利用氧枪解决回转窑窑口结圈问题的研究

　　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：

　　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：

　　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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