ，见表 1。表 1 优化前后 平均 焙烧温度对比 日 期 鼓干段 抽干段 预一段 窑中段 环二段 环三段 改造前 46 215 770 1310 890 251 改造后 69 280 687 1156 780 270 比 较 23 65 154 9 设备和工艺参数优化后，实现对温度、风量和机速（或转速）的合理控制。球团 干燥、预热、焙烧热工制度优化 后 ， 窑中的低温段平均温度上升，高温段平均温度下降 ， 逐步 形成 适宜 钒钛球团矿焙烧 的 热工制度 ，且满足高炉对球团矿质量指标 的 需求 。 用五通道烧嘴 温度是影响回转窑结圈的主要因素，温度越高，粉末固结的速度越快，强度越高。回转窑内结圈是回转窑内高温点过于集中引起的 ， 结圈对窑衬损害严重。原 设计 只有一台助燃风机，适用三通道 42 201 5 年第 38 卷第 4 期 烧嘴，烧嘴火焰长度无法调整 ，且 窑内高温点主要集中在距窑头 7 8 m 的地方，高温点集中。为有效地改变高温点过于集中，造成结圈的问题，球团厂将 三通道烧 嘴改为五通道烧嘴 （见表 2） ，使用一大一小两台助燃风机，通过调整烧嘴火焰长度，达到调整回转窑内高温点位置的目的。表 2 长短火焰调整情况 类别 助燃风 煤气 高温点 (距窑头 )/m 流量 /（ m3h 1#开口度 /% 2#开口度 /% 1#开口度 /% 2#开口度 /% 3#开口度 /% 长火焰 7 800 30 90 100 30 90 13 15 短火焰 3 200 90 30 100 90 30 7 8 通过高温点位置的变化，冷热变化的方式进行烧圈，使结圈物自行脱落，达到清圈的目的，避免人工清圈作业。减少了回转窑检修处理时间，提高了设备作业率。 料改进 通过与浇注料厂家密切沟通，针对回转窑锁口部位和窑体高温结圈部位 不同的损坏特征， 研发出了窑口专用料和抗结圈料，根据各部位工况条件分别采用不同材料搭配使用 。 使回转窑整体具有较好的均衡性 ， 有效地解决了回转窑锁口部位的冲刷磨损问题和回转窑结圈问题，延长了回转窑内衬耐火材料的使用寿命。 目前，采用的是抗剥落的高铝莫来石质耐火浇注料，浇注料各牌号的使用范围： 于溜 槽、 受料 斗、 窑 头锁 口等 部位 ；用于回转窑内衬等部位。生产实践表明，回转窑内衬高铝莫来石质浇注料质量指标有了很大的改善。 经过几年验证，窑衬材料质量得到了明显提高，窑衬浇注料 1 300 3 h 耐压强度提高到了 110 右。专业部门对窑衬质量指标进行了检验（如表 3 所示）。 表 3 回转窑内衬质量变化 耐压强度 /抗折强度 /线变化率 /% 抗热震性 /次 110 24 h 1 300 3 h 110 24 h 1 300 3 h 1300 3 h 1100 ，水冷 标准值 85 100 15 12 40 改进前 65 100 10 40 改进后 50 由表 3 可知，改进前回转窑内衬多项质量指标都未达到标准要求，而改进后均 满足并超出 了标准要求 ，质量得到了大幅度提高 。 构改进 将原带四个对称锚固钉的预制砖改为带有四个不对称的锚固钉的预制砖（见图 2），使锚固钉处在不同的平面上，有效避免了锚固钉在同一平面上因回转窑筒体在一定的温度下造成的膨胀对锚固钉的损坏。 图 2 预制砖上锚固钉 改进前后对比 改进前 改进 后 40 60 40 60 250 250 锚固钉 锚固钉 230 230 攀 钢 技 术 43 预制砖的两个侧面带有 嵌入 R 型 （见图 3），这样的砖型结构有效的避免了窑内热气流和有害气体对窑体、预制砖锚固件以及保温层的侵蚀和损坏，降低窑皮温度，减少热量流失，达到热源的有效利用。 图 3 带嵌 入 R 型预制砖 预制砖底部和浇注料下面镶嵌 50 的轻质保温板，起到保温作用，以降低窑皮温度、能耗和生产成本。 回转窑在具体的使用过程中，窑中部 高温区温度高，且温度有一定的波动和结圈现象，因此要求该区域的耐火材料要具有良好的热稳定性，抗冲刷，耐磨损和气体的侵蚀性。在选择工艺配方时要充分考虑使用中的环境和特点，选择具有良好的耐磨损、抗冲刷性能的高铝莫来石质耐火浇注料，以达到耐火材料满足特定的工作环境的需要，有效避免因结圈对耐火材料造成的损坏，增加窑衬使用寿命。 窑方式优化 窑衬采用带锚固钉的预制砖锚焊砌筑和浇注料浇注综合筑窑。该施工方法采用带锚固钉的预制砖与浇注料浇注相结合的筑窑方式，还能解决窑体变形 所产生的应力。在回转窑使用上取得了良好的效果，是动态回转窑窑衬的最佳选择方案（ 见图 4） 。 图 4 回转窑内衬砌筑 示意 采用 该筑窑方式的优点为： 1） 施工省时省力、检修方便。 2） 使用该方法筑窑窑耐磨性、热震稳定性好，整体性能良好。 3） 用该方法筑窑，还能用轻质和重质耐火材料复合砌筑，有效的降低了窑皮温度，节约能源。 4） 不定型耐火材料生产周期短，供货及时。 5） 采用该方案施工减少了中、小修次数，提高工作效率，增加了经济效益。 进 烘窑制度 窑衬材料中碱性砖的热膨胀系数最大，热振稳定性最差，又被用于窑内温度最高的部位，碱性砖衬内 温度梯度最陡，温差应力最大，因而最易产生开裂剥落，使用寿命在窑内所有耐火砖衬中最短。实践表明，回转窑烘烤的升温制度取决于窑衬的结构、材质、砖型以及砌筑方法等因素，回转窑烘窑制度 是 影响 窑衬使用 寿命 的关键 之一 。 根据 厂家提供的烘窑曲线， 结合球团厂检修实际情况， 优化改进 了回转窑窑衬烘窑制度 ，见图 5，适当延长升温时间，降低升温速率。 回转窑在投料生产前经过科学的升温烘烤制度，才能确保窑衬安全、长寿。 轻质保温板 实起的 R 230 40 207 12050轻质保温板实起的 R 轻质保温板 230 40 2 500 浇注带浇注料 轻质保温预制砖 复合预制砖 44 201 5 年第 38 卷第 4 期 图 5 回转窑烘窑曲线 3 取得的效果 钒钛矿 回转窑长寿化 生产实践 保障 了 设备 的 连续稳定运行， 为进一步提高球团品质，降低能源消耗奠定了技术基础。 实施该工艺取得 主要 效果 如下 ： 1） 回转窑内 平均 焙烧温度降低 到 1 156 ，比 改进前 温度下降了 153 ，有利于窑体寿命延长 。 2） 检修材料费降低。实施低温焙烧工艺后，设备运转平稳、持续， 窑衬更换 周期 较 原来延长 了120 天， 节约检修材料费用 150 余万元。 3） 回转窑 实现 长寿化后，设备作业率由 86%提升至 95%； 工序能耗大幅下降 ， 回转窑焙烧能耗由 J/t，下降 到 J/t， 降幅达 4） 矿耗减少。实施低温焙烧工艺前，月产生结圈物 300500 t，实施本工艺后，月结圈物下降到50100 t，正常合格球团产品增加。 4 结论 针对 钒钛矿 氧化球团回转窑 窑衬 使用寿命短的问题 ， 技术人员在 生产实践中 开发 改进 了 回转窑长寿化关键装置及技术 ， 回转窑使用寿命 延长 了120 天 ， 设备作业率由 86%提升至 95%； 钒钛矿 回转窑 实现 长寿化后， 焙烧温度下降了 150 ， 工序能耗 降低了 检修材料费 大幅度 降低 ，有效地降低了生产成本 。编辑：邓淑惠 收稿日期： 2015 伊钢公司 219 高频直缝焊管生产线顺利投产 2015 年 7 月 10 日，伊钢公司第一条 219 高频直缝焊管生产