摘要   介绍了回转窑结圈的原因及消除措施。

关键词 链篦机  回转窑  结圈  机理

1前言  

生产氧化球团矿的方法主要有三种，竖炉法是最早的球团生产方法，由于它已不能适应钢铁工业的发展，所以基本上不可能有更大的发展。带式焙烧机与链篦机一回转窑工艺一样，具有单机产量大，球团质量好，对原料适应性大，操作灵活等优点，但是它只能采用气体燃料焙烧，因此对于没有气体燃料的矿山来说，建带式焙烧机不如建链篦机．回转窑合理。另一方面，链篦机一回转窑工艺对设备材质要求没有带式焙烧机高，焙烧设备较简单，因此我国近年所建的大型球团设备都是链篦机一回转窑。但是该工艺的最大问题是回转窑容易结圈，特别是用煤作燃料的回转窑比燃烧气体或液体燃料的回转窑更容易结圈。近年来我国投产的链篦机一回转窑差不多都出现了结圈现象，有的回转窑结圈还比较严重，因此影响了链篦机一回转窑的正常运转，使之难以达产。作者就此问题进行探讨。

2  影响回转窑结圈的因素分析

    大体上讲，引起回转窑结圈的原因主要有四方面：(1)回转窑内粉状物太多；(2)回转窑气氛控制不好；(3)回转窑温度控制不当；(4)原料的SiO₂含量高等。就这几方面而言，似乎回转窑结圈的原因很简单，而实际上，影响结圈的因素是多种多样的，这些因素及其相互关系见图1。

2．1球团中粉末过高

    对回转窑生产来说，球团中粉末多是引起回转窑结圈的常见原因。根据物理化学原理，大颗粒液化的蒸气压大，小颗粒液化的蒸气压低，因此小颗粒在较低的温度下就可产生软熔，而大颗粒需在较高温度下才发生软熔。由于大小颗粒软熔性能的差别，导致球团中的粉末易熔化而结圈。而球团中粉末过多的原因也是多种多样的。

    1)生球筛分效率差，使得球团中夹带小母球或块状物。这种情况现在一般较少，因为设计院在工艺设计时，大多采用了筛分效率高的辊式筛分机，并采用二次筛分。

  2)生球破裂温度低。生球结构受到破坏时的最低温度称为生球破裂温度。生球结构破坏有两种形式，一种是不爆而开裂，一种是爆裂炸开，产生大量粉末。生球产生裂纹时的最低温度称为裂纹温度，生球炸裂时的最低温度称为爆裂温度，一般生球裂纹温度比爆裂温度低。影响生球破裂温度的因素也很多，如精矿的粒度和种类、膨润土种类、生球水分、生球结构紧密程度、混合料处理方式等等。铁精矿的粒度比较细，对生球强度是有利的，但对生球热性能不利，使得生球破裂温度降低。如有的磁选精矿小于0．074 mm粒级达96％，不加膨润土时，生球破裂温度只有410℃。如果膨润土质量不好，配加后，有可能导致生球破裂温度更低。根据作者长期的科研实践，一般钠化膨润土的生球爆裂温度低于钙基膨润土。过高

的生球水分或过长的造球时间也会降低生球破裂温度。不管生球是开裂还是爆裂，对链篦机一回转窑生产来说都是不利的，都会产生粉末。

  3)预热球强度差。链篦机一回转窑球团工艺与竖炉和带式机球团工艺不同，生球经过预热后，需从链篦机上转移到回转窑中，然后在回转窑中翻滚，直到从窑头排出。预热球除要经受转运过程中高落差的冲击外，在回转窑内还有自磨的作用，所以不但要有一定的抗冲击能力，还要有抗磨损的能力，因此预热球要有一定的强度。

    4)造球原料粒度较粗，球团表面耐磨性差。由于原料粒度粗，在造球过程中粗颗粒容易粘在生球的表面，在回转窑中的自磨作用下，这部分粗颗容易被剥磨下来。

    5)煤的灰分大。煤燃烧后灰分散落在球的表面，由于球层的离析作用，未被球表面粘上的灰分沉落到回转窑的壁上，在窑壁上发生粘结。

    6)链篦机上料层过厚。料层过厚会在料层中部产生过湿，过湿球的爆裂温度降低，在随后的抽风干燥过程中易发生爆裂。链篦机的料高最好控制在180—200 mm范围内。

2．2球团中存在低熔点物质

    球团生产与烧结不同，球团矿是靠固相固结，液相量是很少的，就球团生产本身来说，液相量应尽可能少。因为球团液相量多，竖炉会结炉，回转窑会结圈，带式焙烧机料层透气性不好。球团中的低熔点物质主要是来自于以下几个方面：

    1)球团中SiO₂含量高。球团本身的SiO₂来自于精矿和膨润土。SiO₂与FeO作用生成低熔点硅酸盐化合物或共熔混合物。球团中SiO₂含量越高，越容易形成低熔点物，而低熔点物越多，回转窑结圈的可能性越大，我国有的回转窑结圈物中玻璃体达20％以上。

    SiO₂+FeO一2FeO·SiO₂熔点1 205℃

    2FeO·SiO₂——SiO₂共熔混合物 熔点 l 178℃

    2FeO·SiO₂——FeO共熔混合物熔点1 177℃

    2)钾钠高。一般含钾钠高的矿物其熔点都较低，而且易形成玻璃体。有的回转窑结圈物玻璃体中的氧化钾含量高达6．53％。

    3)煤的灰分含量高且软熔温度低。因为煤喷射到窑内，燃烧后灰分就粘结在球的表面，当灰分软熔温度较低时，就易引起结圈。例如美国肯塔基煤的灰分熔化温度为1 482℃，窑内结圈机会就少，而用蒙大拿煤时，灰分熔化温度只有1 166℃，回转窑结圈的几率就多。因此美国A1is—Chamels公司提出煤的质量要求：发热值≥19 506kJ／kg、灰分≤6％、挥发分≥25％、水分≤2．6％、灰分在氧化气氛下初变形温度≥1 430℃。我国这种高软熔点灰分的煤比较少，球团厂应尽可能采用灰熔点较高，灰分少的煤。

    4)氧化性气氛不强，预热球中存在大量的FeO，FeO与SiO₂反应生成低熔点物质而引起结圈。磁铁精矿本身含FeO高，如果氧化气氛不强，磁铁矿在预热阶段未能在宏观上氧化完全，那么在高温焙烧阶段，就会产生大量的液相。对赤铁矿焙烧同样需要氧化气氛，否则Fe₂O₃分解成FeO，也会形成低熔点物质。

2．3焙烧温度控制不当

    原料不同，球团焙烧温度不同。一般磁铁精矿球团焙烧温度低于赤铁精矿球团。除此之外，球团焙烧温度还受铁精矿中脉石种类和含量的影响。含SiO₂高的球团焙烧温度应适当低些，含MgO高的球团焙烧温度可以高些。适宜的焙烧温度应由试验确定。如果焙烧温度过高，一方面使球团中产生过多的液相；另一方面，导致Fe₂O₃分解成FeO。FeO与SiO₂反应生成低熔点物质都会引起结圈。

3  消除回转窑结圈的措施

    对回转窑结圈物的化学分析、矿相鉴定、能谱及扫描电镜分析结果表明：目前我国回转窑结圈的主要原因是粉末过多和SiO₂过高。而造成回转窑粉末过多的原因主要是生球质量差、链篦机热工制度不合理、以及煤粉灰分高、灰分软熔温度低等。因此，消除回转窑结圈可以从以下几个方面着手：

    1)选择适宜的膨润土种类和膨润土用量。目前我国有众多的膨润土厂家，生产的膨润土质量也千差万别。但由于影响球团生产的因素较复杂，要制订统一的标准来衡量膨润土质量是很困难的。在选择膨润土时，主要考虑生球落下强度和生球爆裂温度。但有时候膨润土对这两个指标的影响往往不一致。生球落下强度高，但生球的爆裂温度又较低。特别是采用人工钠化膨润土时，通常生球落下强度能满足要求，而爆裂温度低，生球在干燥过程中容易产生裂纹。用钙基膨润土虽然生球热性能较好，但强度又较低，膨润土用量比较大。在这种情况下，选择膨润土时，必须兼顾强度和爆裂温度，特别是链篦机一回转窑工艺，应优先考虑生球的爆裂温度。

       膨润土用量也必须引起注意，并不是膨润土用量增加，生球的爆裂温度就提高。有时，膨润土用量大，生球爆裂温度反而降低。图2是鞍钢弓长岭浮选磁精矿的造球试验结果。从图2可看出，只有黑山钙基膨润土用量对生球爆裂温度影响较小；刘房子、1^#、2^#膨润土在适宜用量时，爆裂温度有最高值；而其它3种膨润土不但不能提高生球爆裂温度，反而使之降低，但它们的生球强度都较好，用量也较低。因此膨润土的选择必须通过试验来确定。

  2)尽可能将生球水分控制在较低水平。因为生球水分太高有三害：①生球破裂温度降低，特别是采用钠基膨润土作粘结剂时，生球更容易开裂；②干燥过程中过湿现象严重，过湿层的生球爆裂或开裂的几率比原始生球更高；③生球水分高，干燥时间需延长，须采用较低的链篦机机速操作，降低链篦机的生产率。

  3)链篦机料层厚度要均匀，不能布成梯形。因为球团料层厚度比较薄，而料层透气性本来就好，由于边缘效应，链篦机两边的料层透气性比中间还好，大量风从边缘穿过，而中间风量不足，导致中间的球干燥不好。、特别是目前链篦机的机速又比较快，生球干燥不均匀的现象会更严重。国外有的链篦机在设计布料机时，有意使链篦机的两边稍高，防止大量的风从两边通过。

  4)控制好链篦机的操作参数。要使链篦机一回转窑达到高产优质，链篦机的合理热工制度是非常重要的。链篦机能保证生球完好干燥，并能保证具有足够强度的预热球进入到回转窑内，回转窑结圈的机会就少得多。链篦机采用鼓风和抽风干燥并用是必要的，但鼓风干燥的时间不需要太长，2～3min即可，时间太长反而不利。温度不能太高，只要将下层生球加热到露点温度以上就可以。对于烧煤的回转窑来说，生球在链篦机上的预热时间要保证预热球有足够的强度，不管设计单位还是生产单位都应该引起注意。设计单位为了节省投资，对链篦机的长度控制严格；生产单位为了提高生产，尽量提高链篦机的机速，其实这样做是得不偿失的。

  5)选择低灰分、高灰分熔点，高挥发分的煤。

    6)稳定给煤量以稳定焙烧温度。

4  结  语

    链篦机一回转窑，特别是大型链篦机．回转窑生产球团矿，在我国还是一种新工艺。不管是科研、设计还是生产单位都需要不断总结经验，尽可能在较短时间内将我国的链篦机一回转窑球团生产提高到较高的水平。