回转窑结圈物的形成机理.ppt

回转窑结圈物的形成机理黄柱成中南大学提纲提纲1.回转窑结圈的危害及产生的原因2.回转窑结圈物质分析3.回转窑后部结圈物矿相分析及形成机理4.回转窑中部结圈物矿相分析及形成机理5.回转窑前部结圈物矿相分析及形成机理6.结论　　　　结圈圈影影响响正正常常生生产乃乃至至制制约回回转窑窑直直接接还原原生生存存和和发展展的关的关键问题1.回转窑结圈的危害及产生的原因回转窑结圈的危害及产生的原因　　　　结圈圈严重重导致窑内重力致窑内重力负荷增加，炉料运行不荷增加，炉料运行不畅通，耐通，耐火材料被拉裂剥落，火材料被拉裂剥落，导致致检修修频繁繁1.1 回转窑结圈的危害回转窑结圈的危害　　回转窑结回转窑结圈的圈的原因与原料性质原因与原料性质有关有关，过多的粉料，过多的粉料以及以及低低软软熔熔点点的的复杂复杂化合物化合物生成生成是是产生结圈的物质产生结圈的物质基基础　（１）　（１）料层料层中中还原气氛，温度相对较低还原气氛，温度相对较低；；窑气处于燃烧状窑气处于燃烧状态，温度较高态，温度较高；；窑衬经受两种气氛、两种温度交替作用窑衬经受两种气氛、两种温度交替作用　（２）（２）存在粉末物料，气氛和温度控制不当，造成存在粉末物料，气氛和温度控制不当，造成“过烧过烧”，形成低熔点物质，达到熔点形成液相，结圈，形成低熔点物质，达到熔点形成液相，结圈发生发生。

1.2 回转窑结圈的原因回转窑结圈的原因　　针对鲁中针对鲁中ΦΦ3.63.6××50m50m直接还原回转窑试验中停窑直接还原回转窑试验中停窑后，后，测定了回转窑后、中、前部结圈物的矿相结构进测定了回转窑后、中、前部结圈物的矿相结构进行了分析行了分析，对产生结圈的原因进行了探讨，从而对解，对产生结圈的原因进行了探讨，从而对解决结圈问题提供理论指导决结圈问题提供理论指导1.3 研究目的及意义研究目的及意义 部位TFeMFeCaOMgOAl2O3SiO2KNaC后部结圈物63.661.373.196.061.303.570.0060.080.06中部结圈物63.0236.456.283.803.7610.030.0540.280.06前部结圈物68.0540.985.624.043.258.870.0430.210.05表1结圈物的化学组成/% 表1 为在回转窑内后部、前部和中部取得的结圈物化学分析结果2.2.结圈物质分析结圈物质分析部位MFeFeOFe3O4钙铁橄榄石多成分化合物后部结圈物2.5032.5040.20―23.8中部结圈物36.5028.103.2016.4015.80前部结圈物41.0033.10―15.6010.30表2 结圈物矿物组成/%　　结圈圈物物中中以以铁为主主，，其其次次为SiO2、、CaO、、MgO、、Al2O3等等。

主主要要矿物物为金金属属铁、、FeO、、Fe3O4、、钙铁橄橄榄石石和和多多成成分分化化合合物物等等回回转窑窑中中结圈圈物物Al2O3/SiO2比比值都很低，故都很低，故软熔温度都很低熔温度都很低　　　　回回转窑后部、中部、前部所形成的物相及窑后部、中部、前部所形成的物相及结构存在构存在较大的差异大的差异图1后部结圈物断面照片图2 后部结圈物显微结构（反光，100×）3. 1 回转窑后部矿相分析及形成机理回转窑后部矿相分析及形成机理　　后部结圈物结构松散，小孔多，独立的原始磁铁矿颗粒清晰可见后部结圈物结构松散，小孔多，独立的原始磁铁矿颗粒清晰可见结圈物强度较差，但靠窑衬层强度稍好结圈物强度较差，但靠窑衬层强度稍好Fe3O4　　原原始始磁铁矿磁铁矿占占40.2%，呈块状和板状，形成少量粘连呈块状和板状，形成少量粘连浑圆状的浑圆状的FeO占占32.5%嵌布在嵌布在Fe3O4或或FeO周周围的的为多成分化合物多成分化合物FeO多多ElementWeight/%Fe100.00ElementSiFeAlMgCaWeight/%18.0552.890.082.7320.25图3 Fe3O4或FeO相能谱分析 图4 多成分化合物能谱分析　　Fe3O4相相或或Fe3O4向向FeO转变相相，，保保持持原原始始颗粒粒形形状状和和大大小小不不变，，小小颗粒粒变化化稍稍大大。

存存在在少少量量的的多多成成分分化化合合物物仅出出现极极少少量量液液相相，，主主要要为FeO和和煤煤灰灰分分中中SiO2、、Al2O3、、CaO、、MgO等等发生生固固相相反反应、、形形成成低低熔熔点物点物质（１）氧化物间发生固相反应（１）氧化物间发生固相反应　　后后部部料料层层温温度度较较低低（（<700℃）），，还还原原气气氛氛较较弱弱，，气气相相温度温度800～～950℃，气氛为弱氧化性气氛，气氛为弱氧化性气氛　　　　当当局局部部温温度度较较高高或或烟烟气气氧氧化化性性较较强强时时，，少少量量FeO、、SiO2、、Al2O3、、CaO、、MgO等等发发生生了了固固相相反反应应，，形形成成的的多多成成分分复复杂杂化合物化合物，，产生产生化学粘结化学粘结 3.3 后部结圈物的形成机理后部结圈物的形成机理（２）粉尘的物料粘附（２）粉尘的物料粘附　　微细粒微细粒的的铁精矿铁精矿和和煤灰，表面能煤灰，表面能大大，附在，附在窑窑壁上　　　　粘粘附附细细粒粒，，承承受受机机械械力力作作用用下下，，发发生生机机械械沉沉积积而而粘粘附附在在窑窑壁壁上上，，当当粘粘附附强强度度不不够够时时，，会会自自动动脱脱落落或或被被擦擦落落，，并并反复进行粘附反复进行粘附和和脱落。

脱落4 回转窑中部结圈物矿相分析及机理回转窑中部结圈物矿相分析及机理4.1 回转窑中部结圈物矿相分析回转窑中部结圈物矿相分析图5 中部结圈物断面照片图6 中部结圈物显微结构（反光，50×） 中部中部结圈物断面圈物断面层次分明次分明，紧密层和疏松层交替重复排列，紧密层和疏松层交替重复排列靠窑靠窑衬部部分分出出现软熔熔或或熔化熔化现象，象，结构致密，构致密，强强度高表表层较为松疏松疏，，为粘附粘附层嵌布在金属铁或嵌布在金属铁或FeO相周围的板状钙铁橄榄石相周围的板状钙铁橄榄石FeCS多多FeOElementSiFeMgCaWeight/%2.6492.160.145.06ElementSiFeMgCaAlSWeight/%2.9893.780.222.740.140.13图7 回转窑中部结圈物金属铁相能谱分析图8 回转窑中部结圈物FeO相能谱分析MFe相，相，FeO相中含有少量的相中含有少量的SiO2、、Al2O3、、MgO、、CaO、、S等物质ElementSiFeAlMgCaWeight/%18.0552.890.082.7320.25ElementSiFeMgCaWeight/%16.6473.584.245.54图9 钙铁橄榄石相能谱分析 图10 多成分化合物能谱分析中中部部结结圈圈物物中中的的钙钙铁铁橄橄榄榄石石，，含含大大量量的的MgO、、Al2O3等等，，FeO含含量量较较高高，，形形成成低低熔熔点点物物质质。

紧紧密密包包裹裹金金属属铁铁相相或或FeO相相，，是是主主要要的的粘粘结结相相之之一中中部部结结圈圈物物中中多多成成分分化化合合物物相相含含有有FeO、、SiO2、、MgO、、CaO、、Al2O3等，形成低熔点物质也是主要的粘结相之一等，形成低熔点物质也是主要的粘结相之一 回转窑中部料层温度逐步提高，气相温度可达1000℃甚至可达1100℃以上 （1）煤在窑中分布不够合理20%～35%的窑尾煤几乎烧尽，一杆枪喷煤难以保证中部需要的煤量，中部少煤情况十分明显以致还原气氛难以保证，球团快速还原难实现，造成球团强度的低谷区过长，表面磨损加剧这些粉末和尾部跌落的结圈物以及煤灰就构成了回转窑中部结圈的物质基础 （2）由于中部缺煤，料层气氛难以控制，FeO区间过长，气氛偏氧化性气氛，造成局部氧化放热而出现局部温度过高，造成局部物料熔化而形成结圈3）钙铁橄榄石大致可表示为1.4FeO.SiO2.CaO，并含有Mg、Al等元素熔化温度为1080℃～1150℃中部中部结圈物的矿相分析表明，主要以液相粘结为主，结圈物一旦形成结圈物的矿相分析表明，主要以液相粘结为主，结圈物一旦形成液相，将迅速粘附大量的粉末，甚至球团。

造成恶性循环液相，将迅速粘附大量的粉末，甚至球团造成恶性循环4.2 中部结圈物的形成机理中部结圈物的形成机理5. 回转窑回转窑前部结圈物矿相分析及形成机理前部结圈物矿相分析及形成机理5.1 前部结圈物矿相分析前部结圈物矿相分析 图11前部结圈物断面照片图12 前部结圈物显微结构图（反光，40×） 断面断面为不均匀不均匀结构，有的地方很致密，有的孔洞构，有的地方很致密，有的孔洞发达可明显看到看到层状状结构，构，结圈物圈物为一一层一一层粘上去的粘上去的发现部分球部分球团被包裹在内被包裹在内 结圈圈物物中中含含金金属属铁、、FeO、、硅硅灰灰石石和和多多成成分分化化合合物物嵌嵌布布在在金金属属铁或或亚铁周周围的的是是板板状状的的硅硅灰灰石石或或多多成成分分的的化化合合物物，，将将金金属属铁相相或或FeO相相牢牢固的粘在一起出固的粘在一起出现局部温度局部温度过高（高（1350℃℃），），产生了生了软熔熔或或熔化FeFeO图13 金属铁相能谱分析图14 金属铁相能谱分析ElementSiFeMgSWeight/%0.0698.120.101.72ElementSiFeMgSAlCaWeight/%1.1593.100.231.780.153.60金属铁相中仅含有少量的金属铁相中仅含有少量的Si、、Al、、S等杂质。

等杂质FeO中含有少量的中含有少量的CaO、、SiO2、、MgO等，主要来源于原矿中等，主要来源于原矿中ElementFeAlSiCaMgTiWeight/%14.0712.7430.1237.991.773.22ElementFeAlSiCaMgWeight/%50.591.0220.5024.673.21图15 硅灰石能谱分析图16 多组分化合物能谱分析 硅灰石中以硅灰石中以CaO、、SiO2为主，同时含有部分为主，同时含有部分Al2O3、、FeO、、MgO、、TiO2等这些杂质的存在进一步降低了硅灰石的熔点这些杂质的存在进一步降低了硅灰石的熔点 回转窑前部料层温度稳定在1000～1020℃左右，而气相温度为1050～1080℃ （1）球团进行深度还原，金属铁大量形成，金属铁活性很高当物料暴露在气相中，气相中有氧，将发生金属铁的剧烈燃烧，产生局部高温而熔结，且与粉末料迅速形成低熔点物质，产生液相，导致结圈2）金属铁、低熔点物质都可能成为粘结相 回转窑回转窑的前部结圈是由于部分金属铁和低熔点化合物，在局部高的前部结圈是由于部分金属铁和低熔点化合物，在局部高温条件下熔融而形成的液相粘结。

温条件下熔融而形成的液相粘结5.2 前部结圈物的形成机理前部结圈物的形成机理6.结论结论（1） 试验结果表明，直接还原回转窑“结圈”的根本原因在于：窑内存在粉末物料、粉末料及其化合物的熔点较低、局部温度过高或气氛控制不当2） 鲁中回转窑各部位“结圈”的机理和模式各异：① 尾部主要是粉尘的物理粘附以及固相反应产生的少量的多成分化合物的固相粘结；②中部主要是由大量的FeO相粉末与煤灰等形成的低熔点化合物的固相或液相粘结，以及这些固相与固体物料相互形成的包裹和夹杂物的彼此粘连；③头部主要是已被还原的金属铁物料，在局部氧化性气氛条件下迅速激烈氧化而产生高温，所导致的液相粘结 谢谢谢谢 谢谢谢谢 。