煅燒鎂砂用高溫油豎窯的操作技術(shù)

煅燒鎂砂用高溫油豎窯的操作技術(shù)楊為振（山東中博先進(jìn)材料股份有限公司，淄博）摘要高溫油豎窯是目前煅燒鎂砂比較先進(jìn)的設(shè)備，本文詳細(xì)論述了煅燒鎂砂油豎窯的操作技術(shù)及生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及其產(chǎn)生原因，提出了解決方法，并指出了煅燒鎂砂用高溫油豎窯的發(fā)展方向是超高溫及實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化控制。關(guān)鍵詞油豎窯操作技術(shù)鎂砂近20年來，我國(guó)利用天然菱鎂礦，采用高溫豎窯煅燒工藝，生產(chǎn)出MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%-98%的天然鎂砂，使我國(guó)鎂質(zhì)耐火材料水平有了很大提高。如今遼南地區(qū)有10余座高溫油豎窯在運(yùn)行，還有一些廠家正在積極籌建高溫油窯。本文作者根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，較詳細(xì)地論述油豎窯的操作技術(shù)及生產(chǎn)中常出現(xiàn)的的問題及原因，并提出解決方案程，這為正確進(jìn)行油窯操作提供了良好借鑒，對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量鎂砂具有重要實(shí)際指導(dǎo)意義。1、油豎窯的技術(shù)操作要點(diǎn)1.1油豎窯的點(diǎn)火及升溫油豎窯從冷態(tài)點(diǎn)火升到高溫穩(wěn)定這一變化過程，必須按其升溫原理，對(duì)各參數(shù)及時(shí)適當(dāng)由小到大的加以調(diào)整，才能盡快達(dá)到升溫目的。點(diǎn)火時(shí)必須將燒結(jié)鎂砂墊入窯內(nèi)至油槍下100mm處為止，先期用易燃的柴油點(diǎn)火，經(jīng)過一段時(shí)間后切換成重油，開排煙機(jī)，開一次風(fēng)，開計(jì)量泵，給正常油量的1/2油量。此時(shí)不急于加料，火焰在料面以上燃燒，其燃燒狀態(tài)易觀察，可控制燃燒完全均勻。6-8h后每次加料500mm，等料面燒紅再加第二層，使燃油總能噴到高溫的物料中，得以迅速氣化燃燒。物料加至油槍以上2m時(shí)再開二次風(fēng)機(jī)，風(fēng)量不易過大，以正常量的1/3為宜，同時(shí)可間斷，慢速開動(dòng)出爐機(jī)將出窯物料再返入窯中，直至裝滿窯才能連續(xù)開動(dòng)出爐機(jī)。2d后出窯速度要比正常生產(chǎn)時(shí)快10%。采用此方案從點(diǎn)火算起,3-4d可生產(chǎn)出合格鎂砂。1.2保證迅速燃燒條件提高油豎窯窯溫應(yīng)該是在保證供熱量大于消耗熱量的前提下，使燃油迅速完全燃燒，只有這樣才能使燃燒熱量集中在燒結(jié)帶，才能使燒結(jié)帶的溫度升高。如果不能有效供熱量，即使能達(dá)到完全燃燒的話，豎窯的溫度也上不來，則容易造成燒結(jié)帶拉長(zhǎng)，預(yù)熱、冷卻帶溫度偏高等不正?，F(xiàn)象。1.21持續(xù)的高溫狀態(tài)在正常運(yùn)行的窯爐中，窯溫越高，燃油被氣化的速度就越快，燃燒就越迅速，燃燒能力也越易發(fā)揮出來，高溫區(qū)也就越集中，熱損失相對(duì)越少。相反，窯溫低，燃油氣化的速度就慢，燃燒的速度也慢。如果不進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪驼{(diào)整，就易出現(xiàn)兩頭溫度過高的現(xiàn)象。所以，窯溫偏低時(shí)給油量要相對(duì)減少，隨窯溫的增加而逐漸緩慢的增加，直至達(dá)到正常。1.2.2助燃風(fēng)的溫度及風(fēng)量助燃風(fēng)的高溫有助于燃燒，并提高窯的煅燒溫度，目前還沒有對(duì)一次助燃風(fēng)加溫的方法，只研究怎樣提高二次助燃風(fēng)的風(fēng)溫，在油豎窯提溫的過程中加快出料也正是為了這一目的。出料加快，出料溫度相應(yīng)提高，二次助燃風(fēng)溫也相應(yīng)提高。同時(shí)對(duì)出窯的高溫物料可反加到窯內(nèi)（指提溫過程），既使窯溫得到迅速提高又避免使熱量被物料帶走，待投入生料正常生產(chǎn)時(shí)再將出料速度降至正常。另一個(gè)辦法是，在冷卻帶末端放散掉一部分熱風(fēng)，使進(jìn)入燒成帶熱風(fēng)量相對(duì)減少，熱風(fēng)溫度相應(yīng)增加，2種方法都能對(duì)迅速燃燒起到積極作用。一般而言，為了強(qiáng)化熱交換和降低出料溫度，助燃風(fēng)量都遠(yuǎn)大于理論值，過剩系數(shù)達(dá)1.8以上。為了減少過量風(fēng)進(jìn)入燒成帶影響煅燒溫度，還要有足夠的風(fēng)使物料冷卻下來，在冷卻帶與燒結(jié)帶聯(lián)接下端設(shè)熱風(fēng)放散孔，把多余的熱風(fēng)放散掉，使足夠的高溫助燃風(fēng)進(jìn)入燒結(jié)帶參與燃燒。除了要有足夠的高溫二次風(fēng)外，還要有足夠的一次風(fēng)量和風(fēng)壓。因此，一次風(fēng)采用空壓風(fēng)氣化燃燒系統(tǒng)的總管風(fēng)壓要達(dá)到0.1-0.15MPa，一次風(fēng)量占燃燒總風(fēng)量的30%-40%。1.2.3燃燒空間要迅速達(dá)到完全燃燒，必須有足夠的燃燒空間，燃油能在一次助燃風(fēng)的作用下，均勻地分布在橫斷面的物料空間內(nèi)燃燒，因此要做到凈料入窯，保證粒度小于10mm的物料不能入窯。這樣就保證了燃燒所需的必要空間。另外，入窯物料的粒度要盡量大小均勻，這也是增加燃燒空間的一個(gè)重要因素。另外投入生料也會(huì)增加燃燒空間，因?yàn)樯显谌紵^程中會(huì)產(chǎn)生40%以上的體積收縮，使燃燒空間增加，新點(diǎn)窯時(shí)，盡量晚投料，空窯提問也是這個(gè)道理。同一排油槍必須均勻供油，這是保證迅速、完全、均勻燃燒必不可少的條件。如果同一排燒嘴有的噴油量大，有的噴油量小，就使得窯內(nèi)溫度在橫向、縱向上分布很不均勻，盡管總的供油量是合適的，但仍不能形成均勻高溫，在實(shí)際生產(chǎn)中因此造成物料體積密度不合格的現(xiàn)象是經(jīng)常出現(xiàn)的。1.3各參數(shù)的確定及客觀反應(yīng)達(dá)到正常。首先要確定的就是窯的產(chǎn)量，即出窯量，以此為基礎(chǔ)來調(diào)整其他參數(shù)。出窯量的多少一般是根據(jù)豎窯的容積和利用系數(shù)/而確定的，就目前高溫豎窯講，窯的利用系數(shù)一般為???；其次就是耗油量，高溫鎂砂豎窯油耗一般在50-60kg/t,油量的多少要根據(jù)物料的性質(zhì)而定，MgO含量高,C/S大，物料的活性差，球坯密度低，以及難燒結(jié)物料就要多一點(diǎn)油耗。此外，還要根據(jù)窯爐的自然狀況而定，窯爐整體性好，不串風(fēng)，不漏風(fēng)，油耗就低。因此新窯省，老窯費(fèi)；大窯省，小窯費(fèi)?？傊?，影響油耗量的因素很多，不能一概而論；再就是確定風(fēng)量。一次風(fēng)量太多，風(fēng)溫較低，不利于燃燒溫度，一次風(fēng)量過小，油噴不到物料中，在油槍前堆積形成結(jié)焦，更不利于燃燒。二次風(fēng)量一般都超過理論計(jì)算的風(fēng)量，它一般是由將出窯物料從1800°C降至150°C需要的冷卻風(fēng)量來決定的，只要出爐溫度不會(huì)太低100C冷卻風(fēng)量就可以適當(dāng)增加。為了保證燒成帶煅燒溫度，多余的二次風(fēng)量需要從放散口中排除。以上3個(gè)參數(shù)確定后，壓力、溫度等參數(shù)將隨時(shí)間增加達(dá)到正常數(shù)據(jù)，趨于穩(wěn)定。壓力、溫度的變化又反應(yīng)了以上3個(gè)給定參數(shù)是否合理。例如：出料溫度低，窯頂溫度高，說明出料慢了，或二次風(fēng)量過大；窯頂、出料溫度都低，說明上油量少了；出料溫度高，窯頂溫度正常，說明底風(fēng)量小了。窯內(nèi)壓力在其他參數(shù)不變的前提下，隨窯溫的升高而增加，最后達(dá)到穩(wěn)定。如果窯溫下降，此時(shí)就橫斷面的物料空間內(nèi)燃燒，因此要找出下降原因，及時(shí)處理。窯內(nèi)壓力大小與物料的透氣性、窯的高度、窯溫高低、風(fēng)量大小、油量多少和窯內(nèi)物料是否結(jié)坨等諸多因素有關(guān)。1.4異?，F(xiàn)象的判斷與處理1.4.1棚料油豎窯由于溫度高、壓力大，在一些因素的影響下，很容易出現(xiàn)棚料現(xiàn)象，即物料在窯內(nèi)懸空不下沉。處理這一故障，輕者用底風(fēng)脈沖；重者停窯處理。因此棚料對(duì)豎窯生產(chǎn)影響很大。棚料的原因很多，一般來說有如下幾點(diǎn)：1、由于故障突然停窯，不能出料而造成棚料；1、由于風(fēng)量、油量大，窯內(nèi)壓力偏高而造成棚料；3、由于物料在預(yù)熱帶受高溫炸裂而造成棚料；4、由于物料篩分不凈，細(xì)料多而造成棚料；5、由于物料中高雜質(zhì)、低熔點(diǎn)的硅酸鹽礦物而造成的棚料；6、由于其他非工藝流程物料雜質(zhì)而造成的棚料；7、內(nèi)徑上大、下小而造成的棚料等?？偠灾锪系脑蛴卸喾N多樣，不能一概而論，在解決棚料時(shí)具體問題要具體對(duì)待。1.4.2結(jié)圈結(jié)圈就是在燒結(jié)帶、預(yù)熱帶內(nèi)襯上均勻或不均勻地粘結(jié)上的一層燒結(jié)料塊、坨塊等。隨著時(shí)間的增加，結(jié)圈的厚度也在增加，當(dāng)結(jié)圈達(dá)到一定厚度時(shí)，豎窯內(nèi)壓力偏高易棚料、易偏窯，造成出窯溫度高，出花料等，（即物料燒結(jié)不均勻）此時(shí)只有停窯處理?？刂平Y(jié)圈的方法主要是做到盡可能保證窯爐連續(xù)運(yùn)行，避免頻繁和長(zhǎng)時(shí)間停窯；要做到凈料入窯，絕不能讓細(xì)料入窯；也可以加大排煙機(jī)的負(fù)壓，使進(jìn)窯的少量細(xì)料能被排煙機(jī)抽出去；還要控制預(yù)熱帶溫度，防止入窯物料急劇升溫，造成炸裂而產(chǎn)生過多細(xì)料、形成結(jié)圈。當(dāng)物料雜質(zhì)高時(shí)，窯溫要適當(dāng)降低，出料要隨之加快?？傊龅揭陨蠋讞l，就會(huì)大大降低結(jié)圈程度。1.4.3漏水套在生產(chǎn)過程中，由于種種原因，燒嘴的冷卻水套會(huì)在很難發(fā)現(xiàn)的情況下破漏。水套漏水嚴(yán)重，將會(huì)對(duì)磚襯及燒嘴造成嚴(yán)重?fù)p壞。產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，如不細(xì)心觀察分析，很難判斷是水套漏水造成。一般來說，可以根據(jù)出料的顏色、（花料）底風(fēng)壓力變化、水箱水位變化等來判斷水套是否漏水。而判斷哪一個(gè)水套漏水，則可將油槍拔出后觀察窯內(nèi)的亮度，一般而言，漏水之水套前端黑暗，用鋼釬伸入窯內(nèi)穿捅物料，水套前端即現(xiàn)明亮，但很快又變暗，那么，很有可能是該水套已漏水。另外，在突然發(fā)生故障停電，水泵不能運(yùn)轉(zhuǎn)，而備用系統(tǒng)又不能發(fā)揮作用的情況下，造成燒嘴冷卻水套斷水，如要恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，嚴(yán)禁直接送水，立即供水就會(huì)產(chǎn)生劇烈水汽的膨脹而爆炸，其后果不堪設(shè)想。在這種情況下應(yīng)將所有水套全部拔出，逐個(gè)打壓檢查，確認(rèn)全部完好并在窯外給水10min后，方可安裝使用。1.5確定熱量與溫度的關(guān)系油豎窯的生產(chǎn)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品體積密度不合格現(xiàn)象。將不合格鎂砂再投入窯內(nèi)重?zé)?，在不改變其他參?shù)的情況下，也能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。但投入生坯后會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品再次不合格現(xiàn)象，因此很多人認(rèn)為，熟料易燒結(jié)，而生料難燒結(jié)，這是錯(cuò)誤觀點(diǎn)，就理論而言，生料遠(yuǎn)比欠燒物料易于燒結(jié)。因?yàn)樯鲜墙?jīng)過輕燒、細(xì)磨、高壓成球3道工序處理的物料，在未進(jìn)行燒結(jié)之前，物料本身活性好，晶格缺陷多，晶粒細(xì)小，且比表面積大，易于燒結(jié)。經(jīng)過一定程度燒結(jié)的熟料，此特點(diǎn)就很少了。那么實(shí)際生產(chǎn)中，為什么會(huì)出現(xiàn)生料沒有熟料好燒結(jié)的現(xiàn)象呢？這就是所謂溫度與熱量的關(guān)系沒搞清楚。燒熟料時(shí)，物料吸熱量少，所以窯內(nèi)熱量供給充足，溫就高，本體積密度在3.25g/cm3左右，因此達(dá)到3.3g/cm3就輕而易舉了。而換生料后，其各種參數(shù)都未發(fā)生變化，生料的吸熱量大，勢(shì)必導(dǎo)致窯溫下降，物料的體積密度也隨之降低。原體積密度〃（）2.00g/cm3左右的生球坯，一下提到3.30g/cm3左右，就很不容易了。所以要保證充足的熱量供給，使生料與熟料在同一溫度條件下燒結(jié)，那么生料的體積密度必須大于返燒料的體積密度。要做到這一點(diǎn)，在生料入窯時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加5%-10%的油量或減少5%的出窯量。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，還出現(xiàn)過用3.20g/cm3的返燒料升溫，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都未達(dá)到3.30g/cm3的情況，這主要是由于熟料的反復(fù)循環(huán)，碎料太多（5-10mm）窯內(nèi)透氣性不好，無法形成燃燒空間，火焰噴不到窯中心，邊緣效應(yīng)加大的緣故。在這種情況下，只要加大篩孔尺寸（大于12mm）或換成生球都可以得到解決（投入生球可以提高窯溫）。實(shí)踐表明：在油窯返燒提溫的過程中，若物料體積密度達(dá)到3.2g/cm3,以后多次循環(huán)返燒也不能達(dá)到3.30g/cm3。在此情況下，投換生料球坯出窯時(shí)，產(chǎn)品體密可大于3.30g/cm3。2油豎窯的綜合評(píng)述2.1大、、小型油豎窯的比較直徑1600mm油豎窯的油耗為40-50kg/t,直徑1200mm的油豎窯的油耗為50-60kg/t，直徑800mm的油豎窯為90-110kg/t，就油耗情況看，在一定的范圍內(nèi)油窯體積大的比體積小的要相對(duì)省油，但窯爐過大建窯投資相對(duì)增加，如遇到系統(tǒng)故障停產(chǎn)時(shí)損失較大，因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)得出直徑1200油豎窯的綜合效益最好。油槍、水套、熱風(fēng)口如圖：2.2油槍結(jié)構(gòu)的比較直徑800mm油豎窯，使用的是內(nèi)混高壓介質(zhì)霧化燒嘴，其介質(zhì)為0.4M的空壓風(fēng)，由于空壓風(fēng)在油槍出口處壓力驟降而產(chǎn)生了絕熱膨脹（吸熱過程）會(huì)使燒嘴前溫度急速降低，這樣不利用重油霧化燃燒。而氣化油槍沒有霧化結(jié)構(gòu)，只是利用直徑1.8mm鋼管油芯插入水套，將油噴到高溫物料表面上，即前文所述的燃燒方式。傳統(tǒng)理論認(rèn)為重油在500-600°C時(shí)，氣化裂解，易燃燒。而大于600°C時(shí)，氣化裂解為對(duì)稱裂解，易生成結(jié)焦并冒黑煙，而事實(shí)上，使用這種結(jié)構(gòu)的油槍將重油噴到1800C的物料上，其燃燒效果卻很好，這主要是由于重油噴到高溫物料上蒸發(fā)氣化，燃燒迅速完全的緣故。另外，油槍的孔徑在1.8-2.8mm區(qū)間內(nèi)都好用，只要能正常過油即可。2.3油豎窯的排熱風(fēng)國(guó)內(nèi)外的油豎窯在設(shè)計(jì)時(shí)都帶有熱風(fēng)口，將冷卻物料用的多余熱風(fēng)排出窯外，使過剩風(fēng)量不進(jìn)入燒結(jié)帶一一采用熱風(fēng)放散的辦法，一將多于熱風(fēng)排出，這樣可以提高進(jìn)入燒結(jié)帶的助燃風(fēng)溫，還可以降低窯內(nèi)壓力，利于操作。但在實(shí)際使用過程中，熱風(fēng)口極易被物料堵死，甚至跑漏風(fēng)會(huì)將熱風(fēng)管道燒壞。為解決這些問題，可以把熱風(fēng)口堵死，這對(duì)于提高油豎窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、降低油耗、強(qiáng)化燒結(jié)無疑是一個(gè)重大障礙。所以說研究熱風(fēng)口的設(shè)置還是十分有意義和必要的。2.4大風(fēng)量操作現(xiàn)在豎油窯燒結(jié)的一大特點(diǎn)就是加大風(fēng)量。過剩的空氣系數(shù)往往在..以上，風(fēng)量越大，對(duì)流熱量也越大。我們知道油豎窯中的熱交換主要以對(duì)流熱交換為主，提高空窯的速度，則對(duì)流換熱系數(shù)增大，相應(yīng)對(duì)流熱量也增大。所以一般來說，供給油豎窯的底風(fēng)量增大，則豎窯風(fēng)速即對(duì)流換熱系數(shù)、相對(duì)對(duì)流熱量增大，增強(qiáng)了對(duì)流換熱的效率，利于窯溫提高。因此，油豎窯一般都采用較大空氣過剩系數(shù)操作。2.5密集的燒嘴布置油豎窯在燒嘴數(shù)量設(shè)計(jì)上采取高密度，圓周方向燒嘴的密度為3.18支/m。燒嘴分布均勻、密集，燃油就可以均勻地噴到物料表面，使斷面溫度均勻化，確保了極高的供熱均勻度和強(qiáng)度，正常生產(chǎn)時(shí)只用一排燒嘴即可，說明此方法的優(yōu)越性。由此可見，保證燒嘴布置的密度是油豎窯必不可少的環(huán)節(jié)。2.6體積