回转窑处理高炉瓦斯泥的结圈机理分析

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.05.017
回转窑处理高炉瓦斯泥的结圈机理分析
姚增远
（攀枝花钢城集团有限公司冶金辅料分公司，四川攀枝花617000）
摘要：采用回转窑从攀钢高炉瓦斯泥中提取锌，对生产原料、生产操作、结圈物等进行系统分析，并根据其结果分别采用洗窑、机械处理、降铁处理3种方式进行工业试验。

结果表明，3种方式均能够在一定程度上有效地缓解回转窑结圈、提高生产效率和降低生产成本。

关键词：高炉瓦斯泥；回转窑；结圈
中图分类号：TF065.7 文献标识码：B 文章编号：1007-7545（2012）05-0000-00 Mechanism Analysis of Rotary Kiln Ring Formation on Treating Blast Furnace Gas Mud
YAO Zeng-yuan
(Panzhihua Gangcheng Group Co., Metallurgical Auxiliary Branch, Panzhihua 617000, Sichuan, China) Abstract: Zinc was extracted from Pangang blast furnace gas sludge with rotary kiln. The raw materials, operation and ring material formation were analyzed systematically; furthermore, wash kiln, mechanical processing and iron reduction processing were used to undertake industrial test based on the analyzing results. The results show that three kinds of methods can effectively alleviate the ring formation in rotary kiln in a certain extent, improve production efficiency and reduce production cost.
Key words: blast furnace gas sludge; rotary kiln; ring formation
目前，国内高炉瓦斯泥大部分采用回转窑火法工艺进行锌的富集和铁的分离，从而有效地解决了瓦斯泥在高炉循环应用中对高炉造成的危害，并减少了部分瓦斯泥长期露天堆放对环境的污染，且使其中的锌、铁等有价元素得到了充分合理的利用[1]。

但由于瓦斯泥自身特点造成该工艺存在先天性不足——回转窑易结圈。

以攀钢瓦斯泥火法富集锌生产线为例：该生产线自2008年3月投产以来多次因回转窑结圈严重而被迫停窑，造成生产周期短（一般只有6~12天）、作业率低（50%）、生产成本高，严重影响了该厂的生产顺行。

为了能够有效地解决回转窑结圈问题，我们通过对结圈机理进行了系统的分析，同时结合国内同行的生产现状，利用该生产线多次进行试生产操作摸索和理论分析，得出3种目前解决回转窑结圈的有效途径，为攀钢高炉瓦斯泥在回转窑内进行有价元素的回收利用提供依据。

1 原料
1.1 攀钢高炉瓦斯泥
攀钢高炉瓦斯泥用磨机磨到-0.074 mm占90%，主要化学成分（%）：TFe 29~35、ZnO 7~10、C 16~20、Al2O3 2~4、SiO2 10~12、CaO 3~5。

可以看出，瓦斯泥主要含铁、炭、锌、Al2O3、SiO2，其中氧化锌将在生产过程中被还原成锌蒸汽后迅速再氧化成氧化锌小颗粒被收集，炭将被氧化释放出热量，氧化铁部分被还原后留在渣中，Al2O3和SiO2留在炉渣中[2]。

瓦斯泥中化学成分波动较大，这主要与高炉原料的波动有关。

1.2 燃料
回转窑处理瓦斯泥采用的燃料一般为无烟煤，主要指标：发热量≥23 012 kJ/kg、粒度3～25 mm 占25%以上、挥发份≤10%、灰分≤35%、水分≤3.0%。

采用无烟煤作为瓦斯泥提锌热源主要是为了减少进入氧化锌产品中的杂质，提高氧化锌产品的质量，降低环境污染。

2 结圈物分析
根据回转窑结圈位置的不同，分别对窑中结圈物和窑头结圈物进行取样分析，结果如下。

窑头渣物相（%）：金属铁+硫化铁3~5、硅酸盐83~86、黑钛石6~9、钛铁晶石2~4、镁铝尖晶石1。

窑中渣物相（%）：金属铁+硫化铁38~41、硅酸盐41~44、黑钛石1~3、钛铁晶石15~18、镁铝尖晶石0.3。

窑头结圈物熔点1 177 ℃，化学成分（%）：TFe 30.24、MFe 26.32、SiO2 26.06、CaO 12.48、C 3.56、P 0.045、S 0.58。

窑中结圈物熔点1 211 ℃，化学成分（%）：TFe 50.62、MFe 46.99、SiO2 19.14、CaO 8.40、C 4.13、P 0.030、S 0.863。

作者简介:姚増远（1981-），男，四川人，助理工程师.
通过对结圈物的分析得知，瓦斯泥在经回转窑处理后形成的渣主要成分有金属铁、氧化硅、氧化铝和氧化钙及部分杂质组成的各种盐类。

其中窑内结圈物熔点较高、且含铁量较高，这是造成结圈不易处理的主要原因。

窑头和窑中结圈物的SEM照片见图1和图2。

图1中标注1的为铝镁尖晶石，标注8~10的为黑钛石，其余的为硅酸盐相。

图2中标1的为硫化铁，标2~4的为钛铁晶石，标5的为金属铁，其余的为硅酸盐相。

图1 窑头结圈物的SEM照片
Fig.1 SEM photograph of material in kiln head ring formation
图2 窑中结圈物的SEM照片
Fig.2 SEM photograph of material in kiln ring formation
通过对窑内结圈物显微结构的分析，可知窑头结圈物主要是以硅酸盐相为主，黑钛石呈细针状或无定形状均匀分布，相对来讲比较脆，用机械方法易清理。

而窑中结圈物夹杂重金属铁有近1/3多，且金属铁呈粗大长链条状或圆粒状，金属铁边部吸附难还原八面体钛铁晶石，相对比较坚固，难清除。

结圈物铁含量较高，主要是由于瓦斯泥在回转窑中经过一系列的反应后，氧化锌被还原收集、碳被氧化[3]，而铁的氧化物部分被还原成液体金属不能够及时排出，并在窑壁进行了富集造成的。

3 工艺操作分析
结合实际生产操作及结圈现象观察，发现当窑内温度一旦有较大的波动将会很快造成窑内物料粘壁、结圈出现。

分析认为造成此现象主要是由于以下几方面：
1）瓦斯泥与无烟煤混料时不均匀造成回转窑内温度容易波动；
2）在生产过程中由于窑速与下料量不匹配造成窑内温度波动较大，从而影响到窑内物料的状态；
3）煤粉质量的影响。

若灰分高、细度粗、水分大则容易产生不完全燃烧，煤灰在沉落相对比较集中时，容易形成熟料圈，但此类结圈随着窑温变化易脱落。

4 讨论
通过以上分析可知，造成瓦斯泥在回转窑内易结圈难处理的原因主要有以下3点：
1）瓦斯泥原料成分不稳定、且铁含量较高；
2）生产过程中操作不当；
3）结圈物中金属相较多、且熔点较高。

针对以上情况并结合国内同行的生产经验，决定在稳定操作的前提下分别采用以下3种方式对窑内结圈进行处理：
“洗窑”：当发现回转窑内的结圈物影响到物料在窑内的正常通行时，采用直接向回转窑内输送高热值无烟煤迅速提高窑内温度，使结圈物在高温下软化，并在重力的作用下脱离窑壁后随物料排出回转窑。

“机械处理”：制作一根较长的撞杆，一旦发现窑内有粘壁或结圈现象，立即用撞杆进行机械撞击处理。

“降铁处理”：对入窑原料进行优化。

根据入窑瓦斯泥全铁含量检测结果，配入适量的低铁高锌废渣使其入窑料中铁含量降至20%以下。

该方式广泛应用于湖南等地的回转窑有色冶炼生产线。

5 工业应用效果
为了验证以上3种方式的可行性，我们利用攀钢高炉瓦斯泥处理生产线进行工业试验，其效果如下。

5.1 洗窑方式
采用该方式能够很好地处理回转窑结圈，在设备允许的条件下可不停窑无限期延长生产周期。

但由于采用高热值无烟煤进行高温清圈，氧化锌粉收得率降低，生产成本相对较高。

5.2 机械处理
采用该方式对窑头结圈能够很好地进行清理，但一旦结圈距离窑头较远时，由于窑内温度较高，伸入窑内的撞杆易软化变形，撞击力降低，对结圈部位的清理效果较差。

若能够对撞杆做进一步的改进优化，提高其清圈能力，该方式将会是一种最优的处理回转窑结圈的工艺。

5.3 降铁处理
该方式由于降低了入窑料的铁含量，使形成的渣子中金属铁含量明显降低，大大缓解了回转窑的结圈，最长可达到一个月不结圈。

且由于渣中铁含量的降低，即便有结圈也只要稍提高窑内温度便可使结圈物脱落。

但采用该方式生产形成的渣子由于铁含量较低，其经济价值较小。

6 结论
洗窑、机械处理和降铁处理这三种处理结圈的方式均能在一定程度上达到提高生产率、降低生产成本、保证生产顺行的目的，需要根据情况选用。

参考文献
[1] 白仕平，张丙怀，伍成波，等. 利高炉瓦斯泥高效利用的实验研究[J]. 中国冶金，2007，17(6)：40-45.
[2] 张鑫，丁跃华，罗志俊，等, 攀钢瓦斯泥脱锌还原工艺研究[J]. 云南冶金，2008，37（3）：32-36.
[3] 张红军. 直接还原铁在我国的发展现状及前景[J]. 鞍山钢铁学院学报，2002，5(11):24-31.。