張 穎

(中國(guó)有色(沈陽(yáng))冶金機(jī)械有限公司， 遼寧 沈陽(yáng) 110141)

0 前言

我國(guó)的菱鎂礦儲(chǔ)量位居世界第一，約占世界總儲(chǔ)量的24%。我國(guó)雖然是鎂礦資源及生產(chǎn)大國(guó)，但是生產(chǎn)方式還相對(duì)比較原始，較多采用的是反射窯，這類(lèi)設(shè)備爐體小，產(chǎn)量低，能耗大，特別是環(huán)境污染嚴(yán)重，還會(huì)出現(xiàn)塊狀物料固氣相逆向移動(dòng)等缺點(diǎn)，生產(chǎn)設(shè)備遠(yuǎn)落后于氧化鋁、水泥等制品行業(yè)[1]。隨著輕燒氧化鎂氣態(tài)懸浮設(shè)備的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的根本突破，不但解決了傳統(tǒng)設(shè)備中的缺點(diǎn)，而且還實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的連續(xù)快速生產(chǎn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，產(chǎn)品的質(zhì)量高、活性好；氧化鎂的焙燒過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，碳酸鎂分解成氧化鎂和二氧化碳，過(guò)燒或者欠燒都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品活性降低，甚至失去活性[2]。為了保證產(chǎn)品活性，必須保證焙燒均勻，設(shè)備的整個(gè)工藝流程中有很多過(guò)程都會(huì)影響到焙燒的均勻，本文只在整體設(shè)備的進(jìn)料部位進(jìn)行探討。

1 氧化鎂氣態(tài)懸浮焙燒設(shè)備工作原理

設(shè)備前端的預(yù)生產(chǎn)段，將料粉制成含水不大于12%的基礎(chǔ)物料，送入焙燒設(shè)備的料倉(cāng)中暫時(shí)儲(chǔ)存，繼續(xù)通過(guò)稱重皮帶秤以及喂料設(shè)備均勻、穩(wěn)定、連續(xù)地送入烘干破碎機(jī)(如圖1所示)中，經(jīng)過(guò)烘干破碎機(jī)的粉碎打散，使物料形成粉狀，焙燒設(shè)備整體為負(fù)壓運(yùn)行，這樣，物料在粉狀的狀態(tài)下，由負(fù)壓提供動(dòng)力，在焙燒設(shè)備中開(kāi)始流動(dòng)；物料從進(jìn)料端出去后就進(jìn)入了設(shè)備的預(yù)熱階段，達(dá)到理想溫度將物料脫水結(jié)晶后，進(jìn)入焙燒爐里煅燒，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后進(jìn)入設(shè)備冷卻段，最終進(jìn)行冷卻分離以及收集。

圖1 烘干破碎機(jī)

焙燒爐的進(jìn)料端有很多的相互協(xié)作設(shè)備，比如料倉(cāng)、電子皮帶秤、喂料機(jī)、烘干破碎機(jī)等，物料通過(guò)喂料機(jī)垂直送入烘干破碎機(jī)中，物料被旋轉(zhuǎn)的環(huán)錘打散后，被拋射至破碎機(jī)出料口，被負(fù)壓帶走，送入預(yù)熱段。

2 氧化鎂氣態(tài)懸浮焙燒設(shè)備存在的問(wèn)題及解決措施

2012年遼寧某集團(tuán)公司建設(shè)了兩臺(tái)氣體懸浮焙燒爐用于氧化鎂的生產(chǎn)，但是當(dāng)時(shí)對(duì)物料特性在不同溫況下的表現(xiàn)不夠了解，同時(shí)與氣態(tài)懸浮設(shè)備也沒(méi)有很好的結(jié)合，造成了無(wú)法生產(chǎn)。2015年初，集團(tuán)公司聯(lián)合山西某現(xiàn)場(chǎng)，逐步摸索物料特性，不斷嘗試改進(jìn)以增加物料與設(shè)備的契合度，歷時(shí)兩年，經(jīng)過(guò)7次大的改進(jìn)，使氣態(tài)懸浮焙燒爐運(yùn)行平穩(wěn)，并順利生產(chǎn)出合格氧化鎂產(chǎn)品。這是氧化鎂設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)上的突破。

氧化鎂懸浮焙燒設(shè)備雖然在工藝流程上與某集團(tuán)的焙燒爐是大致相同的，但是在設(shè)備的組成上還是有很多的不同，包括前端的進(jìn)料端、中間的預(yù)熱段以及后面冷卻分離以及收集段等等。整體設(shè)備在進(jìn)料端采用了烘干破碎機(jī)，取消了文丘里干燥器，有效克服了物料物理形狀不均勻，引起的干燥不均，塊狀物料沉積等缺點(diǎn)。最初的設(shè)備試運(yùn)行階段，設(shè)備連續(xù)有效運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)達(dá)到了20小時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行中，設(shè)備出現(xiàn)了預(yù)熱段以及焙燒爐氧含量跳動(dòng)的問(wèn)題，反應(yīng)在曲線上，出現(xiàn)了差值較大的波峰與波谷，這種氧含量突然降低就會(huì)直接導(dǎo)致焙燒爐內(nèi)燃燒系統(tǒng)的熄滅，從而造成設(shè)備的停止運(yùn)行(如圖2所示)；如果系統(tǒng)操作人員反應(yīng)及時(shí)，通過(guò)調(diào)整進(jìn)料、加大進(jìn)風(fēng)量等操作，控制氧含量，這種情況是可以保持設(shè)備的運(yùn)行；但是隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，氧含量跳動(dòng)的情況出現(xiàn)頻率也隨之加大，而且越來(lái)越不容易控制，后期出現(xiàn)氧含量跳動(dòng)的情況，幾乎就是直接設(shè)備停止運(yùn)行。

圖2 氧含量變化曲線

導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)氧含量跳動(dòng)的原因有很多，大致分為如下幾類(lèi)：

(1)烘干破碎機(jī)出現(xiàn)物料板結(jié)，直接影響系統(tǒng)流速，出口出現(xiàn)返料的情況；

(2)主引風(fēng)機(jī)風(fēng)速匹配不足，系統(tǒng)動(dòng)力不足，預(yù)熱爐內(nèi)出現(xiàn)掉料，堵塞進(jìn)風(fēng)口；

(3)主除塵器返灰量大，這部分灰料進(jìn)入預(yù)熱爐內(nèi)，造成瞬時(shí)物料過(guò)大；

(4)成品出料的位置，垂直射流泵瞬時(shí)料量大，堵塞螺旋，造成積料堵塞V型管；

(5)補(bǔ)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度過(guò)小、吸風(fēng)口的直徑過(guò)小。

設(shè)備中氧含量一般要保持在2%～2.5%，如果運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)掉氧的情況，且數(shù)值小于1%，那么系統(tǒng)會(huì)被連鎖控制停車(chē)，停爐的損失是很大的，因?yàn)樵谠O(shè)備運(yùn)行直至停止前，整個(gè)系統(tǒng)中將會(huì)沉積大量的半成品物料，而且物料溫度還特別高，在清理收集上會(huì)造成很大浪費(fèi)，并且不易收集，另外，每次的從新啟動(dòng)系統(tǒng)，都需要提前烘爐，這也造成了燃料的很大浪費(fèi)[3]。

為了解決上述諸多的問(wèn)題，就需要采取一些措施，這里只討論進(jìn)料端的烘干破碎機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題。

進(jìn)入烘干破碎機(jī)之前，氧化鎂精礦粉含水率一般控制在12%左右，這會(huì)對(duì)最終成品的灼減是否合格起關(guān)鍵作用[4]。這樣狀態(tài)的精礦粉在物理性質(zhì)上有輕微的粘性，進(jìn)入烘干破碎機(jī)內(nèi)加熱脫水的過(guò)程中容易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，這時(shí)就需要烘干破碎機(jī)將其打碎成粉狀，利于其在系統(tǒng)中流動(dòng)，但是烘干破碎機(jī)在旋轉(zhuǎn)破碎物料的過(guò)程中，還是有一些物料出現(xiàn)板結(jié)后下落沉積在烘干破碎機(jī)的底部，還有一部分被甩至設(shè)備內(nèi)壁上，逐漸增多增厚，最終不但使管道橫截面面積減小，影響系統(tǒng)動(dòng)力，而且還會(huì)增大烘干破碎機(jī)的功率，使破碎機(jī)發(fā)熱；一般在烘干破碎機(jī)的控制點(diǎn)，都會(huì)設(shè)置高溫跳停的連鎖，如果烘干破碎機(jī)的溫度超過(guò)了上限值，系統(tǒng)也是會(huì)直接停車(chē)的。

在這次的項(xiàng)目中，開(kāi)始的連續(xù)運(yùn)行二十小時(shí)內(nèi)，系統(tǒng)都是很穩(wěn)定的，后期隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，系統(tǒng)壓力曲線波動(dòng)逐漸加劇，伴隨著烘干破碎機(jī)的溫度升高，越來(lái)越多的出現(xiàn)系統(tǒng)掉氧的情況，甚至出現(xiàn)了氧含量直接掉到1%以下，連鎖跳停系統(tǒng)；那么針對(duì)于烘干破碎機(jī)來(lái)講，讓其內(nèi)部的物料盡可能甚至是不出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，在保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性上至關(guān)重要，因?yàn)楹娓善扑闄C(jī)本身也是密封性設(shè)備，所以經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，整臺(tái)設(shè)備采取了空氣炮輔助的方式來(lái)解決這一難題。

2.1 空氣炮的選擇

這類(lèi)設(shè)備的選型，與烘干破碎機(jī)的規(guī)格尺寸、氧化鎂精礦粉的物料性質(zhì)和粘壁狀況有很大的關(guān)系，需要根據(jù)實(shí)際情況確定的參數(shù)有控制器的規(guī)格、空氣炮本體的規(guī)格、噴吹管的型號(hào)；一般的原則是，容積30～70 L的空氣炮主要用于物料比重小、流動(dòng)性好、物料流動(dòng)橫截面積小的場(chǎng)合；容積100～170 L的空氣炮用于中小型料倉(cāng)的場(chǎng)合，比如水泥、化肥等；容積300～500 L的空氣炮多用于比重較大的、流動(dòng)性差的場(chǎng)合；500 L以上需要定制，用于特殊場(chǎng)合。

2.2 空氣炮的安裝

烘干破碎機(jī)進(jìn)料口的迎料面是一個(gè)傾斜的面，精礦料由于自重下落至迎料面，然后因其具有良好的流動(dòng)性以及設(shè)備的負(fù)壓動(dòng)力，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。根據(jù)迎料面的面積我們將空氣炮分兩層錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，如圖三，設(shè)備外壁焊接牢固的安裝支座，噴吹管口要與迎料面上物料流動(dòng)方向一致；確保排污口向下，電磁閥的箭頭方向要與氣流方向一致，另外，因?yàn)楹娓善扑闄C(jī)的運(yùn)行溫度超過(guò)了100 ℃，所以要保持空氣炮本體與烘干破碎機(jī)的距離不小于1.5 m，所有需要焊接的位置按標(biāo)準(zhǔn)全部連續(xù)焊接完全。

圖3 空氣炮布置示意圖

2.3 空氣炮的作用

空氣炮本身是一種物料起拱、堵塞、粘壁、滯留的專用清理設(shè)備，應(yīng)用十分的廣泛，它是利用空氣動(dòng)力原理，突然噴出壓縮空氣形成的膨脹沖擊波，使物料恢復(fù)流動(dòng)性。在我們的設(shè)備上，利用空氣炮裝置，使氧化鎂精礦粉出現(xiàn)板結(jié)粘壁的時(shí)候，得以解決，配合好物料流動(dòng)的速度，以及板結(jié)出現(xiàn)的規(guī)律，設(shè)定好空氣炮的啟閉程序，就可以實(shí)現(xiàn)精礦粉的粘壁清理，減少烘干破碎機(jī)的能耗，并保持管道的流動(dòng)橫截面積。

經(jīng)過(guò)試運(yùn)行的調(diào)試，最終匹配好空氣炮啟閉與系統(tǒng)進(jìn)料端物料出現(xiàn)粘壁造成掉氧的規(guī)律，保持了精礦粉的順利流動(dòng)，使系統(tǒng)出現(xiàn)氧含量突然降低的情況大大改善。

3 結(jié)論

系統(tǒng)進(jìn)料端的原因造成系統(tǒng)出現(xiàn)氧含量突然降低的解決方案不僅限于利用空氣炮裝置，還有許多的方式也能夠順利解決，但是每一種設(shè)備都需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際以及成本，特別還要關(guān)注環(huán)境污染的因素，而空氣炮裝置采取的是壓縮空氣作為動(dòng)力源，是一種清潔無(wú)污染的設(shè)備，而且很有效，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，本次優(yōu)化設(shè)備組合的改進(jìn)大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，解決了頻繁出現(xiàn)的氧含量降低的問(wèn)題，最終保證了系統(tǒng)完成了帶料運(yùn)行的檢測(cè)，順利達(dá)產(chǎn)，使我們整個(gè)系統(tǒng)在投入精礦粉的原料前提下，符合了用戶的要求。

接下來(lái)我們還繼續(xù)試驗(yàn)了將原料改為含水率更低的原礦粉，進(jìn)料端的設(shè)備組合完全能夠滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需要。最后我們還會(huì)繼續(xù)變更原料為尾礦粉再次進(jìn)行試驗(yàn)，但是因?yàn)槲驳V粉的物料性質(zhì)更加惡劣，具有更大的粘性，在沒(méi)有做好準(zhǔn)備之前，暫時(shí)還未制定詳細(xì)的試驗(yàn)計(jì)劃。