Φ4m×43m短窑窑尾漏料原因的探讨

我厂2000t/d熟料生产线于1992年投产，1999～2000年Φ4m×43m短窑窑尾漏料始终影响着生产。针对此问题，我厂采取了多种措施，使窑尾漏料现象基本消除。现结合窑尾的结构特点来探讨漏料的原因。 

1　窑尾部件结构
　　
由图1所示，窑尾主要部件为托砖环、勺状环、弹簧杠杆式密封装置及窑尾烟室固定环等。
　　

　　图1　窑尾部件结构
　　
1.托砖环；2.勺状环；3.舀料勺；4.弹簧杠杆式密封装置；5.烟室固定环；6.浇注料；7.托盘；8.耐火砖

1.1　托砖环、勺状环
　　
托砖环与回转窑筒体延伸的锥形部分连接，并用来支撑回转窑内的最后一行耐火砖(或浇注料)，设计要求砌砖后的高度为470mm(见图1)。在勺状环与回转窑末端连接的凹部，设舀料勺，它可将由废气流带入勺状环内的物料收集起来，通过回转窑的转动把物料重新倒入窑内。舀料勺由空气来冷却。

1.2　弹簧杠杆式密封装置
　　
窑尾密封主要由窑尾烟室固定环上的固定摩擦圈和一周若干块随窑回转的扇形活动摩擦圈组成来实现。活动摩擦圈由铰链支撑于勺状环延伸的部分，借助于拉力弹簧和杠杆机构，把扇形的活动摩擦圈压向固定摩擦圈上，保持紧密接触。

1.3　烟室固定环
　　
烟室固定环为窑尾烟室同回转窑的交界部分，其环向法兰上装有固定摩擦圈，内部设有空气冷却的托盘，托盘由耐热钢制成，上部浇筑一定斜度的浇注料，由C5下来的物料由此滑入窑内。

2　窑尾漏料的分析
　　
2.1　部分窑尾部件损坏
　　
舀料勺主要是对废气流带进勺状环的物料进行收集，它的收集量是非常有限的。如果托盘和托砖环上的耐火砖发生损坏，入窑物料就会大量进入勺状环内，当物料量远远超过舀料勺的提升量时，便会从密封件处溢出形成窑尾漏料。若是托盘发生损坏，窑尾就会持续漏料，必须停窑进行处理；若是托砖环上的耐火砖发生损坏，窑尾就不一定持续漏料，但耐火砖损坏程度越严重，窑尾相对越易漏料。窑尾漏料量也和窑筒体的上下窜动有关，通常窑筒体下窜比上窜漏料量要多(上下窜动的最大距离为50mm)。例如在2000年8月20日前后，入窑生料量最低减至90t/h时(设计140t/h)，窑尾仍连续漏料，而且当窑筒体窜至下部时，漏料更为严重。22日停窑后检查发现，托砖环上的耐火砖基本损坏，并且托盘也被局部烧坏，经过处理后，窑系统投料量重新恢复至140t/h以上。

2.2　窑尾端物料填充率过高
　　
从这2年的运转中也发现，当窑尾部件完好时，窑尾也存在漏料。主要现象是:①有时仅加减10t/h料量，窑尾就可能出现漏料；②当清理烟室、分解炉下部结皮后，窑尾开始漏料，但基本上在半小时之内又恢复正常，多次观察认为，主要是大量清理的结皮瞬间入窑造成。综合以上现象及前述托砖环上耐火砖损坏造成窑尾漏料的分析，很明显看出窑尾端物料填充率过高是窑尾漏料的实质原因。

2.2.1　窑尾端设计物料最大填充率的计算
　　
由设计的托砖环上耐火砖高度为470mm，计算窑尾端设计物料最大填充率ψ(见图2):
　　

　
因窑内耐火砖厚度为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　窑尾端物料堆积填充率的计算
　　根据回转窑内物料填充率计算公式:
　　ψ=(0.0376×G×α1/2)/(S××γ×n)
式中:
　　G———单位时间内通过某带的物料量，t/h。经取样检测C5下料管入窑物料分解率在90%～95%之间时，入窑物料烧失量在4.3%左右(取4.3%)，窑尾端G=(生料投料量/生料料耗)×(100/(100-4.3))(生料料耗为1.68)；
　　α———物料休止角，入窑生料取35°；
　　S———回转窑的斜度，为2°；
　　Di———回转窑某带的有效内径，窑尾端为3.6m；
　　γ———通过回转窑某带物料的容积密度，入窑生料取1.1t/m3；
　　n———回转窑转速，r/min。
　　那么由上式可以计算不同窑速、不同窑系统投料量时，物料从C5下料管入窑后，在窑尾端堆积的填充率，结果见表1。 

2.2.3　窑尾端物料填充率超过其设计最大填充率的分析 
　　
通过以上分析计算可看出:①当窑速≥2.9r/min时，物料从C5下料管入窑后，在窑尾端堆积的填充率均小于窑尾端设计最大填充率；②当窑系统投料量不变时，窑速越高，窑内物料填充率越低，反之则越高；③仅从C5下料管入窑物料的料量来考虑，窑尾端设计最大填充率的取值是合理的。那么为什么窑尾端物料填充率又会超过其设计最大填充率呢？在窑尾漏料期间，从窑筒体扫描曲线上可以发现窑内主窑皮长度基本上都在25～27m，而在1999年前窑内主窑皮仅在19～23m。同时结合2000年9月25日停窑前后的观察结果:回转窑系统投料量低于140t/h时，窑尾没有漏料现象，而投料量高于140t/h时，窑尾有漏料现象。26日窑内检查测量主窑皮在26m处，其最厚处窑皮达620mm，平均厚度在500mm以上。可以计算停窑前26m处物料在窑内有效内径内的填充率为15.5%，AB的高度为556mm，见图3。 


　　为便于分析问题同时又不影响问题分析的结果，假设图3中的料面DE呈水平状态。于是再进行以下分析:在窑内某一长度距离内，物料的填充率未发生变化时，从窑尾到窑头方向每前移1m，窑内料面高度(料面高度指料面相对于基准水平面的高度)大约会下降3.5cm(因窑筒体有3.5%的斜度)。所以窑运转时，26m处料面高度应为回转窑0～26m内料面的最高点。26m之后，窑内料面高度就可能存在以下3种情况(如图4):①当AC<DE时，在窑尾端堆积形成的料面高度为窑内最高料面点，这时不会造成窑尾漏料；②当AC≥MN时，由于C点料面过高，虽然窑本身转动和斜度的存在，但还会使其后面的物料水平堆积至窑尾端造成窑尾漏料；③当DE<AC<MN时，虽从C点开始物料水平堆积至窑尾端，但不会造成窑尾漏料。经计算，停窑前26m处料面高度AC为1256mm，而MN为1249mm，AC>MN，易造成窑尾漏料。可见窑内窑皮过长过厚是造成窑尾端物料填充率超过其设计最大填充率的原因。同时可以发现上述3种情况中，AM越大，窑尾漏料的可能性就越小。也就是说长径比小的预分解窑要比长径比大的窑尾容易出现漏料。 


　　
1)石灰石的变化对窑皮长度和厚度的影响 
　　
1999年4月在窑系统的运转中，窑筒体前4～7m始终窑皮较薄，筒体温度在300℃以上，而正常为230～280℃，主窑皮长度在25～27m之间波动，而且较厚。物料易烧性好，fCaO低(4月平均0.44%)，窑头用煤量相对较少，窑台产易于提高，但提高后窑尾漏料严重。可是回转窑喷煤管的工艺状况、入窑煤粉质量、煅烧操作及生料的配料均未发生变化(1997年前粘土质原料大多数时间仅用砂页岩配料，1997年后粘土质原料用砂页岩∶烧粘土=1∶1搭配配料，生料易烧性有较大改善，窑皮长度略有延长。熟料率值控制为KH 0.89～0.91，n 2.5±0.1，P1.6±0.1比较合适)。后来在进厂艾矿石灰石中发现萤石，使熟料最低共熔温度降低，液相提前出现，造成窑皮变长增厚。针对这种情况采取适当提高熟料KH值，降低Fe2O3含量，控制窑尾温度等措施，窑系统投料量提高后，窑尾漏料量稍有减少，但仍然存在。1999年10月后开始使用低成本的柳矿石灰石代替部分艾矿石灰石配料，到2001年代替量已增至18%。对减少石灰石含萤石造成的窑尾漏料有明显的缓解作用。 
　　
2)电石渣的使用对窑皮长度和厚度的影响 
　　
1999年6月我厂用电石渣代替部分艾矿石灰石配料煅烧熟料，从电石渣的化学成分来看(见表2)，其有害成分较少，但水分较大(20%以上)而且60%以上为10～50μm颗粒组成的细粉，流动性能差，化学活性较好。起初代替量为3%，又未连续使用，窑系统煅烧基本上没有多大反映。8～9月开始连续使用，代替量提高到6%～10%，配料率值未做调整，电石渣虽然和石灰石搭配入碎石库，但出碎石库入调配库前的搭配比例不容易控制，造成入窑生料成分波动较大，但易烧性仍较好，fCaO较低，窑内窑皮又被拉长，并且窑内大球较多，窑尾漏料严重。如1999年9月7日，电石渣代替石灰石达10%时，投料量仅为130t/h，窑尾还长时间出现漏料现象。2001年6～9月用电石渣(电石渣仅能在每年5～10月使用)代替部分艾矿石灰石配料时，保证电石渣5%的稳定掺量，适当提高熟料KH值后(KH=0.90～0.93)，窑尾基本上无漏料现象。  

3)过渡带耐火材料对窑皮长度和厚度的影响 
　　
1996～1998年窑过渡带主要使用镁铝尖晶石砖，使用周期为6～8个月，1999年至今主要使用AZM耐磨砖，使用周期12个月以上。起初AZM耐磨砖镶砌位置距窑口最近距离为24.2m，1999年1月距窑口23m处出大球，致使该处的镁铝尖晶石砖被磨薄造成红窑，后把AZM耐磨砖镶砌距窑口21.2m处，明显发现该砖的挂窑皮性能优于镁铝尖晶石砖，给窑皮的增长变厚创造了条件。后经生产厂家对该砖的化学成分进行了调整，2000年11月在22.2～27.0m段更换后，取得了较明显的效果。 
　　
4)煅烧操作对窑皮长度和厚度的影响 
　　
在窑系统操作时，窑头喂煤量不宜过多，否则煤粉在烧成带末端不完全燃烧沉积后，易造成窑皮厚度的增加。2000年为鼓励操作员尽量控制窑头喂煤量，制定了煤耗考核办法，有利于窑皮厚度的降低。 
　　
从前述分析可知回转窑窑速越高，窑内物料填充率相应越低，窑尾不易漏料。同时窑速提高后，减少了物料在窑皮上的再粘附，降低了窑皮厚度。我厂在投料量不变的情况的下，窑速降低了0.2～0.3r/min后，2～3个班后窑皮明显增厚，所以回转窑的快转对减少窑尾漏料非常重要。 

3　结论 

　　
1)短窑窑内窑皮过长过厚，使物料产生堆积，导致了窑尾端物料填充率的升高，而窑尾端物料填充率过高又是窑尾漏料的实质原因。 
　　
2)长径比小的预分解短窑，由于窑内物料的堆积，比长径比大的预分解窑易出现窑尾漏料问题。因此短窑窑尾的工艺设计应考虑这一问题。