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（銅陵市旋力特殊鋼有限公司）
摘 要：目前生石灰是燒結(jié)生產(chǎn)的主要不可缺少的熔劑，生石灰的消化可以增加透氣性和料溫，提高產(chǎn)質(zhì)量。生石灰消化器和除塵設(shè)備繁多，要合理選型。同時(shí)要注意后期的設(shè)備維護(hù)。
關(guān)鍵詞：生石灰；消化器；濕法除塵
1 前 言
生石灰由石灰石經(jīng)高溫煅燒而成，主要成分為CaO，理論CaO含量85%。生石灰遇水后分解成Ca(OH)2膠體，分散度增大，具有黏性，改善混合料制粒效果，增加料層透氣性。同時(shí)CaO分解放出大量熱，提高混合料溫度。生石灰消化對(duì)提高燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量和降低能耗等方面均有明顯改善作用，目前生石灰已經(jīng)是燒結(jié)廠的主要熔劑之一。
然而，目前生石灰實(shí)際使用情況很不理想，主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是消化率低，未消化的生石灰在制粒機(jī)中繼續(xù)消化，體積膨脹1～2倍，破壞已經(jīng)完成的制粒小球，導(dǎo)致料層透氣性降低，影響燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量；另一方面是除塵效果差，由于生石灰煙氣的特殊性，一般的除塵器無(wú)法達(dá)到滿意的除塵效果，且除塵器及除塵風(fēng)管的板結(jié)堵塞問(wèn)題一直影響著除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致生石灰配加區(qū)域環(huán)境惡劣，嚴(yán)重影響操作工人的身心健康。
2 生石灰的作用
在燒結(jié)生產(chǎn)中往混合料里加入生石灰，對(duì)改善混合料的透氣性有良好的作用。這些微粒添加物是一種表面活性物質(zhì)，可以提高混合料的親水性，在許多場(chǎng)合下都具有膠凝性能。因此混合料的成球性可借此類添加物的作用而大大提高。
生石灰打水消化后，呈粒度極細(xì)的消石灰Ca(OH)2膠體顆粒，其表面能選擇地吸收溶液中的Ca2＋離子，在其周圍又相應(yīng)地聚集一群電性相反的OH-離子，構(gòu)成了膠體顆粒的擴(kuò)散層，使Ca(OH)2膠團(tuán)持有大量的水，構(gòu)成一定厚度的水化膜。由于這些廣泛分散在混合料內(nèi)強(qiáng)親水性Ca(OH)2顆粒持有的能力遠(yuǎn)大于鐵礦等物料，將奪取礦石顆粒間的表面水分，使礦石顆粒向消石灰顆?？拷?，把礦石等物料聯(lián)系起來(lái)形成小球。含有Ca(OH)2的小球，由于消石灰膠體顆粒具有大的比表面，可以吸附和持有大量的水分而不失去物料的疏散性和透性，即可增大混合料的最大濕容度。
例如使用細(xì)磨鐵精礦加入6%消石灰，混合料的最大分子濕容量的絕對(duì)值增大4.5%，最大毛細(xì)濕容量增大13%。因此，在燒結(jié)過(guò)程中料層內(nèi)少量的冷凝水，將為這些膠體顆粒所吸附和持有，即不會(huì)引起料球的破壞，亦不會(huì)堵塞料球間的氣孔，使燒結(jié)料仍保持良好的透氣性。含有消石灰膠體顆粒的料球強(qiáng)度高。這是因?yàn)椋幌駟渭冭F精礦制成的料球完全靠毛細(xì)力維持，一旦失去水分很容易碎裂；消石灰顆粒在受熱干燥過(guò)程中收縮，使其周圍的固體顆粒進(jìn)一步靠近，產(chǎn)生分子結(jié)合力，料球強(qiáng)度反而有所提高。同時(shí)由于膠體顆粒持有水分的能力強(qiáng)，受熱時(shí)水分蒸發(fā)不如單純鐵礦物那樣猛烈，料球的熱穩(wěn)定性好，料球不易炸裂。這也是加消石灰料層透氣性提高的原因之一。
加入的生石灰，在混合料遇水時(shí)消化，能放出大量熱量，其反應(yīng)如下：
CaO十H20→Ca(OH)2+64.8kJ
每克摩爾Ca0消化放熱64.8kJ，如果生石灰含Ca0為85%，當(dāng)加入量為5%時(shí)，設(shè)混合料的平均比熱容為1.0kJ/(kg．℃)，則放出的消化熱全部被利用后，理論上可以提高料溫50℃左右。實(shí)際生產(chǎn)中由于熱量不可能全部利用，料溫可提10～15℃。由于料溫的提高，可使燒結(jié)過(guò)程水氣冷凝大大減少，減少過(guò)濕現(xiàn)象，從而提高了料層的透氣性。此外，在生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)，更易生成熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好，易凝結(jié)的液相，它可以降低燒結(jié)帶的溫度和厚度，從而提高了燒結(jié)速度。
應(yīng)該指出，燒結(jié)料中配加生石灰和消石灰對(duì)燒結(jié)過(guò)程是有利的，但用量要適宜（最好不要超過(guò)7.5%），用量過(guò)高除不經(jīng)濟(jì)外，還會(huì)使料層過(guò)分疏散，混合料體積密度降低，料球強(qiáng)度反而變壞。
3 生石灰消化器的作用、型式及優(yōu)缺點(diǎn)
由于生石灰的CaO含量遠(yuǎn)高于石灰石，在相同堿度的條件下生石灰替代石灰石配比降低，有利于增加鐵原料配比，從而提高燒結(jié)礦的品位。但是生石灰的完全消化時(shí)間一般在7～9min左右，如果生石灰在混合制粒過(guò)程中消化不完全，運(yùn)輸和布料過(guò)程中繼續(xù)消化體積膨脹，就會(huì)造成料球的破壞，反而降低燒結(jié)過(guò)程的透氣性，影響到燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。
消化器的作用主要是強(qiáng)化生石灰與水的結(jié)合過(guò)程、縮短消化時(shí)間。
消化器形式多樣，但消化裝置這一部分結(jié)構(gòu)和工作原理都大同小異，基本上都采用密封的雙螺旋輸送裝置，在物料攪拌輸送過(guò)程中噴送水霧，甚至是熱水，使物料與水分充分混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。差別主要在于螺旋葉片的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及安裝方式、加水管的布置、噴頭數(shù)量、噴頭形式、噴淋方式等方面。經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：傳動(dòng)裝置損壞、螺旋葉片磨損、螺旋輸送裝置堵塞等。這些問(wèn)題都只需在日常使用過(guò)程中勤檢查，根據(jù)點(diǎn)檢情況安排檢修就能夠解決。
3.1連續(xù)葉片雙螺旋結(jié)構(gòu)
連續(xù)雙螺旋結(jié)構(gòu)（見圖1）其工作原理是：傳動(dòng)裝置分別帶動(dòng)主、被動(dòng)軸作反向同步旋轉(zhuǎn)，主、被動(dòng)軸上焊有螺旋型連續(xù)葉片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)將箱體內(nèi)的生石灰推移至消化器的出料端；出料端設(shè)有除塵水箱進(jìn)行除塵，在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)葉片脫落、切螺栓、斷軸等事故。
（1）葉片結(jié)構(gòu)不合理。葉片結(jié)構(gòu)系采用連續(xù)焊接方式將螺旋片固定在主傳動(dòng)及被動(dòng)軸上，且軸上相鄰葉片的間距太小只有150mm左右，在消化器短時(shí)間停機(jī)后再啟動(dòng)的時(shí)候，容易脫落。分析其原因有二：一是生石灰在加水消化過(guò)程中，呈半凝固狀，停機(jī)后再啟動(dòng)，這種處于靜止?fàn)顟B(tài)的半凝固料對(duì)雙軸葉片產(chǎn)生河大阻力；二是連續(xù)焊接的螺旋葉片與白灰的接觸面積大，尤其是雙軸葉片相鄰的區(qū)域，由于間距小，物料阻力更大。所以在再啟動(dòng)時(shí)極易出現(xiàn)卡死葉片或使其變形、相鄰葉片交叉相卡、葉片脫落等情況。
（2）由阻力造成的扭矩還有可能導(dǎo)致法蘭螺栓切斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致開式齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)齒過(guò)載折斷和電機(jī)燒毀等設(shè)備事故，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
3.2單葉片雙螺旋結(jié)構(gòu)
針對(duì)連續(xù)葉片設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，將焊接于主、被動(dòng)軸上的連續(xù)螺旋葉片改為單葉片螺旋形式焊接（如圖2所示），并在每個(gè)葉片背面加焊小筋板。每個(gè)橢圓周上只焊接4個(gè)單葉片，葉片形狀呈扇形，頂端焊接耐磨合金鋼，同時(shí)增大主、被動(dòng)相鄰葉片的間距（較原設(shè)計(jì)間距增大約20mm）。實(shí)踐證明，改造后的葉片可允許部分稍大的顆粒進(jìn)入箱體內(nèi)，即使葉片稍有變形，也不會(huì)發(fā)生交叉相卡，保證了白灰能夠平穩(wěn)運(yùn)行。
3.3 雙級(jí)生石灰消化器
針對(duì)生石灰消化器存在的問(wèn)題，中冶長(zhǎng)天研究和設(shè)計(jì)了新型雙級(jí)消化器，并對(duì)其葉片形式及密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3所示。
新型消化器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）采用雙級(jí)消化工藝，石灰先通過(guò)一級(jí)消化倉(cāng)，遇到從上面噴淋下的水，在葉片的攪拌下進(jìn)行預(yù)消化，再通過(guò)二級(jí)消化倉(cāng)進(jìn)行充分消化，最后排出消化器，消化時(shí)間延長(zhǎng)，消化工藝更完善。
（2）改造后消化器采用雙螺旋攪拌形式，攪拌葉片采用槳葉式葉片，葉片形式如圖4所示，葉片通過(guò)螺栓緊固在主軸座上，便于檢修更換。葉片采用高耐磨材料制作，延長(zhǎng)了使用壽命。雙螺旋攪拌結(jié)合槳葉式葉片形式，在保證物料輸送功能的同時(shí)，具有攪拌、粉碎結(jié)塊和自清理等多重作用與功效，它獨(dú)特的葉片和攪拌方式，使生石灰與水混合均勻、反應(yīng)充分，有助于提高生石灰消化率。
（3）消化器進(jìn)料口處設(shè)螺旋密封裝置，密封輸送段設(shè)有連續(xù)的輸送螺旋葉片，密封輸送段的內(nèi)壁與連續(xù)的輸送螺旋葉片之間形成螺旋密封輸送，只允許生石灰向前推進(jìn)進(jìn)入消化段箱體，可有效防止蒸汽反竄外冒，同時(shí)保護(hù)了皮帶秤。
3.4 多級(jí)生石灰消化器
陜鋼龍鋼265m2燒結(jié)機(jī)于2021年3月使用博兆環(huán)保公司的多級(jí)消化系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)生石灰倉(cāng)的改造與多級(jí)生石灰消化器的有效的銜接，效果明顯。
3.4.1效果對(duì)比
（1）生灰提前消化，混合料制粒時(shí)間延長(zhǎng)，混合料粒度＜3mm比例降低3%～7%，透氣性變好，配料上料量增加30噸/小時(shí)。
（2）隨著消化后的生灰量增加，主管溫度與負(fù)壓跟隨變化，主管溫度呈現(xiàn)上升趨，負(fù)壓呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。
（3）燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能日產(chǎn)增加400～450噸，利用系數(shù)提高0.6%。
（4）產(chǎn)能提升后燒結(jié)礦電耗降低1.5kW?h/t。
（5）由于生石灰提前消化流失部分熱量，混合料溫度降低7℃左右，通過(guò)提高一混水溫和二混蒸汽量彌補(bǔ)，確?；旌狭蠝囟?0℃以上。
3.4.2多級(jí)生灰消化系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理介紹
（1）設(shè)備運(yùn)行方式
此消化系統(tǒng)采用的是三級(jí)消化，一級(jí)為水進(jìn)入一級(jí)倉(cāng)配水消化，二級(jí)為攪拌倉(cāng)，通過(guò)一級(jí)配水后繼續(xù)攪拌消化，三級(jí)為熟石灰倉(cāng)，消化完成度在90%左右，通過(guò)繼續(xù)攪拌送入螺旋出料。
（2）消化系統(tǒng)主要部件組成
它包括環(huán)保消化器系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、加水系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)以及風(fēng)機(jī)管道、電器控制系統(tǒng)、配電柜組成。
通過(guò)多種調(diào)整方式可以達(dá)到8～15min的反應(yīng)時(shí)間要求，使生石灰充分消化。
（3）消化器具有良好的保溫性能
生石灰反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量在消化器內(nèi)部轉(zhuǎn)換利用，提升內(nèi)部溫度，一般情況下生石灰2～3min達(dá)到60℃左右，有利于生石灰的充分消化。
4 生石灰消化粉塵的治理
生石灰消化過(guò)程中，產(chǎn)生大量蒸汽和粉塵，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣。采用傳統(tǒng)的布袋除塵或電除塵，由于粉塵中含有CaO成分以及水蒸汽，會(huì)造成布袋除塵器糊堵、電除塵器極板易掛泥導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重，除塵效果較差，崗位環(huán)境惡劣。
現(xiàn)行的生石灰消化煙氣除塵和混合機(jī)收塵大多數(shù)使用水除塵（濕式除塵器也稱洗滌器），它是利用液體來(lái)去除含塵氣體中灰塵的除塵器，液體與含塵氣體中灰塵的接觸方式大約有水滴、水膜和氣泡三種形式。
濕式除塵器大體歸納下來(lái)有濕式除塵、篩管侵入式除塵、自循環(huán)煙氣除塵等等，但基本上都存在一些共性的問(wèn)題：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，泵和閥門較多；使用起來(lái)相對(duì)繁瑣，需要調(diào)節(jié)的部位較多；容易發(fā)生堵塞；事故、故障較多，處理起來(lái)比較麻煩；抽風(fēng)機(jī)容易發(fā)生故障；粉塵及蒸汽形成二次污染，配料系統(tǒng)事故停機(jī)時(shí)需要關(guān)停和沖洗的部位較多，工作量較大等，這些問(wèn)題都直接導(dǎo)致了生石灰消化器無(wú)法正常使用，甚至一些燒結(jié)廠拆除消化器或設(shè)計(jì)時(shí)取消生石灰消化器。
4.1 新型生石灰消化除塵裝置
針對(duì)生石灰消化除塵裝置存在的問(wèn)題，中冶長(zhǎng)天研究并設(shè)計(jì)了新型復(fù)合式濕式除塵器，且設(shè)除塵點(diǎn)兩個(gè)，一個(gè)設(shè)于消化器本體上方密封罩，另一個(gè)設(shè)于下料點(diǎn)前方。除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示，新型除塵器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）復(fù)合式濕式除塵技術(shù)利用生石灰粉塵親水性特點(diǎn)，結(jié)合水浴除塵和過(guò)濾式除塵兩種濕式除塵技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)煙氣粉塵的分級(jí)處理。其具體除塵工藝如下：含塵煙氣以一定速度在噴頭處噴進(jìn)液面，顆粒較粗的粉塵由于慣性作用沖進(jìn)水中，進(jìn)行第一級(jí)水浴除塵，此時(shí)大部分粗顆粒粉塵被除去，少部分細(xì)顆粒粉塵從水中逃逸后進(jìn)入下一級(jí)除塵；在除塵器上方設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)上有一定規(guī)格網(wǎng)孔，過(guò)濾網(wǎng)上方設(shè)有噴頭，水噴到過(guò)濾網(wǎng)上形成水膜，少部分細(xì)顆粒粉塵從水中逃逸后通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)，被水膜捕捉，實(shí)現(xiàn)第二級(jí)過(guò)濾除塵，經(jīng)過(guò)濾除塵后的凈化氣體從煙囪排出。通過(guò)煙氣粉塵的分級(jí)處理技術(shù)，除塵效率大大提高，在降低粉塵排放濃度的同時(shí)，保護(hù)了風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，避免其產(chǎn)生板結(jié)而引起震動(dòng)。
（2）除塵器設(shè)溢流裝置，溢流裝置中包括溢流口、水位調(diào)節(jié)桿和水封。除塵器開機(jī)時(shí)，除塵器內(nèi)負(fù)壓增大，水位突然上升，當(dāng)超過(guò)一定高度時(shí)從溢流口流出，可有效避免因阻力突然變大而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電機(jī)燒毀現(xiàn)象；同時(shí)在除塵器運(yùn)行過(guò)程中，能通過(guò)調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)水位高度，控制和穩(wěn)定除塵效率。
（3）除塵器過(guò)濾網(wǎng)上方設(shè)置壓縮氣體噴吹裝置，以一定的頻率對(duì)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行噴吹，防止石灰消化粉塵在除塵器過(guò)濾網(wǎng)處形成板結(jié)，使粉塵在板結(jié)前被噴吹至除塵器下方水池中。同時(shí)除塵器下方水池也設(shè)攪拌裝置，避免水池中粉塵的沉淀和板結(jié)。
（4）在除塵風(fēng)管內(nèi)布置特殊噴頭，噴頭的噴水覆蓋面大于管徑，防止除塵風(fēng)管板結(jié)。風(fēng)管設(shè)計(jì)為垂直或傾斜，避免水平設(shè)計(jì)，這樣黏結(jié)在管壁上的粉塵被水沖洗后順著風(fēng)管排除出去，清洗污水最終流回消化器用于消化用水。除塵風(fēng)管設(shè)計(jì)為方形管，加可拆卸蓋板，便于維護(hù)。
（5）設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，工業(yè)凈水從過(guò)濾網(wǎng)上方噴頭噴出，除塵后的除塵污水通過(guò)溢流槽的排水口排出，送至消化器作為消化用水，從而實(shí)現(xiàn)除塵污水的全部利用。
4.2 篩管浸入式除塵器結(jié)構(gòu)
篩管浸入式除塵器（見圖7）是一種除塵效率高、耗能低的除塵裝置，對(duì)于粘性大、濕度高、現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度高、粉塵粒徑微細(xì)等非常惡劣的現(xiàn)場(chǎng)條件特別適用。篩管浸入式濕式除塵器的除塵過(guò)程主要為噴管噴淋降塵和篩管水浴降塵兩部分，塵粒進(jìn)入除塵器后先經(jīng)噴淋管噴淋出去大部分，然后高速通過(guò)篩管與篩管水膜等接觸降塵，這兩部分除塵相輔相成，在整個(gè)除塵過(guò)程中都發(fā)揮了重要作用。
篩管浸入式除塵器由除塵器本體、水箱、風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵、污水泵、管道清洗泵、控制箱等組成。
（1）除塵器本體。該除塵器本體為鋼板焊接成的方形體，在本體一側(cè)設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，另一側(cè)設(shè)有出風(fēng)口。內(nèi)部分為上下兩層，各有根噴淋管，下部為篩管。
（2）水箱。該水箱為鋼板焊接而成的錐形體，水箱內(nèi)設(shè)有格網(wǎng)，分為清水區(qū)和濁水區(qū)，污水泵置于濁水區(qū)內(nèi)。水箱開有人孔，便于檢修操作。循環(huán)泵和管道清洗泵安裝于水箱上部。水箱內(nèi)裝有浮球液位計(jì)，配合電磁閥使用，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)水。水箱下部為兩組手動(dòng)蝶閥，作為排污用。
（3）風(fēng)機(jī)。該風(fēng)機(jī)固定安裝在固定基礎(chǔ)上，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口裝有風(fēng)門，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與除塵器出風(fēng)口通過(guò)管道軟連接，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口與排氣煙筒通過(guò)管道連接。風(fēng)機(jī)電機(jī)和軸承箱安裝于水泥基礎(chǔ)上，軸承箱采用水冷卻，回水進(jìn)入水箱。
4.3 除塵管道堵塞的處理方法
由于生石灰粉塵的特殊性，非常容易黏結(jié)在除塵風(fēng)管內(nèi)，為防止除塵風(fēng)管板結(jié)，風(fēng)管設(shè)計(jì)為垂直或傾斜（見圖8，圖9），避免水平設(shè)計(jì)，管道布置噴頭，噴頭的噴水覆蓋面大于管徑，加可拆卸蓋板，便于維護(hù)。這樣黏結(jié)在管壁上的粉塵被水沖洗后順著風(fēng)管排除出去，清洗污水最終流回蓄水池，經(jīng)攪拌后，用泥漿泵打入消化器或一混。
圖8 北京艾瑞篩管浸入式除塵器實(shí)物
圖9 銅陵市旋力特鋼自制水除塵器
1-水除塵箱體 2-沖洗水管 3-傾斜式風(fēng)管 4-漿液排管
另外，一些企業(yè)自制煙氣直排，在鋼煙囪（21米）內(nèi)加噴淋（見圖10），雖然效果不是太好，但也減輕了環(huán)境無(wú)組織排放。
5 結(jié)論
（1）生石灰消化系統(tǒng)存在的穩(wěn)定性差、環(huán)境惡劣、消化時(shí)間短、制約混合造球等一直是困擾燒結(jié)生產(chǎn)的老大難問(wèn)題。
（2）生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，生石灰充分消化和不消化相比，可以提產(chǎn)5%。所以取消生石灰消化器，或者為了改善環(huán)境，消化器不加水的做法是不可取的。
（3）通過(guò)改善工藝、優(yōu)化設(shè)備條件，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，選用先進(jìn)生石灰消化器，如雙級(jí)消化器，使生石灰消化更徹底，提高燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量是必行的。
（4）生石灰消化產(chǎn)生的煙塵脫除設(shè)備種類繁多，要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇。最主要的是后期使用過(guò)程中的維護(hù)，管道的清理，腐蝕的防治。
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