Φ4m×43m短窯窯尾漏料原因的探討

我廠2000t/d熟料生產線于1992年投產，1999～2000年Φ4m×43m短窯窯尾漏料始終影響著生產。針對此問題，我廠采取了多種措施，使窯尾漏料現象基本消除。現結合窯尾的結構特點來探討漏料的原因。 

1　窯尾部件結構
　　
由圖1所示，窯尾主要部件為托磚環(huán)、勺狀環(huán)、彈簧杠桿式密封裝置及窯尾煙室固定環(huán)等。
　　

　　圖1　窯尾部件結構
　　
1.托磚環(huán)；2.勺狀環(huán)；3.舀料勺；4.彈簧杠桿式密封裝置；5.煙室固定環(huán)；6.澆注料；7.托盤；8.耐火磚

1.1　托磚環(huán)、勺狀環(huán)
　　
托磚環(huán)與回轉窯筒體延伸的錐形部分連接，并用來支撐回轉窯內的最后一行耐火磚(或澆注料)，設計要求砌磚后的高度為470mm(見圖1)。在勺狀環(huán)與回轉窯末端連接的凹部，設舀料勺，它可將由廢氣流帶入勺狀環(huán)內的物料收集起來，通過回轉窯的轉動把物料重新倒入窯內。舀料勺由空氣來冷卻。

1.2　彈簧杠桿式密封裝置
　　
窯尾密封主要由窯尾煙室固定環(huán)上的固定摩擦圈和一周若干塊隨窯回轉的扇形活動摩擦圈組成來實現?；顒幽Σ寥τ摄q鏈支撐于勺狀環(huán)延伸的部分，借助于拉力彈簧和杠桿機構，把扇形的活動摩擦圈壓向固定摩擦圈上，保持緊密接觸。

1.3　煙室固定環(huán)
　　
煙室固定環(huán)為窯尾煙室同回轉窯的交界部分，其環(huán)向法蘭上裝有固定摩擦圈，內部設有空氣冷卻的托盤，托盤由耐熱鋼制成，上部澆筑一定斜度的澆注料，由C5下來的物料由此滑入窯內。

2　窯尾漏料的分析
　　
2.1　部分窯尾部件損壞
　　
舀料勺主要是對廢氣流帶進勺狀環(huán)的物料進行收集，它的收集量是非常有限的。如果托盤和托磚環(huán)上的耐火磚發(fā)生損壞，入窯物料就會大量進入勺狀環(huán)內，當物料量遠遠超過舀料勺的提升量時，便會從密封件處溢出形成窯尾漏料。若是托盤發(fā)生損壞，窯尾就會持續(xù)漏料，必須停窯進行處理；若是托磚環(huán)上的耐火磚發(fā)生損壞，窯尾就不一定持續(xù)漏料，但耐火磚損壞程度越嚴重，窯尾相對越易漏料。窯尾漏料量也和窯筒體的上下竄動有關，通常窯筒體下竄比上竄漏料量要多(上下竄動的最大距離為50mm)。例如在2000年8月20日前后，入窯生料量最低減至90t/h時(設計140t/h)，窯尾仍連續(xù)漏料，而且當窯筒體竄至下部時，漏料更為嚴重。22日停窯后檢查發(fā)現，托磚環(huán)上的耐火磚基本損壞，并且托盤也被局部燒壞，經過處理后，窯系統(tǒng)投料量重新恢復至140t/h以上。

2.2　窯尾端物料填充率過高
　　
從這2年的運轉中也發(fā)現，當窯尾部件完好時，窯尾也存在漏料。主要現象是:①有時僅加減10t/h料量，窯尾就可能出現漏料；②當清理煙室、分解爐下部結皮后，窯尾開始漏料，但基本上在半小時之內又恢復正常，多次觀察認為，主要是大量清理的結皮瞬間入窯造成。綜合以上現象及前述托磚環(huán)上耐火磚損壞造成窯尾漏料的分析，很明顯看出窯尾端物料填充率過高是窯尾漏料的實質原因。

2.2.1　窯尾端設計物料最大填充率的計算
　　
由設計的托磚環(huán)上耐火磚高度為470mm，計算窯尾端設計物料最大填充率ψ(見圖2):
　　

　
因窯內耐火磚厚度為200mm，故R=1800mm
　　H=R-470=1330mm
　　Φ=arccos(H/R)=42.36°
　　M=R×sinΦ=1213mm
　　ψ=〔(2Φ/360)πR2-(2M×H/2)〕/πR2
　　=7.68%
2.2.2　窯尾端物料堆積填充率的計算
　　根據回轉窯內物料填充率計算公式:
　　ψ=(0.0376×G×α1/2)/(S××γ×n)
式中:
　　G———單位時間內通過某帶的物料量，t/h。經取樣檢測C5下料管入窯物料分解率在90%～95%之間時，入窯物料燒失量在4.3%左右(取4.3%)，窯尾端G=(生料投料量/生料料耗)×(100/(100-4.3))(生料料耗為1.68)；
　　α———物料休止角，入窯生料取35°；
　　S———回轉窯的斜度，為2°；
　　Di———回轉窯某帶的有效內徑，窯尾端為3.6m；
　　γ———通過回轉窯某帶物料的容積密度，入窯生料取1.1t/m3；
　　n———回轉窯轉速，r/min。
　　那么由上式可以計算不同窯速、不同窯系統(tǒng)投料量時，物料從C5下料管入窯后，在窯尾端堆積的填充率，結果見表1。 

2.2.3　窯尾端物料填充率超過其設計最大填充率的分析 
　　
通過以上分析計算可看出:①當窯速≥2.9r/min時，物料從C5下料管入窯后，在窯尾端堆積的填充率均小于窯尾端設計最大填充率；②當窯系統(tǒng)投料量不變時，窯速越高，窯內物料填充率越低，反之則越高；③僅從C5下料管入窯物料的料量來考慮，窯尾端設計最大填充率的取值是合理的。那么為什么窯尾端物料填充率又會超過其設計最大填充率呢？在窯尾漏料期間，從窯筒體掃描曲線上可以發(fā)現窯內主窯皮長度基本上都在25～27m，而在1999年前窯內主窯皮僅在19～23m。同時結合2000年9月25日停窯前后的觀察結果:回轉窯系統(tǒng)投料量低于140t/h時，窯尾沒有漏料現象，而投料量高于140t/h時，窯尾有漏料現象。26日窯內檢查測量主窯皮在26m處，其最厚處窯皮達620mm，平均厚度在500mm以上?？梢杂嬎阃８G前26m處物料在窯內有效內徑內的填充率為15.5%，AB的高度為556mm，見圖3。 


　　為便于分析問題同時又不影響問題分析的結果，假設圖3中的料面DE呈水平狀態(tài)。于是再進行以下分析:在窯內某一長度距離內，物料的填充率未發(fā)生變化時，從窯尾到窯頭方向每前移1m，窯內料面高度(料面高度指料面相對于基準水平面的高度)大約會下降3.5cm(因窯筒體有3.5%的斜度)。所以窯運轉時，26m處料面高度應為回轉窯0～26m內料面的最高點。26m之后，窯內料面高度就可能存在以下3種情況(如圖4):①當AC<DE時，在窯尾端堆積形成的料面高度為窯內最高料面點，這時不會造成窯尾漏料；②當AC≥MN時，由于C點料面過高，雖然窯本身轉動和斜度的存在，但還會使其后面的物料水平堆積至窯尾端造成窯尾漏料；③當DE<AC<MN時，雖從C點開始物料水平堆積至窯尾端，但不會造成窯尾漏料。經計算，停窯前26m處料面高度AC為1256mm，而MN為1249mm，AC>MN，易造成窯尾漏料?？梢姼G內窯皮過長過厚是造成窯尾端物料填充率超過其設計最大填充率的原因。同時可以發(fā)現上述3種情況中，AM越大，窯尾漏料的可能性就越小。也就是說長徑比小的預分解窯要比長徑比大的窯尾容易出現漏料。 


　　
1)石灰石的變化對窯皮長度和厚度的影響 
　　
1999年4月在窯系統(tǒng)的運轉中，窯筒體前4～7m始終窯皮較薄，筒體溫度在300℃以上，而正常為230～280℃，主窯皮長度在25～27m之間波動，而且較厚。物料易燒性好，fCaO低(4月平均0.44%)，窯頭用煤量相對較少，窯臺產易于提高，但提高后窯尾漏料嚴重?？墒腔剞D窯噴煤管的工藝狀況、入窯煤粉質量、煅燒操作及生料的配料均未發(fā)生變化(1997年前粘土質原料大多數時間僅用砂頁巖配料，1997年后粘土質原料用砂頁巖∶燒粘土=1∶1搭配配料，生料易燒性有較大改善，窯皮長度略有延長。熟料率值控制為KH 0.89～0.91，n 2.5±0.1，P1.6±0.1比較合適)。后來在進廠艾礦石灰石中發(fā)現螢石，使熟料最低共熔溫度降低，液相提前出現，造成窯皮變長增厚。針對這種情況采取適當提高熟料KH值，降低Fe2O3含量，控制窯尾溫度等措施，窯系統(tǒng)投料量提高后，窯尾漏料量稍有減少，但仍然存在。1999年10月后開始使用低成本的柳礦石灰石代替部分艾礦石灰石配料，到2001年代替量已增至18%。對減少石灰石含螢石造成的窯尾漏料有明顯的緩解作用。 
　　
2)電石渣的使用對窯皮長度和厚度的影響 
　　
1999年6月我廠用電石渣代替部分艾礦石灰石配料煅燒熟料，從電石渣的化學成分來看(見表2)，其有害成分較少，但水分較大(20%以上)而且60%以上為10～50μm顆粒組成的細粉，流動性能差，化學活性較好。起初代替量為3%，又未連續(xù)使用，窯系統(tǒng)煅燒基本上沒有多大反映。8～9月開始連續(xù)使用，代替量提高到6%～10%，配料率值未做調整，電石渣雖然和石灰石搭配入碎石庫，但出碎石庫入調配庫前的搭配比例不容易控制，造成入窯生料成分波動較大，但易燒性仍較好，fCaO較低，窯內窯皮又被拉長，并且窯內大球較多，窯尾漏料嚴重。如1999年9月7日，電石渣代替石灰石達10%時，投料量僅為130t/h，窯尾還長時間出現漏料現象。2001年6～9月用電石渣(電石渣僅能在每年5～10月使用)代替部分艾礦石灰石配料時，保證電石渣5%的穩(wěn)定摻量，適當提高熟料KH值后(KH=0.90～0.93)，窯尾基本上無漏料現象。  

3)過渡帶耐火材料對窯皮長度和厚度的影響 
　　
1996～1998年窯過渡帶主要使用鎂鋁尖晶石磚，使用周期為6～8個月，1999年至今主要使用AZM耐磨磚，使用周期12個月以上。起初AZM耐磨磚鑲砌位置距窯口最近距離為24.2m，1999年1月距窯口23m處出大球，致使該處的鎂鋁尖晶石磚被磨薄造成紅窯，后把AZM耐磨磚鑲砌距窯口21.2m處，明顯發(fā)現該磚的掛窯皮性能優(yōu)于鎂鋁尖晶石磚，給窯皮的增長變厚創(chuàng)造了條件。后經生產廠家對該磚的化學成分進行了調整，2000年11月在22.2～27.0m段更換后，取得了較明顯的效果。 
　　
4)煅燒操作對窯皮長度和厚度的影響 
　　
在窯系統(tǒng)操作時，窯頭喂煤量不宜過多，否則煤粉在燒成帶末端不完全燃燒沉積后，易造成窯皮厚度的增加。2000年為鼓勵操作員盡量控制窯頭喂煤量，制定了煤耗考核辦法，有利于窯皮厚度的降低。 
　　
從前述分析可知回轉窯窯速越高，窯內物料填充率相應越低，窯尾不易漏料。同時窯速提高后，減少了物料在窯皮上的再粘附，降低了窯皮厚度。我廠在投料量不變的情況的下，窯速降低了0.2～0.3r/min后，2～3個班后窯皮明顯增厚，所以回轉窯的快轉對減少窯尾漏料非常重要。 

3　結論 

　　
1)短窯窯內窯皮過長過厚，使物料產生堆積，導致了窯尾端物料填充率的升高，而窯尾端物料填充率過高又是窯尾漏料的實質原因。 
　　
2)長徑比小的預分解短窯，由于窯內物料的堆積，比長徑比大的預分解窯易出現窯尾漏料問題。因此短窯窯尾的工藝設計應考慮這一問題。