各種類型的水泥回轉(zhuǎn)窯都遇到過結(jié)圈問題。結(jié)圈使窯該處的橫斷面積顯著減少，嚴(yán)重影響窯內(nèi)通風(fēng)，阻礙物料運動，對回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、安全運轉(zhuǎn)、煤耗、電耗均有一定影響。尤其頻繁結(jié)圈的回轉(zhuǎn)窯，不僅破壞了窯內(nèi)正常熱工制度，而且損害操作人員的身體健康，給生產(chǎn)造成經(jīng)濟損失。
引起回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的因素很多，它與原料性質(zhì)、生料成分、燃料的灰分和細度、窯型、窯內(nèi)還原氣氛及熱工制度等有關(guān)。在實際生產(chǎn)過程中，煅燒硅酸率高的熟料時，對減少結(jié)圈有好處，但是燒硅酸率很高的白水泥熟料也結(jié)圈。至于說煤灰的影響，但所有燒油的水泥回轉(zhuǎn)窯同樣也結(jié)圈。所以結(jié)圈問題比較復(fù)雜。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)中的體會和認(rèn)識，談?wù)勊嗷剞D(zhuǎn)窯結(jié)圈的預(yù)防和處理。
1 結(jié)圈的形成
回轉(zhuǎn)窯內(nèi)形成結(jié)圈的因素很多，但液相的產(chǎn)生和固化是結(jié)圈的主要形成過程。而襯料溫度、物料溫度、煤灰和生料組成又是決定液相的生成和固化的主要因素。在熟料煅燒過程中，生料在1200℃左右出現(xiàn)液相，在1250℃左右液相粘度開始變小，液相量增加，由于料層覆蓋溫度突降，加之筒體表面散熱，液相在窯壁上凝固下來，形成窯皮。窯繼續(xù)運轉(zhuǎn)，窯皮又暴露在高溫中而被熔掉下來，再次被物料覆蓋，液相又凝固下來，如此周而復(fù)始。如果粘掛上去的多，掉下來的小，窯皮就增厚，反之就變薄。在正常情況下，窯皮可保持在200mm左右的厚度。該溫度條件及區(qū)域內(nèi)若熔化和固化的過程達到平衡，窯皮就不會增厚。當(dāng)熔化的少固化的多，其厚度增長到一定程度，即形成圈。當(dāng)襯料與物料的溫差大時，在足夠液相的條件下，圈體越結(jié)越厚。
1.1 前結(jié)圈的形成
前結(jié)圈(又稱窯口圈)，是結(jié)在回轉(zhuǎn)窯燒成帶末端部位的圈。在正常煅燒條件下，物料溫度為1350～1450℃，液相量約為24%，其粘度較大。當(dāng)熟料離開燒成帶時，液相開始冷卻，進入冷卻帶的液相已基本固化。在燒成帶和冷卻帶的交界處存在著較大的溫差，窯口物料溫度高于窯皮溫度。當(dāng)熟料進入冷卻帶時，帶有液相的高溫熟料覆蓋在溫度較低的末端窯皮上，就會很快粘結(jié)、越粘越厚，最后形成前結(jié)圈。在煅燒過程中，當(dāng)燒成帶高溫部分溫度過于集中時，冷卻帶與燒成帶交界處出現(xiàn)很大的溫差，加之高溫急燒液相量增多，粘度較小，熟料進入冷卻帶時，仍有大量液相迅速冷卻在交界的附近，促進了前圈的增長。
1.2 熟料圈的形成
熟料圈(又稱二道圈)，是結(jié)在窯內(nèi)燒成帶與放熱反應(yīng)帶之間的圈，也是回轉(zhuǎn)窯內(nèi)危害最大的結(jié)圈。在熟料煅燒過程中，當(dāng)物料溫度達到1280℃時，其液相粘度較大，熟料圈最易形成，冷卻后比較堅固，不易除掉，在正常煅燒情況下，熟料圈體的內(nèi)徑部分，往往被燒熔而掉落，保持正常的圈體內(nèi)徑。如果在1250～1280℃溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的液相量偏多，往往形成妨礙生產(chǎn)的熟料圈。熟料圈一般結(jié)在燒成帶的邊界或更遠，開始是燒成帶后邊的窯皮逐漸增長，逐漸長厚，發(fā)展到一定程度即形成熟料圈。嚴(yán)重熟料圈的窯皮長度有的甚至長出正常窯皮長度的幾倍。如某白水泥廠3.6m65m三級旋風(fēng)預(yù)熱器窯，在試產(chǎn)期間曾結(jié)過一次嚴(yán)重的熟料圈。窯內(nèi)窯皮長達52m(自窯頭護口鐵測量)，圈體最厚處達1050mm。致使試產(chǎn)無法進行，被迫停窯處理。
2 結(jié)圈的預(yù)防和處理
2.1 結(jié)圈的預(yù)防
前結(jié)圈和熟料圈形成的主要因素是由于物料在一定溫度和區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生液相，在襯料與物料間溫差大的條件下容易產(chǎn)生結(jié)圈。因此防止結(jié)圈的辦法在于適當(dāng)?shù)販p少物料中的初期液相量，盡量減少襯料和物料間的溫差。
(1)選擇適宜的配料方案，穩(wěn)定生料成分，提高煅燒操作水平。一般講:燒高飽和比、高硅酸率的料子不易結(jié)圈，但煅燒很困難，對保護窯皮和熟料質(zhì)量不利。而燒低飽和比、低硅酸率的料子，燒結(jié)范圍窄，液相量多，結(jié)粒粗，煅燒不易控制，易結(jié)圈。燒高飽和比、低硅酸率或低飽和比、高硅酸率的料子都可易燒不結(jié)圈。因此配料方案應(yīng)采用較高飽和比和較高硅酸率適當(dāng)減少熔媒礦物的配料方案，對防止結(jié)圈有利。如某水泥2.5m45m五級懸浮預(yù)熱器窯，投產(chǎn)兩年多來的配料方案:KH=0.9±0.02，SM=2.0±0.1，AM=1.3±0.1。結(jié)圈頻繁，臺時產(chǎn)量低達7.0t/h。調(diào)整后的配料方案:KH=0.94±0.02，SM=2.4±0.1，AM=1.1±0.1，采用“薄料快轉(zhuǎn)”操作，結(jié)圈問題基本得到解決，窯的快轉(zhuǎn)率和運轉(zhuǎn)率都有了提高，熟料臺時產(chǎn)量穩(wěn)定在10t/h以上。另外高鋁氧率的料子C3A含量高，液相粘度大，易結(jié)圈。在配料方案中應(yīng)在適當(dāng)減少物料中液相量的條件下，降低鋁氧率值。
(2)降低煤粉細度，加強風(fēng)煤混合，消除不完全燃燒。煤粉細度粗，著火速度慢，燃燒時間長，火焰的熱力分散。在二次風(fēng)量不足通風(fēng)不良的情況下，物料預(yù)燒不好。一次風(fēng)量不足，風(fēng)速、風(fēng)壓減小，風(fēng)煤混合不好，容易產(chǎn)生不完全燃燒形成還原焰。尤其使用單通道噴煤管的回轉(zhuǎn)窯，一次風(fēng)中的氧很難達到火焰中心區(qū)嚴(yán)重缺氧，大量碳粒和CO不能在燒成帶燃燒，而在分解帶甚至窯尾才燃燒。同時在燒成帶產(chǎn)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℃的液相形成，最容易使燒成帶液相提前出現(xiàn)，將未熔的物料粘結(jié)在一起，造成結(jié)圈。為此在生產(chǎn)中將煤粉細度控制在10%以下，同時改進單風(fēng)道噴煤管煤風(fēng)的噴射系統(tǒng)，或采用雙風(fēng)道、三風(fēng)道噴煤管，確保煤粉充分燃燒，是防止結(jié)圈的重要措施。如某水泥廠4.4/4.15/4.4m180m濕法回轉(zhuǎn)窯，曾使用一個噴嘴口徑330mm，平頭長750mm的噴煤管。煤粉灰分高達40%，煤粉細度13%左右，結(jié)圈頻繁。經(jīng)熱工標(biāo)定，測量一次風(fēng)量16040Nm3/h，一次風(fēng)速70m/s，二次風(fēng)量205400m3/h。由于噴煤嘴口徑偏小，一次風(fēng)量偏小，一次風(fēng)速較高，加之噴嘴平頭太長惰性較大，煤粉細度較粗灰分大，造成黑火焰長，高溫帶熱力集中，煤粉在射程內(nèi)不能完全燃燒，火焰低溫部分拖長，尾部熱力分散，還原氣氛濃厚，造成主窯皮短而薄，副窯皮長而厚，前結(jié)圈及熟料圈嚴(yán)重，限制了窯產(chǎn)量、質(zhì)量的提高。后來改用口徑為345mm、平頭長550mm的噴煤管，煤粉細度降低到10%以下，煤粉灰分控制在30%左右。測量一次風(fēng)量17500Nm3/h。一次風(fēng)速63.6m/s，二次風(fēng)量236470m3/h。窯內(nèi)火焰順暢、清亮、活潑有力，高溫帶位置合適，低溫部分不拖長，主窯皮增長(10～12m)，副窯皮縮短(5～6m)，熱力在窯內(nèi)分布合理，結(jié)圈情況基本好轉(zhuǎn)，熟料產(chǎn)量、質(zhì)量和運轉(zhuǎn)率都有了提高。
(3)在生產(chǎn)中要確定一個經(jīng)濟合理的產(chǎn)量指標(biāo)，適當(dāng)快速轉(zhuǎn)窯操作，對防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈是一個有利措施。結(jié)圈大都在窯產(chǎn)量較高時形成的，往往都是由于增加窯產(chǎn)量的條件超過所規(guī)定的最高抽風(fēng)能力，而造成燃料不完全燃燒的緣故。當(dāng)窯產(chǎn)量增加到一定限度之后，用煤量增加，煤灰大量沉落，窯內(nèi)還原氣氛濃厚，操作上必然拉大排風(fēng)，窯內(nèi)氣流速度增加，火焰拉長，液相提前出現(xiàn)，就容易形成熟料圈。為此在生產(chǎn)管理上要加強原、燃料質(zhì)量控制，穩(wěn)定入窯生料成分，保持喂料均勻，在加強預(yù)燒的基礎(chǔ)上，采取薄料快轉(zhuǎn)、長焰順燒，穩(wěn)定熱工制度，提高快轉(zhuǎn)率等措施，對預(yù)防結(jié)圈十分有效。
2.2 結(jié)圈的處理
在回轉(zhuǎn)窯操作過程中，對已形成的前結(jié)圈或熟料圈，要做到及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。在處理結(jié)圈時，一般是采用冷熱交替法，盡量加大溫度差，使圈體受溫度的變化而垮落。
2.2.1 前結(jié)圈的處理
前結(jié)圈不高時，對煅燒操作影響不大，尚可增加燒成帶料層厚度，延長物料在燒成帶停留時間，減少燒成帶向窯前輻射散熱。但當(dāng)前結(jié)圈結(jié)高時，既影響看火操作，又影響窯內(nèi)通風(fēng)及火焰形狀，大塊熟料滾不出來，易損燒成帶窯皮及襯料。此時應(yīng)調(diào)整風(fēng)煤或移動噴煤管及時處理。
(1)圈位距下料口較遠，大都是在窯皮情況較好、煅燒正常、高溫帶位置合適、噴煤管長時間在里邊時結(jié)的圈。處理時可不關(guān)排風(fēng)、不減少喂料量，只要拉出噴煤管就可以燒掉。
(2)圈位距下料口較近，大都是由于窯皮情況不好，火焰過長，噴煤管長時間在外邊時結(jié)的圈。處理有兩種操作法:一是不減喂料的操作。當(dāng)來料偏少時將噴煤管拉出，同時提高一、二次風(fēng)溫和增加二次風(fēng)量，尾溫偏下限控制，提高燒成溫度，使燒成帶前移，火點落在圈位上，逐步燒掉。操作中要及時加減煤量，掌握來料多少和火焰變化情況，發(fā)現(xiàn)火焰伸長或壓縮要及時調(diào)整，防止損傷窯皮及輕燒品出窯;二是減喂料的操作。適當(dāng)減少喂料量，減少二次風(fēng)量，當(dāng)尾溫偏低時，將噴煤管拉到最外，待預(yù)燒較差的物料進入燒成帶后，即可縮短火焰強制煅燒，使前結(jié)圈強火燒掉。此種方法是在拉出噴煤管無法燒到時被迫進行的。由于噴煤管拉出過多，加上生料很近，黑火焰很短，不可能維持正常火焰形狀，操作中更要注意來料變化，加強勤看。
2.2.2 熟料圈的處理
在處理熟料圈時，要根據(jù)圈體的特點和遠近，分別采取不同的處理方法，才能達到較好的效果。一般采用冷熱交替法處理，燒遠圈時以冷為主，燒近圈時以燒為主。
(1)當(dāng)窯內(nèi)窯皮長得長而厚或有輕度圈根時，將噴煤管偏外拉出，移動燃燒帶位置，降低結(jié)圈部位溫度，改變煤灰沉落位置，使厚長的窯皮逐漸垮落。調(diào)整風(fēng)煤配合，加速煤粉燃燒，使高溫帶兩端低溫部分不拖長，防止圈根繼續(xù)成長。
(2)當(dāng)窯內(nèi)厚長窯皮處理不當(dāng)或不及時而導(dǎo)致周期性快、慢車加重，使厚窯皮發(fā)展形成熟料圈時。首先要確定圈的位置和厚度及圈后積料情況。然后減少喂料量，一般減少到正常喂料量的70%～80%。提高火焰溫度，加強預(yù)燒，逐漸加快窯速，保持窯的快轉(zhuǎn)，卸出圈后部分積料。待圈后積料減少時，可將噴煤管伸入窯內(nèi)，適當(dāng)抬高噴煤嘴，使火焰的高溫區(qū)移向圈體處。此時排風(fēng)不宜加得過大，防止火焰溫度降低。燒4～5h后，再將噴煤管拉出燒，這樣反復(fù)處理，使圈體受溫度變化而垮落。在處理熟料圈時，要適當(dāng)改變原料成分，減少物料中的液相量，適當(dāng)改變煤的配合，采用高揮發(fā)物，低灰分的煤，保證煤粉完全燃燒，以防圈的發(fā)展。
處理熟料圈時，一定要在保護窯皮的基礎(chǔ)上進行，勿使火焰過分集中。經(jīng)處理后圈根仍很牢固，而且嚴(yán)重?fù)p傷窯皮及襯料時，應(yīng)停窯除圈。
3 結(jié)語
回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的因素是多方面的，只要找出結(jié)圈的主要原因，本著“以防為主，以除為輔”的原則，煅燒操作中只有及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，方法正確，結(jié)圈問題才能真正得到解決。從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全、文明生產(chǎn)。
