利用氧枪解决回转窑窑口结圈问题的研究

2018-02-26   作者:佚名   网友评论 0

    回转窑窑口“结圈”是红土镍矿回转窑直还原焙烧的特有现象。要控制结圈高度,防止结圈对窑衬寿命和正常生产造成重大影响。现对窑口结圈解决办法为增加窑口刮刀和用人工氧枪对结圈继续切割。
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  北海诚德镍业有限公司

  前言

  北海诚德镍业有限公司现有1条红土镍矿金属化还原-磁选生产线,包含4座规格为Ф3.6×72m的回转窑,窑体斜度2.5%,窑体转速0.2-1.8r/min[1]。回转窑窑口结圈严重是影响回转窑生产线稳定连续生产的主要因素,也是国内回转窑生产线普遍存在的共性问题,因此解决回转窑窑口结圈问题至关重要[2]。回转窑结圈不但增加工人的劳动强度,而且会破坏窑口耐材,缩短回转窑使用寿命[3]。原先使用窑口刮刀对窑口结圈进行清除,因使用效果有限,且窑口高温对造成刮刀严重损坏,对解决结圈问题没有起到根本性作用。现生产现场采取人工氧枪对窑口结圈进行清除。现场使用的氧枪压力为0.7MPa-0.85MPa,内径为15mm。根据以上信息,可以设计一个固定式氧枪,代替人工氧枪对结圈进行去除。

  1  结圈的成因及危害

  1.1结圈的成因

  物料在窑内煅烧温度是1350℃左右,处于熔融状态。当物料到达窑口时,与窑口冷空气接触后快速降温到1250℃左右,此时物料液相粘度最大,容易黏连在窑口。正常煅烧下结圈可以被烧熔而掉落,但窑口处于冷热交替处,物料黏连在窑口会逐渐冷却形成坚硬的结圈。周而复始,在窑口形成的结圈越来越厚。

  1.2 结圈的危害

  一般来说,一定高度的窑口结圈有利于窑口蓄热,提高金属还原率,但是当结圈超过300mm高时,会严重影响窑内通风,使窑内气流不畅,窑前温度升高,铁水存量变大,对耐材造成磨损严重,窑筒体表面温度也升高,直接影响窑衬的使用寿命。严重影响窑内的热工制度及熟料的产质量。窑尾温度降低、负压上升;窑头负压降低,并频繁出现正压,发生倒烟现象;熟料质量下降,产量不稳定[4]。

  2 氧枪去除结圈原理

  2.1 氧枪去除结圈原理

  窑口结圈层一般控制在200mm高度,当结圈层逐渐生长超过300mm高度时,就需要用氧枪进行去除。窑口结圈层温度为1200℃,利用氧气与结圈层物料中的碳反应,由于结圈层温度高,碳容易跟氧剧烈反应生成二氧化碳同时并放出大量的热,当结圈层与氧气反应点温度达到1400℃左右时候,物料就会熔化掉落,达到清除结圈层的效果。如下图:

 
  图1 氧枪除结圈原理示意图

  2.2 氧枪的布置

  氧枪安装于窑头罩耐材处,安装位置在正上方逆时针旋转16度分布。布置一共9把氧枪,平均每分隔2度布置。氧枪枪嘴离结圈层距离至少50mm,以防结圈层长大对剐蹭到氧枪造成破坏。如下图:

 
 

  2.3 氧枪的结构

  氧枪枪管采用抗冲击和抗拉性能较好的20g碳钢无缝钢管,规格为φ20x3。氧枪枪管外有水冷管对其进行冷却,防止高温破坏氧枪。水冷管采用304不锈钢,防止高温氧化。氧枪工作压力为0.4MPa-0.8MPa,冷却水压力为0.3-0.4MPa。氧枪与外部管道连接全部采用304不锈钢金属软管和快速接头链接,耐高温≥400℃。氧枪枪管结构如下图:

 

 

  2.4 氧气枪嘴结构

  公司网管氧气压力为0.7MPa-0.8MPa,枪嘴口径为8mm,气体流速v=15m/s,根据气体管道内管径计算公式推算:

 

  为了保证氧气足够的穿透力,枪嘴采用聚焦形式,前端呈锥形缩小。枪嘴结构如下图:

 
  图5 枪嘴结构及尺寸

  2.5 氧枪固定座

  氧枪需穿过窑头罩耐材,这时需要氧枪安装座固定在耐材上,氧枪套在氧枪安装座中。安装座材质为Q235。安装座结构图如下:

 

  3  氧气用量的计算

  控制氧气的压力和流量是去除结圈的核心点。压力太低,无法射穿整个结圈层,压力太高,造成氧气的浪费以及引起窑内物料的氧化。

  回转窑工况转速为0.5r/min,经过氧枪10°扇形区域时间为3.33秒。1200℃时矿料的比热c=0.84kJ/(kg*K)

  3.1 热量计算

  氧气充足情况下,碳与氧气反应:

  C+O2=CO2,并放出大量热量。

  矿料堆密度为ρ=m/V=1.7g/cm3,碳含量为5%。

  1千克矿料升温至1400℃需要的热量为:Q△t=cm△t=0.84x1x200=168kJ。1千克矿料中含碳量为50克。根据1千克碳完全燃烧放出的热量Q碳=32825kJ。由于窑口结圈温度高达1200℃,1千克矿料中若有3%的碳与氧气充分反应,30g碳放出的热量Q1=Q碳x3%=984kJ,放出的热量Q1>Q△t,且放出热量远远大于Q△t。综上,可知矿料中若有1.5%的碳与氧气反应,利用矿料中的碳来计算氧气的用量。

……

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