呂 鵬，姬曉晨，張令果，李保明

（1.青州中聯(lián)水泥有限公司，山東 青州 262500；2.華中師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，湖北 武漢 430079）（3.平邑中聯(lián)水泥有限公司，山東 平邑 273300）

1 結(jié)后圈對窯工藝系統(tǒng)的危害性

結(jié)圈是指窯內(nèi)在正常生產(chǎn)中因物料過渡黏結(jié)，在窯內(nèi)特定的區(qū)域形成一道阻礙物料運(yùn)動的環(huán)形，堅(jiān)硬的圈。這種現(xiàn)象在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)是一種不正常的窯況，它破壞正常的熱工制度，影響窯內(nèi)通風(fēng)，造成窯內(nèi)來料波動很大，直接影響著回轉(zhuǎn)窯的產(chǎn)量、質(zhì)量、消耗和長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。處理窯內(nèi)結(jié)圈費(fèi)時費(fèi)力，嚴(yán)重時停窯停產(chǎn)進(jìn)行人工進(jìn)窯打圈，其危害是嚴(yán)重的。

1.1 破壞了窯內(nèi)穩(wěn)定的熱工制度

窯內(nèi)通風(fēng)不暢，煤粉燃燒不完全，窯內(nèi)還原氣氛嚴(yán)重，燒成溫度低，熟料產(chǎn)質(zhì)量下降，被迫減煤，只好相應(yīng)降低產(chǎn)量，甚至被迫停窯。

1.2 窯尾向外溢料嚴(yán)重，甚至將窯尾密封燒壞

窯尾溢出物料在900℃左右，不但污染環(huán)境，而且增加工人的勞動強(qiáng)度在清理過程中易發(fā)生燙傷事故，危及人身安全，同時浪費(fèi)大量的熱能及物料。溢料嚴(yán)重時清理不及時易燒壞窯尾密封，導(dǎo)致窯尾系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，系統(tǒng)結(jié)皮和煤耗的增加。

1.3 嚴(yán)重影響高溫帶及其后面一段耐火磚壽命

后結(jié)圈嚴(yán)重時影響窯內(nèi)通風(fēng)，火焰不暢在高溫帶難以展開，火焰形狀受到破壞，短而粗的火焰燒蝕著燒成部位的磚及窯皮發(fā)生紅窯事故。同時同一部位的結(jié)圈頻繁長落，極大縮短了結(jié)圈部位耐火磚的壽命。

1.4 為圈后形成大的結(jié)球創(chuàng)造條件

當(dāng)窯直徑≤4m，結(jié)圈厚度≥0.5m時，結(jié)圈位置在上過渡與燒成帶結(jié)合部位，窯后浮窯皮的脫落很難越過此圈，為結(jié)球創(chuàng)造條件，結(jié)球如果不到及時放出，長時間在此處滾動對耐火磚造成碾壓易發(fā)生紅窯事故。窯內(nèi)如果沒有圈的阻擋，雖有預(yù)熱器系統(tǒng)能富集有害元素，但形成的小料球不會滯留在圈后越滾越大。

1.5 結(jié)圈脫落后易造成竄料

結(jié)圈嚴(yán)重時，阻擋物料正常前進(jìn)速度，增加窯內(nèi)填充率，窯負(fù)荷增加影響窯主電機(jī)正常運(yùn)行。圈后物料囤積到一定程度間斷性進(jìn)入燒成帶，窯溫反復(fù)波動窯況惡化，熟料產(chǎn)量差。當(dāng)結(jié)圈脫落后，結(jié)圈后未燒好的生料大量涌入燒成帶，正常窯頭煤提供的熱量不能滿足生料的需求，出現(xiàn)生燒、欠燒料，嚴(yán)重時控制不當(dāng)易發(fā)生竄料。結(jié)圈本身的大塊卷在料中一起進(jìn)入篦冷機(jī)，干擾著篦冷機(jī)的正常控制，嚴(yán)重時壓死篦床。要求操作人員結(jié)合窯電流趨勢，及時采取相應(yīng)措施調(diào)整篦速與窯速的關(guān)系。

2 后結(jié)圈產(chǎn)生的原因

2.1 入窯生料成分波動的影響

實(shí)際生產(chǎn)過程中，窯操作員最頭疼的事是入窯生料成分波動太大和喂料不穩(wěn)定。窯內(nèi)物料時而難燒或時多時少，遇到高KH料時，窯內(nèi)物料松散，不易燒結(jié)，窯頭感到“吃火”，熟料fCaO高，或遇到料量多時都迫使操作員加煤提高燒成穩(wěn)定，有時還要降低窯速，遇到低KH料或料量少時，窯操作上不能及時調(diào)整，燒成帶溫度偏高物料過燒發(fā)粘，稍有不慎就形成長厚窯皮，進(jìn)而產(chǎn)生熟料圈。

2.2 原燃材料中有害成分的影響

CaO+Al2O3+Fe2O3+SiO2含量偏低，而R2O和SO3含量偏高。生料中的有害成分在熟料煅燒過程中先后分解、氣化和揮發(fā)，在溫度較低的窯尾凝聚粘附在生料顆粒表面，隨生料一起入窯，容易在窯后部結(jié)成硫堿圈。在入窯生料中，當(dāng)MgO和R2O都偏高時，R2O在MgO引起結(jié)圈過程中充當(dāng)“媒介”作用形成鎂堿圈。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)熟料中的MgO＞4.8%時，能使熟料液相量大量增加，液相粘度下降，熟料燒結(jié)范圍變窄，窯皮增長，浮窯皮增厚。熟料中MaO＜4.0%時，但由于R2O的助熔作用，使熟料在某一特定溫度或在窯某一特定位置液相量陡然大量增加，黏度大幅度降低，迅速在該溫度區(qū)域或窯某一位置粘結(jié)，形成熟料圈。

2.3 煤粉質(zhì)量的影響

由于煤灰中一般含Al2O3較高，因此當(dāng)煤灰摻入物料中時，使物料液相量增加，往往易結(jié)圈。煤灰的降落量主要與煤中灰分含量和煤粉細(xì)度有關(guān)，灰分含量高、煤粉粗，煤灰降落量就多。另一方面當(dāng)煤粉粗、灰分高、水分大、燃燒速度慢，會使火焰拉長，高溫帶后移，“窯皮”拉長易結(jié)圈。另外，喂煤量不穩(wěn)定，使窯內(nèi)溫度忽高忽低，也易形成結(jié)圈。

2.4 操作和熱工制度的影響

（1）二、三次風(fēng)配合不當(dāng)，火焰過長，使物料預(yù)燒好，液相出現(xiàn)早、黏結(jié)窯襯能力增加，特別是在預(yù)熱器溫度高、分解率高的情況下，火焰過長，結(jié)后圈的可能性很大。

（2）窯頭用煤過多，產(chǎn)生化學(xué)不完全燃燒，使火焰還原性，促使物料中的鐵還原為亞鐵，亞鐵易形成低熔點(diǎn)的礦物，使液相過早出現(xiàn)，容易結(jié)圈。

（3）喂料量與總風(fēng)量使用不合理，導(dǎo)致窯內(nèi)的熱工制度不穩(wěn)定，窯速波動異常，也易結(jié)后圈。

實(shí)踐證明，熱工制度嚴(yán)重不穩(wěn)定，必定要產(chǎn)生結(jié)圈，而影響熱工制度穩(wěn)定因素又是多方面的，同時結(jié)圈又導(dǎo)致熱工制度的不穩(wěn)定。

表1 窯內(nèi)結(jié)后圈化學(xué)分析成分（%）

3 如何預(yù)防后結(jié)圈

2015年回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行期間窯內(nèi)頻繁出現(xiàn)后結(jié)圈且結(jié)圈的位置不固定，嚴(yán)重時窯尾溢料，窯被迫減產(chǎn)進(jìn)行燒圈處理，制約生產(chǎn)。工藝負(fù)責(zé)人多次組織相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員召開專題會議，圍繞如何預(yù)防及快速處理開展工作，認(rèn)真分析總結(jié)吸取教訓(xùn)，制定有效可行的防范措施。2017年全年運(yùn)行期間，窯內(nèi)基本上杜絕后結(jié)圈，效果顯著。利用停窯時機(jī)對各部位結(jié)后圈物料進(jìn)行化學(xué)分析見表1。

從表1中分析，結(jié)后圈主要因素有害成分含量過大造成的，如何減少原燃材料中有害成分的含量，需要引起生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)的重視，企業(yè)為降低生產(chǎn)成本，追求原燃材料的進(jìn)廠價(jià)格從而忽略掉質(zhì)量，質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)格，后續(xù)生產(chǎn)造成被動狀態(tài)。

3 減少后結(jié)圈的措施

3.1 選擇適宜的配料方案，穩(wěn)定入窯生料成分

一般說燒高KH、高SM的生料不易結(jié)圈，但熟料難燒，fCaO含量高，對保護(hù)窯皮和熟料質(zhì)量不利；反之，熟料燒結(jié)范圍窄，熟料液相量多，熟料結(jié)粒大，窯不好操作，易結(jié)圈。但生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，燒較高KH和相對較低的SM，或較高的SM和相對較低的KH的生料都比較好燒，又不容易結(jié)圈。因此，窯經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)圈時，應(yīng)改變熟料配料方案，適當(dāng)提高KH或SM，減少溶劑礦物的含量對防止結(jié)圈有利。并且對配料方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整見表2。

表2 熟料控制指標(biāo)

3.2 減少原燃材料帶入的有害成分

通過上述原因分析原燃材料中帶入的有害成分是影響窯內(nèi)后結(jié)圈的主要因素，因此，調(diào)整進(jìn)廠原燃材料種類盡量降低有害成分的含量，各種原燃材料化學(xué)成分見表3。

表3 原燃材料化學(xué)成分（%）

3.3 提高煤粉質(zhì)量

在提高原煤熱值的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)中控煤立磨操作出磨風(fēng)溫原控制在60℃～65℃，調(diào)整為65℃～70℃。出磨煤粉細(xì)度原控制在≤12，調(diào)整為≤10。通過提高煤粉質(zhì)量減少煤粉不完全燃燒造成后燃現(xiàn)象。

3.4 窯頭燃燒器的定位及使用

（1）窯頭燃燒器在窯口截面的坐標(biāo)位置傳統(tǒng)做法偏料控制，調(diào)整為燃燒器中心對正回轉(zhuǎn)窯窯口截面的中心，杜絕未燃燒的燃料裹入物料層內(nèi)，因缺氧而得不到充分燃燒，長窯口煤粉圈不在發(fā)生。

（2）正常使用期間要求每班堅(jiān)持固定時間來回移動燃燒器一次，燃燒器前端部與熱態(tài)下窯口截面垂直，然后撤出200mm，前后距離控制在200mm。以此來改變火點(diǎn)的位置，可有效控制煤灰的定點(diǎn)沉降引起結(jié)后圈。

（3）每班利用燃燒器清焦器至少對燃燒器前端部結(jié)焦清理兩次，燃燒器頭部上方積料及時清理。

3.5 堅(jiān)持“薄料快燒”的原則

三個班統(tǒng)一操作方法，穩(wěn)定燒成系統(tǒng)的熱工制度。在保持喂料喂煤均勻，加強(qiáng)物料預(yù)燒的基礎(chǔ)上盡量提高窯速。采取薄料快燒、長焰順燒，提高快轉(zhuǎn)率，這對防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈都是有利的。

3.6 確定一個經(jīng)濟(jì)合理的窯產(chǎn)量指標(biāo)

通過一段時間的生產(chǎn)實(shí)踐，每臺回轉(zhuǎn)窯都有自身特定的合理的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?；剞D(zhuǎn)窯在某高產(chǎn)量范圍內(nèi)能達(dá)到熟料優(yōu)質(zhì)，煤耗最低，運(yùn)轉(zhuǎn)率最高。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，窯產(chǎn)量超過一定限度以后，不是由于系統(tǒng)抽風(fēng)能力所限致使煤灰在窯尾大量沉降并產(chǎn)生還原氣氛，就是由于拉大排風(fēng)使窯內(nèi)氣流斷面風(fēng)速增加，火焰拉長，液相提前出現(xiàn)，這都容易形成熟料圈。通過長時間摸索，回轉(zhuǎn)窯超產(chǎn)能力控制在15%左右狀態(tài)下，各項(xiàng)KPI指標(biāo)最佳。

3.7 發(fā)揮生料均化庫的作用

目前，我國不少大中型新型干法水泥企業(yè)采用IBAU中心錐體連續(xù)式均化庫改進(jìn)型，均化效果好。由于生產(chǎn)線長時間運(yùn)行，避免不了各類雜物入庫堵塞下料口，庫底斜槽磨損嚴(yán)重不能正常工作，原設(shè)計(jì)7個區(qū)間隔連續(xù)下料，使用到后期只有個別區(qū)下料。另外生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)的不重視，認(rèn)為只要物料能夠下料滿足回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)，清庫維修危險(xiǎn)且費(fèi)用高采取將就使用。使用生料均化庫目的在于規(guī)避出磨生料成分的波動減少對入窯生料成分的影響。當(dāng)均化庫定點(diǎn)其中某個區(qū)下料時，庫內(nèi)生料形成抽心下料狀態(tài)，直觀表現(xiàn)出磨生料1～2h后直接入窯煅燒，回轉(zhuǎn)窯熱工制度受入窯生料成分波動影響不穩(wěn)定，嚴(yán)重時導(dǎo)致發(fā)生后結(jié)圈，特別強(qiáng)調(diào)是當(dāng)生料磨庫滿避峰期間，窯灰?guī)肓考哟螅ǜG灰中有害成分含量較高）加劇了窯內(nèi)后結(jié)圈，避峰時間越長產(chǎn)生的后果越嚴(yán)重。

3.8 重視烘窯期間工作

長時間停窯后恢復(fù)生產(chǎn)過程中，由于烘窯期間一些細(xì)節(jié)性工作做的不到位，經(jīng)常出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯恢復(fù)生產(chǎn)了同時后結(jié)圈伴隨著出現(xiàn)了。結(jié)合窯內(nèi)換磚及殘留物料情況制度詳盡的烘窯方案，確?；剞D(zhuǎn)窯的窯溫到最佳狀態(tài)在進(jìn)行投料操作。由于無熱源加強(qiáng)原煤的晾曬盡量降低煤粉水分，細(xì)度控制上調(diào)整為≤6。其中油煤混燒的時間長短控制，柴油霧化效果能否保證煤粉盡可能完全燃燒。投料初期系統(tǒng)拉風(fēng)是否與喂料量匹配。

3.9 加強(qiáng)中控窯操作員對窯胴體溫度的監(jiān)控

大家常規(guī)做法往往重視窯胴體溫度高時及時匯報(bào)反映，而忽略溫度逐漸降低的趨勢，等窯后結(jié)圈已經(jīng)形成影響到窯況才引起足夠的重視，處理起來費(fèi)時費(fèi)力。對待窯內(nèi)后結(jié)圈我們應(yīng)采取以預(yù)防為主，早發(fā)現(xiàn)早處理，及時糾正異常情況結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際狀況采取果斷措施，把后結(jié)圈扼殺在萌芽狀態(tài)。視胴體溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)有結(jié)后圈的苗頭，可聯(lián)系配料人員對生料配料方案在原來的基礎(chǔ)進(jìn)行微調(diào)，適當(dāng)提高入窯生料硅酸率，減少溶劑礦物的含量。

3.1 0 增設(shè)窯灰倉

為防止因窯灰因素造成窯內(nèi)結(jié)后圈，可在生料均化庫側(cè)增設(shè)窯灰倉，進(jìn)行獨(dú)立計(jì)量，根據(jù)窯灰產(chǎn)生量，定量均勻帶入入窯系統(tǒng)。通過此項(xiàng)改造可有效控制生料磨長時間避峰引起入窯生料成分中有害成分過渡集中入窯。

4 后結(jié)圈的處理

4.1 常規(guī)后結(jié)圈的處理方法

（l）處理后結(jié)圈一般采取燒圈法，有熱燒法、冷燒法和冷熱交替法。

（2）處理后結(jié)圈應(yīng)注意的問題：①熱燒時，燒成溫度比正常高，火焰應(yīng)長，火點(diǎn)往窯內(nèi)伸，窯速應(yīng)慢些；冷燒時，燒成溫度應(yīng)稍低，且火焰應(yīng)回縮，火點(diǎn)往窯頭移，窯速要力爭快轉(zhuǎn)；冷熱交替法就是冷燒和熱燒交替進(jìn)行，使結(jié)圈處溫度有較大變化，讓結(jié)圈塌落。②燒圈時，應(yīng)注意火焰形狀不能掃窯皮。③燒圈時，中控應(yīng)與窯巡檢員密切配合，協(xié)調(diào)操作，火點(diǎn)的移動可通過調(diào)整窯內(nèi)通風(fēng)、調(diào)整窯頭噴煤管位置及內(nèi)外風(fēng)閥門的比例來實(shí)現(xiàn)。

4.2 針對性后結(jié)圈的處理

（1）處理較遠(yuǎn)的后結(jié)圈則以冷為主。一般結(jié)在55m前后為硫堿圈，硫堿圈是不常見的。它結(jié)在分解帶物料溫度930℃左右的地段。其生成原因是由于煤灰或生料中含有較高量的SO3，在上述溫度下與Na2O和K2O生成易熔的硫酸鹽而形成圈。這種圈有一個特點(diǎn)，就是當(dāng)溫度超過1 000℃時，硫酸鹽揮發(fā)，圈即自行脫落消失。形成圈后，應(yīng)在操作上逐漸提高燃燒帶溫度，拉長火焰，使結(jié)圈地段溫度大于930℃，從而使大量的硫酸堿揮發(fā)，消除結(jié)圈。

（2）處理較近的后結(jié)圈則以燒為主，一般結(jié)在燃燒帶尾部稱為熟料圈。其形成原理與形成窯皮的原理一樣，只不過在客觀條件發(fā)生變化時（如KH低了，含鐵、鋁高了，煤粉中灰分增高了，水分大了等），操作跟不上去，參數(shù)不合理，致火點(diǎn)后移，液相過早出現(xiàn)，使襯料與物料間的溫差增大，圈體愈結(jié)愈厚，形成后圈。一旦結(jié)圈，窯內(nèi)通風(fēng)受到阻礙，火焰伸不進(jìn)去，形成短焰急燒，煤粉燃燒不完全，窯內(nèi)發(fā)渾，局部高溫，損傷窯皮，窯速提不起來。同時，窯內(nèi)負(fù)荷增加，負(fù)壓上升，尾溫下降，來料不均，竄料嚴(yán)重。結(jié)圈積料嚴(yán)重時，窯內(nèi)負(fù)荷過大，還會造成馬達(dá)發(fā)熱，跳閘，窯內(nèi)倒煙，對產(chǎn)量、質(zhì)量及安全運(yùn)轉(zhuǎn)影響極大。

熟料圈如何處理，在處理熟料圈時，要根據(jù)圈體的特點(diǎn)和遠(yuǎn)近，分別采取不同的處理方法，才能達(dá)到較好的效果。

一般采用冷熱交替法處理，燒遠(yuǎn)圈時以冷為主，燒近圈時以熱為主。①當(dāng)窯內(nèi)窯皮長得長而厚或輕度圈根時，將噴煤管偏外拉出，移動燃燒帶位置，降低結(jié)圈部位溫度，改變煤灰沉落位置，使厚長的窯皮逐漸垮落。調(diào)整風(fēng)煤配合，加速煤粉燃燒，使高溫帶兩端低溫部分不拖長，防止圈根繼續(xù)成長。②當(dāng)窯內(nèi)厚窯皮處理不當(dāng)或不及時而導(dǎo)致周期性快、慢車加重，使厚窯皮發(fā)展形成熟料圈時。首先要確定圈的位置和厚度及圈后積料情況。然后減少喂料量，一般減少到正常喂料量的70%～80%。提高火焰溫度，加強(qiáng)預(yù)燒，逐漸加快窯速，保持窯的快轉(zhuǎn)，卸出圈后部分積料。待圈后積料減少時，可將噴煤管伸入窯內(nèi)，適當(dāng)抬高噴煤嘴，使火焰的高溫區(qū)移向圈體處。此時排風(fēng)不宜加得過大，防止火焰溫度降低。燒4～5h后，再將噴煤管拉出燒，這樣反復(fù)處理，使圈體受溫度變化而垮落。在處理熟料圈時，要適當(dāng)改變原料成分，減少物料中的液相量，適當(dāng)改變煤的質(zhì)量，采用高揮發(fā)物，低灰分的煤，保證煤粉完全燃燒，以防圈的發(fā)展。③處理熟料圈時，一定要在保護(hù)窯皮的基礎(chǔ)上進(jìn)行，勿使火焰過分集中。經(jīng)處理后圈仍很牢固，而且嚴(yán)重操作窯皮及襯料時，應(yīng)停窯除圈。④燒圈過程中，輔助進(jìn)行生料配料方案調(diào)整，提高硅酸率，結(jié)合窯況情況來確定調(diào)整的幅度。切記，處理后結(jié)圈必須保證高窯溫。

5 結(jié) 語

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)結(jié)后圈通過采取積極的防控措施，查清原因，對癥下藥，統(tǒng)一操作思想，三班保一窯，穩(wěn)定的熱工制度，可完全杜絕結(jié)后圈的發(fā)生。