湛江鋼鐵石灰工程中的先進(jìn)技術(shù)

施宇亮

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海201900)

1 前言

隨著煉鋼工業(yè)的發(fā)展，冶煉技術(shù)的不斷提高，煉鋼生產(chǎn)對(duì)主要造渣劑-石灰的質(zhì)量提出了越來越高的要求。煉鋼工作者常說：“要煉好鋼必須造好渣”，概括了石灰質(zhì)量對(duì)煉鋼造渣工藝的重要性。實(shí)踐證明，凡采用活性石灰煉鋼的企業(yè)都取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此采用性能活潑、反應(yīng)能力強(qiáng)、造渣溶解速度快的活性石灰是當(dāng)今我國(guó)煉鋼生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。[1]

由于煉鋼用活性石灰的生產(chǎn)與石灰窯的窯型有關(guān)，根據(jù)調(diào)研，我國(guó)大部分滿足煉鋼快速冶煉用的活性石灰都是由回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯和套筒豎窯生產(chǎn)的，如何提高回轉(zhuǎn)窯、雙膛窯和套筒豎窯的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，這是市場(chǎng)發(fā)展的需要，也是設(shè)計(jì)者致力追求的目標(biāo)。

2 工程概況

湛江鋼鐵石灰工程根據(jù)煉鋼和燒結(jié)的需求，建設(shè)規(guī)模的活性石灰及輕燒白云石實(shí)際總產(chǎn)量為84.59萬t/a，共建設(shè)兩座1000TPD回轉(zhuǎn)窯、一座600TPD雙膛豎窯及公輔配套設(shè)施，并預(yù)留后期發(fā)展用地。

湛江鋼鐵石灰工程目標(biāo)為打造國(guó)內(nèi)樣板廠，其在工藝路線設(shè)計(jì)、主要裝備的選擇等方面都要求很高。

采用回轉(zhuǎn)窯和雙膛豎窯結(jié)合的方式，最大限度地降低原料消耗系數(shù)，并提高低熱值煤氣的利用率。

2.1 工藝路線

原料石灰石采用水洗工藝，可以去除石灰石原料中的大量有害雜質(zhì)，如SiO2等，避免有害物質(zhì)在窯內(nèi)煅燒時(shí)影響石灰的焙燒，產(chǎn)生結(jié)瘤、結(jié)圈等問題。但是水洗系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，對(duì)環(huán)境形成了二次污染，處理這部分污泥給生產(chǎn)方帶來非常麻煩的問題。

湛江鋼鐵石灰工程回轉(zhuǎn)窯和雙膛窯生產(chǎn)采用的原料石灰石均不采用水洗處理，簡(jiǎn)化了工藝，目前回轉(zhuǎn)窯和雙膛窯生產(chǎn)正常，生產(chǎn)的活性石灰和輕燒白云石均完全滿足煉鋼對(duì)高品質(zhì)活性石灰的需求。

湛江鋼鐵石灰工程的回轉(zhuǎn)窯和雙膛窯活性石灰生產(chǎn)線主要采用了振動(dòng)篩篩分系統(tǒng)，雙膛窯系統(tǒng)將小于40mm的石灰石送至回轉(zhuǎn)窯原料系統(tǒng)供回轉(zhuǎn)窯使用，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)將小于15mm的石灰石細(xì)粒篩分后返回原料場(chǎng)供其它用戶使用。原料系統(tǒng)中振動(dòng)篩采用了高效棒條式振動(dòng)篩，篩分效率高，可以非常有效去除粉料，避免篩網(wǎng)堵塞等問題，對(duì)原料的粒度提供了可靠保證，為回轉(zhuǎn)窯的正常焙燒創(chuàng)造了有利條件。

2.2 原料與燃料

2.2.1原料利用

600t/d雙膛窯采用40～80mm的石灰石作為原料，1000t/d回轉(zhuǎn)窯采用15～40mm的石灰石作為原料。雙膛窯在進(jìn)窯前對(duì)原料石灰進(jìn)行分級(jí)處理，小于40mm的石灰石直接送至回轉(zhuǎn)窯原料系統(tǒng)后供回轉(zhuǎn)窯使用。有效提高原料石灰石的利用率，降低石灰生產(chǎn)成本。

2.2.2燃料利用

石灰窯焙燒生產(chǎn)中，最主要的消耗是原料和燃料，而燃料的消耗占整個(gè)石灰生產(chǎn)成本的80%～90%，如何降低燃料消耗，直接關(guān)系到活性石灰的生產(chǎn)成本。

回轉(zhuǎn)窯是目前世界上主流石灰窯中單窯產(chǎn)量最高的窯型，可以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量生產(chǎn)，其最高產(chǎn)量可達(dá)到1100t/d以上。回轉(zhuǎn)窯對(duì)燃料的熱值要求較高，在確保活性石灰產(chǎn)量和質(zhì)量的情況下，最理想的燃?xì)鉄嶂祽?yīng)大于14630kJ/Nm3。本工程中考慮因素：1)對(duì)焦?fàn)t煤氣的節(jié)約問題；2)減少回轉(zhuǎn)窯采用煤粉作為燃料而產(chǎn)生的結(jié)圈等問題。故回轉(zhuǎn)窯采用焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣混合的燃料，其熱值達(dá)到14630kJ/m3，實(shí)現(xiàn)了對(duì)能源的節(jié)約和有效利用，也確保了回轉(zhuǎn)窯的正常生產(chǎn)。

雙膛窯是目前主流窯型中最為節(jié)能的一種窯型，其單位熱耗可控制在3720kJ/kg石灰以內(nèi)，其可采用熱值大于6688kJ/Nm3的低熱值煤氣，可以直接采用轉(zhuǎn)爐煤氣作為燃料，極大提高了低熱值煤氣的利用率，降低了煤氣的消耗。同時(shí)其具有布置緊湊、工藝流程短捷、環(huán)保效果好、自動(dòng)化程度高、耐材磚型數(shù)量少而簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。[3]

2.2.3產(chǎn)品品質(zhì)

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的活性石灰經(jīng)過寶鋼多少年的實(shí)踐，其活性度、CaO含量等指標(biāo)完全滿足煉鋼的需求，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的活性石灰從目前使用的情況看，在幾種主流窯型中，其品質(zhì)對(duì)提高煉鋼造渣速度方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。

目前湛江鋼鐵石灰工程的兩座回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的活性石灰，活性度達(dá)到360ml以上，CaO達(dá)到95%以上，完全滿足了煉鋼的需求。雙膛窯作為世界上先進(jìn)的窯型之一，其生產(chǎn)的活性石灰可達(dá)到350ml以上，CaO和殘余CO2指標(biāo)均可達(dá)到要求，完全滿足湛江煉鋼和燒結(jié)的需求。

3 先進(jìn)技術(shù)

3.1 節(jié)能技術(shù)

3.1.1耐材節(jié)能

為達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、降低窯殼溫度和安全運(yùn)行的目的，1000TPD石灰回轉(zhuǎn)窯采用新的材質(zhì)配置方案，煅燒帶采用鎂尖晶石橄欖石復(fù)合磚，過渡帶采用低導(dǎo)熱紅柱石磚。

新型耐材鎂尖晶石鎂橄欖石復(fù)合磚，其工作層鎂鋁尖晶石磚具有良好的抗堿性氧化物(CaO和MgO)的侵蝕作用和良好的抗熱震穩(wěn)定性，輕質(zhì)層采用鎂橄欖石磚，導(dǎo)熱系數(shù)低，減小熱量的傳遞，因此既可以滿足使用工況要求又能夠達(dá)到較好的隔熱效果。復(fù)合磚是尖晶石和橄欖石材料優(yōu)勢(shì)性能的集成，可以起到性能互補(bǔ)作用。

低導(dǎo)熱紅柱石磚：在過渡帶使用，與煅燒帶的鎂尖晶石鎂橄欖石配合使用，可以較大幅度降低整個(gè)筒體溫度，達(dá)到節(jié)能效果。

紅柱石磚具有以下特點(diǎn)：[2]

1)低導(dǎo)熱性，散熱少，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。1000℃導(dǎo)熱系數(shù)小于1.1 W(/M·K)。

2)低熱膨脹性，窯襯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。紅柱石磚1000℃熱膨脹率0.65%左右，原鎂鋁尖晶石磚1000℃熱膨脹率為1.25%，紅柱石磚高溫下具有良好的體積穩(wěn)定性和熱震穩(wěn)定性，高溫下窯爐結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

3)良好的熱震穩(wěn)定性，抗熱沖擊能力好。

兩條1000TPD回轉(zhuǎn)窯耐火材料的配置，充分發(fā)揮材料各自的性能優(yōu)勢(shì)，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、安全和延長(zhǎng)壽命的運(yùn)行效果。

3.1.2窯型節(jié)能

湛江鋼鐵石灰工程主要目標(biāo)是致力于優(yōu)質(zhì)服務(wù)煉鋼和燒結(jié)工序，在確保產(chǎn)品質(zhì)量及需求量的前提下，采用了世界上最節(jié)能的600TPD雙膛并流蓄熱式豎窯，其熱效率高，廢氣排放溫度約120℃。生產(chǎn)實(shí)際單位熱耗低于3595kJ/kg石灰。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，對(duì)燃料準(zhǔn)確計(jì)量，設(shè)熱值儀，嚴(yán)格控制熱工制度，減少燃料消耗。有效降低了工序能耗，從而降低了生產(chǎn)成本。

3.2 智能化設(shè)計(jì)

湛江鋼鐵石灰工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)高，采用全自動(dòng)、智能化控制技術(shù)，上料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、廢氣系統(tǒng)等均能根據(jù)設(shè)定的產(chǎn)量、熱耗等參數(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一鍵焙燒、一鍵開窯等智能化操作。石灰工程投產(chǎn)后勞動(dòng)定員少、勞動(dòng)效率高，人均產(chǎn)能每人每年超1.4萬噸，為國(guó)內(nèi)同類石灰廠的幾倍，人工成本均遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)同類工程。

3.3 環(huán)保技術(shù)

3.3.1成品保護(hù)及環(huán)境保護(hù)技術(shù)

石灰工程用原料石灰石粒度為15～80mm的石灰石和粒度為15～40mm的白云石，原料在從礦山到廠內(nèi)原料場(chǎng)、再?gòu)脑蠄?chǎng)到石灰區(qū)域，經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸、原料發(fā)生磨損、破碎，逐步積累粉末、細(xì)粒原料，容易在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中產(chǎn)生揚(yáng)塵。石灰工程的成品為活性石灰及輕燒白云石，原料經(jīng)過高溫煅燒后形成的高活性度成品，易破碎，易吸潮，易揚(yáng)塵。

石灰工程中對(duì)于如何在輸送過程中保護(hù)成品的品質(zhì)不降低、如何減少崗位粉塵濃度、保護(hù)環(huán)境采用了以下重要技術(shù)：

1)成品系統(tǒng)膠帶輸送機(jī)采用全封閉通廊形式

成品系統(tǒng)輸送機(jī)處理的物料為成品活性石灰及輕燒白云石。物料特性容易在輸送、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中破碎、產(chǎn)生粉塵。同時(shí)活性石灰極易與水發(fā)生反應(yīng)，所以為了在輸送環(huán)節(jié)中確保成品灰的質(zhì)量，以及為了抑制粉塵外揚(yáng)對(duì)環(huán)境造成影響，成品系統(tǒng)室外皮帶機(jī)桁架全部采用彩板鋼結(jié)構(gòu)全封閉通廊形式，避免粉塵外溢以及撒料掉落。

2)全流程除塵

石灰工程儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)主要由原料儲(chǔ)運(yùn)篩分系統(tǒng)、成品儲(chǔ)運(yùn)篩分系統(tǒng)、燒結(jié)石灰破碎系統(tǒng)和輕燒白云石壓球系統(tǒng)組成。

原料和成品物料在儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的輸送、破碎、篩分處理過程中極易產(chǎn)生揚(yáng)塵，故石灰工程對(duì)所有設(shè)備接口處、落料點(diǎn)都采取強(qiáng)制機(jī)械除塵，除塵點(diǎn)處設(shè)計(jì)除塵罩。同時(shí)根據(jù)皮帶寬度、落料高度等情況計(jì)算各除塵點(diǎn)的除塵風(fēng)量，確定管道風(fēng)速、除塵器規(guī)模，工程共設(shè)計(jì)了12套環(huán)境除塵除塵器，按區(qū)域就近布置在相應(yīng)的位置。除塵系統(tǒng)的粉塵排放濃度≤15mg/m3。

3)除塵灰氣力輸送

湛江鋼鐵石灰工程共有16套除塵器中，3套工藝除塵器的風(fēng)量較大，除塵灰產(chǎn)生量也較多，為了避免頻繁的罐車輸灰作業(yè)，以及減少除塵灰輸送產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵，3套工藝除塵器的粉倉(cāng)下分別設(shè)置兩套出灰設(shè)施，一套是供吸引罐車使用的管接口，另外一套設(shè)計(jì)為全自動(dòng)運(yùn)行的氣力輸送系統(tǒng)，其可根據(jù)除塵粉倉(cāng)料位自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行，通過氣力輸送管道將除塵粉送至成品倉(cāng)區(qū)域的燒結(jié)粉倉(cāng)，供燒結(jié)使用。

3.3.2輕燒白云石粉壓球技術(shù)

采用輕燒白云石粉壓球工藝，回收輕燒白云石篩下輕燒白云石細(xì)粒及除塵粉。通過合理的壓球機(jī)設(shè)備選型，提高成球率和強(qiáng)度。

壓球系統(tǒng)有效提高了輕燒白云石粉料的利用率，降低了輕燒白云石粉對(duì)環(huán)境的污染。

4 結(jié)論

湛江鋼鐵石灰工程在設(shè)計(jì)之初的定位就是“打造節(jié)能環(huán)保低成本的石灰產(chǎn)線”，其投產(chǎn)后在各方面表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)非常明顯。突出體現(xiàn)在：先進(jìn)的工藝技術(shù)和裝備水平，實(shí)現(xiàn)一鍵開窯、一鍵焙燒；大型高效的焙燒設(shè)備，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，降低噸產(chǎn)品生產(chǎn)成本；環(huán)保和清潔的生產(chǎn)線，排放指標(biāo)≤15 mg/m3，把生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響降至最低程度；低能耗的生產(chǎn)成本，最先進(jìn)、高效的燃燒技術(shù)，降低燃料消耗水平，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。