1、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物的形成機(jī)理,黃柱成 中南大學(xué),提綱,回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的危害及產(chǎn)生的原因 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物質(zhì)分析 回轉(zhuǎn)窯后部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理 回轉(zhuǎn)窯中部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理 回轉(zhuǎn)窯前部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理 結(jié)論,結(jié)圈影響正常生產(chǎn)乃至制約回轉(zhuǎn)窯直接還原生存和發(fā)展的關(guān)鍵問題,1.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)圈的原因與原料性質(zhì)有關(guān)，過多的粉料以及低軟熔點(diǎn)的復(fù)雜化合物生成是產(chǎn)生結(jié)圈的物質(zhì)基礎(chǔ)。 （）料層中還原氣氛，溫度相對(duì)較低；窯氣處于燃燒狀態(tài)，溫度較高；窯襯經(jīng)受兩種氣氛、兩種溫度交替作

2、用。 （）存在粉末物料，氣氛和溫度控制不當(dāng)，造成“過燒”，形成低熔點(diǎn)物質(zhì)，達(dá)到熔點(diǎn)形成液相，結(jié)圈發(fā)生。,1.2 回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的原因,針對(duì)魯中3.650m直接還原回轉(zhuǎn)窯試驗(yàn)中停窯后，測(cè)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，對(duì)產(chǎn)生結(jié)圈的原因進(jìn)行了探討，從而對(duì)解決結(jié)圈問題提供理論指導(dǎo)。,1.3 研究目的及意義,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.結(jié)圈物質(zhì)分析,表2 結(jié)圈物礦物組成/%,結(jié)圈物中以鐵為主，其次為SiO2、CaO、MgO、Al2O3等。主要礦物為金屬鐵、FeO、Fe3O4、鈣鐵橄欖石和多成分化合物等?；剞D(zhuǎn)窯中結(jié)圈物Al2O3

3、/SiO2比值都很低，故軟熔溫度都很低。 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,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。,Fe3O4,原始磁鐵礦占40.2%，呈塊狀和板狀，形成少量粘連。渾圓狀的FeO占32.5%。嵌布在Fe3O4或FeO周圍的為多成分化合物。,FeO,多,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Fe3O4向FeO轉(zhuǎn)變相，保持原始顆粒形狀和大小不變，小顆粒變化稍

4、大。存在少量的多成分化合物。僅出現(xiàn)極少量液相，主要為FeO和煤灰分中SiO2、Al2O3、CaO、MgO等發(fā)生固相反應(yīng)、形成低熔點(diǎn)物質(zhì)。,（）氧化物間發(fā)生固相反應(yīng) 后部料層溫度較低（700），還原氣氛較弱，氣相溫度800950，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(shí)，少量FeO、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等發(fā)生了固相反應(yīng)，形成的多成分復(fù)雜化合物，產(chǎn)生化學(xué)粘結(jié)。,3.3 后部結(jié)圈物的形成機(jī)理,（）粉塵的物料粘附 微細(xì)粒的鐵精礦和煤灰，表面能大，附在窯壁上。 粘附細(xì)粒，承受機(jī)械力作用下，發(fā)生機(jī)械沉積而粘附在窯壁上，當(dāng)粘附強(qiáng)度不夠時(shí)，會(huì)自動(dòng)脫落或被擦落，并反復(fù)進(jìn)行粘附和脫落

5、。,4 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,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，緊密層和疏松層交替重復(fù)排列?？扛G襯部分出現(xiàn)軟熔或熔化現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度高。表層較為松疏，為粘附層。嵌布在金屬鐵或FeO相周圍的板狀鈣鐵橄欖石。,Fe,CS,多,FeO,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，F(xiàn)eO相中含有少量的SiO2、Al2O3、MgO、CaO、S等物質(zhì)。,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，含大量的MgO、Al2

6、O3等，F(xiàn)eO含量較高，形成低熔點(diǎn)物質(zhì)。緊密包裹金屬鐵相或FeO相，是主要的粘結(jié)相之一。 中部結(jié)圈物中多成分化合物相含有FeO、SiO2、MgO、CaO、Al2O3等，形成低熔點(diǎn)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(shí)現(xiàn)，造成球團(tuán)強(qiáng)度的低谷區(qū)過長(zhǎng)，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(zhǎng)，

7、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）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)。,4.2 中部結(jié)圈物的形成機(jī)理,5. 回轉(zhuǎn)窯前部結(jié)圈物礦相分析及形成機(jī)理,5.1 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，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)。

8、,結(jié)圈物中含金屬鐵、FeO、硅灰石和多成分化合物。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，將金屬鐵相或FeO相牢固的粘在一起。出現(xiàn)局部溫度過高（1350），產(chǎn)生了軟熔或熔化。,Fe,FeO,圖13 金屬鐵相能譜分析,圖14 金屬鐵相能譜分析,金屬鐵相中僅含有少量的Si、Al、S等雜質(zhì)。FeO中含有少量的CaO、SiO2、MgO等，主要來源于原礦中。,圖15 硅灰石能譜分析,圖16 多組分化合物能譜分析,硅灰石中以CaO、SiO2為主，同時(shí)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(diǎn)。,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(diǎn)物質(zhì)，產(chǎn)生液相，導(dǎo)致結(jié)圈。 （2）金屬鐵、低熔點(diǎn)物質(zhì)都可能成為粘結(jié)相。 回轉(zhuǎn)窯的前部結(jié)圈是由于部分金屬鐵和低熔點(diǎn)化合物，在局部高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,6.結(jié)論,（1） 試驗(yàn)結(jié)果表明，直接還原回轉(zhuǎn)窯“結(jié)圈”的根本原因在于：窯內(nèi)存在粉末物料、粉末料及其化合物的熔點(diǎn)較低、局部溫度過高或氣氛控制不當(dāng)。 （2） 魯中回轉(zhuǎn)窯各部位“結(jié)圈”的機(jī)理和模式各異： 尾部主要是粉塵的物理粘附以及