鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝中結(jié)圈物對耐火材料的侵蝕
姚菲1，張興凱1，尹嘯2,3，王喆1，鄭冰3,4，徐東2,3
(1. 河北太行鋼鐵集團(tuán)有限公司河北省高校高端緊固件全流程應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心， 河北 邯鄲 056305；2. 河北工程大學(xué)河北省高品質(zhì)冷鐓鋼技術(shù)創(chuàng)新中心， 河北 邯鄲 056038；3. 介子科技(河北)有限公司， 河北 邯鄲 056000；4. 遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院， 遼寧 鞍山 114051)在鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝中，結(jié)圈物侵蝕耐火材料問題是生產(chǎn)潛在隱患。基于年產(chǎn)120萬t的鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的實際情況進(jìn)行研究，分析結(jié)圈物侵蝕耐火材料的路徑及機(jī)理。結(jié)果表明，結(jié)圈物中Fe2O3組分對耐火材料固溶礦化是其侵蝕的主要驅(qū)動力，并且Fe2O3微晶自由遷移滲透導(dǎo)致耐火材料侵蝕逐步加深；在回轉(zhuǎn)窯噴吹煤粉模式下，整修開爐后失常含殼球團(tuán)的生成歸因于煤粉燃燒產(chǎn)生的低熔點粉煤灰；結(jié)合礦相組成分析和失常含殼球團(tuán)的成因，得知粉煤灰是結(jié)圈物對耐火材料侵蝕行為的潛在參與者。研究結(jié)果可為回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈侵蝕控制與預(yù)防提供指導(dǎo)。鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯；結(jié)圈物；耐火材料；侵蝕；失常含殼球團(tuán)
在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中，中國制定了“碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降”的階段性雙碳目標(biāo)，為鋼鐵行業(yè)內(nèi)加快實現(xiàn)低碳發(fā)展提供了行動指南。高爐煉鐵過程承擔(dān)著鋼鐵工業(yè)節(jié)能降耗的重任，煉鐵原料的質(zhì)量更起著決定性作用。球團(tuán)為重要的煉鐵入爐原料，國內(nèi)球團(tuán)主流生產(chǎn)工藝有豎爐、鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯和帶式焙燒機(jī)3種。相較于豎爐，鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯和帶式焙燒機(jī)在節(jié)能減排方面優(yōu)勢明顯，更具發(fā)展?jié)摿?。但是，鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝卻長期存在著回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的實際問題。在回轉(zhuǎn)窯高溫環(huán)境下，結(jié)圈物對耐火材料不可避免地存在強(qiáng)烈侵蝕作用，由此導(dǎo)致的被迫頻繁停產(chǎn)維護(hù)嚴(yán)重影響了球團(tuán)的高效連續(xù)化生產(chǎn)。目前，針對結(jié)圈的形成問題已有很多專家學(xué)者提出了關(guān)鍵性的剖析見解，重點圍繞結(jié)圈物的組織結(jié)構(gòu)分析、結(jié)圈機(jī)理研究、結(jié)圈預(yù)防控制等方面展開。李曉兵通過研究發(fā)現(xiàn)高溫焙燒導(dǎo)致粉末之間產(chǎn)生固相反應(yīng)是產(chǎn)生結(jié)圈的主要原因，并且球團(tuán)粉末中的SiO2、CaO等與鐵的氧化物形成低熔點礦物是結(jié)圈的誘因。司金鳳等對回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈物結(jié)構(gòu)及結(jié)圈機(jī)制進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯中煤粉的使用對結(jié)圈物的產(chǎn)生有重要影響，煤粉燃燒后的低熔點灰分和煤粉用量的增加對結(jié)圈物的形成有促進(jìn)作用。潘建等總結(jié)了鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的機(jī)理及應(yīng)對措施，建立了針對性的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)圈物厚度與分布模型，研究結(jié)果對回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的控制和防治提供了指導(dǎo)，并取得了良好的實用效果。然而，累積形成的結(jié)圈物會與耐火材料在高溫下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使得耐火材料逐步被結(jié)圈物侵蝕,且該問題十分突出。周仙霖等以實驗室研究為主體系統(tǒng)探究了不同含量物料對回轉(zhuǎn)窯中耐火材料的侵蝕行為，發(fā)現(xiàn)SiO2和堿金屬的引入均會加速低熔點物的生成，并加重對耐火材料的侵蝕。本研究在參考以上研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合某鋼鐵廠年產(chǎn)120萬t的鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)結(jié)圈物嚴(yán)重侵蝕耐火材料和整修開爐后出現(xiàn)失常含殼球團(tuán)的實際情況，深入探討結(jié)圈物對耐火材料的侵蝕行為，以期為回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈侵蝕控制與預(yù)防提供指導(dǎo)。1)在結(jié)圈物侵蝕耐材過程中，Fe2O3組分對耐火材料的固溶礦化是其侵蝕的主要驅(qū)動力，并且結(jié)圈物中的Fe2O3微晶自由遷移滲透是耐火材料侵蝕逐步加深的誘因。2)在回轉(zhuǎn)窯噴吹煤粉模式下，整修開爐后煤粉燃燒產(chǎn)生的低熔點粉煤灰是出現(xiàn)失常含殼球團(tuán)的原因。3)結(jié)合礦相組成分析和失常含殼球團(tuán)的成因，可知粉煤灰是結(jié)圈物對耐火材料侵蝕行為的潛在參與者。姚菲, 張興凱, 尹嘯, 王喆, 鄭冰, 徐東. 鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝中結(jié)圈物對耐火材料的侵蝕[J]. 中國冶金, 2023, 33(9): 71-79. YAO Fei, ZHANG Xingkai, YIN Xiao, WANG Zhe, ZHENG Bing, XU Dong. Erosion of refractory material by ring-forming product in grate-rotary kiln pelletizing process[J]. China Metallurgy, 2023, 33(9): 71-79. http://www.zgyj.ac.cn/CN/Y2023/V33/I9/71
