中南大學(xué)-回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物的形成機(jī)理

1、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物的形成機(jī)理提綱提綱1. 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害及產(chǎn)生的原因2. 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物質(zhì)分析3. 回轉(zhuǎn)窯后部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理4. 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理5. 回轉(zhuǎn)窯前部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理6. 結(jié)論結(jié)圈影響正常生產(chǎn)乃至制約結(jié)圈影響正常生產(chǎn)乃至制約回轉(zhuǎn)窯直接還原回轉(zhuǎn)窯直接還原生存和發(fā)展生存和發(fā)展的關(guān)鍵問題的關(guān)鍵問題1.回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害及產(chǎn)生的原因回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害及產(chǎn)生的原因結(jié)圈嚴(yán)重導(dǎo)致窯內(nèi)重力負(fù)荷增加，爐料運(yùn)行不暢通，耐結(jié)圈嚴(yán)重導(dǎo)致窯內(nèi)重力負(fù)荷增加，爐料運(yùn)行不暢通，耐火材料被拉裂剝落，導(dǎo)致檢修頻繁火材料被拉裂剝落，導(dǎo)致檢修頻繁1.1 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害回轉(zhuǎn)窯結(jié)回

2、轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的圈的原因與原料性質(zhì)原因與原料性質(zhì)有關(guān)有關(guān)，過多的粉料，過多的粉料以及以及低低軟軟熔熔點點的的復(fù)雜復(fù)雜化合物化合物生成生成是是產(chǎn)生結(jié)圈的物質(zhì)產(chǎn)生結(jié)圈的物質(zhì)基基礎(chǔ)。礎(chǔ)。（）（）料層料層中中還原氣氛，溫度相對較低還原氣氛，溫度相對較低；窯氣處于燃燒狀窯氣處于燃燒狀態(tài)，溫度較高態(tài)，溫度較高；窯襯經(jīng)受兩種氣氛、兩種溫度交替作用。窯襯經(jīng)受兩種氣氛、兩種溫度交替作用。（）（）存在粉末物料，氣氛和溫度控制不當(dāng)，造成存在粉末物料，氣氛和溫度控制不當(dāng)，造成“過過燒燒”，形成低熔點物質(zhì)，達(dá)到熔點形成液相，結(jié)圈，形成低熔點物質(zhì)，達(dá)到熔點形成液相，結(jié)圈發(fā)生發(fā)生。1.2 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的原因回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的原因針對魯中

3、針對魯中3.63.650m50m直接還原回轉(zhuǎn)窯試驗中停窯直接還原回轉(zhuǎn)窯試驗中停窯后，后，測定了回轉(zhuǎn)窯后、中、前部結(jié)圈物的礦相結(jié)構(gòu)進(jìn)測定了回轉(zhuǎn)窯后、中、前部結(jié)圈物的礦相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析行了分析，對產(chǎn)生結(jié)圈的原因進(jìn)行了探討，從而對解，對產(chǎn)生結(jié)圈的原因進(jìn)行了探討，從而對解決結(jié)圈問題提供理論指導(dǎo)。決結(jié)圈問題提供理論指導(dǎo)。1.3 研究目的及意義研究目的及意義 部位TFeMFeCaOMgOAl2O3SiO2KNaC后部結(jié)圈物63.661.373.196.061.303.570.0060.080.06中部結(jié)圈物63.0236.456.283.803.7610.030.0540.280.06前部結(jié)圈物68.05

4、40.985.624.043.258.870.0430.210.05表1結(jié)圈物的化學(xué)組成/% 表1 為在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)后部、前部和中部取得的結(jié)圈物化學(xué)分析結(jié)果2.2.結(jié)圈物質(zhì)分析結(jié)圈物質(zhì)分析部位MFeFeOFe3O4鈣鐵橄欖石多成分化合物后部結(jié)圈物2.5032.5040.2023.8中部結(jié)圈物36.5028.103.2016.4015.80前部結(jié)圈物41.0033.1015.6010.30表2 結(jié)圈物礦物組成/%結(jié)圈物中以鐵為主，其次為結(jié)圈物中以鐵為主，其次為SiO2、CaO、MgO、Al2O3等。主要礦物等。主要礦物為為金屬鐵、金屬鐵、FeO、Fe3O4、鈣鐵橄欖石和多成分化合物等?；剞D(zhuǎn)窯中結(jié)圈物

5、、鈣鐵橄欖石和多成分化合物等?；剞D(zhuǎn)窯中結(jié)圈物Al2O3/SiO2比值都很低，故軟熔溫度都很低。比值都很低，故軟熔溫度都很低?；剞D(zhuǎn)窯后部、中部、前部所形成的物相及結(jié)構(gòu)存在較大的差異回轉(zhuǎn)窯后部、中部、前部所形成的物相及結(jié)構(gòu)存在較大的差異。圖1后部結(jié)圈物斷面照片圖2 后部結(jié)圈物顯微結(jié)構(gòu)（反光，100）3. 1 回轉(zhuǎn)窯后部礦相分析及形成機(jī)理回轉(zhuǎn)窯后部礦相分析及形成機(jī)理后部結(jié)圈物結(jié)構(gòu)松散，小孔多，獨(dú)立的原始磁鐵礦顆粒清晰可見。后部結(jié)圈物結(jié)構(gòu)松散，小孔多，獨(dú)立的原始磁鐵礦顆粒清晰可見。結(jié)圈物強(qiáng)度較差，但靠窯襯層強(qiáng)度稍好。結(jié)圈物強(qiáng)度較差，但靠窯襯層強(qiáng)度稍好。Fe3O4原原始始磁鐵礦占磁鐵礦占40.2%，呈塊

6、狀和板狀，形成少量粘連。，呈塊狀和板狀，形成少量粘連。渾圓狀渾圓狀的的FeO占占32.5%。嵌布在嵌布在Fe3O4或或FeO周圍的為多成分化合物周圍的為多成分化合物。FeO多多ElementWeight/%Fe100.00ElementSiFeAlMgCaWeight/%18.0552.890.082.7320.25圖3 Fe3O4或FeO相能譜分析 圖4 多成分化合物能譜分析Fe3O4相或相或Fe3O4向向FeO轉(zhuǎn)變相，保持轉(zhuǎn)變相，保持原始原始顆粒形狀和大小不變，顆粒形狀和大小不變，小顆粒變化稍大。存在少量的多成分化合物小顆粒變化稍大。存在少量的多成分化合物。僅出現(xiàn)極少量液相，主僅出現(xiàn)極少量

7、液相，主要要為為FeO和煤灰分中和煤灰分中SiO2、Al2O3、CaO、MgO等發(fā)生固相反應(yīng)、形成等發(fā)生固相反應(yīng)、形成低低熔熔點物質(zhì)點物質(zhì)。（）氧化物間發(fā)生固相反應(yīng)（）氧化物間發(fā)生固相反應(yīng)后部后部料層溫度較低（料層溫度較低（700），還原），還原氣氛較弱，氣相氣氛較弱，氣相溫度溫度800950，氣氛為弱氧化性氣氛，氣氛為弱氧化性氣氛。當(dāng)局部溫度較高或煙氣氧化性較強(qiáng)時，當(dāng)局部溫度較高或煙氣氧化性較強(qiáng)時，少量少量FeO、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等發(fā)生等發(fā)生了固相反應(yīng)了固相反應(yīng)，形成的形成的多多成成分復(fù)雜分復(fù)雜化合物化合物，產(chǎn)生產(chǎn)生化學(xué)粘結(jié)?；瘜W(xué)粘結(jié)。 3.3 后部結(jié)圈物的形成機(jī)理后部結(jié)

8、圈物的形成機(jī)理（）粉塵的物料粘附（）粉塵的物料粘附微細(xì)粒微細(xì)粒的的鐵精礦鐵精礦和和煤灰，表面能煤灰，表面能大大，附在，附在窯窯壁上。壁上。粘附細(xì)粒粘附細(xì)粒，承受機(jī)械力作承受機(jī)械力作用下，發(fā)生機(jī)械沉積而用下，發(fā)生機(jī)械沉積而粘附粘附在窯壁上，在窯壁上，當(dāng)粘附強(qiáng)度不夠時當(dāng)粘附強(qiáng)度不夠時，會自動，會自動脫落或被擦落脫落或被擦落，并并反復(fù)進(jìn)行粘附反復(fù)進(jìn)行粘附和和脫落。脫落。4 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析及機(jī)理回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析及機(jī)理4.1 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析圖5 中部結(jié)圈物斷面照片圖6 中部結(jié)圈物顯微結(jié)構(gòu)（反光，50） 中部結(jié)圈物斷面層次分明中部結(jié)圈物斷面層次分明，緊密

9、層和疏松層交替重復(fù)排列，緊密層和疏松層交替重復(fù)排列。靠窯襯靠窯襯部部分分出現(xiàn)軟熔出現(xiàn)軟熔或或熔化現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高。熔化現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高。表層表層較為松疏較為松疏，為粘附層為粘附層。嵌布在金屬鐵或嵌布在金屬鐵或FeO相周圍的板狀鈣鐵橄欖石。相周圍的板狀鈣鐵橄欖石。FeCS多多FeOElementSiFeMgCaWeight/%2.6492.160.145.06ElementSiFeMgCaAlSWeight/%2.9893.780.222.740.140.13圖7 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物金屬鐵相能譜分析圖8 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物FeO相能譜分析MFe相，相，F(xiàn)eO相中含有少量的相中含有少量的S

10、iO2、Al2O3、MgO、CaO、S等物質(zhì)。等物質(zhì)。ElementSiFeAlMgCaWeight/%18.0552.890.082.7320.25ElementSiFeMgCaWeight/%16.6473.584.245.54圖9 鈣鐵橄欖石相能譜分析 圖10 多成分化合物能譜分析中部結(jié)圈物中的鈣鐵橄欖石，含中部結(jié)圈物中的鈣鐵橄欖石，含大大量的量的MgO、Al2O3等，等，F(xiàn)eO含量較含量較高，形成低熔點物質(zhì)。緊密包裹金屬鐵相或高，形成低熔點物質(zhì)。緊密包裹金屬鐵相或FeO相，是主要的粘結(jié)相之相，是主要的粘結(jié)相之一。一。中部結(jié)圈物中多成分化合物相含有中部結(jié)圈物中多成分化合物相含有FeO、S

11、iO2、MgO、CaO、Al2O3等，形成低熔點物質(zhì)。也是主要的粘結(jié)相之一。等，形成低熔點物質(zhì)。也是主要的粘結(jié)相之一。 回轉(zhuǎn)窯中部料層溫度逐步提高，氣相溫度可達(dá)1000甚至可達(dá)1100以上。 （1）煤在窯中分布不夠合理。20%35%的窯尾煤幾乎燒盡，一桿槍噴煤難以保證中部需要的煤量，中部少煤情況十分明顯。以致還原氣氛難以保證，球團(tuán)快速還原難實現(xiàn)，造成球團(tuán)強(qiáng)度的低谷區(qū)過長，表面磨損加劇。這些粉末和尾部跌落的結(jié)圈物以及煤灰就構(gòu)成了回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈的物質(zhì)基礎(chǔ)。 （2）由于中部缺煤，料層氣氛難以控制，F(xiàn)eO區(qū)間過長，氣氛偏氧化性氣氛，造成局部氧化放熱而出現(xiàn)局部溫度過高，造成局部物料熔化而形成結(jié)圈。（3）

12、鈣鐵橄欖石大致可表示為1.4FeO.SiO2.CaO，并含有Mg、Al等元素。熔化溫度為10801150。中部中部結(jié)圈物的礦相分析表明，主要以液相粘結(jié)為主，結(jié)圈物一旦形成結(jié)圈物的礦相分析表明，主要以液相粘結(jié)為主，結(jié)圈物一旦形成液相，將迅速粘附大量的粉末，甚至球團(tuán)。造成惡性循環(huán)。液相，將迅速粘附大量的粉末，甚至球團(tuán)。造成惡性循環(huán)。4.2 中部結(jié)圈物的形成機(jī)理中部結(jié)圈物的形成機(jī)理5. 回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯前部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理前部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理5.1 前部結(jié)圈物礦相分析前部結(jié)圈物礦相分析 圖11前部結(jié)圈物斷面照片圖12 前部結(jié)圈物顯微結(jié)構(gòu)圖（反光，40） 斷面為不均勻結(jié)構(gòu)，有的地方很致密，

13、有的孔洞發(fā)達(dá)?？擅黠@看到層斷面為不均勻結(jié)構(gòu)，有的地方很致密，有的孔洞發(fā)達(dá)?？擅黠@看到層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)圈物為一層一層粘上去的。發(fā)現(xiàn)部分球團(tuán)被包裹在內(nèi)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)圈物為一層一層粘上去的。發(fā)現(xiàn)部分球團(tuán)被包裹在內(nèi)。 結(jié)圈物中結(jié)圈物中含金屬鐵、含金屬鐵、FeO、硅灰石、硅灰石和和多成分化合物。嵌布在金屬鐵多成分化合物。嵌布在金屬鐵或亞鐵周圍的是板狀的硅灰石或多成分的化合物，將金屬或亞鐵周圍的是板狀的硅灰石或多成分的化合物，將金屬鐵鐵相或相或FeO相相牢固的粘在一起。出現(xiàn)局部溫度過高（牢固的粘在一起。出現(xiàn)局部溫度過高（1350），產(chǎn)生了軟熔），產(chǎn)生了軟熔或或熔化。熔化。FeFeO圖13 金屬鐵相能譜分析圖14

14、金屬鐵相能譜分析ElementSiFeMgSWeight/%0.0698.120.101.72ElementSiFeMgSAlCaWeight/%1.1593.100.231.780.153.60金屬鐵相中僅含有少量的金屬鐵相中僅含有少量的Si、Al、S等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。FeO中含有少量的中含有少量的CaO、SiO2、MgO等，主要來源于原礦中。等，主要來源于原礦中。ElementFeAlSiCaMgTiWeight/%14.0712.7430.1237.991.773.22ElementFeAlSiCaMgWeight/%50.591.0220.5024.673.21圖15 硅灰石能譜分析圖1

15、6 多組分化合物能譜分析 硅灰石中以硅灰石中以CaO、SiO2為主，同時含有部分為主，同時含有部分Al2O3、FeO、MgO、TiO2等。這些雜質(zhì)的存在進(jìn)一步降低了硅灰石的熔點。等。這些雜質(zhì)的存在進(jìn)一步降低了硅灰石的熔點。 回轉(zhuǎn)窯前部料層溫度穩(wěn)定在10001020左右，而氣相溫度為10501080。 （1）球團(tuán)進(jìn)行深度還原，金屬鐵大量形成，金屬鐵活性很高。當(dāng)物料暴露在氣相中，氣相中有氧，將發(fā)生金屬鐵的劇烈燃燒，產(chǎn)生局部高溫而熔結(jié)，且與粉末料迅速形成低熔點物質(zhì)，產(chǎn)生液相，導(dǎo)致結(jié)圈。（2）金屬鐵、低熔點物質(zhì)都可能成為粘結(jié)相。 回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯的前部結(jié)圈是由于部分金屬鐵和低熔點化合物，在局部高的前部結(jié)圈是由于部分金屬鐵和低熔點化合物，在局部高溫條件下熔融而形成的液相粘結(jié)。溫條件下熔融而形成的液相粘結(jié)。5.2 前部結(jié)圈物的形成機(jī)理前部結(jié)圈物的形成機(jī)理6.結(jié)論結(jié)論（1）