CN114480768B - 一种回转窑结圈在线清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种回转窑结圈在线清理方法，通过在传统铁矿石直接还原回转窑出料端窑头罩上设置长行程窑头加热烧嘴，在入料端的窑尾罩上设置铁矿石与残炭的给料斗，在回转窑正常生产过程中需要进行结圈清理时，停止从入料端加入铁矿石及从出料端粒煤的喷入，同时将残炭从给料斗加入到回转窑内，使残炭燃烧放出热量，将窑体中段结圈物加热到软熔温度进行清除；采用长行程窑头加热烧嘴，将窑体前段结圈物加热到软熔温度进行清除，实现回转窑在不排空窑内物料情况下，达到全窑结圈物在线清理的目的，缩短了结圈物清理时间。

Description

一种回转窑结圈在线清理方法

技术领域

本发明属于冶金和矿物工程技术领域，涉及一种回转窑结圈在线清理方法。

背景技术

目前，铁矿石回转窑直接还原工艺为：铁矿石与还原煤经配料和混合后从入料端回转窑铁矿石给料斗加入到窑内，铁矿石在回转窑内旋转过程中不断从入料端往出料端方向流动，铁矿石在流动过程中与逆流而来的高温烟气进行热交换并使其温度升高，铁矿石加热的主要热源是从窑头烧嘴供入的煤气经与空气充分混合后燃烧产生的，煤气在窑内燃烧放出热量的同时会产生一个温度较高的局部高温区。铁矿石在窑内加热升温过程中首先进行干燥、脱除结晶水，并随温度的升高菱铁矿进行分解，当铁矿石温度达到950-1000℃时进入到回转窑的高温焙烧区，还原煤对铁矿石进行直接还原，当铁矿石达到回转窑出料端时，可得到还原率较高的金属化物料，图1为传统铁矿石直接还原回转窑的结构图。

当铁矿石在回转窑内采用煤基进行还原时，从料层内部会逸出大量CO含量为85-90%的冶金煤气，冶金煤气在窑内高温空间与窑背风机鼓入的常温空气混合后燃烧并放出热量，向回转窑内的铁矿石进行供热。由于铁矿石在回转窑的中段和前段较长区域内都进行还原反应，还原反应产出的冶金煤气在窑内与助燃空气在一边混合过程中一边进行燃烧，燃烧放出的热量可满足铁矿石回转窑还原的需要。同时在铁矿石还原过程中，当把Fe₂O₃或Fe₃O₄还原成FeO时，FeO容易与矿石中Si0₂在高温下形成低熔点的铁橄榄石2FeO •SiO₂，当铁矿石在直接还原回转窑内高温区域温度控制在950-1200℃时，铁矿石内部容易产生液相而粘附在窑壁上。

回转窑结圈物粘附在窑内耐火材料上形成一种难处置的环状物，在结圈形成初期，对回转窑的生产影响较小，但随着结圈厚度的逐渐增加，结圈会使窑内横截面积缩小，窑内的烟气、物料在流动过程中受阻程度增加，入料端至结圈部位因辐射传热程度的降低而温度下降，影响物料的焙烧效果，生产操作中为提高窑尾温度又不得不加大供热量，必然会导致回转窑能源的浪费。同时，窑壁结圈后窑内物料停留时间延长且难以排出，物料填充率增加会使设备负荷增大、产能降低。当窑内结圈物料厚度较厚时，窑内热工状况恶化，回转窑的产量和质量下降，要维持正常生产就必须对结圈物进行处理。回转窑频繁地停机除圈，还会造成窑内耐火材料表面形成的固溶体层也会伴随结圈脱落而使耐火材料不断变薄，其抗磨性和耐热性下降，使其更易结圈和损坏而进入恶性循环。

铁矿石直接还原回转窑产生结圈后，当采用机械清圈、人工打圈方法时，都需要在停窑后进行清理，停产时间长、人工消耗大、清理费用高，对生产影响较大；当采用高温下急冷方法清理结圈时，虽然对生产的影响较小，但结圈物料在急冷过程中对窑体的耐火材料损伤较大，同时窑内结圈物料的清理不彻底，清圈质量较差；但当采用高温烧圈方法清理结圈时，需要将结圈物料加热到较高的温度，结圈物料在高温达到软化点后就会变形脱落，达到结圈物料高温烧圈的目的，这种方法虽然对回转窑生产影响较小，但适宜于回转窑结圈较薄的情况，当结圈厚度较厚时，采用这种方法清理很不彻底、清理时间也较长，同时对窑内火焰或高温烟气不能到达的低温区域，其烧圈的温度不能达到物料的软熔温度，就不能对窑内结圈部位进行清理。

在回转窑结圈初期，由于结圈物结构疏松、金属铁含量较低，可通过周期性提高窑内高温区温度进行处理，使结圈初期窑壁黏结性较差的结圈物脱落，起到延缓或消除结圈物的作用；在回转窑结圈中后期，由于结圈物密实、金属铁含量较高，一般需通过急冷法或烧圈法进行处理。急冷法主要利用结圈物中玻璃相和渣相热膨胀系数的不同，通过结圈物的热胀冷缩使其自身产生脆性而从窑壁脱落；烧圈法主要通过适当提高回转窑内温度，使结圈物软熔而脱落。这两种方法存在的问题都不能对回转窑结圈物进行在线清理，且对结圈物清理很不彻底。

本发明针对回转窑在生产中窑内结圈物在形成初期不仅清理难度小，而且可防止窑内的气流、物流走向受阻和低熔点物相的产生，从而限制结圈物的继续长大，为对回转窑结圈物进行在线及彻底清理，发明了一种回转窑结圈在线清理方法。

发明内容

本发明针对铁矿石直接还原回转窑生产中窑内结圈产生初期，不仅清理难度小，而且可防止窑内的气流、物流走向受阻和低熔点物相的产生，为对回转窑结圈物进行在线及彻底清理，采用了一种回转窑结圈在线清理方法。

本发明通过在传统铁矿石直接还原回转窑出料端的窑头罩上设置长行程窑头加热烧嘴，在入料端的窑头罩上设置铁矿石与残炭的给料斗，在回转窑结圈初期需要进行结圈清理时，停止从入料端加入铁矿石，同时将残炭从给料斗加入到回转窑内，残炭在回转窑内移动到窑体中段结圈位置时，其温度达到800℃以上，通过该位置附近的窑背风机往窑内鼓入助燃空气，使高温残炭燃烧并放出热量，可将窑体中段的结圈物加热到软熔温度，结圈物软熔后掉落进行清除；对于窑体前段的结圈物清理，采用长行程窑头加热烧嘴，通过平移小车沿窑长方向的移动，可使窑头加热烧嘴的喷出管在窑内较长范围内进行移动，从而可对窑体前段不同部位的结圈物进行高温焙烧，结圈物加热到软熔温度后掉落进行清除，实现了回转窑在不排空窑内物料的情况下，在生产中达到窑内结圈物在线清理的目的。

本发明铁矿石直接还原回转窑结圈的在线清理的方法，因回转窑内的结圈物主要集中在窑体的中段和前段，具体由以下设备和方法完成：

清理设备：包括设置于回转窑出料端的长行程窑头加热烧嘴，所述长行程窑头加热烧嘴一端设置于平移小车上且连接有空气管道和煤气管道，另一端伸进回转窑内，所述平移小车设于平移轨道上，所述回转窑出料端设有粒煤喷枪，所述回转窑入料端设有给料斗，所述回转窑窑体上设有窑背风机。长行程窑头加热烧嘴的外壁上设有保温材料，保温材料外部浇注有耐火浇注料。窑背风机在回转窑的窑背上沿窑体长度方向均匀设置8-10台，每台窑背风机供风量为总供风量的25~35%，供风压力2-3KPa，窑背风机的吹风口平行于窑体长度方向且吹向窑体后部区域。

清理方法，包括以下步骤：

（1）当回转窑结圈初期需要进行结圈物清理时，停止从入料端加入铁矿石，停止粒煤喷枪的使用，同时将残炭从给料斗加入到回转窑内，为保护粒煤喷枪在窑内高温不产生变形，在粒煤喷枪中吹入少量冷却空气；（2）在回转窑旋转过程中，当残炭移动到窑体中段结圈位置时，此时残炭温度达到800℃以上，通过该位置附近的窑背风机往窑内鼓入助燃空气，使高温残炭进行燃烧并放出热量，将窑体中段的结圈物加热到软熔温度后掉落；（3）对于窑体前段的结圈物清理，采用长行程窑头加热烧嘴，该烧嘴以煤气为燃料，通过平移小车沿窑长方向移动及烧嘴火焰长度的调整，可使窑头加热烧嘴的出口火焰长度覆盖整个窑体前段区域，可对窑体前段不同部位的结圈物进行高温焙烧，结圈物加热到软熔温度后掉落；（4）窑内掉落的软熔结圈物在粒煤喷枪吹入空气的缓慢冷却作用下，软熔结圈物在回转窑旋转的作用下进行造块，最后块状物料从回转窑的出料端排出，实现了回转窑全窑结圈物在线清理的目的；（5）当回转窑内结圈物在线清理达到回转窑生产需要时，恢复从回转窑给料斗加入铁矿石，开启粒煤喷枪的使用，使回转窑转入生产之中。

本发明为对回转窑窑体前段的结圈物清理，采用燃烧高热值煤气的长行程窑头加热烧嘴，烧嘴在窑外的部分位于平移小车上，平移小车底部设有平移轨道，可使烧嘴沿窑长方向水平移动，其移动范围可将烧嘴管口从窑头罩外伸入到窑内5-6m位置，也可将烧嘴管口全部从窑内移出，烧嘴采用热值8000KJ/Nm³以上的煤气，例如焦炉煤气、天然气等，煤气燃烧后烟气温度在1250℃以上。

本发明为防止回转窑内长行程窑头加热烧嘴在窑内高温下长期使用时出现变形及烧坏现象，在烧嘴的外壁上先包扎一层8-10mm厚保温材料，然后在保温材料外部浇注一层耐火浇注料，控制保温材料与耐火浇注料的总厚度为20mm左右。

本发明在回转窑的窑背上沿窑体长度方向均匀设置8-10台窑背风机，每台窑背风机供风量为总供风量的30%左右，供风压力2-3KPa，窑背风机的吹风口平行于窑体长度方向且吹向窑体后部区域。

本发明在回转窑入料端设置的给料斗，既可加入铁矿石，也可加入残炭，同时也可加入铁矿石和残炭经配料混合而成的矿煤混合物。

本发明回转窑在正常生产过程中，窑内高温段的温度都在1000℃以上，当窑内结圈物需要进行在线清理时，从入料端加入的残炭在行进到结圈区域时，其温度达到800-900℃，此时从该部位附近的窑背风机吹入助燃空气时，可使高温残炭进行燃烧，燃烧后产生的烟气温度在1200℃以上，可使该区域窑壁上的结圈物产生软熔并从窑壁上脱落。

本发明当对窑体前段区域结圈物进行在线清理时采用长行程窑头加热烧嘴，该烧嘴火焰长度可在4-9m范围内调整，烧嘴管口可在窑内距离出料端5-6m范围内移动，从而可实现烧嘴火焰覆盖窑体前段的所有区域。当对窑体前段区域结圈物进行在线清理时，通过调整火焰长度、沿窑体长度方向移动烧嘴，可对窑体前段区域不同位置的结圈进行高温集中焙烧，达到在线清理的目的。

本发明在回转窑内结圈物在线清理过程中，从回转窑的入料端加入了残炭，残炭中不含挥发分和焦油，当其温度升高到800℃以上时，才与窑背风机鼓入的空气进行燃烧，向窑内进行供热。

本发明铁矿石直接还原回转窑结圈在线清理的机理：在回转窑结圈物产生初期，结圈物中低熔点物质主要是铁橄榄石，是由FeO和SiO₂形成的2FeO·SiO₂，其熔点为950-980℃。当回转窑中部和前部区域内温度提高到1100℃以上时，可使铁橄榄石得到软化，软化的液相在随回转窑旋转流动过程中，在缓慢降温过程中进行凝固并造块，块状物料从回转窑的出料端排出，达到回转窑结圈物的高温清理目的。

本发明的有益效果：

（1）当回转窑结圈初期需要进行在线清理时，在不排空窑内物料、不停止烧嘴加热的情况下，只需停止铁矿石从入料端加入、停止窑头喷枪的喷煤，采用从入料端给料斗加入残炭的方法，通过窑背风机鼓入助燃空气，可将窑体中段的结圈物进行高温在线清理；采用长行程窑头加热烧嘴，通过调整火焰长度和粗细、烧嘴沿窑长方向的移动，可将窑体前段区域的结圈物进行高温在线清理；

（2）本方法通过回转窑结圈在线清理方法的实施，大大提高了铁矿石回转窑直接还原连续生产时间，使回转窑连续生产时间由6-12天提高到3个月以上。

附图说明

图1为传统铁矿石直接还原回转窑的结构图；

图2为本发明回转窑结圈在线清理设备示意图；

图中：1-回转窑，2-入料端窑头罩，3-给料斗，4-出料端窑头罩，5-窑头烧嘴，6-结圈，7-焙烧物料出口，8-烟气排出口，9-窑背风机，10-耐火材料，11-焙烧物料，12-平移轨道，13-平移小车，14-长行程窑头加热烧嘴，15-空气管道，16-煤气管道，17-粒煤喷枪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种回转窑结圈在线清理方法作进一步说明。

本发明一种回转窑结圈在线清理方法，由以下设备和方法完成：

清理设备：如图2所示，包括设置于回转窑1出料端的长行程窑头加热烧嘴14，长行程窑头加热烧嘴14一端设置于平移小车13上且连接有空气管道15和煤气管道16，另一端伸进回转窑1内，平移小车13设于平移轨道12上，回转窑1出料端设有粒煤喷枪17，回转窑1入料端设有给料斗3，既可加入铁矿石，也可加入残炭，同时也可加入铁矿石和残炭经配料混合而成的矿煤混合物，回转窑1窑体上设有窑背风机9。长行程窑头加热烧嘴14的外壁上设有保温材料，保温材料外部浇注有耐火浇注料。窑背风机9在回转窑1的窑背上沿窑体长度方向均匀设置8-10台，每台窑背风机供风量为总供风量的25~35%，供风压力2-3KPa，窑背风机9的吹风口平行于窑体长度方向且吹向窑体后部区域。

清理方法，包括以下步骤：

（1）当回转窑结圈初期需要进行结圈物清理时，停止从入料端给料3加入铁矿石，停止粒煤喷枪16的使用，同时将残炭从给料斗3加入到回转窑1内，为保护粒煤喷枪16在窑内高温下不产生变形，在粒煤喷枪16中吹入少量冷却空气；

（2）在回转窑旋转过程中，当残炭移动到窑体中段结圈位置时，此时残炭温度达到800℃以上，通过该位置附近的窑背风机9往窑内鼓入助燃空气，使高温残炭进行燃烧并放出热量，可将窑体中段结圈位置的结圈物加热到软熔温度后进行掉落；

（3）对于窑体前段的结圈物清理，采用长行程窑头加热烧嘴14，该烧嘴以煤气为燃料，通过平移小车13沿窑长方向移动及烧嘴火焰长度的调整，可使窑头加热烧嘴14的出口火焰长度覆盖整个窑体前段区域，从而对窑体前段不同部位的结圈物进行高温焙烧，窑体前段结圈位置的结圈物加热到软熔温度后进行掉落；

（4）窑内掉落的软熔结圈物在粒煤喷枪16吹入空气的缓慢冷却作用下，软熔结圈物在回转窑1旋转的作用下开始造块，最后块状物料从回转窑的出料端排出；

（5）当回转窑内的结圈物在线清理达到回转窑1生产需要时，恢复回转窑从入料端加入铁矿石、开启粒煤喷枪16的使用，使回转窑1转入生产之中。

Claims (2)

1.一种回转窑结圈在线清理方法，由以下设备和方法完成：

清理设备：包括设置于回转窑出料端的长行程窑头加热烧嘴，所述长行程窑头加热烧嘴一端设置于平移小车上且连接有空气管道和煤气管道，另一端伸进回转窑内，所述平移小车设于平移轨道上，所述回转窑出料端设有粒煤喷枪，所述回转窑入料端设有给料斗，所述回转窑窑体上设有窑背风机；

清理方法，包括以下步骤：

（1）当回转窑结圈初期需要进行结圈物清理时，停止从回转窑入料端的给料斗加入铁矿石，停止粒煤喷枪的使用，同时将残炭从给料斗加入到回转窑内，在粒煤喷枪中吹入冷却空气；

（2）在回转窑旋转过程中，当残炭移动到窑体中段结圈位置时，残炭温度达到800℃以上，通过该位置附近的窑背风机往窑内鼓入助燃空气，使高温残炭进行燃烧并放出热量，窑体中段的结圈物加热到软熔温度后掉落；

（3）对于窑体前段的结圈物清理，采用长行程窑头加热烧嘴，该烧嘴以煤气为燃料，通过平移小车对其沿窑长方向移动，使长行程窑头加热烧嘴的出口火焰长度覆盖整个窑体前段区域，对窑体前段不同部位的结圈物进行高温焙烧，结圈物加热到软熔温度后掉落；

（4）窑内掉落的软熔结圈物在粒煤喷枪吹入空气的缓慢冷却作用下，软熔结圈物在回转窑旋转的作用下进行造块，最后块状物料从回转窑的出料端排出；

（5）当回转窑内结圈物在线清理达到回转窑生产需要时，恢复从回转窑给料斗加入铁矿石，开启粒煤喷枪的使用，使回转窑转入生产之中。

2.根据权利要求1所述的一种回转窑结圈在线清理方法，其特征在于：窑背风机在回转窑的窑背上沿窑体长度方向均匀设置8-10台，每台窑背风机供风量为总供风量的25~35%，供风压力2-3kPa ，窑背风机的吹风口平行于窑体长度方向且吹向窑体后部区域。

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