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(zhuǎn)窯組合爐襯技術(shù)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(zhuǎn)窯得到廣泛的應(yīng)用。但是，由于回轉(zhuǎn)窯是直筒形前后雙開口非密閉旋轉(zhuǎn)式熱設(shè)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(zhì)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(zhuǎn)帶來的回轉(zhuǎn)窯爐襯的損壞引發(fā)的停產(chǎn)和檢修費用，使回轉(zhuǎn)窯只能適用于比較簡單的較低溫度和冶化反應(yīng)比較平穩(wěn)的場合。但是，近年來，以回轉(zhuǎn)窯為核心的熱工藝的有了很大的變化和進(jìn)步，以回轉(zhuǎn)窯為核心的熱設(shè)備生產(chǎn)線的建設(shè)也呈現(xiàn)快速的發(fā)展。為適應(yīng)生產(chǎn)需要，我公司經(jīng)過多年研究，發(fā)明了以澆注料取代耐火磚的懸掛在回轉(zhuǎn)窯鋼外殼上的彈性高強長壽命回轉(zhuǎn)窯整體爐襯。在該發(fā)明中，我們在對多種耐火材料的物質(zhì)性的開發(fā)和研究的基礎(chǔ)上，針對回轉(zhuǎn)窯運行中的各種物理狀態(tài)，根據(jù)我們多年的工作積累和反復(fù)試驗，把金屬冶金物理化學(xué)和無機非金屬高溫物理化學(xué)的理論和實踐積累進(jìn)行交叉組合，把回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)高溫力學(xué)場和爐襯慣性跟隨力學(xué)場進(jìn)行分析后進(jìn)行組合爐襯的錨固設(shè)計，把回轉(zhuǎn)窯爐襯的建造方法和爐襯建造的安全性、可推廣性結(jié)合起來，達(dá)到顯著的回轉(zhuǎn)窯功能擴展、穩(wěn)產(chǎn)擴產(chǎn)、爐襯延長、停爐檢修率大幅度下降，窯體外殼高溫區(qū)溫度顯著下降的良好效果。該項目2015年通過高科技產(chǎn)業(yè)化研究會科技成果鑒定，2016年被國家發(fā)改委列入年國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2016年本，節(jié)能部分）第159項。在此，把我公司在數(shù)十年的大型長壽命回轉(zhuǎn)窯組合爐襯的技術(shù)和一些看法和各位專家進(jìn)行分享和討論。
 

 　　表1 回轉(zhuǎn)窯磚砌爐襯和組合爐襯差異對照表
 

　　北海誠德集團回轉(zhuǎn)窯磚砌爐襯問題

　　直接還原回轉(zhuǎn)窯概況

　　北海誠德集團回轉(zhuǎn)窯分廠有4條規(guī)格為Φ3.6×72米直還原回轉(zhuǎn)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(chǎn)企業(yè)，工藝特點十分突出。直還原工藝是以回轉(zhuǎn)窯高溫旋轉(zhuǎn)發(fā)生的勢能變化，將熔融物料進(jìn)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(chǎn)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(zhuǎn)窯得以實施。這個大膽的設(shè)計方案和科學(xué)思想的融合使多少冶金工作者趨之若鶩而前仆后繼的進(jìn)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(xiàn)?？梢韵胍姡鋵嵤┻^程中的困難曲折。但是這真是一個偉大的創(chuàng)造性的工藝突破，它為新的紅土不銹鋼冶煉工藝的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。如果把設(shè)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(xiàn)，使生產(chǎn)線縮短，土地和建設(shè)投資大大節(jié)約，生產(chǎn)成本大幅度下降，節(jié)能和環(huán)保指標(biāo)大幅度提高，意義重大。

　　直還原回轉(zhuǎn)窯磚砌爐襯存在的問題

　　由于這些直還原回轉(zhuǎn)窯原來都是磚砌爐襯，磚砌爐襯無法克服運行中爐襯產(chǎn)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(chǎn)生粗糙面，使?fàn)t料運行產(chǎn)生不均勻跳動。紅土中含鐵量高，在高溫熔融狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)跳動的爐料易于鉆進(jìn)磚襯的裂隙中扎根或者在磚襯表面粘結(jié)。這種現(xiàn)象一旦開始就不可停止隨時間推移更加嚴(yán)重，久而久之掛料結(jié)圈繼續(xù)發(fā)展造成堵塞爐料通道無法出料沒有產(chǎn)量只好停爐。停爐之后，需要工人日夜不停用風(fēng)鎬大錘把窯內(nèi)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(fù)一次，不但直接毀壞爐襯使?fàn)t襯檢修費用增加，而且停產(chǎn)損失嚴(yán)重，使生產(chǎn)線成為斷續(xù)生產(chǎn)線，無法和連續(xù)吹煉煉鋼工藝對接，發(fā)揮不了回轉(zhuǎn)窯直還原工藝的優(yōu)勢。因此，不解決粘料結(jié)圈堵塞窯口出料通道的問題，現(xiàn)行的回轉(zhuǎn)窯直還原工藝從生產(chǎn)成本和勞動操作環(huán)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(yōu)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(chǎn)成本都大大下降，后續(xù)可望直接對接爐外精煉的煉鋼工藝使之產(chǎn)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(xù)生產(chǎn)線的創(chuàng)造者和先行者，對整個不銹鋼產(chǎn)業(yè)起到重要的推動作用。

　?。?）現(xiàn)有的誠德集團直還原回轉(zhuǎn)窯工藝存在的問題：

　　現(xiàn)有的誠德集團直還原回轉(zhuǎn)窯是磚砌爐襯，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)出來的產(chǎn)品渣鐵混雜在一起沒有分離，產(chǎn)品需要先水淬裂解，然后進(jìn)磨機磨細(xì)，再進(jìn)行磁選。預(yù)還原的三步熱工藝由一熱二冷工藝取代，工藝短、節(jié)省能源、用人少、生產(chǎn)成本低的優(yōu)勢沒有顯露出來。

　　回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)窯，經(jīng)常有一至二條處于爐襯檢修狀態(tài)，一停爐就是幾十天，檢修費用居高不下，設(shè)備利用率卻很低。而RKEF工藝生產(chǎn)線卻可以長期穩(wěn)定的高負(fù)荷滿產(chǎn)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(xiàn)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(dá)窯鋼殼造成窯襯透鐵水。隨著回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)，熔融渣會被卷至鎳鐵水下部與鎳鐵水?dāng)嚢瑁阪囪F水?dāng)D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(nèi)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(nèi)外壁溫差大于600℃產(chǎn)生爐襯透火，窯筒體鋼外殼承受巨大熱負(fù)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(jié)圈，結(jié)圈越來越嚴(yán)重對直還原工藝被破壞，產(chǎn)品通道被扭曲阻塞，只好停爐。直還原窯停爐清楚結(jié)圈的實質(zhì)是爐襯的損壞，清除爐內(nèi)結(jié)圈會更進(jìn)一步破壞爐襯，周而復(fù)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(chǎn)品使設(shè)備利用率達(dá)不到國家對于大型設(shè)備年運轉(zhuǎn)率8000小時/年的標(biāo)準(zhǔn)。而檢修期間的重污染環(huán)境和笨重的體力勞動也面臨勞動力后繼乏人。

　　回轉(zhuǎn)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(jìn)我公司，承擔(dān)了甲方1#直還原回轉(zhuǎn)窯的大修總包工作，采用我公司的“長壽命大型回轉(zhuǎn)窯組合爐襯”技術(shù)建造了1#窯 爐襯。該工程2017年6月建造完畢，7月經(jīng)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(qū)已經(jīng)在表面均勻掛上一層10mm厚的黃色渣保護(hù)層，達(dá)到最初的以“密閉光滑的高強整體爐襯”使窯內(nèi)物料無法在爐襯上扎根從而控制爐襯結(jié)圈結(jié)礦被破壞，以形成“掛滑動渣保護(hù)”的耐火爐襯，以減緩鐵水磨損、延長爐襯壽命的目的。

　　月進(jìn)行投料生產(chǎn)已經(jīng)三個月，爐子連續(xù)滿負(fù)荷平穩(wěn)運行，爐體外表面高溫區(qū)溫度保持在180-230℃之間，生產(chǎn)的鎳鐵為不摻雜質(zhì)的高溫鎳鐵線束狀流束從回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)上升約30-40度后成塊散落出窯進(jìn)入窯外收集箱。

　　該現(xiàn)象表示直還原工藝完全完成以一條回轉(zhuǎn)窯完成了RKEF工藝中三個熱設(shè)備生產(chǎn)線的功能，如果繼續(xù)改良爐襯品質(zhì)，延長穩(wěn)定的生產(chǎn)周期，與回轉(zhuǎn)窯操作工藝進(jìn)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(jìn)入不銹鋼煉制工藝，將會出現(xiàn)新的低污染、高效節(jié)能低成本的紅土提鎳-不銹鋼冶煉工藝模式，大量節(jié)約能源和生產(chǎn)成本，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

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