链箅机-回转窑球团工艺中结圈物对耐火材料的侵蚀
姚菲1，张兴凯1，尹啸2,3，王喆1，郑冰3,4，徐东2,3
(1. 河北太行钢铁集团有限公司河北省高校高端紧固件全流程应用技术研发中心， 河北 邯郸 056305；2. 河北工程大学河北省高品质冷镦钢技术创新中心， 河北 邯郸 056038；3. 介子科技(河北)有限公司， 河北 邯郸 056000；4. 辽宁科技大学材料与冶金学院， 辽宁 鞍山 114051)在链箅机-回转窑球团工艺中，结圈物侵蚀耐火材料问题是生产潜在隐患。基于年产120万t的链箅机-回转窑球团生产过程中出现的实际情况进行研究，分析结圈物侵蚀耐火材料的路径及机理。结果表明，结圈物中Fe2O3组分对耐火材料固溶矿化是其侵蚀的主要驱动力，并且Fe2O3微晶自由迁移渗透导致耐火材料侵蚀逐步加深；在回转窑喷吹煤粉模式下，整修开炉后失常含壳球团的生成归因于煤粉燃烧产生的低熔点粉煤灰；结合矿相组成分析和失常含壳球团的成因，得知粉煤灰是结圈物对耐火材料侵蚀行为的潜在参与者。研究结果可为回转窑结圈侵蚀控制与预防提供指导。链箅机-回转窑；结圈物；耐火材料；侵蚀；失常含壳球团
在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中，中国制定了“碳排放达峰后稳中有降”的阶段性双碳目标，为钢铁行业内加快实现低碳发展提供了行动指南。高炉炼铁过程承担着钢铁工业节能降耗的重任，炼铁原料的质量更起着决定性作用。球团为重要的炼铁入炉原料，国内球团主流生产工艺有竖炉、链箅机-回转窑和带式焙烧机3种。相较于竖炉，链箅机-回转窑和带式焙烧机在节能减排方面优势明显，更具发展潜力。但是，链箅机-回转窑工艺却长期存在着回转窑结圈的实际问题。在回转窑高温环境下，结圈物对耐火材料不可避免地存在强烈侵蚀作用，由此导致的被迫频繁停产维护严重影响了球团的高效连续化生产。目前，针对结圈的形成问题已有很多专家学者提出了关键性的剖析见解，重点围绕结圈物的组织结构分析、结圈机理研究、结圈预防控制等方面展开。李晓兵通过研究发现高温焙烧导致粉末之间产生固相反应是产生结圈的主要原因，并且球团粉末中的SiO2、CaO等与铁的氧化物形成低熔点矿物是结圈的诱因。司金凤等对回转窑结圈物结构及结圈机制进行了探讨，发现回转窑中煤粉的使用对结圈物的产生有重要影响，煤粉燃烧后的低熔点灰分和煤粉用量的增加对结圈物的形成有促进作用。潘建等总结了链箅机-回转窑结圈的机理及应对措施，建立了针对性的回转窑内结圈物厚度与分布模型，研究结果对回转窑结圈的控制和防治提供了指导，并取得了良好的实用效果。然而，累积形成的结圈物会与耐火材料在高温下发生物理化学反应，使得耐火材料逐步被结圈物侵蚀,且该问题十分突出。周仙霖等以实验室研究为主体系统探究了不同含量物料对回转窑中耐火材料的侵蚀行为，发现SiO2和碱金属的引入均会加速低熔点物的生成，并加重对耐火材料的侵蚀。本研究在参考以上研究结果的基础上，进一步结合某钢铁厂年产120万t的链箅机-回转窑球团生产过程中出现结圈物严重侵蚀耐火材料和整修开炉后出现失常含壳球团的实际情况，深入探讨结圈物对耐火材料的侵蚀行为，以期为回转窑结圈侵蚀控制与预防提供指导。1)在结圈物侵蚀耐材过程中，Fe2O3组分对耐火材料的固溶矿化是其侵蚀的主要驱动力，并且结圈物中的Fe2O3微晶自由迁移渗透是耐火材料侵蚀逐步加深的诱因。2)在回转窑喷吹煤粉模式下，整修开炉后煤粉燃烧产生的低熔点粉煤灰是出现失常含壳球团的原因。3)结合矿相组成分析和失常含壳球团的成因，可知粉煤灰是结圈物对耐火材料侵蚀行为的潜在参与者。姚菲, 张兴凯, 尹啸, 王喆, 郑冰, 徐东. 链箅机-回转窑球团工艺中结圈物对耐火材料的侵蚀[J]. 中国冶金, 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
