CN114717372B - 一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法，通过在传统铁矿石回转窑出料端的窑头罩上设置粒煤喷枪、空气喷入口、煤气喷入口，在回转窑的窑背上沿长度方向设置5‑6台鼓风机，并将原有窑头烧嘴替换成窑头加热烧嘴，可使回转窑内窑体中段和窑体前段的低温区域温度在烧圈时提高到1100℃以上。由于窑内结圈物料的焙烧温度高于其软熔温度，可使结圈物料软熔后从回转窑的窑壁上脱落，达到铁矿石直接还原回转窑在不熄火的情况下高温快速清除窑内结圈的目的。本方法降低了回转窑窑内结圈物料的清理费用和人工清理结圈物料的劳动强度，大大提高了回转窑设备的生产利用率。

Description

一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法

技术领域

本发明属于回转窑结圈清理领域，具体涉及一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法。

背景技术

回转窑作为铁矿石直接还原的主导工艺，其设备组成主要有：回转窑窑体和耐火材料、出料端窑头烧嘴、焙烧物料出口、入料端铁矿石给料装置、烟气排出口。其中铁矿石给料装置由铁矿石给料斗和螺旋给料器组成，回转窑窑体由筒体和耐火材料组成，窑体内装有焙烧物料，图1为传统铁矿石直接还原回转窑的结构图。铁矿石回转窑直接还原工艺具有大型化、连续化、封闭式的特点，且对原料适应性强、产品质量稳定，但其普遍存在着回转窑的结圈问题，影响回转窑的连续生产。

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窑尾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。

当铁矿石在回转窑内进行氧化焙烧时，窑体的供热负荷全部从出料端的窑头烧嘴供入，生产中为延长窑内高温段的长度，窑头烧嘴的燃料燃烧采用较长的火焰，容易在烧嘴火焰的根部区域出现一个低温区域，在距离出料端10-15m的火焰前端出现高温区域，铁矿石氧化焙烧过程中在高温区域容易产生液相，液相在往出料端方向移动并通过低温区域时，液相产生冷凝就会粘附在窑壁上而出现结圈现象。由于氧化焙烧过程中物料内部属于氧化性气氛，物料的熔点较高，产生液相的温度也较高，物料在温度950-1000℃范围内焙烧时液相比例较低，窑内结圈厚度达到500mm左右需要较长的时间。但在还原性气氛回转窑内，铁矿石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，图2为现有铁矿石直接还原回转窑的窑内结圈示意图。因此，在铁矿石直接还原过程中，与氧化性气氛的铁矿石回转窑相比，铁矿石还原性气氛回转窑更容易在窑内产生结圈。

回转窑结圈物黏附于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焙烧温度对结圈物固结强度的影响如图3所示，结圈物固结强度随温度的升高几乎呈几何级数上升。回转窑生产中内窑内一旦出现结圈，就必须及时处理，而且结圈物变厚之后再经窑内高温固结，处理难度更大。

铁矿石直接还原回转窑结圈物的处理方法有以下几种：1）急冷法。在形成的结圈物上吹入冷风或者水蒸气，结圈物遇冷后会收缩，不同部分结圈物的收缩程度不一样，不均匀的收缩使部分结圈物自动脱落，其存在的问题是对窑体耐火材料的使用寿命影响较大。2）烧圈法。调整回转窑内烧嘴的位置或增加喷吹燃料的用量，使火焰能反复煅烧结圈带，使粘附的结圈物熔化而脱落，其存在的问题是对回转窑的结圈处理很不彻底。3）机械清圈法。采用机械清理结圈物主要有两种：安装刮圈机或用枪射击回转窑内的结圈物，前一种机械方法是在窑头部位安装硬度很高的刮刀并将刮刀的机架安装固定于车轮上，工作时开启电源，使刮刀随车轮的转动进入到窑内进行除圈。这种方法的优点在于不需要停窑可进行结圈物处理，但是要求刮刀材质有非常高的强度和韧性，并且刮圈机和机架会占用窑内很大的空间；后一种机械方法是用枪对结圈物进行扫射，这种方法的不足之处在于清理结圈物时需要停窑，4）人工打圈法。这种方法需回转窑停窑并冷却到常温后，人工进入到回转窑内通过敲砸结圈物，使之脱落后进行清理，这种处理方法需回转窑停产较长时间，且人工清理结圈物的劳动强度很大，并且很容易损伤窑壁耐火材料，只有在其他方法无法清理的情况下才采用此种方法。

发明内容

本发明提供了一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法，目的在于解决目前回转窑结圈难以有效清理的问题。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法，所述回转窑的窑背上间隔设有多组窑背风机，窑背风机的出风口伸入至回转窑内，且出风口朝向回转窑窑尾；回转窑的窑头罩上连接有粒煤喷枪和窑头加热烧嘴，粒煤喷枪和窑头加热烧嘴的头端伸入至回转窑内；窑头罩上还设有贯穿窑头罩的空气喷入口和煤气喷入口；所述清理方法包括以下步骤：

1）发现回转窑结圈严重需要清理时，首先停止从回转窑尾端上料，然后提高回转窑转速将窑内物料快速排出；

2）物料排出后，通过空气喷入口和煤气喷入口分别向回转窑内喷入空气和煤气，空气和煤气在窑内流动过程中混合并燃烧，提高回转窑窑壁上结圈物料的温度；空气压力范围6～60KPa，煤气压力范围6～60KPa，窑气和煤气压力调节范围较大，可使火焰长度在窑内较长范围内进行调整，煤气采用热值7500KJ/Nm³以上的高热值煤气，可使窑内空间温度升高到1300℃左右，加热时间可根据结圈厚度进行调整，当结圈厚度为200mm左右时，一般需要加热8-12h；

3）打开窑头罩上的粒煤喷枪，将粒煤喷吹到窑内的结圈区域，粒煤与窑内的高温烟气接触后温度迅速升高并释放挥发分；开启粒煤落入区域上方的窑背风机，窑背风机鼓入的空气使粒煤迅速燃烧，窑内温度快速升高，将结圈物料的温度提高至1100℃以上；使结圈物料软熔后从回转窑的窑壁上脱落，软熔的结圈物料沉积在回转窑的底部，并在窑体旋转过程中向出料端方向移动；

4）开启回转窑的窑头加热烧嘴，使窑头罩区域和出料端烧嘴火焰根部区域温度达到1100℃以上，达到软熔的窑壁结圈物料以流体的形式流过窑头的高温区域，并从出料端排出。

进一步地，所述粒煤喷枪包括连接于窑头罩上的粒煤喷管，粒煤喷管尾端连接有粒煤流化室，粒煤流化室顶部连接有输送粒煤的螺旋给料器，螺旋给料器顶部连接有粒煤给料斗；粒煤喷管的尾部连接有压缩空气进气管，压缩空气进气管上设有调节阀。

进一步地，所述窑头加热烧嘴采用平焰燃烧方式，烧嘴喷出的火焰呈圆盘形。可使窑头罩区域和出料端烧嘴火焰根部区域温度达到1100℃以上，同时窑头加热烧嘴喷出的圆盘形火焰起到密封窑头、防止冷空气吸入到窑内的作用。

本发明通过在回转窑的窑头罩上设置空气喷入口、煤气喷入口，可使窑内加热的空气和煤气分两股喷入到窑内，空气和煤气在窑内流动过程中一边混合和一边燃烧，实现了煤气在窑内较长区域内的燃烧，可在避免窑内高温区集中的同时，使火焰覆盖的区域窑温达到1100℃以上。

本发明通过在回转窑的窑头罩上设置粒煤喷枪，粒煤通过粒煤给料斗及螺旋给料器后进入到粒煤流化室。在粒煤流化室内，将经过空气调节阀调节后的压缩空气喷吹到流化室内，粒煤在压缩空气的作用下形成气固两相流，气固两相流再通过粒煤喷管喷入到回转窑内。由于粒煤喷枪采用压力较高的压缩空气，可将粒煤在窑内喷吹到距离出料端较远的区域内，粒煤燃烧放出的热量可使窑体的中部区域温度升高到1100℃以上。

本发明将粒煤喷吹到回转窑窑体中部区域后，粒煤与窑内高温烟气及高温物料进行接触，其温度迅速升高并释放出挥发分，挥发分逸出底部料层后进入到窑膛空间内，通过窑背风机往窑内鼓入助燃空气，可使挥发分充分燃烧并向窑内供热，达到提高窑体中部结圈物料温度的目的。

本发明通过在回转窑的窑背上设置5-6台窑背风机，可使回转窑在高温烧圈过程中，根据窑内不同区域结圈厚度及强度的不同，通过调节不同部位窑背风机的供风量，可使窑内料层内部溢出的冶金煤气在窑内不同部位进行燃烧，从而集中对窑内结圈较厚、强度较高的区域进行烧圈，达到对窑内结圈在线快速清理的目的。

本发明的有益效果在于：

（1）当回转窑在生产过程中出现结圈需要清理时，通过排空窑内物料、开启窑头加热烧嘴、粒煤喷枪、空气喷入口、煤气喷入口及窑背上各台风机，可提高窑体中部、窑体后部的温度，使窑内结圈物料高温软熔后从窑壁上脱落，达到窑内结圈物料高温清理的目的；

（2）当回转窑窑内出现结圈需要清理时，可在回转窑不熄火的高温情况下，通过控制窑内不同结圈部位的温度，集中对窑内结圈较厚、强度较高的区域进行高温烧圈，达到对窑内结圈快速清理的目的；

（3）通过窑头加热烧嘴，使窑头罩区域和出料端烧嘴火焰根部区域温度达到1100℃以上，达到软熔的窑壁结圈物料以流体形式流过窑头的高温区域，防止结圈物料粘结在回转窑出口端；

（4）本方法降低了回转窑窑内结圈物料的清理费用和人工清理结圈物料的劳动强度，大大提高了回转窑设备的生产利用率。

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为现有铁矿石直接还原回转窑结圈示意图；

图3为铁矿石在回转窑内焙烧温度对粉矿固结强度的影响；

图4为本发明铁矿石直接还原回转窑结圈的高温清理设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图4所示，一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法，具体步骤如下：

1）物料排尽：回转窑结圈严重需要清理时，首先停止从回转窑尾端上料，然后提高回转窑转速将窑内物料快速排出。

2）结圈预热：物料排出后，通过空气喷入口和煤气喷入口分别向回转窑内喷入空气和煤气，空气和煤气在窑内流动过程中混合并燃烧。空气压力范围6～60KPa，煤气压力范围6～60KPa，窑气和煤气压力调节范围较大，可使火焰长度在窑内较长范围内进行调整，煤气采用热值7500KJ/Nm³以上的高热值煤气，可使窑内空间温度升高到1300℃左右，加热时间可根据结圈厚度进行调整，当结圈厚度为200mm左右时，一般需要加热8-12h。

3）结圈软熔：打开窑头罩上的粒煤喷枪，将粒煤喷吹到窑内的结圈区域，粒煤与窑内的高温烟气接触后温度迅速升高并释放挥发分；开启粒煤落入区域上方的窑背风机，结圈最严重区域窑背风机转速最高，该窑背风机两侧窑背风机转速较低；窑背风机鼓入的空气使粒煤迅速燃烧，窑内温度快速升高，将结圈物料的温度提高至1100℃以上；使结圈物料软熔后从回转窑的窑壁上脱落，软熔的结圈物料沉积在回转窑的底部，并在窑体旋转过程中向出料端方向移动。

4）结圈排出：开启回转窑的窑头加热烧嘴，使窑头罩区域和出料端烧嘴火焰根部区域温度达到1100℃以上，达到软熔的窑壁结圈物料以流体形式流过窑头的高温区域，并从出料端排出。

Claims (1)

1.一种铁矿石直接还原回转窑结圈高温清理方法，其特征在于，所述回转窑的窑背上间隔设有多组窑背风机，窑背风机的出风口伸入至回转窑内，且出风口朝向回转窑窑尾；回转窑的窑头罩上连接有粒煤喷枪和窑头加热烧嘴，粒煤喷枪和窑头加热烧嘴的头端伸入至回转窑内；窑头罩上还设有贯穿窑头罩的空气喷入口和煤气喷入口；所述清理方法包括以下步骤：

1）物料排尽：回转窑结圈严重需要清理时，首先停止从回转窑尾端上料，然后提高回转窑转速将窑内物料快速排出；

2）结圈预热：物料排出后，通过空气喷入口和煤气喷入口分别向回转窑内喷入空气和煤气，空气和煤气在窑内流动过程中混合并燃烧；

3）结圈软熔：打开窑头罩上的粒煤喷枪，将粒煤喷吹到窑内的结圈区域，粒煤与窑内的高温烟气接触后温度迅速升高并释放挥发分；开启粒煤落入区域上方的窑背风机，回转窑的窑背上设置5-6台鼓风机，窑背风机鼓入的空气使粒煤迅速燃烧，窑内温度快速升高，将结圈物料的温度提高至1100℃以上；使结圈物料软熔后从回转窑的窑壁上脱落，软熔的结圈物料沉积在回转窑的底部，并在窑体旋转过程中向出料端方向移动；

所述粒煤喷枪包括连接于窑头罩上的粒煤喷管，粒煤喷管尾端连接有粒煤流化室，粒煤流化室顶部连接有输送粒煤的螺旋给料器，螺旋给料器顶部连接有粒煤给料斗；粒煤喷管的尾部连接有压缩空气进气管，压缩空气进气管上设有空气调节阀；

4）结圈排出：开启回转窑的窑头加热烧嘴，使窑头罩区域和出料端烧嘴火焰根部区域温度达到1100℃以上，达到软熔的窑壁结圈物料以流体形式流过窑头的高温区域，并从出料端排出。