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詳解輕燒白云石土窯改造為新型節能窯的典型示范工程

2013-12-20 15:59:09 來源：

  詳解輕燒白云石土窯改造為新型節能窯的典型示范工程
輕燒白云石是白云石礦與一定的燃料混合經過焙燒加工而成的礦物材料，可作為燒結配料及煉鋼過程中排渣用的良好的輔助原料。文章從“引言、原土豎窯生產狀況、新建機械化豎窯”三方面介紹了“輕燒白云石工藝技術”的改造，給出了“輕燒白云石使用原料、輕燒白云石產品質量指標、機械化豎窯使用原料指標”等5張插表，以及“土豎窯生產白云石工藝流程、機械化豎窯工藝流程”等插圖。本文可作為與“輕燒白云石工藝技術”有關從業人員的技術指導，亦可為礦業企業行政、技術管理人員提供參考。
一、引言
    輕燒白云石是白云石礦與一定的燃料混合經過焙燒加工而成的礦物材料，可作為煉鋼過程中排渣用的良好的輔助原料。太鋼復合材料廠自1984年以來陸續建成5座Φ2.5 m×12.5 m輕燒白云石土豎窯,僅有3座正常生產，生產的輕燒白云石主要供太鋼第二煉鋼廠造渣使用。近年來，隨著太鋼生產的發展和新建150萬t不銹鋼項目陸續建成投產，現有土豎窯的生產能力、產品質量均不能滿足需求。為了改變這種被動局面，陸續拆除了原有的3座土豎窯，建成了一座機械化豎窯，為保證公司需求和提高經濟效益提供了保證。
二、原土豎窯生產狀況
（一）   原料及產品技術指標（表1、2）
表1 輕燒白云石使用原料

原料	白云石礦				無煙煤（％）
原料	MgO (%)	SiO₂ (%)	R₂O₃＋Mn₃O₄ （%）	粒度范圍 /mm	固定炭	灰分	揮發分	S
指標	≥19	≤2.0	≤2.0	20－45	≥76	≤10	≤14	≤1.0

表2 輕燒白云石產品質量指標

項目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼減（％）	粒度范圍/mm
指標	≥29	≤4.0	≤22	10－40

（二）生產工藝流程（圖1）

圖1 土豎窯生產白云石工藝流程

原料使用自產白云石塊礦，燃料使用無煙塊煤，白云石塊礦經煅燒2小時篩分后存入成品料倉。豎窯的主要參數為：外徑3.6m、內徑2.65m、有效高11m、有效容積58m3，年生產能力1萬t/座。
    白云石礦中有用組分為MgCO3、MgO，輕燒白云石中的有用成分為MgO。為提高其中MgO含量，將白云石礦在1050－1200℃的高溫下煅燒，使MgCO3發生熱分解反應，從而增加MgO的含量。
    （三）工藝流程評價
    該生產工藝除了上料、布料、煅燒、篩分采用機械操作外，原料的運送及配料、出料、選料等均為人工操作。因此，生產受人為因素影響較大，窯況不穩定，經常出現欠燒、過燒等現象，造成質量不穩定；同時工人的勞動強度也較大，2005年全員勞動生產率僅為542t／人。
    隨著太鋼（集團）公司生產的發展和新建150萬t不銹鋼項目的建成投產，從2001年開始輕燒白云石用量從3萬t逐年增加到5.9萬t，預計*終需求量將達到約14萬t/a；同時對產品質量要求也在不斷提高，其中主要成分MgO含量從28％提高到29.8％，*終將要求達30％以上。因此，原有土豎窯生產能力無論從產量或質量上已不能滿足需求，急需改進。
    三、新建機械化豎窯
    （一）新建機械化豎窯的必要性
    為了滿足太鋼（集團）公司對輕燒白云石質量、產量的要求，若對原有3座土豎窯進行改造，年生產能力僅約5.5萬t，且工藝落后、產品質量差，已遠遠不能滿足公司發展的需要。同時根據環保標準規定，太鋼復合材料廠現存土豎窯均屬于淘汰范圍。為此，建造工藝先進、環保質量高的機械化豎窯生產線勢在必行。
    （二）新建機械化豎窯概況
    新建輕燒白云石500m3機械化豎爐是太鋼（集團）公司新建150萬t不銹鋼改造工程的配套項目之一。該豎爐為全機械化自動操作，是目前具有國內同行業先進水平的豎爐，可年產輕燒白云石13－14萬t，產品質量將大幅度提高，無論從產量或質量上都滿足了公司的需求。
（二）   原料及產品技術指標（表3、4)
表3 機械化豎窯使用原料指標

原料	白云石礦				無煙煤（％）
原料	MgO(%)	SiO₂(%)	R₂O₃＋Mn₃O₄（%）	粒度范圍/mm	固定炭	灰分	S
指標	≥19	≤2.0	≤2.0	30－50	≥85	≤14	≤5.0

表4 機械化豎窯產品質量指標

項目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼減（％）	粒度范圍/mm
指標	≥30	≤4.0	≤22	10－40

（三）生產工藝流程（圖2）

圖2 機械化豎窯工藝流程（唐山金泉公司工藝圖）

制備好的白云石與焦粉（或無煙煤）混勻料經布料器均勻布入爐內。豎爐本體自上而下大致可分為預熱帶、煅燒帶和冷卻帶，隨著底部成品料的排出，上部爐料靠自重緩緩下移。在預熱帶冷料與從煅燒帶上來的高溫廢氣產生熱交換，高溫廢氣可將冷料預熱到約830～850℃；在煅燒帶MgCO3、CaCO3吸熱分解，焦粉燃燒補充熱量，煅燒帶溫度一般控制在1050～1200℃，高時可達1300℃；在冷卻帶燒成的高溫輕燒白云石與爐底下部的風帽吹入的冷風進行熱交換，冷風被預熱到約600－700℃，輕燒白云石則被冷卻到30－70℃，預熱的空氣作為煅燒帶焦炭燃燒的助燃空氣。燃燒產生的廢氣和MgCO3、CaCO3分解產生的CO2則由爐頂進入煙氣除塵系統。燒成的輕燒白云石由爐子下部的圓盤卸灰機均勻卸下，通過密封倉式出灰閥交替動作，斷續排出，實現不停風將灰卸到大傾角膠帶上，經大傾角膠帶機將成品運到成品倉。爐頂廢氣溫度150－200℃，爐底出料溫度30－70℃。
輕燒白云石經過篩分，5－45mm的進入成品料倉，＜5mm的由汽車運至粉礦倉回收利用，這不僅避免了固體廢棄物的排放，也提高了粉礦的品位。
該系統從混料、上料到焙燒、卸料均采用自動化控制，而且配備有電子計量秤，杜絕了人為因素的影響，使原、燃料混合均勻，從而布料合理、受熱均勻、質量穩定。產品組分為：MgO＞30％、Ca0＞50％、CO2殘余量低；生燒率＋過燒率＜8％；且雜質含量少。該機械化豎窯的主要指標參數為：有效高度27m、有效直徑5m,年生產能力可達14萬t／臺。

該豎窯建成后的技術指標如表5所示。

表5 2006年8－10月新建500m3機械化豎窯產品技術指標

項目		8月	9月	10月
產量（含面灰）/t		1660	6784	7884
組分（％）	MgO	31.14	32.28	31.14
	CaO	45.25	46.29	48.79
	SiO₂	3.41	2.00	3.41
	灼減	17.4	16.5	16.7

（四）   工藝流程評價
根據該項工程的先進工藝設計結合對唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司工藝設計對比分析，機械化豎窯系統是目前國內外應用比較成熟的工藝系統，采用自動化控制工人的勞動強度減少了80％，同時徹底杜絕了人為因素的影響，為實現產品質量的穩定提供了必要的條件。年全員勞動生產率2917 t/人，是原有土豎窯的5.4倍。
    與原土豎窯相比機械化豎窯主要技術特點：
    －生產過程采用PLC控制系統，設中央控制室CRT和若干電氣室。同時對原料、成品及生產過程進行控制。采用電子稱量技術，使入窯前的原料、燃料準確稱量，并能實現自動補償。
    －采用新型設備連續旋轉布料，使礦石和焦炭在豎窯同沿料面的不同半徑圓周上均勻分布，同一環帶無凸凹現象，不同環帶的料面≤300mm。在布料過程中，可使大塊白云石布在窯中心，小塊布在窯周邊，以減輕窯周邊效應的影響。
    －采用脈沖式液動料位探測器控制窯內料面高度，使窯內料面高度保持在一定范圍內，從而穩定了窯的熱工制度，有利于提高產品質量。
    －采用圓盤卸灰機將焙燒好的白云石均勻地從窯內卸出，配備的雙層液動閘板出灰機密封效果好，運行可靠，可在不停風的情況下均勻出料，有利于窯內物料平穩運動，提高產品質量。
    －采用羅茨鼓風機向窯內送風，其鼓風量不受窯內阻力變化的影響，可保證窯內熱工制度的穩定，有利于穩定白云石質量。
    －出窯廢氣經過高效除塵凈化，減輕了對環境的污染，其粉塵排放濃度＜50 mg/m3，從而改善了生產環境，具有較大的社會效益。
采用輕燒白云石500m3機械化豎窯獲得了較好的經濟效益，投產后年可生產優質輕燒白云石14萬t（全灰量），投資利潤率達70％，稅前達92.70％，投資回收期（含建設期）稅后為1.11年，稅前為0.89年。
目前，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司在此技術上繼續創新，于2010年全面推出了“第三代具有國際領先水平的新型節能白云石專用石灰窯技術”，使該項工程投資更低，原料、燃料更具多樣化，生產系數提高了20%，能耗降低了25%，目前主要窯型容積有：150 m³、170 m³、200 m³、250 m³、300 m³、350 m³、400 m³、500 m³、588 m³、628m³等，日產量從120噸到500噸均可以設計建造。

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