- 時間：2023.03.22
? ? ? ?窯皮，即附著在燒成帶窯襯表面燒結的熟料層。它保護著燒成帶的襯料，使襯料不直接與火焰和高溫物料接觸，減弱了火焰和物料對襯料的化學侵蝕、磨損以及高溫的破壞作用，從而延長了襯料的使用壽命;窯皮還起著隔熱層的作用，使高溫帶窯襯增厚，因而減少了窯筒體表面的散熱損失，提高了窯的熱效率。通常說燒成帶窯皮為主窯皮，我們稱上過渡帶之后的放熱反應帶窯皮為副窯皮，正常副窯皮只是薄薄一層，厚度≤70mm，最厚不會超過100mm。副窯皮的穩定性很差，會隨著窯生料成分、液相量、有害成分等因素變化發生漲落，一旦平衡被打破就會形成異常窯皮。
? ? ? ?2500t/d單系列三級電石渣生產線，回轉窯規格為Φ4.3m×60m，分解爐規格為Φ5800mm+Φ4300mm，年平均日產量2640t/d。檢修以后從窯筒體掃描儀顯示得知，窯尾副窯皮頻繁出現異常，36m～48m副窯皮相對薄些(80mm～200mm)，48m～64m窯皮較厚(200mm～300mm)，48m～64m筒體溫度顯示最低87℃。副窯皮分布異常長、厚導致窯內通風變差、產量降低，窯尾返料頻繁，嚴重影響熟料的產質量和窯的平穩安全、穩定運轉，針對異常窯皮我們進行了初步分析并采取一系列措施取得了一定效果。
一、原因分析
? ? ? ?導致窯內窯皮變化的誘導原因是液相量的變化，也就是三率值合理性和有害成分含量多少，次要原因還是歸結于操作上的不匹配和煤粉的不完全燃燒。
? ? ? ?根據水泥熟料三率值的定義，我們知道鋁率(IM)過低，液相粘度小，雖然對A礦的形成有利，但窯內燒結范圍窄，易使窯內結大塊，對煅燒不利，不易掌握煅燒;而且還知道當硅率(SM)降低，液相量增加，對熟料的易燒性和操作有利，但SM值過低，熟料強度低，窯內易結圈、結大塊，操作困難。
? ? ? ?由于電石渣生產線的特殊性質，以及為了改善熟料結粒和水泥適應性等多方面因素、經過多年生產摸索總結出三率值為KH：0.910，SM：2.10，IM：1.30，正是這種配料恰恰符合窯內結塊、結蛋、長厚窯皮生成的先天條件，加上計量設備精度不準確、配料庫設計缺陷、物料下料流動性差等問題干擾，導致入窯率值波動較大，忽高忽低，導致入窯率值KH、SM連續偏低、偏高現象頻繁出現，當硅、鋁率偏低時，分解爐溫度控制偏高時導致入窯生料分解率過高、液相量過多、提前出現，由于物料表面形成液相，表面張力小、粘度大，在離心力作用下，易與耐火磚表面或者已形成“窯皮”表面黏結形成窯皮，進一步促進窯皮的增厚。
二、有害成分影響
? ? ? ?在預分解窯系統中，堿、硫、氯等循環、富集是伴隨著兩個過程而發生，一個叫做“內循環”，另一個叫做“外循環”。所謂內循環，是指堿、硫、氯在窯內高溫帶從生料及燃料中揮發，到達窯系統最低一級預熱器較低溫度區域時，隨即冷凝在溫度較低的生料上，它們隨著生料沉集一起進入窯內，形成一個在預熱器和窯之間的循環和富集過程，結皮料中堿、氯、硫的含量要比生料、熟料結皮中的含量高，一方面原因是由于受上游乙炔法工藝條件和周邊原材料選用的影響，導致入窯生料中堿、CI-、SO3含量要比正常企業高得多。另一方面是與堿、氯、硫在煅燒系統內的往復循環有關，
? ? ? ?但是為什么原本在預分解窯系統中堿、硫、氯等有害成分在預熱器系統的循環凝聚，會跑到窯尾循環富集導致窯尾副窯皮的異常和窯尾返料現象發生。我們知道系統中的堿、Cl-、SO3都是以鹽類形式存在，由生料帶入系統的堿、氯、硫的化合物，在窯內高溫帶逐步揮發呈氣體狀態，正常窯氣中的硫酸堿和氯化堿凝聚時，會以熔態形式沉降下來，并與入窯物料和窯內粉塵一起構成黏聚性物質，而這種在生料顆粒上形成的液相物質薄膜，會阻礙生料顆粒的流動，嚴重時會出現返料。我們了解的是堿、Cl-、SO3揮發的順序首先是堿的氫氧化物，其次是堿的氯化物，最后是堿的硫酸鹽。循環量多少與揮發系數有關，硫的揮發系數受硫堿比影響，硫堿比的數值愈高，則揮發系數也愈高。
? ? ? ?氯化堿比硫酸堿鹽更易揮發。氯離子的存在會促進堿的揮發，在1450℃下，氯化堿揮發率幾乎高達99.9%，所以氯離子在水泥熟料中的含量很低。硫、堿的揮發率則與在高溫帶停留時間及物料的物理形態有關。K2O·23CaO·12SiO2(KC23S12)、Na2O·8CaO·3Al2O3(NC8A3)、K2SO4、Na2SO4、K2O·8CaO·3Al2O3等將存留在熟料中。
? ? ? ?在氧化氣氛下，堿的氫氧化物和氯化物揮發性較高，而硫酸鹽的揮發性較低，即：Cl->K2O>SO3>Na2O。
? ? ? ?不同的硫酸鹽揮發性也不同，在同一溫度下揮發性：CaSO4>K2SO4>Na2SO4。
? ? ? ?在還原氣氛下，揮發順序為：Cl->SO2>K2O>Na2O。
? ? ? ? 當窯況出現異常，煙室、分解爐結皮增多時，窯內通風逐漸變差會使窯內氧分壓的降低，提高CaSO4的分解度，硫酸鹽的揮發物與來料、粉塵夾雜在一起，容易集中沉落在窯尾的某一段位置，黏附在耐火磚表面上，形成結皮，揮發量越多，黏附的物料愈多，結皮也就愈厚，嚴重影響窯的煅燒形成惡性循環。
三、煤粉影響
? ? ? ?因更換煤磨選粉機轉子未對密封重新調整導致煤粉一度跑粗，最大細度達到了25%，加上蒙煤特有性質內水偏高≥6%，容易造成窯頭火焰燃燒速度慢，火焰拉長，高溫帶后移，煤粉不完全燃燒，硫的揮發系數隨窯內局部碳(C)的存在而增加。在窯的上過渡帶之后，當窯內呈現煤粉不完全燃燒時，煤灰不均勻地摻人生料，火焰過長，窯后溫度過高，液相提前出現，部分煤粉落至物料表面上，此時，物料內的硫酸堿鹽和CaSO4與C作用生成SO2，其方程式如下：
K2SO4+C→K2O+SO2+CO
CaSO4+C→CaO+SO2+CO
? ? ? ?煤灰不均勻地沉降物料中，使物料液相量增加，窯皮厚度增加，當窯況異常時會有部分粗顆粒煤粉被風拉到窯尾二次燃燒，局部高溫產生大量液相加劇窯皮增長、增厚。
四、操作和熱工制度的影響
? ? ? ?(1)在煤粉細度、水分無法滿足生產時，還保持較高窯產量時，由于窯產量負荷增加，加上操作上窯速的不匹配導致窯內填充率增加、通風逐漸降低，造成燃料不完全燃燒、熟料質量變差，為保證質量用煤量增加，用煤過多，產生化學不完全燃燒，使火焰成還原性，由于在燒成帶產生大量CO，使物料中部分氧化鐵被還原成氧化亞鐵，形成FeO·SiO2低熔點的化合物。而FeO·SiO2液相在1100℃左右能促使硅方解石[2(CaO·SiO2)CaCO3]的形成，而硅方解石在1180℃~1220℃形成液相，使燒成帶液相提前出現，將未熔的物料集結在一起形成結皮，加上操作上必然加大排風，窯內氣流速度增加，火焰拉長，液相提前出現，很容易形成熟料圈和長厚窯皮。
? ? ? ?(2)當窯尾窯皮異常時，通常采取降低分解爐溫度、降低尾溫使窯皮產生收縮，加上低溫物料涌入、沖刷，進一步降低窯尾副窯皮溫度使其產生收縮、脫落，將原本在預熱器系統內揮發的堿性氧化物帶入到窯內，當窯況異常出現游離鈣不合格時，在未查明原因習慣性操作減料、降窯速，殊不知物料在1450℃的高溫下氯鹽幾乎全部揮發，同時將原本固化在熟料里的硫揮發出來，加上物料在高溫帶停留時間的延長增加硫、堿的揮發率，加重窯內有害成分硫、氯的循環量，導致窯尾副窯皮進一步惡化加劇。
? ? ? ?(3)當窯內通風不良，窯頭飛砂大、冒正壓時，個別操作員為追求產量，在拉大高溫風機和窯頭排風機無果的情況下，將篦冷機風機閥門開度減小，導致冷卻效果差，二次風溫降低，煤粉出現燃燒不完全，煤灰不均勻摻入熟料中，導致窯內局部液相量增大，增加了長厚窯皮的幾率。
五、處理措施
? ? ? ?受自身工藝、設備、物料等條件的限制影響，無法從根本上去除入窯生料中有害成分，只能從其他方面著手改善、緩解、降低結皮的產生量。
? ? ? ?(1)要消除或減緩硫對回轉窯煅燒的影響，受上游和原煤資源的影響，減少原燃料中硫的含量不易達到，所以就是從降低硫堿比方面考慮;另一面減少窯內硫酸鹽的揮發量，也就是降低硫的揮發系數，具體就是燒成溫度不能過高、縮短熟料在高溫下的停留時間。
? ? ? ?(2)保證窯內風量增加窯氣中的氧含量，硫的揮發系數隨窯氣中氧含量的增加而降低。窯內硫的揮發主要來自CaSO4，其受熱分解方程式如下：
CaSO4<=>SO2+CaO+1/2O2
? ? ? ?在上述反應方程式中，溫度一定時，當O2含量增加，物料中的CaO和SO2含量減少，CaSO4含量增加，硫的揮發系數下降。當O2含量降低時，物料中的CaO和SO2含量增加，CaSO4減少，揮發系數增加。硫含量高時，窯尾廢氣的氧含量應控制在2.5%左右。
? ? ? ?(3)結合實際情況綜合考慮確定一個經濟合理的產量、質量目標，在合理的范圍內，保證窯的一個快轉率，就是提高窯速采取薄料快燒的方式。將物料快速卸出，縮短熟料停留時間，減少硫、氯在窯內循環量。
? ? ? ?(4)調整配料方案合理，提高硅率、降低鋁率，在保證熟料質量和物料易燒性好的前提下，配料時應考慮液相量不宜過多，液相粘度不宜過大，控制液相量在24%～26%的合理范圍內。
? ? ? ?(5)一旦窯尾窯皮異常影響到正常運轉時，保證窯內氧化氣氛、頭煤的完全燃燒和窯內溫度不能過高，在保證主窯皮完好時，采用冷熱交替法、通過調整燃燒器在窯內位置，變換高溫點使窯尾窯皮因溫差產生收縮，如果長時間沒有好轉就要考慮窯尾結皮進行清理。
? ? ? ?(6)當窯尾窯皮長而厚，為避免發生清理窯尾煙室、縮口時大量物料涌入窯內造成窯尾填充量過高而出現漏料，應根據現場結皮多少調整清理次數，重點清理窯尾縮口和下料斜坡，保證系統通風。
六、結語
? ? ? ?只要合理搭配、調整、使用現有資源，總結經驗、系統化規范操作，一定會減少和消除窯皮異常對窯系統的影響，最終通過窯內熱工制度的穩定，來實現窯系統的優質高產。
? ? ? 鄭州真金公司是一家集研發、生產、銷售、國際貿易和技術服務于一體的制造型企業，致力于水泥、石灰、有色冶煉、鋼鐵、玻璃、化工行業的耐火產品提供、施工及安裝等個性化服務。長期專注高品質耐火材料的研發與生產，應用于全國31個省級行政區，并遠銷希臘、韓國、日本、美國等國際市場，產品以其穩定的性能、卓越的品質、精湛的工藝得到了用戶的信任與贊譽。
? ? ? 鄭州真金公司所生產的鎂鐵尖晶石磚在華新水泥黃石公司萬噸生產線第一周期安全運行410天，第二周期安全運行414天，第三周期自2023年1月28日起點火，預計會有更好成績。
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