红土直还原工艺回转窑组合炉衬研究报告及应用前景

2017-12-13   作者：佚名   网友评论 0 条

　　李朝侠，黄河

　　洛阳市洛华粉体工程特种耐火材料有限公司

　　长寿命大型回转窑组合炉衬技术成果概述

　　在冶化热工艺炉窑中，用于各种冶化工艺的初级原料煅烧（焙烧）处理和和后期废渣综合处理工艺中回转窑得到广泛的应用。但是，由于回转窑是直筒形前后双开口非密闭旋转式热设备，所以在物料的冶化过程中温度场的集中度和强度上，对能源和能源物质的使用效率上，在冶化形式和功能性、冶化强度和热能利用率上，尤其是旋转带来的回转窑炉衬的损坏引发的停产和检修费用，使回转窑只能适用于比较简单的较低温度和冶化反应比较平稳的场合。但是，近年来，以回转窑为核心的热工艺的有了很大的变化和进步，以回转窑为核心的热设备生产线的建设也呈现快速的发展。为适应生产需要，我公司经过多年研究，发明了以浇注料取代耐火砖的悬挂在回转窑钢外壳上的弹性高强长寿命回转窑整体炉衬。在该发明中，我们在对多种耐火材料的物质性的开发和研究的基础上，针对回转窑运行中的各种物理状态，根据我们多年的工作积累和反复试验，把金属冶金物理化学和无机非金属高温物理化学的理论和实践积累进行交叉组合，把回转窑旋转高温力学场和炉衬惯性跟随力学场进行分析后进行组合炉衬的锚固设计，把回转窑炉衬的建造方法和炉衬建造的安全性、可推广性结合起来，达到显著的回转窑功能扩展、稳产扩产、炉衬延长、停炉检修率大幅度下降，窑体外壳高温区温度显著下降的良好效果。该项目2015年通过高科技产业化研究会科技成果鉴定，2016年被国家发改委列入年国家重点节能低碳技术推广目录（2016年本，节能部分）第159项。在此，把我公司在数十年的大型长寿命回转窑组合炉衬的技术和一些看法和各位专家进行分享和讨论。
 

 　　表1 回转窑砖砌炉衬和组合炉衬差异对照表
 

　　北海诚德集团回转窑砖砌炉衬问题

　　直接还原回转窑概况

　　北海诚德集团回转窑分厂有4条规格为Φ3.6×72米直还原回转窑，是除了日本大江钢铁公司之外的、世界上的长期运行的直还原红土提镍的生产企业，工艺特点十分突出。直还原工艺是以回转窑高温旋转发生的势能变化，将熔融物料进行渣铁分离，取代了熔炼炉中的熔融原料在熔池中的涡流搅拌产生的重力沉降分离，使原料的烘干→焙烧→熔炼的三步热冶炼工艺在一条回转窑得以实施。这个大胆的设计方案和科学思想的融合使多少冶金工作者趋之若鹜而前仆后继的进行投资和试验，而至今为止，全国只有北海诚德集团得以突破实现。可以想见，其实施过程中的困难曲折。但是这真是一个伟大的创造性的工艺突破，它为新的红土不锈钢冶炼工艺的发展奠定了基础。如果把设计者的思想完全实施的话，将促使新的红土不锈钢冶炼工艺的出现，使生产线缩短，土地和建设投资大大节约，生产成本大幅度下降，节能和环保指标大幅度提高，意义重大。

　　直还原回转窑砖砌炉衬存在的问题

　　由于这些直还原回转窑原来都是砖砌炉衬，砖砌炉衬无法克服运行中炉衬产生的滑差移位对自身的破坏。由于砖砌炉衬砖缝裂隙多，而耐火砖在运行中不禁碰撞和先天的抗热震性能差，运行很短时间就会开始损坏产生粗糙面，使炉料运行产生不均匀跳动。红土中含铁量高，在高温熔融状态下旋转跳动的炉料易于钻进砖衬的裂隙中扎根或者在砖衬表面粘结。这种现象一旦开始就不可停止随时间推移更加严重，久而久之挂料结圈继续发展造成堵塞炉料通道无法出料没有产量只好停炉。停炉之后，需要工人日夜不停用风镐大锤把窑内积铁和凝固的熔渣清除出来，需要停炉几十天。这种停炉每隔2-3个月就要重复一次，不但直接毁坏炉衬使炉衬检修费用增加，而且停产损失严重，使生产线成为断续生产线，无法和连续吹炼炼钢工艺对接，发挥不了回转窑直还原工艺的优势。因此，不解决粘料结圈堵塞窑口出料通道的问题，现行的回转窑直还原工艺从生产成本和劳动操作环境的恶劣性来讲和原料的烘干→焙烧→熔炼的三步冶炼工艺相比并没有优势。反之，如果解决了这个问题，将使红土提炼镍铁工艺线的建造和生产成本都大大下降，后续可望直接对接炉外精炼的炼钢工艺使之产出精品，将成为全国乃至世界红土镍矿不锈钢冶炼工艺连续生产线的创造者和先行者，对整个不锈钢产业起到重要的推动作用。

　　（1）现有的诚德集团直还原回转窑工艺存在的问题：

　　现有的诚德集团直还原回转窑是砖砌炉衬，回转窑生产出来的产品渣铁混杂在一起没有分离，产品需要先水淬裂解，然后进磨机磨细，再进行磁选。预还原的三步热工艺由一热二冷工艺取代，工艺短、节省能源、用人少、生产成本低的优势没有显露出来。

　　回转窑炉衬检修频繁且时间长，检修周期大于100天的很少，4条回转窑，经常有一至二条处于炉衬检修状态，一停炉就是几十天，检修费用居高不下，设备利用率却很低。而RKEF工艺生产线却可以长期稳定的高负荷满产运行。

　　砖砌炉衬布满裂隙，在直还原工艺的高温运行中，物料熔融，镍铁离析出来成为液体，渣轻镍铁水重，熔融渣附在镍铁水上面呈现沉降。镍铁水体积密度是炉衬耐火材料2倍多，遇到炉衬裂隙处立即下沉直达窑钢壳造成窑衬透铁水。随着回转窑旋转，熔融渣会被卷至镍铁水下部与镍铁水搅拌，在镍铁水挤压夹带下跟随镍铁水向窑钢外壳冲击，熔融渣夹带大量孔洞空腔，空腔内是高温炉烟气，在炉衬裂隙中挤压破碎冲向低温的外钢壳，使筒体钢外壳内外壁温差大于600℃产生炉衬透火，窑筒体钢外壳承受巨大热负荷，外表面温度升高，钢外壳金属组织老化，炉衬在透火和透镍铁水的情况下加速损失边缘，裂隙扩大在炉壁挂渣，最后形成贯通炉瘤随后结圈，结圈越来越严重对直还原工艺被破坏，产品通道被扭曲阻塞，只好停炉。直还原窑停炉清楚结圈的实质是炉衬的损坏，清除炉内结圈会更进一步破坏炉衬，周而复始造成炉衬检修更换频繁费用居高不下，停炉检修期间没有产品使设备利用率达不到国家对于大型设备年运转率8000小时/年的标准。而检修期间的重污染环境和笨重的体力劳动也面临劳动力后继乏人。

　　回转窑炉衬改造状况

　　为了改善和解决铁水上述问题，北海诚德集团引进我公司，承担了甲方1#直还原回转窑的大修总包工作，采用我公司的“长寿命大型回转窑组合炉衬”技术建造了1#窑 炉衬。该工程2017年6月建造完毕，7月经过10余天烘炉后，停炉检查整个窑体炉衬，炉衬表面光滑坚硬似铁没有裂纹和掉块，大部分包括中低温区已经在表面均匀挂上一层10mm厚的黄色渣保护层，达到最初的以“密闭光滑的高强整体炉衬”使窑内物料无法在炉衬上扎根从而控制炉衬结圈结矿被破坏，以形成“挂滑动渣保护”的耐火炉衬，以减缓铁水磨损、延长炉衬寿命的目的。

　　月进行投料生产已经三个月，炉子连续满负荷平稳运行，炉体外表面高温区温度保持在180-230℃之间，生产的镍铁为不掺杂质的高温镍铁线束状流束从回转窑中心底部最低处流出。镍铁离析后残留的熔融渣密度小，粘度大，随回转窑旋转上升约30-40度后成块散落出窑进入窑外收集箱。

　　该现象表示直还原工艺完全完成以一条回转窑完成了RKEF工艺中三个热设备生产线的功能，如果继续改良炉衬品质，延长稳定的生产周期，与回转窑操作工艺进一步融合对接改善，将熔融渣另外处理，将镍铁水集中收集后直接进入不锈钢炼制工艺，将会出现新的低污染、高效节能低成本的红土提镍-不锈钢冶炼工艺模式，大量节约能源和生产成本，具有显著的经济效益和社会效益。

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