CN114854922B - 一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对含铁物料直接还原回转窑生产中窑内产生的结圈，采用了一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，通过在回转窑外壁沿窑长方向设置多个测温点确定窑内结圈位置，在供风结构维持投料时状态下，点燃设置在窑头罩上的窑头烧嘴、使用设置在回转窑窑头罩上的粒煤喷枪喷煤，采取窑尾投料改用焦炭置换含铁物料方式，及粒煤喷吹到窑内结圈位置的方法，对窑内结圈物料进行高温加热，当窑内结圈物料的加热温度高于其软化温度时，可使结圈物料软化后从回转窑的窑壁上脱落，掉落到碳层内，随着回转窑的转动随残碳从窑口排出。本发明达到了含铁物料直接还原回转窑窑内出现结圈时，在不停产的情况下对窑内的结圈物料进行快速清除的目的。

Description

一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法。

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、耐火材料、窑头罩、窑尾罩、粒煤喷枪、空气喷枪、窑头烧嘴、窑背风机、窑头出料设备、窑尾加料设备组成，窑体内装有焙烧物料，图1为传统含铁物料直接还原回转窑的结构示意图。含铁物料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，影响回转窑的连续稳定生产。

目前，含铁物料回转窑直接还原生产工艺为：含铁物料与还原煤经配料和混合后从窑尾给料斗加入到窑内，含铁物料在回转窑转动过程中不断从入料端往出料端方向移动，含铁物料在移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，含铁物料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。含铁物料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，当含铁物料焙烧温度达到950-1000℃时进入到回转窑的高温焙烧区，采用还原煤对含铁物料进行直接还原，当含铁物料达到回转窑出料端时，可得到还原率较高的金属化物料。当以煤气燃烧为主导的供热曲线偏离正常控制范围时会引起窑温曲线偏离控制范围，从而引起料温曲线偏离正常控制范围，进而导致物料软熔粘结甚至结圈。

在含铁物料采用煤基还原时，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中与窑背风机鼓入的常温空气混合后燃烧并放出热量，对回转窑内的含铁物料进行供热。由于含铁物料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含铁物料回转窑直接还原的需要。同时在含铁物料还原过程中，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，当含铁物料在直接还原回转窑内高温区域温度控制在950-1200℃时，含铁物料内部容易产生液相而粘附在窑壁上，图2为现有含铁物料直接还原回转窑的窑内结圈示意图。因此，在含铁物料直接还原过程中，煤基还原回转窑更容易在窑内产生结圈。

回转窑产生结圈后，结圈物料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、物料在移动过程中受阻程度增加，影响物料的焙烧质量和产量。

含铁物料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，不同部分结圈物不均匀的收缩使部分结圈物自动脱落。（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，而且会“此消彼长”。（3）机械清圈法。常见的有安装刮圈机的方法，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。（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，此法需回转窑停产较长时间，且人工清理的劳动强度很大，并且很容易损伤窑壁耐火材料。（5）进少量碳置换含铁物料间断洗窑法。这种方法用碳置换窑内铁料，边置换边烧，可以有效将回转窑中段及其前后粘料清洗掉，但存在问题是极易将洗掉的软熔料再次粘到窑头前段位置，洗窑不能连续进行，结圈清理效率低下。

发明内容

本发明针对含铁物料直接还原回转窑生产中窑内产生的结圈，当采用高温烧圈方法、进少量碳置换含铁物料方法清理结圈时存在着清理不彻底、窑头火焰或高温烟气不能到达的低温区域不能清理该区域结圈的问题，提供了一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法。

本发明一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法设备组成主要有：回转窑窑体、耐火材料、窑头罩、窑尾罩、粒煤喷枪、空气喷枪、窑头烧嘴、窑背风机、窑头出料设备、窑尾加料设备、重力沉降室、旋风除尘器、U型管冷却器、布袋除尘器、引风机、夹套冷却装置、波状挡边带式输送机、干选机。其中回转窑窑体包括测温传感器，窑尾加料设备包括上料皮带、窑尾入料溜管，粒煤喷枪由粒煤加料斗、定量给料机、粒煤喷管、罗茨风机组成，窑头烧嘴包括煤气烧嘴、助燃鼓风机，窑头出料设备包括篦子、溜槽，空气喷枪包含有罗茨鼓风机。本发明的具体步骤如下：

1）结圈监测：上位机实时扫描并获取各测温传感器测量的温度，然后绘制温度曲线；温度曲线的横坐标为各温度传感器的位置距离，纵坐标为温度值；根据温度曲线的变化监测回转窑内的结圈情况；温度曲线上某处温度大幅低于两侧温度值时，而随后的测温点又出现温度回升现象时，说明该温度低点处温度传感器对应的回转窑内壁出现结圈情况；

2）研判结圈情况：停窑观察温度低点处回转窑的结圈情况，当确定窑壁结圈、粘结现象不影响生产时，可继续正常生产；当观察到结圈严重并影响正常生产，需对结圈进行清理；

3）结圈初步清理：窑尾停止投含铁物料，改由从窑尾投入焦炭，供风结构维持原有状态不变；窑头烧嘴点火燃烧，粒煤喷枪将粒煤喷吹至窑内结圈位置，对窑内结圈物料进行高温加热；当窑内结圈物料的温度上升至高于其软化温度时，结圈物料软化并从回转窑的窑壁上脱落，落至回转窑窑底的碳层内；软化的结圈物料与落点位置的残碳接触并高温气化接触位置的残碳，气化物对软化的物料进一步还原，软化结圈的表面形成坚硬的铁壳，随着回转窑的转动与残碳一同从窑口排出；

窑尾连续投入焦炭，当窑口排出的物料中金属化物料大幅减少并趋于稳定，说明金属化物料已置换完毕，初步完成结圈清理；

4）结圈二次清理：再次通过上位机监测窑体外壁温度，观测温度曲线，并停窑判断窑内结圈、粘结情况；当局部位置还有粘结料需要清理时，在窑尾连续投入焦炭的情况下，增大空气喷枪开合度、增大窑头烧嘴风量，以提高结圈区域温度继续清理；结圈清理彻底或清理到不影响正常生产时，窑尾停止投入焦炭，重新投入铁物料转入正常生产；

5）结圈后续处理：结圈从回转窑排出后进入夹套冷却装置，冷却后由输送机送入干选机完成金属化物料与非金属化物料的分选。

本发明回转窑窑内结圈物料位置的确定原理：回转窑窑内在无结圈的情况下，窑体内壁将其接受的热量沿筒壁内部的耐火材料向外进行传导，回转窑窑体外表面的温度就会升高，一般窑内温度越高，窑体外表面的温度也就越高，通过回转窑窑体外表面高温段沿窑长方向多点温度的检测，就可绘制出窑体外表面温度沿窑长方向的分布曲线，其曲线在窑内无结圈的情况下是一条平稳光滑曲线，但当窑内出现结圈情况时，结圈物料附着在窑筒内壁上就阻碍了窑内该区域热量的向外传递，其该区域窑体外壁的温度就会降低，从而使该区域沿窑长方向检测的温度先出现降低随后又回升到原来温度水平的情况，根据最低温度所对应的测温点位置就可确定窑内结圈物料的位置。

本发明含铁物料直接还原回转窑结圈物料高温清理的机理：在回转窑结圈物料中，低熔点的铁橄榄石形成主要是由于FeO和SiO₂在高温下结合形成了2FeO.SiO₂，其熔点为950～980℃。即以铁橄榄石为主体的低熔点物质在局部高温处熔融，并以液态形式附着在温度相对较低的窑壁上逐步冷却所致。在回转窑的中部和前部区域内温度达到1100℃以上时，可使铁橄榄石软化、液化。当液化的铁橄榄石掉落到窑里碳层内时，铁橄榄石接触到碳层后开始气化碳，产生的CO使铁橄榄石表层的FeO还原成单质Fe，提高了软化铁橄榄石为主物料的金属化率，在铁橄榄石外表形成坚硬的外壳，在随回转窑旋转过程中，从回转窑的出料端排出，达到回转窑结圈物料的高温清理目的。

本发明置换含铁物料所采用的焦炭，也可采用从回转窑排出的还原物料中干选出来的非磁物料（即“残碳”），要求粒度为20mm以下、固定碳74%以上。

本发明从回转窑出料端喷入的粒煤为高挥发分煤，煤的粒度为5-20mm、固定碳含量45%左右、挥发分含量在48%左右。具体范围为固定碳含量40-50%、挥发分含量在45-50%。

本发明粒煤喷枪的固气比为0-3kg/Nm3，喷吹空气采用罗茨鼓风机供风，供风压力在20-110KPa范围内可调，喷吹的粒煤沿窑长方向可覆盖回转窑的高温段区域。

本发明空气喷枪采用罗茨鼓风机供风，供风压力在30-120KPa范围内可调。

本发明含铁物料为含铁量为25%以上的铁矿石、冶金尘泥、酸洗污泥、有色冶炼渣或赤泥。

本发明的有益效果在于：

1.通过在回转窑窑体的外表面沿窑长方向每隔一定的距离设置多个测温点，采用测温传感器对每一个测温点的温度进行检测，通过上位机绘制温度曲线，通过温度曲线的变化准确确定窑内结圈、窑壁粘结物料位置；

2.在回转窑正常生产期间，对测温传感器所测温度进行跟踪对比，当出现某一点的反馈温度数值持续降低时，需要停窑进行观察确认，可以进一步判断窑内结圈、窑壁粘结物料情况；

3.当确定窑内有结圈、窑壁粘结物料现象后，可采取窑尾停止投含铁物料，改由焦炭置换含铁物料并逐步在通窑布上的方式，从窑尾投入焦炭，窑头烧嘴点火燃烧、粒煤喷枪喷出的粒煤喷吹到窑壁粘结位置的方法，对窑内结圈、窑壁粘结物料进行高温加热使其软化、脱落，脱落料落到焦炭堆里，进一步气化还原后随着回转窑的转动随残碳从窑口排出，防止软化的结圈粘结于窑壁底部，无法顺利排出；达到洗掉窑内结圈、窑壁粘结物料的目的；

4.当窑内局部位置还有结圈、窑壁粘结物料需要清理时，在窑尾连续投入焦炭的情况下，可采用调节空气喷枪开度大小、窑头烧嘴风大小提高该区域热负荷继续清洗，达到对结圈、窑壁粘结物料进一步软熔、清洗的目的。

附图说明

图1为传统含铁物料直接还原回转窑的结构示意图；

图2为现有含铁物料直接还原回转窑的窑内结圈示意图；

图3为本发明回转窑窑内结圈位置确定及连续清理部分装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，所述回转窑的窑头罩上设有粒煤喷枪、空气喷枪和窑头烧嘴，粒煤喷枪、空气喷枪和窑头烧嘴的头端均穿过窑头罩伸入至回转窑内；回转窑的外侧沿回转窑长度方向设有若干间隔分布的测温传感器，测温传感器用于测量回转窑外壁的温度，各测温传感器信号连接上位机；所述清理方法包括以下步骤：

1）结圈监测：上位机实时扫描并获取各测温传感器测量的温度，然后绘制温度曲线；温度曲线的横坐标为各温度传感器的位置距离，纵坐标为温度值；根据温度曲线的变化监测回转窑内的结圈情况；温度曲线上某处温度大幅低于两侧温度值时，说明该温度低点处温度传感器对应的回转窑内壁出现结圈情况。

2）研判结圈情况：停窑观察温度低点处回转窑的结圈情况，当确定窑壁结圈、粘结现象不影响生产时，可继续正常生产；当观察到结圈严重并影响正常生产，需对结圈进行清理。

3）结圈初步清理：窑尾停止投含铁物料，改由从窑尾投入焦炭，供风结构维持原有状态不变；窑头烧嘴点火燃烧，粒煤喷枪将粒煤喷吹至窑内结圈位置，对窑内结圈物料进行高温加热；当窑内结圈物料的温度上升至高于其软化温度时，结圈物料软化并从回转窑的窑壁上脱落，落至回转窑窑底的碳层内；软化的结圈物料与落点位置的残碳接触并高温气化接触位置的残碳，气化物对软化的物料进一步还原，软化结圈的表面形成坚硬的铁壳，随着回转窑的转动与残碳一同从窑口排出；

窑尾连续投入焦炭，当窑口排出的物料中金属化物料大幅减少并趋于稳定，说明金属化物料已置换完毕，初步完成结圈清理。

4）结圈二次清理：再次通过上位机监测窑体外壁温度，观测温度曲线，并停窑判断窑内结圈、粘结情况；当局部位置还有粘结料需要清理时，在窑尾连续投入焦炭的情况下，增大空气喷枪开合度、增大窑头烧嘴风量，以提高结圈区域温度继续清理；结圈清理彻底或清理到不影响正常生产时，窑尾停止投入焦炭，重新投入铁物料转入正常生产。

5）结圈后续处理：结圈从回转窑排出后进入夹套冷却装置，冷却后由输送机送入干选机完成金属化物料与非金属化物料的分选。

Claims (6)

1.一种回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，所述回转窑的窑头罩上设有粒煤喷枪、空气喷枪和窑头烧嘴，粒煤喷枪、空气喷枪和窑头烧嘴的头端均穿过窑头罩伸入至回转窑内；回转窑的外侧沿回转窑长度方向设有若干间隔分布的测温传感器，测温传感器用于测量回转窑外壁的温度，各测温传感器信号连接上位机；所述清理方法包括以下步骤：

1）结圈监测：上位机实时扫描并获取各测温传感器测量的温度，然后绘制温度曲线；温度曲线的横坐标为各温度传感器的位置距离，纵坐标为温度值；根据温度曲线的变化监测回转窑内的结圈情况；温度曲线上某处温度大幅低于两侧温度值时，说明该温度低点处温度传感器对应的回转窑内壁出现结圈情况；

2）研判结圈情况：停窑观察温度低点处回转窑的结圈情况，当确定窑壁结圈、粘结现象不影响生产时，可继续正常生产；当观察到结圈严重并影响正常生产，需对结圈进行清理；

3）结圈初步清理：窑尾停止投含铁物料，改由从窑尾投入焦炭，供风结构维持原有状态不变；窑头烧嘴点火燃烧，粒煤喷枪将粒煤喷吹至窑内结圈位置，对窑内结圈物料进行高温加热；当窑内结圈物料的温度上升至高于其软化温度时，结圈物料软化并从回转窑的窑壁上脱落，落至回转窑窑底的碳层内；软化的结圈物料与落点位置的残炭接触并高温气化接触位置的残炭，气化物对软化的物料进一步还原，软化结圈的表面形成坚硬的铁壳，随着回转窑的转动与残炭一同从窑口排出；

窑尾连续投入焦炭，当窑口排出的物料中金属化物料大幅减少并趋于稳定，说明金属化物料已置换完毕，初步完成结圈清理；

4）结圈二次清理：再次通过上位机监测窑体外壁温度，观测温度曲线，并停窑判断窑内结圈、粘结情况；当局部位置还有粘结料需要清理时，在窑尾连续投入焦炭的情况下，增大空气喷枪开合度、增大窑头烧嘴风量，以提高结圈区域温度继续清理；结圈清理彻底或清理到不影响正常生产时，窑尾停止投入焦炭，重新投入铁物料转入正常生产；

5）结圈后续处理：结圈从回转窑排出后进入夹套冷却装置，冷却后由输送机送入干选机完成金属化物料与非金属化物料的分选。

2.根据权利要求1所述的回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，所述步骤3）中，置换含铁物料可采用从回转窑排出的还原物料中干选出来的残炭，残炭的粒度为20mm以下，固定碳在74%以上。

3.根据权利要求2所述的回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，所述粒煤喷枪喷出的粒煤为高挥发分煤，煤炭的粒度为5-20mm、固定碳含量40-50%、挥发分含量在45-50%。

4.根据权利要求3所述的回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，所述粒煤喷枪的固气比为0-3kg/Nm³。

5.根据权利要求4所述的回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，所述粒煤喷枪喷吹空气采用罗茨鼓风机供风，供风压力为20-110kPa，喷吹的粒煤沿窑长方向可覆盖回转窑的高温段区域。

6.根据权利要求5所述的回转窑含铁物料结圈位置确定及直接还原连续清理方法，其特征在于，回转窑含铁物料为含铁量25%以上的铁矿石、冶金尘泥、酸洗污泥、有色冶炼渣或赤泥。

Images