冶金炉窑结瘤原因及解决方案研究

秦国利，孟海平

（宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900）

目前，金属冶炼厂用于生产的窑型有回转窑、套筒竖窑及双膛竖窑，三者生产的矿物活性度均能满足要求。相比其他两种窑型，双膛竖窑由于其占地面积小、投资省、耐材砌筑简单、能耗最低，成为最有潜力的节能型炉窑，许多新建冶炼厂均采用大型双膛竖窑进行生产。

双膛竖窑具有以下几个优点：①采用并流蓄热式原理进行煅烧[1]，热效率高。②产能大。该窑为两个O形窑膛，两个窑膛在煅烧带底部相互连通。相对于双D形窑膛，双O形窑膛可容纳的物料更多，其最大产能可达600t/d。③废气与成品温度低。冶金炉窑离开窑筒的废气温度在70℃～110℃，成品石灰的温度小于130℃。④采用SRT型加料系统。该系统可在矿石煅烧的过程中一次或多次加料，减少了周期转换时间，增加了燃烧时间。⑤两个窑筒的连接通道采用“无拱支撑”耐材结构。

在我公司承接的冶金炉窑项目中，炉窑投产后不久，出现了底部矿物出料抽屉卡死不动无法排料的问题。从检查孔中发现，矿物生了结瘤，见图1。结瘤石灰粘连在一起，造成储存矿物的抽屉无法动作。

1 结瘤的征兆和表现

（1）炉况顺行较差，易出现料尺停滞、崩落、放料后易突然悬料，难以维持正常风压，后期被迫低风压操作，指标日趋恶化。

（3）炉身温度没有大的变化；炉腰温度南边有较大的波动，北边波动较小，东西方向基本维持正常生产的波动范围；炉喉温度变化明显，尤其是南边下降较快。

（4）冶金炉顶气体气压力常出现尖峰，风压波动大。

2 结瘤原因分析

冶炼窑炉结瘤通常有以下几个原因：①待炼物质中杂质偏高。当矿物中SiO2、Al2O3、MgCO3等杂质含量过高时[2]，容易与矿物发生化学反应形成低熔点化合物，从而造成结瘤。②矿物粒度不符合窑型煅烧要求。小粒度矿物偏多，会阻碍窑内气流流动，容易造成气流分布不均，使局部过热而结瘤。③局部煅烧温度过高，会造成结瘤。

该项目窑炉结瘤问题发生后，针对可能的具体原因进行了分析，具体如下：

（1）矿物成分。双膛竖窑对矿物的理化指标要求如下：

表1 矿物质的理化指标

经检化验中心反馈的矿物理化指标如下：

无论度量单位的称谓如何②，人们都是用1来表示一个度量单位，这是数学研究最为基本的概念．虽然度量单位都是人规定，但就度量单位的形成过程而言，大体可以分为两类：一类是通过抽象得到的，是人思维的结果；另一类是借助工具得到的，是人实践的结果．形成过程的不同必然蕴含着思维形式的不同，因此，对于数学教育、特别是对小学数学教育而言，这样划分是必要的．这里分别讨论这两类度量单位的形成过程以及其中蕴含的思维形式，然后再讨论相应的小学数学教学．

表2 实测矿物理化指标

由表2的实测指标可知，生产中的矿物成分满足双膛竖窑的要求，不是产生结瘤的原因。

（2）矿物粒度。双膛竖窑对矿物的粒度要求为：30mm～80mm，其中小于30mm的不大于5%，大于80mm的不大于10%，大于100mm的为0%。

结瘤后，从窑前上料皮带上取料对入窑矿物粒度进行了初步测定。具体方法如下：从窑前上料皮带上取1.5m长一段，将其上面的矿物取出，进行称量，重量为t。然后通过30mm、80mm的筛网进行筛分，筛分后，测量＜30mm矿物的重量为t1，30mm～80mm矿物的重量为t2，大于80mm的矿物重量为t3。分别通过t1/t，t2/t和t3/t确定了矿石的大致粒度分布，结果见表3。

表3 实测矿石粒度分布

虽然入冶金炉窑前，将矿物进行了筛分，但小粒度矿石的仍然偏高。到原料场进行了粗测，＜30mm的矿石占到了17%。小粒度矿石偏多是造成窑内结瘤的原因之一。

（3）炉内燃料的热值波动过大。窑内局部煅烧温度过高，是造成冶金炉窑结瘤的主要原因。小粒度矿物偏多，也是因为造成了窑内气流分布不均，从而局部过热导致结瘤。本项目中，可能导致局部温度过高的另一个原因是炉内燃料的热值波动过大。生产系统设定中，结瘤前是将4000kcal/Nm3输入程序中进行燃料用量的计算。由于燃料热值波动过大，造成恒定值输入计算燃料量的方式不能反映实际的燃料需求量，从而导致局部过热造成结瘤。

图1 燃料热值波动

图1为结瘤前1个月的热值仪实测热值。图中横轴均为热值取值序号（每15min取一次热值）。上半部分纵轴为燃料的热值（kcal/Nm3），红线为计算时输入的热值，蓝线为热值仪实测的热值；下半部分纵轴为热值波动范围与kcal/Nm3的差值。

（4）双膛竖窑喷枪的分布不均匀，也是导致局部过热造成结瘤的原因之一。每个窑膛内插有33支烧嘴。33支喷枪呈环形排列，共分为4个区域：中心区域，内环区域，中环区域和外环区域。各区域喷枪对应面积见表4。

表4 窑膛内喷枪分配计算表

将中心区域与内环区域算作中心部分，则中心部分每支喷枪的对应面积为0.30m2。通过表4的计算结果可知，中心部分的喷枪对应面积小于中环区域与外环区域。在每个喷枪的所需燃料流量一样时，会造成由中心至窑体外壳的温度梯度。

存在温度梯度对窑来说是有利的，可以防止窑壳处的耐材与石灰石发生反应，造成耐材的破坏。但根据生产经验，中心部分与中环、外环区域的偏差控制在15%以内时，窑的运行比较好。

但根据表4的计算结果，中心部分比外环、中环每支喷枪的对应面积小了37%左右。在每支喷枪燃料流量一样的情况下，若保证外围矿物良好煅烧，则容易造成中心部分的矿物燃烧过量而造成结瘤。

3 结瘤判断

该窑型结瘤的判断主要通过以下2中方式进行判断。

（1）通过两个窑膛的压力差判断。正常生产情况下，2个窑膛的压力差应该在5mbar以内。当压差超过10mbar，则可判断窑内结瘤了。

（2）通过出灰抽屉内的温度判断。一般情况下，出灰抽屉内的温度应小于150℃，当温度超过150℃，则可能出现结瘤。

预防：冶金炉窑结瘤的预防，主要从原料质量的控制和工艺参数的调节上进行控制。

（1）原料质量控制：应严格按照矿物的理化指标、粒度等进行采购，并在入窑前进行筛分处理。

（2）注意观察两个窑膛的压力差及出灰抽屉内的温度，当这2个指标超出正常范围时及时进行相关工艺参数的调节，尽可能避免结瘤发生。

4 结论

（1）供应燃料热值与设计值偏差较大时，不能通过恒定热值计算燃料的使用量。

（2）双膛竖窑可以通过调节喷枪上流量孔板的大小，将中心喷枪与中环、外环区域喷枪的燃料流量控制在15%范围内，可减少结瘤问题的发生。

（3）上部炉瘤的产生和炉体下部工作状态密不可分，局部的发展使渣皮动态平衡遭到破坏，是局部结厚和结瘤的根本原因。

（4）处理上部炉瘤的方针应该从精料、烟气流、冷却强度等方面入手。尤其是局部发展致使的烟气流失常，是最应引起长期注意的一个因素。

（5）长期局部发展的炉况应视情况决定治强，尽量避免长时间高强度作业。

（6）除了降料面炸除之外，水击法也是一个好的处理炉瘤的辅助措施，能去除部分炉瘤，还能使剩余粘结物松动。