论文部分内容阅读
【摘要】本文有针对性地分析了新钢公司石灰厂气烧石灰竖窑生产活性石灰的影响因素，并通过采取一系列预防措施及技术改造后，石灰质量得到大幅度提高，同时确保了炉况顺行。
【关键词】气烧石灰竖窑；活性石灰；生产实践
1. 概述
（1）石灰是炼钢生产过程中主要辅料之一，高质量的冶金石灰对于钢铁企业提高产品质量和经济效益起着重要作用。随着现代工业技术发展，对钢的质量要求越来越严，特别是对含硫低的钢要求日益迫切，对冶金石灰的质量要求也越来越高。因此，生产优质冶金石灰对钢铁企业的生产具有重要意义。
（2）新钢公司石灰厂现有气烧石灰竖炉六座，4*60m回转窑两座。其中1#～4#石灰竖炉始建于1976年，现正超炉龄服役；后由于公司大生产需要，于1993年建成另外两座。经扩容改造后，现六座石灰炉日生产能力为500吨，两座回转窑日产可达1000吨。
（3）随着公司规模的不断加大，及公司不断加大对品种钢研发和生产力度，这就对冶金石灰的质量提出了更高的要求，竖窑生产线在产、质量和能耗等方面正面临着巨大的压力和挑战。
2. 影响石灰竖窑活性石灰生产因素分析及对策
2.1原料因素。
（1）生产冶金石灰的原料是石灰石，其块度、形状、化学成分等均能影响到石灰的生过烧率、氧化钙含量和微观结构，最终影响到冶金石灰活性度的高低。
（2）我厂地处于石灰石矿山窝中，资源相当丰富，原来原料一般都是就近采购。但由于当地矿山地质结构不稳定，夹杂物较多，原料成分也波动较大（特别是SiO2含量），且石灰石质地致密、坚硬，易造成炉况波动，不仅增加了焙烧时间且不易分解，易形成“包饺子”现象。
（3）随着同提供优质石灰要求的矛盾不断激化和当地环境对矿山开展的不利因素，通过对新资源的不断考察，反复实验、比较和分析，我厂最后决定对资源进行大转移，原料采购逐步转向上高、高安等优质石灰石矿山，其石灰石成分比较稳定，特别是SiO2含量几乎为零，且质地也比较疏松。
（4）原料的验收管理工作在一定程度上也制约着石灰质量的提高。我厂高标准、严要求，从源头上将不合格的原料坚决拒之于门外，为焙烧优质石灰从源头上奠定了扎实的基础。同时，为优化焙烧条件，我厂竖窑线原料粒度也由原来的50～80mm改为40～70mm。通过这一变化，石灰质量成分比较稳定，生、老并存现象也基本上消除，质量得到提高。
2.2燃料因素。
（1）我厂最早采用的是用高炉煤气来煅烧石灰石，其热值较高且稳定，完全满足正常生产用燃料。但由于近几年来，高炉不断采用新技术、新工艺，其热值也由当初的1000kcal降至目前的750kcal左右，压力相对较低（加压机设计能力有限且不归我厂控制、操作），且公司石灰产量需求不断加大等因素，对生产极为不利。
（2）后经反复论证、实验，决定在高炉煤气中掺加10%左右的焦炉煤气，拟提高其热值稳定在1100Kcal，进一步提高焙烧温度和速度，从而提高产、质量。
2.3设备因素。
2.3.1出灰系统的改造。
（1）出灰系统漏风一直是个难题。众所周知，出灰系统漏风，一方面不能将冷却带石灰快速冷却，而且相对延长了石灰焙烧时间，直接影响着石灰活性度，同时也带走了大量热量且不能进行正常的风、气配比，对石灰产、质量及炉况影响很大；另一方面，易导致出灰时石灰温度过高，严重时甚至有红料出现，这也损失了一大块热量。
（2）针对由此产生的不利因素，我厂积极组织技术人员与同行进行咨询、考察，并结合实际条件，在2000年对所有出灰系统进行了改进，即：在星型卸灰机前加装一电液压密封装置及对炉底检修门由原来压石棉绳来密封的方式改为现在的用密封带方式来进行密封，有效地解决了漏风这一难题。此举不仅明显降低了石灰出炉温度，热耗也得到了显著下降，吨灰热耗与1999年相比下降约1GJ，而且增加了石灰产量约5%，质量也不同程度得到提高。
2.3.2炉顶余热器的利用。
（1）我厂竖窑生产线年产冶金石灰近20万吨，每年向大气排放着大量的废气，而炉顶温度一般都在550℃左右，直接带走了大量的热量，造成了极大的浪费，没有进行有效地循环利用，不利于节能降耗及循环经济。
（2）2004年6月，结合实际，通过论证，我厂决定在所有石灰炉炉顶安装余热利用装置，将侧风助燃空气经过余热利用装置进行预热，将其温度由原来的室温提高到300℃左右，同时对风管进行保温处理，通过这一措施，热耗又有较大程度的降低，同时石灰产量约提高3%。同时，此方法措施运行费用极低。
2.3.3变频风机的改造。
（1）电的消耗在石灰生产成本中也占有较大的比重。我厂采用的是单台风机直接供一座炉子生产所有用风量，每两座石灰炉备用一台风机的生产模式。考虑到炉体的扩容及风机设备的使用寿命等因素，在风机设备的选型上，往往会加上较大赢余系数。而工频风机的最大特点就是频率不能调节，要控制风量只能调节管道上的调节阀来控制。为使压力和风量满足生产正常需要，我厂在风的管道上加上了三道调节阀，通过阀门的开度来直接调节。正常生产时所需风量为4500m3/h，压力为9000Pa左右，而风机的额定风量为12000m3/h，压力为12000Pa，这不仅造成了电的极大浪费，而且加大了设备的故障率。
（2）2003年，通过论证，我厂决定采用变频技术来对风机进行改造，改过去依靠调节管道开度的方式为直接调节电的频率来调节风量，按生产需要风量对应供应，不浪费，经过调节，风机频率由原来的50Hz变为现在的35Hz左右，降幅达30%。这不仅有利于稳定风、气配比的调节，还节约了大量的生产用电，同时降低了设备的故障率。
2.3.4DCS控制系统改造。
（1）2000年之前，我厂生产监控系统是常规仪表系统，主要是由将近淘汰的Ⅱ型仪表组成，设备控制全部采用手动操作模式，以二次仪表为主要窗口，整个焙烧控制主要是依据人的经验和感觉进行，在工艺控制方面存在准确率低、滞后大的缺陷。由此，窑炉的热工状况稳定性极差，操作时常走向两个极端，要么生烧高，要么过烧厉害，热耗居高不下。同时，仪表操作人员要同时监视多台仪表，人工手动调节各种阀门，容易发生故障或给员工带来操作难度，导致操作的失误，引发停炉休风的生产设备事故，极大破坏了窑炉的热工状态，浪费了热能。 （2）从2000年到2002年，我厂对全厂六座石灰炉监控系统进行自动化改造，采用浙大中控技术有限公司的JX―300集散控制系统，实现了数据采集和过程监控，同时将公司能源网数据直接接入监控系统。至此，生产数据实时地反映出来，炉前工根据监控情况，在电脑上直接对生产、设备进行及时地调节，有效地减少了人工误操作及设备事故，同时节约了热能、稳定了炉况。
2.4工艺因素。
（1）焙烧温度和焙烧时间不仅决定了石灰石的分解反应速度，而且也影响石灰晶体粒度大小。如果温度偏低，分解慢，在有效煅烧时间内石灰石不能完全分解，造成生烧、活性度偏低；温度较高时，石灰石分解速度快，但随着温度的升高，晶粒长大，体积密度增大，比表面积和气孔率减小，使石灰反应能力下降，活性度降低。
（2）在生产实践中，我们通过调整工艺参数和出炉方式等，来改善焙烧条件，理顺炉况，从而稳定产、质量。
2.4.1调整工艺参数。
我厂竖窑烧嘴为套筒式烧嘴，共16个，由上、下两排间隔排列而成。根据燃气发热值的不同而采取单、双排烧嘴焙烧，目的主要是控制炉内焙烧温度和气氛，进而理顺炉况，为焙烧优质活性石灰奠定基础。同时，根据实际生产条件，不断调整侧风、底风和冷却风的流量比例，不断寻找最佳风、气配比。
2.4.2改变出炉方式。
（1）DCS控制系统改造之前，出炉时间的控制主要依靠经验，随意性比较大，再加上煤气波动比较大时，不能及时地反映在监控系统上，具有较大的滞后性，不能对各项参数做出及时、有效地调节，往往会给石灰质量带来巨大的影响，同时浪费了热能。
（2）为充分稳定炉况，提高热效率，我厂改由以往的按经验出炉方式为依靠能源信息网数据，直接按能耗出炉。同时，为改善炉内的透气性及煅烧气氛，根据具体情况，增加出炉频次，由原来的每小时一次改为现在的半小时一次，有效提高石灰产、质量。
3. 结束语
为生产出高质量的活性石灰，必须优选石灰石、燃料，保证原材料的粒度，减少杂质含量，并根据窑的类型确定合理的煅烧温度、时间、压力，保持稳定的热工制度及生产的连续性。
同时，通过先进技术、设备的引用、改造，加强管理等，逐步由原始落后的纯手工操作向现代自动化控制方向转变，不断提升自动化水平，使面临淘汰落后的窑炉焕发出了新的生机和活力。
参考文献
[1]刘世洲等.《冶金石灰》东北工学院出版.
[2]马智明等.《石灰技术》中国科学技术出版社.
[3]付华，张玲.炼钢用冶金活性石灰的生产及质量控制[J].鞍山钢铁学院学报，2002，25（4）：280～282.
[4]贾红玉.生产优质冶金石灰的条件[J].河南冶金，2000，37（2）：10～11，14.
[5]冯小平，张正文，田华峰，等.活性石灰的煅烧工艺研究[J].国外建材科技，2003，24（5）：6～7.
【摘要】本文有针对性地分析了新钢公司石灰厂气烧石灰竖窑生产活性石灰的影响因素，并通过采取一系列预防措施及技术改造后，石灰质量得到大幅度提高，同时确保了炉况顺行。
【关键词】气烧石灰竖窑；活性石灰；生产实践
1. 概述
（1）石灰是炼钢生产过程中主要辅料之一，高质量的冶金石灰对于钢铁企业提高产品质量和经济效益起着重要作用。随着现代工业技术发展，对钢的质量要求越来越严，特别是对含硫低的钢要求日益迫切，对冶金石灰的质量要求也越来越高。因此，生产优质冶金石灰对钢铁企业的生产具有重要意义。
（2）新钢公司石灰厂现有气烧石灰竖炉六座，4*60m回转窑两座。其中1#～4#石灰竖炉始建于1976年，现正超炉龄服役；后由于公司大生产需要，于1993年建成另外两座。经扩容改造后，现六座石灰炉日生产能力为500吨，两座回转窑日产可达1000吨。
（3）随着公司规模的不断加大，及公司不断加大对品种钢研发和生产力度，这就对冶金石灰的质量提出了更高的要求，竖窑生产线在产、质量和能耗等方面正面临着巨大的压力和挑战。
2. 影响石灰竖窑活性石灰生产因素分析及对策
2.1原料因素。
（1）生产冶金石灰的原料是石灰石，其块度、形状、化学成分等均能影响到石灰的生过烧率、氧化钙含量和微观结构，最终影响到冶金石灰活性度的高低。
（2）我厂地处于石灰石矿山窝中，资源相当丰富，原来原料一般都是就近采购。但由于当地矿山地质结构不稳定，夹杂物较多，原料成分也波动较大（特别是SiO2含量），且石灰石质地致密、坚硬，易造成炉况波动，不仅增加了焙烧时间且不易分解，易形成“包饺子”现象。
（3）随着同提供优质石灰要求的矛盾不断激化和当地环境对矿山开展的不利因素，通过对新资源的不断考察，反复实验、比较和分析，我厂最后决定对资源进行大转移，原料采购逐步转向上高、高安等优质石灰石矿山，其石灰石成分比较稳定，特别是SiO2含量几乎为零，且质地也比较疏松。
（4）原料的验收管理工作在一定程度上也制约着石灰质量的提高。我厂高标准、严要求，从源头上将不合格的原料坚决拒之于门外，为焙烧优质石灰从源头上奠定了扎实的基础。同时，为优化焙烧条件，我厂竖窑线原料粒度也由原来的50～80mm改为40～70mm。通过这一变化，石灰质量成分比较稳定，生、老并存现象也基本上消除，质量得到提高。
2.2燃料因素。
（1）我厂最早采用的是用高炉煤气来煅烧石灰石，其热值较高且稳定，完全满足正常生产用燃料。但由于近几年来，高炉不断采用新技术、新工艺，其热值也由当初的1000kcal降至目前的750kcal左右，压力相对较低（加压机设计能力有限且不归我厂控制、操作），且公司石灰产量需求不断加大等因素，对生产极为不利。
（2）后经反复论证、实验，决定在高炉煤气中掺加10%左右的焦炉煤气，拟提高其热值稳定在1100Kcal，进一步提高焙烧温度和速度，从而提高产、质量。
2.3设备因素。
2.3.1出灰系统的改造。
（1）出灰系统漏风一直是个难题。众所周知，出灰系统漏风，一方面不能将冷却带石灰快速冷却，而且相对延长了石灰焙烧时间，直接影响着石灰活性度，同时也带走了大量热量且不能进行正常的风、气配比，对石灰产、质量及炉况影响很大；另一方面，易导致出灰时石灰温度过高，严重时甚至有红料出现，这也损失了一大块热量。
（2）针对由此产生的不利因素，我厂积极组织技术人员与同行进行咨询、考察，并结合实际条件，在2000年对所有出灰系统进行了改进，即：在星型卸灰机前加装一电液压密封装置及对炉底检修门由原来压石棉绳来密封的方式改为现在的用密封带方式来进行密封，有效地解决了漏风这一难题。此举不仅明显降低了石灰出炉温度，热耗也得到了显著下降，吨灰热耗与1999年相比下降约1GJ，而且增加了石灰产量约5%，质量也不同程度得到提高。
2.3.2炉顶余热器的利用。
（1）我厂竖窑生产线年产冶金石灰近20万吨，每年向大气排放着大量的废气，而炉顶温度一般都在550℃左右，直接带走了大量的热量，造成了极大的浪费，没有进行有效地循环利用，不利于节能降耗及循环经济。
（2）2004年6月，结合实际，通过论证，我厂决定在所有石灰炉炉顶安装余热利用装置，将侧风助燃空气经过余热利用装置进行预热，将其温度由原来的室温提高到300℃左右，同时对风管进行保温处理，通过这一措施，热耗又有较大程度的降低，同时石灰产量约提高3%。同时，此方法措施运行费用极低。
2.3.3变频风机的改造。
（1）电的消耗在石灰生产成本中也占有较大的比重。我厂采用的是单台风机直接供一座炉子生产所有用风量，每两座石灰炉备用一台风机的生产模式。考虑到炉体的扩容及风机设备的使用寿命等因素，在风机设备的选型上，往往会加上较大赢余系数。而工频风机的最大特点就是频率不能调节，要控制风量只能调节管道上的调节阀来控制。为使压力和风量满足生产正常需要，我厂在风的管道上加上了三道调节阀，通过阀门的开度来直接调节。正常生产时所需风量为4500m3/h，压力为9000Pa左右，而风机的额定风量为12000m3/h，压力为12000Pa，这不仅造成了电的极大浪费，而且加大了设备的故障率。
（2）2003年，通过论证，我厂决定采用变频技术来对风机进行改造，改过去依靠调节管道开度的方式为直接调节电的频率来调节风量，按生产需要风量对应供应，不浪费，经过调节，风机频率由原来的50Hz变为现在的35Hz左右，降幅达30%。这不仅有利于稳定风、气配比的调节，还节约了大量的生产用电，同时降低了设备的故障率。
2.3.4DCS控制系统改造。
（1）2000年之前，我厂生产监控系统是常规仪表系统，主要是由将近淘汰的Ⅱ型仪表组成，设备控制全部采用手动操作模式，以二次仪表为主要窗口，整个焙烧控制主要是依据人的经验和感觉进行，在工艺控制方面存在准确率低、滞后大的缺陷。由此，窑炉的热工状况稳定性极差，操作时常走向两个极端，要么生烧高，要么过烧厉害，热耗居高不下。同时，仪表操作人员要同时监视多台仪表，人工手动调节各种阀门，容易发生故障或给员工带来操作难度，导致操作的失误，引发停炉休风的生产设备事故，极大破坏了窑炉的热工状态，浪费了热能。 （2）从2000年到2002年，我厂对全厂六座石灰炉监控系统进行自动化改造，采用浙大中控技术有限公司的JX―300集散控制系统，实现了数据采集和过程监控，同时将公司能源网数据直接接入监控系统。至此，生产数据实时地反映出来，炉前工根据监控情况，在电脑上直接对生产、设备进行及时地调节，有效地减少了人工误操作及设备事故，同时节约了热能、稳定了炉况。
2.4工艺因素。
（1）焙烧温度和焙烧时间不仅决定了石灰石的分解反应速度，而且也影响石灰晶体粒度大小。如果温度偏低，分解慢，在有效煅烧时间内石灰石不能完全分解，造成生烧、活性度偏低；温度较高时，石灰石分解速度快，但随着温度的升高，晶粒长大，体积密度增大，比表面积和气孔率减小，使石灰反应能力下降，活性度降低。
（2）在生产实践中，我们通过调整工艺参数和出炉方式等，来改善焙烧条件，理顺炉况，从而稳定产、质量。
2.4.1调整工艺参数。
我厂竖窑烧嘴为套筒式烧嘴，共16个，由上、下两排间隔排列而成。根据燃气发热值的不同而采取单、双排烧嘴焙烧，目的主要是控制炉内焙烧温度和气氛，进而理顺炉况，为焙烧优质活性石灰奠定基础。同时，根据实际生产条件，不断调整侧风、底风和冷却风的流量比例，不断寻找最佳风、气配比。
2.4.2改变出炉方式。
（1）DCS控制系统改造之前，出炉时间的控制主要依靠经验，随意性比较大，再加上煤气波动比较大时，不能及时地反映在监控系统上，具有较大的滞后性，不能对各项参数做出及时、有效地调节，往往会给石灰质量带来巨大的影响，同时浪费了热能。
（2）为充分稳定炉况，提高热效率，我厂改由以往的按经验出炉方式为依靠能源信息网数据，直接按能耗出炉。同时，为改善炉内的透气性及煅烧气氛，根据具体情况，增加出炉频次，由原来的每小时一次改为现在的半小时一次，有效提高石灰产、质量。
3. 结束语
为生产出高质量的活性石灰，必须优选石灰石、燃料，保证原材料的粒度，减少杂质含量，并根据窑的类型确定合理的煅烧温度、时间、压力，保持稳定的热工制度及生产的连续性。
同时，通过先进技术、设备的引用、改造，加强管理等，逐步由原始落后的纯手工操作向现代自动化控制方向转变，不断提升自动化水平，使面临淘汰落后的窑炉焕发出了新的生机和活力。
参考文献
[1]刘世洲等.《冶金石灰》东北工学院出版.
[2]马智明等.《石灰技术》中国科学技术出版社.
[3]付华，张玲.炼钢用冶金活性石灰的生产及质量控制[J].鞍山钢铁学院学报，2002，25（4）：280～282.
[4]贾红玉.生产优质冶金石灰的条件[J].河南冶金，2000，37（2）：10～11，14.
[5]冯小平，张正文，田华峰，等.活性石灰的煅烧工艺研究[J].国外建材科技，2003，24（5）：6～7.