回转窑中结圈物的形成机理
2015-02-26 作者：佚名 网友评论 0 条
黄柱成 姜涛 钟荣海
中南大学资源加工与生物工程学院
直接还原回转窑“结圈”，这是较为普遍的现象。结圈严重导致窑内重力负荷增加，炉料运行不畅通，耐火材料被拉裂剥落，导致检修频繁，也是影响其正常生产乃至制约其生存和发展的关键问题。对此，人们都极为关注。鲁中冶金矿山公司直接还原回转窑在试生产过程中，由于种种原因，也曾先后几次出现程度不同的“结圈”和窑头出大块粘结物的现象，给回转窑的正常运转带来了严重威胁，成为直接影响新工艺顺利达产、达标的重要原因之一。
回转窑产生结圈的原因主要与采用原料的性质有关，低软熔温度的复杂化合物及过多的粉料是产生结圈的物质基。一般认为，回转窑料层内部充满还原气氛，料层温度相对较低，而窑气空间处于燃烧状态，温度较高。这样，在生产过程中窑衬要经受两种气氛、两种温度的不断交替作用。当窑内存在粉末物料(包括球团磨损和煤灰)时，如窑头气氛和温度控制不当，将造成“过烧”，此时粉末容易形成低熔点物质，当达到熔点时会形成液相，粘附在窑衬上形成回转窑结圈。
1.结圈物质分析
表1为1999年2月停窑时，在回转窑内取得的结圈物化学分析结果，表2为结圈物的矿物组成。
表1 结圈物化学组成/%
|
部位 |
TFe |
MFe |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
K |
Na |
C |
|
后部结圈物 |
63.66 |
1.37 |
3.19 |
6.06 |
1.30 |
3.57 |
0.006 |
0.08 |
0.06 |
|
中部结圈物 |
63.02 |
36.45 |
6.28 |
3.80 |
3.76 |
10.03 |
0.054 |
0.28 |
0.06 |
|
前部结圈物 |
68.05 |
40.98 |
5.62 |
4.04 |
3.25 |
8.87 |
0.043 |
0.21 |
0.05 |
表2 结圈物矿物组成/%
|
部位 |
MFe |
FeO |
Fe3O4 |
钙铁橄榄石 |
多成分化合物 |
|
后部结圈物 |
2.50 |
32.50 |
40.20 |
― |
23.8 |
|
中部结圈物 |
36.50 |
28.10 |
3.20 |
16.40 |
15.80 |
|
前部结圈物 |
41.00 |
33.10 |
― |
15.60 |
10.30 |
从表1～2可以看出，结圈物中以铁为主，其次为SiO2、CaO、MgO、Al2O3等。从矿物组成来看，主要以金属铁相、FeO相、Fe3O4、钙铁橄榄石和多成分化合物等组成。回转窑中结圈物Al2O3/SiO2比值都很低，故软熔温度都很低。由于回转窑后部、中部、前部的气氛、温度、物质条件的不同，所形成的物相及结构存在较大的差异 [2-3] 。下面结合显微结构分析和能谱分析结果，分别对后、中、前部结圈物进行分析。
1.回转窑后部(靠窑尾)结圈物矿相分析和其形成机理
2.2.1 后部结圈物矿相分析
图1为回转窑后部结圈物(靠窑尾)断面照片。
图1 后部结圈物断面照片
图2 后部结圈物显微结构(反光，100×)
从图1可以看出，后部结圈物结构松散，小孔多，独立的原始磁铁矿颗粒清晰可见。结圈物强度较差，但靠窑衬这层(照片下部)强度稍好，主要由于经历时间较长所致。
图2表明，回转窑后部结圈矿物主要是原生磁铁矿，占40.2%，晶形呈块状和板状，与颗粒靠拢并形成少量粘连，晶粒一般为0.075～0.055mm。浑圆状的FeO占32.5%，一般粒度为φ0.012mm。MFe只占2.5%。嵌布在Fe3O4或FeO周围的为多成分化合物(含CaO、MgO、Al2O3、SiO2、FeO等)。此外，主要是Fe3O4向FeO转变阶段，由于温度低，硅灰石没有生成。
……
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