紅土直還原工藝回轉窯組合爐襯研究報告及應用前景

2017-12-13 09:33:16 作者:huangj 來源: 瀏覽次數:0 網友評論 0

紅土直還原工藝回轉窯組合爐襯研究報告及應用前景

  李朝俠,黃河

  洛陽市洛華粉體工程特種耐火材料有限公司

  長壽命大型回轉窯組合爐襯技術成果概述

  在冶化熱工藝爐窯中,用于各種冶化工藝的初級原料煅燒(焙燒)處理和和后期廢渣綜合處理工藝中回轉窯得到廣泛的應用。但是,由于回轉窯是直筒形前后雙開口非密閉旋轉式熱設備,所以在物料的冶化過程中溫度場的集中度和強度上,對能源和能源物質的使用效率上,在冶化形式和功能性、冶化強度和熱能利用率上,尤其是旋轉帶來的回轉窯爐襯的損壞引發的停產和檢修費用,使回轉窯只能適用于比較簡單的較低溫度和冶化反應比較平穩的場合。但是,近年來,以回轉窯為核心的熱工藝的有了很大的變化和進步,以回轉窯為核心的熱設備生產線的建設也呈現快速的發展。為適應生產需要,我公司經過多年研究,發明了以澆注料取代耐火磚的懸掛在回轉窯鋼外殼上的彈性高強長壽命回轉窯整體爐襯。在該發明中,我們在對多種耐火材料的物質性的開發和研究的基礎上,針對回轉窯運行中的各種物理狀態,根據我們多年的工作積累和反復試驗,把金屬冶金物理化學和無機非金屬高溫物理化學的理論和實踐積累進行交叉組合,把回轉窯旋轉高溫力學場和爐襯慣性跟隨力學場進行分析后進行組合爐襯的錨固設計,把回轉窯爐襯的建造方法和爐襯建造的安全性、可推廣性結合起來,達到顯著的回轉窯功能擴展、穩產擴產、爐襯延長、停爐檢修率大幅度下降,窯體外殼高溫區溫度顯著下降的良好效果。該項目2015年通過高科技產業化研究會科技成果鑒定,2016年被國家發改委列入年國家重點節能低碳技術推廣目錄(2016年本,節能部分)第159項。在此,把我公司在數十年的大型長壽命回轉窯組合爐襯的技術和一些看法和各位專家進行分享和討論。
 

   表1 回轉窯磚砌爐襯和組合爐襯差異對照表
 

序號

目錄

回轉窯澆注料組合爐襯

磚砌爐襯

1

爐襯基礎

主材料

各種澆注料

各種耐火磚

2

爐襯層數

3-4

單層

3

爐襯與鋼

外殼聯系

均勻掛在鋼外殼上

貼靠在鋼外殼上

4

對筒體鋼

外殼的要 求

只要鋼外殼能有維持自身外形的強 度和剛性即可,無論新舊外形尺寸大 小是否橢圓變形均可以使用實施

筒體鋼外殼必須有很高的強度和剛性 筒體直徑截面受限 于窯磚楔度尺寸誤差

5

爐襯輔助

材料

金屬、熱失性片狀材料。錨固磚

火泥

6

爐襯有效運行厚度

爐襯60mm厚度以上仍然可以正常長期連續滿負荷按照原來設定工藝 運行

磚砌爐襯失去表面 50mm 爐襯后即 開始大量結爐圈加速 損壞多次檢修后報廢

7

檢修率

非常少,可以幾年不檢修。若要檢修 可以點補和挖補,節約而快速

檢修次數多得多,一年內多次檢修后不得不更換整個區 段的爐襯,耐火材料丟棄損失大

8

重量和造價

由于有金屬材料,相對于同樣規格的 磚砌爐襯重量增加 3-5%;同時不銹 鋼造價比較高,澆注料組合爐襯比磚 砌爐襯施工復雜成本高,總造價約是 磚砌爐襯 1.15-1.2

耐火磚加火泥組成磚襯重量,不同用途市場采購價

9

爐襯力學結構特點

爐襯為懸空均勻掛在爐筒體外鋼殼 上的帶有柔性的整體高強組合爐襯, 徹底克服了爐襯相對于鋼外殼的滑 差移位徹底克服了爐襯內外的相互 擠壓和碰撞,強度和抗災害能力是磚 砌爐襯的數十倍以上

磚砌爐襯以獨立的彼此貼靠的形式堆砌組合靠重力穩 定,爐襯整體布滿裂隙沒有穩定的力學結構,設備運行 中無法克服爐襯內外的滑差移位,因此在滑差移位的影 響下產生爐襯之間和爐襯與外鋼殼的相互對撞相互破壞 成為爐襯損壞基礎。

10

設備運行特點

和磚襯相比,負荷及產量可以是磚砌

爐襯的 140%%以上(曾經在標準設計 55 /h 產量的鎳鐵回轉窯上長期運 行在 100 /h 以上,產品完全合格) 長期運行不檢修,節能擴產效果顯 著,單產核算運行消耗和費用大幅度 下降

磚砌爐襯使用在一二個月直至更短就開始損壞,一旦損 壞開始就開 始結爐圈掛渣結爐瘤,嚴重影響產量,直至 發展到只好停爐拆除爐圈爐瘤的情況。影響產量修補 就越來越頻繁,由于窯磚破損面積

11

發展

已經通過 2015 年國家高技術產業化 技術成果鑒定,2016 年通過國務院 發改委節能減排審查,被列為國家重點節能低碳技術推廣目錄

耐火行業屬于高污染行業,耐火磚的生產和優質耐火原 料越來越稀缺,價格飆升使下級用戶難以承受。

  北海誠德集團回轉窯磚砌爐襯問題

  直接還原回轉窯概況

  北海誠德集團回轉窯分廠有4條規格為Φ3.6×72米直還原回轉窯,是除了日本大江鋼鐵公司之外的、世界上的長期運行的直還原紅土提鎳的生產企業,工藝特點十分突出。直還原工藝是以回轉窯高溫旋轉發生的勢能變化,將熔融物料進行渣鐵分離,取代了熔煉爐中的熔融原料在熔池中的渦流攪拌產生的重力沉降分離,使原料的烘干→焙燒→熔煉的三步熱冶煉工藝在一條回轉窯得以實施。這個大膽的設計方案和科學思想的融合使多少冶金工作者趨之若鶩而前仆后繼的進行投資和試驗,而至今為止,全國只有北海誠德集團得以突破實現。可以想見,其實施過程中的困難曲折。但是這真是一個偉大的創造性的工藝突破,它為新的紅土不銹鋼冶煉工藝的發展奠定了基礎。如果把設計者的思想完全實施的話,將促使新的紅土不銹鋼冶煉工藝的出現,使生產線縮短,土地和建設投資大大節約,生產成本大幅度下降,節能和環保指標大幅度提高,意義重大。

  直還原回轉窯磚砌爐襯存在的問題

  由于這些直還原回轉窯原來都是磚砌爐襯,磚砌爐襯無法克服運行中爐襯產生的滑差移位對自身的破壞。由于磚砌爐襯磚縫裂隙多,而耐火磚在運行中不禁碰撞和先天的抗熱震性能差,運行很短時間就會開始損壞產生粗糙面,使爐料運行產生不均勻跳動。紅土中含鐵量高,在高溫熔融狀態下旋轉跳動的爐料易于鉆進磚襯的裂隙中扎根或者在磚襯表面粘結。這種現象一旦開始就不可停止隨時間推移更加嚴重,久而久之掛料結圈繼續發展造成堵塞爐料通道無法出料沒有產量只好停爐。停爐之后,需要工人日夜不停用風鎬大錘把窯內積鐵和凝固的熔渣清除出來,需要停爐幾十天。這種停爐每隔2-3個月就要重復一次,不但直接毀壞爐襯使爐襯檢修費用增加,而且停產損失嚴重,使生產線成為斷續生產線,無法和連續吹煉煉鋼工藝對接,發揮不了回轉窯直還原工藝的優勢。因此,不解決粘料結圈堵塞窯口出料通道的問題,現行的回轉窯直還原工藝從生產成本和勞動操作環境的惡劣性來講和原料的烘干→焙燒→熔煉的三步冶煉工藝相比并沒有優勢。反之,如果解決了這個問題,將使紅土提煉鎳鐵工藝線的建造和生產成本都大大下降,后續可望直接對接爐外精煉的煉鋼工藝使之產出精品,將成為全國乃至世界紅土鎳礦不銹鋼冶煉工藝連續生產線的創造者和先行者,對整個不銹鋼產業起到重要的推動作用。

  (1)現有的誠德集團直還原回轉窯工藝存在的問題:

  現有的誠德集團直還原回轉窯是磚砌爐襯,回轉窯生產出來的產品渣鐵混雜在一起沒有分離,產品需要先水淬裂解,然后進磨機磨細,再進行磁選。預還原的三步熱工藝由一熱二冷工藝取代,工藝短、節省能源、用人少、生產成本低的優勢沒有顯露出來。

  回轉窯爐襯檢修頻繁且時間長,檢修周期大于100天的很少,4條回轉窯,經常有一至二條處于爐襯檢修狀態,一停爐就是幾十天,檢修費用居高不下,設備利用率卻很低。而RKEF工藝生產線卻可以長期穩定的高負荷滿產運行。

  磚砌爐襯布滿裂隙,在直還原工藝的高溫運行中,物料熔融,鎳鐵離析出來成為液體,渣輕鎳鐵水重,熔融渣附在鎳鐵水上面呈現沉降。鎳鐵水體積密度是爐襯耐火材料2倍多,遇到爐襯裂隙處立即下沉直達窯鋼殼造成窯襯透鐵水。隨著回轉窯旋轉,熔融渣會被卷至鎳鐵水下部與鎳鐵水攪拌,在鎳鐵水擠壓夾帶下跟隨鎳鐵水向窯鋼外殼沖擊,熔融渣夾帶大量孔洞空腔,空腔內是高溫爐煙氣,在爐襯裂隙中擠壓破碎沖向低溫的外鋼殼,使筒體鋼外殼內外壁溫差大于600℃產生爐襯透火,窯筒體鋼外殼承受巨大熱負荷,外表面溫度升高,鋼外殼金屬組織老化,爐襯在透火和透鎳鐵水的情況下加速損失邊緣,裂隙擴大在爐壁掛渣,最后形成貫通爐瘤隨后結圈,結圈越來越嚴重對直還原工藝被破壞,產品通道被扭曲阻塞,只好停爐。直還原窯停爐清楚結圈的實質是爐襯的損壞,清除爐內結圈會更進一步破壞爐襯,周而復始造成爐襯檢修更換頻繁費用居高不下,停爐檢修期間沒有產品使設備利用率達不到國家對于大型設備年運轉率8000小時/年的標準。而檢修期間的重污染環境和笨重的體力勞動也面臨勞動力后繼乏人。

  回轉窯爐襯改造狀況

  為了改善和解決鐵水上述問題,北海誠德集團引進我公司,承擔了甲方1#直還原回轉窯的大修總包工作,采用我公司的“長壽命大型回轉窯組合爐襯”技術建造了1#窯 爐襯。該工程2017年6月建造完畢,7月經過10余天烘爐后,停爐檢查整個窯體爐襯,爐襯表面光滑堅硬似鐵沒有裂紋和掉塊,大部分包括中低溫區已經在表面均勻掛上一層10mm厚的黃色渣保護層,達到最初的以“密閉光滑的高強整體爐襯”使窯內物料無法在爐襯上扎根從而控制爐襯結圈結礦被破壞,以形成“掛滑動渣保護”的耐火爐襯,以減緩鐵水磨損、延長爐襯壽命的目的。

  月進行投料生產已經三個月,爐子連續滿負荷平穩運行,爐體外表面高溫區溫度保持在180-230℃之間,生產的鎳鐵為不摻雜質的高溫鎳鐵線束狀流束從回轉窯中心底部最低處流出。鎳鐵離析后殘留的熔融渣密度小,粘度大,隨回轉窯旋轉上升約30-40度后成塊散落出窯進入窯外收集箱。

  該現象表示直還原工藝完全完成以一條回轉窯完成了RKEF工藝中三個熱設備生產線的功能,如果繼續改良爐襯品質,延長穩定的生產周期,與回轉窯操作工藝進一步融合對接改善,將熔融渣另外處理,將鎳鐵水集中收集后直接進入不銹鋼煉制工藝,將會出現新的低污染、高效節能低成本的紅土提鎳-不銹鋼冶煉工藝模式,大量節約能源和生產成本,具有顯著的經濟效益和社會效益。

……
 


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