- 時(shí)間：2023.03.22
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? ? ? ?窯皮，即附著(zhù)在燒成帶窯襯表面燒結的熟料層。它保護著(zhù)燒成帶的襯料，使襯料不直接與火焰和高溫物料接觸，減弱了火焰和物料對襯料的化學(xué)侵蝕、磨損以及高溫的破壞作用，從而延長(cháng)了襯料的使用壽命;窯皮還起著(zhù)隔熱層的作用，使高溫帶窯襯增厚，因而減少了窯筒體表面的散熱損失，提高了窯的熱效率。通常說(shuō)燒成帶窯皮為主窯皮，我們稱(chēng)上過(guò)渡帶之后的放熱反應帶窯皮為副窯皮，正常副窯皮只是薄薄一層，厚度≤70mm，最厚不會(huì )超過(guò)100mm。副窯皮的穩定性很差，會(huì )隨著(zhù)窯生料成分、液相量、有害成分等因素變化發(fā)生漲落，一旦平衡被打破就會(huì )形成異常窯皮。
? ? ? ?2500t/d單系列三級電石渣生產(chǎn)線(xiàn)，回轉窯規格為Φ4.3m×60m，分解爐規格為Φ5800mm+Φ4300mm，年平均日產(chǎn)量2640t/d。檢修以后從窯筒體掃描儀顯示得知，窯尾副窯皮頻繁出現異常，36m～48m副窯皮相對薄些(80mm～200mm)，48m～64m窯皮較厚(200mm～300mm)，48m～64m筒體溫度顯示最低87℃。副窯皮分布異常長(cháng)、厚導致窯內通風(fēng)變差、產(chǎn)量降低，窯尾返料頻繁，嚴重影響熟料的產(chǎn)質(zhì)量和窯的平穩安全、穩定運轉，針對異常窯皮我們進(jìn)行了初步分析并采取一系列措施取得了一定效果。
一、原因分析
? ? ? ?導致窯內窯皮變化的誘導原因是液相量的變化，也就是三率值合理性和有害成分含量多少，次要原因還是歸結于操作上的不匹配和煤粉的不完全燃燒。
? ? ? ?根據水泥熟料三率值的定義，我們知道鋁率(IM)過(guò)低，液相粘度小，雖然對A礦的形成有利，但窯內燒結范圍窄，易使窯內結大塊，對煅燒不利，不易掌握煅燒;而且還知道當硅率(SM)降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利，但SM值過(guò)低，熟料強度低，窯內易結圈、結大塊，操作困難。
? ? ? ?由于電石渣生產(chǎn)線(xiàn)的特殊性質(zhì)，以及為了改善熟料結粒和水泥適應性等多方面因素、經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)摸索總結出三率值為KH：0.910，SM：2.10，IM：1.30，正是這種配料恰恰符合窯內結塊、結蛋、長(cháng)厚窯皮生成的先天條件，加上計量設備精度不準確、配料庫設計缺陷、物料下料流動(dòng)性差等問(wèn)題干擾，導致入窯率值波動(dòng)較大，忽高忽低，導致入窯率值KH、SM連續偏低、偏高現象頻繁出現，當硅、鋁率偏低時(shí)，分解爐溫度控制偏高時(shí)導致入窯生料分解率過(guò)高、液相量過(guò)多、提前出現，由于物料表面形成液相，表面張力小、粘度大，在離心力作用下，易與耐火磚表面或者已形成“窯皮”表面黏結形成窯皮，進(jìn)一步促進(jìn)窯皮的增厚。
二、有害成分影響
? ? ? ?在預分解窯系統中，堿、硫、氯等循環(huán)、富集是伴隨著(zhù)兩個(gè)過(guò)程而發(fā)生，一個(gè)叫做“內循環(huán)”，另一個(gè)叫做“外循環(huán)”。所謂內循環(huán)，是指堿、硫、氯在窯內高溫帶從生料及燃料中揮發(fā)，到達窯系統最低一級預熱器較低溫度區域時(shí)，隨即冷凝在溫度較低的生料上，它們隨著(zhù)生料沉集一起進(jìn)入窯內，形成一個(gè)在預熱器和窯之間的循環(huán)和富集過(guò)程，結皮料中堿、氯、硫的含量要比生料、熟料結皮中的含量高，一方面原因是由于受上游乙炔法工藝條件和周邊原材料選用的影響，導致入窯生料中堿、CI-、SO3含量要比正常企業(yè)高得多。另一方面是與堿、氯、硫在煅燒系統內的往復循環(huán)有關(guān)，
? ? ? ?但是為什么原本在預分解窯系統中堿、硫、氯等有害成分在預熱器系統的循環(huán)凝聚，會(huì )跑到窯尾循環(huán)富集導致窯尾副窯皮的異常和窯尾返料現象發(fā)生。我們知道系統中的堿、Cl-、SO3都是以鹽類(lèi)形式存在，由生料帶入系統的堿、氯、硫的化合物，在窯內高溫帶逐步揮發(fā)呈氣體狀態(tài)，正常窯氣中的硫酸堿和氯化堿凝聚時(shí)，會(huì )以熔態(tài)形式沉降下來(lái)，并與入窯物料和窯內粉塵一起構成黏聚性物質(zhì)，而這種在生料顆粒上形成的液相物質(zhì)薄膜，會(huì )阻礙生料顆粒的流動(dòng)，嚴重時(shí)會(huì )出現返料。我們了解的是堿、Cl-、SO3揮發(fā)的順序首先是堿的氫氧化物，其次是堿的氯化物，最后是堿的硫酸鹽。循環(huán)量多少與揮發(fā)系數有關(guān)，硫的揮發(fā)系數受硫堿比影響，硫堿比的數值愈高，則揮發(fā)系數也愈高。
? ? ? ?氯化堿比硫酸堿鹽更易揮發(fā)。氯離子的存在會(huì )促進(jìn)堿的揮發(fā)，在1450℃下，氯化堿揮發(fā)率幾乎高達99.9%，所以氯離子在水泥熟料中的含量很低。硫、堿的揮發(fā)率則與在高溫帶停留時(shí)間及物料的物理形態(tài)有關(guān)。K2O·23CaO·12SiO2(KC23S12)、Na2O·8CaO·3Al2O3(NC8A3)、K2SO4、Na2SO4、K2O·8CaO·3Al2O3等將存留在熟料中。
? ? ? ?在氧化氣氛下，堿的氫氧化物和氯化物揮發(fā)性較高，而硫酸鹽的揮發(fā)性較低，即：Cl->K2O>SO3>Na2O。
? ? ? ?不同的硫酸鹽揮發(fā)性也不同，在同一溫度下?lián)]發(fā)性：CaSO4>K2SO4>Na2SO4。
? ? ? ?在還原氣氛下，揮發(fā)順序為：Cl->SO2>K2O>Na2O。
? ? ? ? 當窯況出現異常，煙室、分解爐結皮增多時(shí)，窯內通風(fēng)逐漸變差會(huì )使窯內氧分壓的降低，提高CaSO4的分解度，硫酸鹽的揮發(fā)物與來(lái)料、粉塵夾雜在一起，容易集中沉落在窯尾的某一段位置，黏附在耐火磚表面上，形成結皮，揮發(fā)量越多，黏附的物料愈多，結皮也就愈厚，嚴重影響窯的煅燒形成惡性循環(huán)。
三、煤粉影響
? ? ? ?因更換煤磨選粉機轉子未對密封重新調整導致煤粉一度跑粗，最大細度達到了25%，加上蒙煤特有性質(zhì)內水偏高≥6%，容易造成窯頭火焰燃燒速度慢，火焰拉長(cháng)，高溫帶后移，煤粉不完全燃燒，硫的揮發(fā)系數隨窯內局部碳(C)的存在而增加。在窯的上過(guò)渡帶之后，當窯內呈現煤粉不完全燃燒時(shí)，煤灰不均勻地摻人生料，火焰過(guò)長(cháng)，窯后溫度過(guò)高，液相提前出現，部分煤粉落至物料表面上，此時(shí)，物料內的硫酸堿鹽和CaSO4與C作用生成SO2，其方程式如下：
K2SO4+C→K2O+SO2+CO
CaSO4+C→CaO+SO2+CO
? ? ? ?煤灰不均勻地沉降物料中，使物料液相量增加，窯皮厚度增加，當窯況異常時(shí)會(huì )有部分粗顆粒煤粉被風(fēng)拉到窯尾二次燃燒，局部高溫產(chǎn)生大量液相加劇窯皮增長(cháng)、增厚。
四、操作和熱工制度的影響
? ? ? ?(1)在煤粉細度、水分無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)時(shí)，還保持較高窯產(chǎn)量時(shí)，由于窯產(chǎn)量負荷增加，加上操作上窯速的不匹配導致窯內填充率增加、通風(fēng)逐漸降低，造成燃料不完全燃燒、熟料質(zhì)量變差，為保證質(zhì)量用煤量增加，用煤過(guò)多，產(chǎn)生化學(xué)不完全燃燒，使火焰成還原性，由于在燒成帶產(chǎn)生大量CO，使物料中部分氧化鐵被還原成氧化亞鐵，形成FeO·SiO2低熔點(diǎn)的化合物。而FeO·SiO2液相在1100℃左右能促使硅方解石[2(CaO·SiO2)CaCO3]的形成，而硅方解石在1180℃~1220℃形成液相，使燒成帶液相提前出現，將未熔的物料集結在一起形成結皮，加上操作上必然加大排風(fēng)，窯內氣流速度增加，火焰拉長(cháng)，液相提前出現，很容易形成熟料圈和長(cháng)厚窯皮。
? ? ? ?(2)當窯尾窯皮異常時(shí)，通常采取降低分解爐溫度、降低尾溫使窯皮產(chǎn)生收縮，加上低溫物料涌入、沖刷，進(jìn)一步降低窯尾副窯皮溫度使其產(chǎn)生收縮、脫落，將原本在預熱器系統內揮發(fā)的堿性氧化物帶入到窯內，當窯況異常出現游離鈣不合格時(shí)，在未查明原因習慣性操作減料、降窯速，殊不知物料在1450℃的高溫下氯鹽幾乎全部揮發(fā)，同時(shí)將原本固化在熟料里的硫揮發(fā)出來(lái)，加上物料在高溫帶停留時(shí)間的延長(cháng)增加硫、堿的揮發(fā)率，加重窯內有害成分硫、氯的循環(huán)量，導致窯尾副窯皮進(jìn)一步惡化加劇。
? ? ? ?(3)當窯內通風(fēng)不良，窯頭飛砂大、冒正壓時(shí)，個(gè)別操作員為追求產(chǎn)量，在拉大高溫風(fēng)機和窯頭排風(fēng)機無(wú)果的情況下，將篦冷機風(fēng)機閥門(mén)開(kāi)度減小，導致冷卻效果差，二次風(fēng)溫降低，煤粉出現燃燒不完全，煤灰不均勻摻入熟料中，導致窯內局部液相量增大，增加了長(cháng)厚窯皮的幾率。
五、處理措施
? ? ? ?受自身工藝、設備、物料等條件的限制影響，無(wú)法從根本上去除入窯生料中有害成分，只能從其他方面著(zhù)手改善、緩解、降低結皮的產(chǎn)生量。
? ? ? ?(1)要消除或減緩硫對回轉窯煅燒的影響，受上游和原煤資源的影響，減少原燃料中硫的含量不易達到，所以就是從降低硫堿比方面考慮;另一面減少窯內硫酸鹽的揮發(fā)量，也就是降低硫的揮發(fā)系數，具體就是燒成溫度不能過(guò)高、縮短熟料在高溫下的停留時(shí)間。
? ? ? ?(2)保證窯內風(fēng)量增加窯氣中的氧含量，硫的揮發(fā)系數隨窯氣中氧含量的增加而降低。窯內硫的揮發(fā)主要來(lái)自CaSO4，其受熱分解方程式如下：
CaSO4<=>SO2+CaO+1/2O2
? ? ? ?在上述反應方程式中，溫度一定時(shí)，當O2含量增加，物料中的CaO和SO2含量減少，CaSO4含量增加，硫的揮發(fā)系數下降。當O2含量降低時(shí)，物料中的CaO和SO2含量增加，CaSO4減少，揮發(fā)系數增加。硫含量高時(shí)，窯尾廢氣的氧含量應控制在2.5%左右。
? ? ? ?(3)結合實(shí)際情況綜合考慮確定一個(gè)經(jīng)濟合理的產(chǎn)量、質(zhì)量目標，在合理的范圍內，保證窯的一個(gè)快轉率，就是提高窯速采取薄料快燒的方式。將物料快速卸出，縮短熟料停留時(shí)間，減少硫、氯在窯內循環(huán)量。
? ? ? ?(4)調整配料方案合理，提高硅率、降低鋁率，在保證熟料質(zhì)量和物料易燒性好的前提下，配料時(shí)應考慮液相量不宜過(guò)多，液相粘度不宜過(guò)大，控制液相量在24%～26%的合理范圍內。
? ? ? ?(5)一旦窯尾窯皮異常影響到正常運轉時(shí)，保證窯內氧化氣氛、頭煤的完全燃燒和窯內溫度不能過(guò)高，在保證主窯皮完好時(shí)，采用冷熱交替法、通過(guò)調整燃燒器在窯內位置，變換高溫點(diǎn)使窯尾窯皮因溫差產(chǎn)生收縮，如果長(cháng)時(shí)間沒(méi)有好轉就要考慮窯尾結皮進(jìn)行清理。
? ? ? ?(6)當窯尾窯皮長(cháng)而厚，為避免發(fā)生清理窯尾煙室、縮口時(shí)大量物料涌入窯內造成窯尾填充量過(guò)高而出現漏料，應根據現場(chǎng)結皮多少調整清理次數，重點(diǎn)清理窯尾縮口和下料斜坡，保證系統通風(fēng)。
六、結語(yǔ)
? ? ? ?只要合理搭配、調整、使用現有資源，總結經(jīng)驗、系統化規范操作，一定會(huì )減少和消除窯皮異常對窯系統的影響，最終通過(guò)窯內熱工制度的穩定，來(lái)實(shí)現窯系統的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。
? ? ? 鄭州真金公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、國際貿易和技術(shù)服務(wù)于一體的制造型企業(yè)，致力于水泥、石灰、有色冶煉、鋼鐵、玻璃、化工行業(yè)的耐火產(chǎn)品提供、施工及安裝等個(gè)性化服務(wù)。長(cháng)期專(zhuān)注高品質(zhì)耐火材料的研發(fā)與生產(chǎn)，應用于全國31個(gè)省級行政區，并遠銷(xiāo)希臘、韓國、日本、美國等國際市場(chǎng)，產(chǎn)品以其穩定的性能、卓越的品質(zhì)、精湛的工藝得到了用戶(hù)的信任與贊譽(yù)。
? ? ? 鄭州真金公司所生產(chǎn)的鎂鐵尖晶石磚在華新水泥黃石公司萬(wàn)噸生產(chǎn)線(xiàn)第一周期安全運行410天，第二周期安全運行414天，第三周期自2023年1月28日起點(diǎn)火，預計會(huì )有更好成績(jì)。
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