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详解轻烧白云石土窑改造为新型节能窑的典型示范工程

2013-12-20 15:59:09 来源：

  详解轻烧白云石土窑改造为新型节能窑的典型示范工程
轻烧白云石是白云石矿与一定的燃料混合经过焙烧加工而成的矿物材料，可作为烧结配料及炼钢过程中排渣用的良好的辅助原料。文章从“引言、原土竖窑生产状况、新建机械化竖窑”三方面介绍了“轻烧白云石工艺技术”的改造，给出了“轻烧白云石使用原料、轻烧白云石产品质量指标、机械化竖窑使用原料指标”等5张插表，以及“土竖窑生产白云石工艺流程、机械化竖窑工艺流程”等插图。本文可作为与“轻烧白云石工艺技术”有关从业人员的技术指导，亦可为矿业企业行政、技术管理人员提供参考。
一、引言
    轻烧白云石是白云石矿与一定的燃料混合经过焙烧加工而成的矿物材料，可作为炼钢过程中排渣用的良好的辅助原料。太钢复合材料厂自1984年以来陆续建成5座Φ2.5 m×12.5 m轻烧白云石土竖窑,仅有3座正常生产，生产的轻烧白云石主要供太钢第二炼钢厂造渣使用。近年来，随着太钢生产的发展和新建150万t不锈钢项目陆续建成投产，现有土竖窑的生产能力、产品质量均不能满足需求。为了改变这种被动局面，陆续拆除了原有的3座土竖窑，建成了一座机械化竖窑，为保证公司需求和提高经济效益提供了保证。
二、原土竖窑生产状况
（一）   原料及产品技术指标（表1、2）
表1 轻烧白云石使用原料

原料	白云石矿				无烟煤（％）
原料	MgO (%)	SiO₂ (%)	R₂O₃＋Mn₃O₄ （%）	粒度范围 /mm	固定炭	灰分	挥发分	S
指标	≥19	≤2.0	≤2.0	20－45	≥76	≤10	≤14	≤1.0

表2 轻烧白云石产品质量指标

项目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼减（％）	粒度范围/mm
指标	≥29	≤4.0	≤22	10－40

（二）生产工艺流程（图1）

图1 土竖窑生产白云石工艺流程

原料使用自产白云石块矿，燃料使用无烟块煤，白云石块矿经煅烧2小时筛分后存入成品料仓。竖窑的主要参数为：外径3.6m、内径2.65m、有效高11m、有效容积58m3，年生产能力1万t/座。
    白云石矿中有用组分为MgCO3、MgO，轻烧白云石中的有用成分为MgO。为提高其中MgO含量，将白云石矿在1050－1200℃的高温下煅烧，使MgCO3发生热分解反应，从而增加MgO的含量。
    （三）工艺流程评价
    该生产工艺除了上料、布料、煅烧、筛分采用机械操作外，原料的运送及配料、出料、选料等均为人工操作。因此，生产受人为因素影响较大，窑况不稳定，经常出现欠烧、过烧等现象，造成质量不稳定；同时工人的劳动强度也较大，2005年全员劳动生产率仅为542t／人。
    随着太钢（集团）公司生产的发展和新建150万t不锈钢项目的建成投产，从2001年开始轻烧白云石用量从3万t逐年增加到5.9万t，预计*终需求量将达到约14万t/a；同时对产品质量要求也在不断提高，其中主要成分MgO含量从28％提高到29.8％，*终将要求达30％以上。因此，原有土竖窑生产能力无论从产量或质量上已不能满足需求，急需改进。
    三、新建机械化竖窑
    （一）新建机械化竖窑的必要性
    为了满足太钢（集团）公司对轻烧白云石质量、产量的要求，若对原有3座土竖窑进行改造，年生产能力仅约5.5万t，且工艺落后、产品质量差，已远远不能满足公司发展的需要。同时根据环保标准规定，太钢复合材料厂现存土竖窑均属于淘汰范围。为此，建造工艺先进、环保质量高的机械化竖窑生产线势在必行。
    （二）新建机械化竖窑概况
    新建轻烧白云石500m3机械化竖炉是太钢（集团）公司新建150万t不锈钢改造工程的配套项目之一。该竖炉为全机械化自动操作，是目前具有国内同行业先进水平的竖炉，可年产轻烧白云石13－14万t，产品质量将大幅度提高，无论从产量或质量上都满足了公司的需求。
（二）   原料及产品技术指标（表3、4)
表3 机械化竖窑使用原料指标

原料	白云石矿				无烟煤（％）
原料	MgO(%)	SiO₂(%)	R₂O₃＋Mn₃O₄（%）	粒度范围/mm	固定炭	灰分	S
指标	≥19	≤2.0	≤2.0	30－50	≥85	≤14	≤5.0

表4 机械化竖窑产品质量指标

项目	MgO(%)	SiO₂(%)	灼减（％）	粒度范围/mm
指标	≥30	≤4.0	≤22	10－40

（三）生产工艺流程（图2）

图2 机械化竖窑工艺流程（唐山金泉公司工艺图）

制备好的白云石与焦粉（或无烟煤）混匀料经布料器均匀布入炉内。竖炉本体自上而下大致可分为预热带、煅烧带和冷却带，随着底部成品料的排出，上部炉料靠自重缓缓下移。在预热带冷料与从煅烧带上来的高温废气产生热交换，高温废气可将冷料预热到约830～850℃；在煅烧带MgCO3、CaCO3吸热分解，焦粉燃烧补充热量，煅烧带温度一般控制在1050～1200℃，高时可达1300℃；在冷却带烧成的高温轻烧白云石与炉底下部的风帽吹入的冷风进行热交换，冷风被预热到约600－700℃，轻烧白云石则被冷却到30－70℃，预热的空气作为煅烧带焦炭燃烧的助燃空气。燃烧产生的废气和MgCO3、CaCO3分解产生的CO2则由炉顶进入烟气除尘系统。烧成的轻烧白云石由炉子下部的圆盘卸灰机均匀卸下，通过密封仓式出灰阀交替动作，断续排出，实现不停风将灰卸到大倾角胶带上，经大倾角胶带机将成品运到成品仓。炉顶废气温度150－200℃，炉底出料温度30－70℃。
轻烧白云石经过筛分，5－45mm的进入成品料仓，＜5mm的由汽车运至粉矿仓回收利用，这不仅避免了固体废弃物的排放，也提高了粉矿的品位。
该系统从混料、上料到焙烧、卸料均采用自动化控制，而且配备有电子计量秤，杜绝了人为因素的影响，使原、燃料混合均匀，从而布料合理、受热均匀、质量稳定。产品组分为：MgO＞30％、Ca0＞50％、CO2残余量低；生烧率＋过烧率＜8％；且杂质含量少。该机械化竖窑的主要指标参数为：有效高度27m、有效直径5m,年生产能力可达14万t／台。

该竖窑建成后的技术指标如表5所示。

表5 2006年8－10月新建500m3机械化竖窑产品技术指标

项目		8月	9月	10月
产量（含面灰）/t		1660	6784	7884
组分（％）	MgO	31.14	32.28	31.14
	CaO	45.25	46.29	48.79
	SiO₂	3.41	2.00	3.41
	灼减	17.4	16.5	16.7

（四）   工艺流程评价
根据该项工程的先进工艺设计结合对唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司工艺设计对比分析，机械化竖窑系统是目前国内外应用比较成熟的工艺系统，采用自动化控制工人的劳动强度减少了80％，同时彻底杜绝了人为因素的影响，为实现产品质量的稳定提供了必要的条件。年全员劳动生产率2917 t/人，是原有土竖窑的5.4倍。
    与原土竖窑相比机械化竖窑主要技术特点：
    －生产过程采用PLC控制系统，设中央控制室CRT和若干电气室。同时对原料、成品及生产过程进行控制。采用电子称量技术，使入窑前的原料、燃料准确称量，并能实现自动补偿。
    －采用新型设备连续旋转布料，使矿石和焦炭在竖窑同沿料面的不同半径圆周上均匀分布，同一环带无凸凹现象，不同环带的料面≤300mm。在布料过程中，可使大块白云石布在窑中心，小块布在窑周边，以减轻窑周边效应的影响。
    －采用脉冲式液动料位探测器控制窑内料面高度，使窑内料面高度保持在一定范围内，从而稳定了窑的热工制度，有利于提高产品质量。
    －采用圆盘卸灰机将焙烧好的白云石均匀地从窑内卸出，配备的双层液动闸板出灰机密封效果好，运行可靠，可在不停风的情况下均匀出料，有利于窑内物料平稳运动，提高产品质量。
    －采用罗茨鼓风机向窑内送风，其鼓风量不受窑内阻力变化的影响，可保证窑内热工制度的稳定，有利于稳定白云石质量。
    －出窑废气经过高效除尘净化，减轻了对环境的污染，其粉尘排放浓度＜50 mg/m3，从而改善了生产环境，具有较大的社会效益。
采用轻烧白云石500m3机械化竖窑获得了较好的经济效益，投产后年可生产优质轻烧白云石14万t（全灰量），投资利润率达70％，税前达92.70％，投资回收期（含建设期）税后为1.11年，税前为0.89年。
目前，唐山金泉冶金能源新技术开发有限公司在此技术上继续创新，于2010年全面推出了“第三代具有国际领先水平的新型节能白云石专用石灰窑技术”，使该项工程投资更低，原料、燃料更具多样化，生产系数提高了20%，能耗降低了25%，目前主要窑型容积有：150 m³、170 m³、200 m³、250 m³、300 m³、350 m³、400 m³、500 m³、588 m³、628m³等，日产量从120吨到500吨均可以设计建造。

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