張天啟
（銅陵市旋力特殊鋼有限公司）
摘 要：目前生石灰是燒結生產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，提高產質量。生石灰消化器和除塵設備繁多，要合理選型。同時要注意后期的設備維護。
關鍵詞：生石灰；消化器；濕法除塵
1 前 言
生石灰由石灰石經高溫煅燒而成，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CaO分解放出大量熱，提高混合料溫度。生石灰消化對提高燒結產質量和降低能耗等方面均有明顯改善作用，目前生石灰已經是燒結廠的主要熔劑之一。
然而，目前生石灰實際使用情況很不理想，主要體現在兩方面，一方面是消化率低，未消化的生石灰在制粒機中繼續消化，體積膨脹1～2倍，破壞已經完成的制粒小球，導致料層透氣性降低，影響燒結礦產質量；另一方面是除塵效果差，由于生石灰煙氣的特殊性，一般的除塵器無法達到滿意的除塵效果，且除塵器及除塵風管的板結堵塞問題一直影響著除塵器的穩定運行，導致生石灰配加區域環境惡劣，嚴重影響操作工人的身心健康。
2 生石灰的作用
在燒結生產中往混合料里加入生石灰，對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，可以提高混合料的親水性，在許多場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，在其周圍又相應地聚集一群電性相反的OH-離子，構成了膠體顆粒的擴散層，使Ca(OH)2膠團持有大量的水，構成一定厚度的水化膜。由于這些廣泛分散在混合料內強親水性Ca(OH)2顆粒持有的能力遠大于鐵礦等物料，將奪取礦石顆粒間的表面水分，使礦石顆粒向消石灰顆粒靠近，把礦石等物料聯系起來形成小球。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。
例如使用細磨鐵精礦加入6%消石灰，混合料的最大分子濕容量的絕對值增大4.5%，最大毛細濕容量增大13%。因此，在燒結過程中料層內少量的冷凝水，將為這些膠體顆粒所吸附和持有，即不會引起料球的破壞，亦不會堵塞料球間的氣孔，使燒結料仍保持良好的透氣性。含有消石灰膠體顆粒的料球強度高。這是因為，它不像單純鐵精礦制成的料球完全靠毛細力維持，一旦失去水分很容易碎裂；消石灰顆粒在受熱干燥過程中收縮，使其周圍的固體顆粒進一步靠近，產生分子結合力，料球強度反而有所提高。同時由于膠體顆粒持有水分的能力強，受熱時水分蒸發不如單純鐵礦物那樣猛烈，料球的熱穩定性好，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，在混合料遇水時消化，能放出大量熱量，其反應如下：
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%，當加入量為5%時，設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。實際生產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，可使燒結過程水氣冷凝大大減少，減少過濕現象，從而提高了料層的透氣性。此外，在生產熔劑性燒結礦時，更易生成熔點低、流動性好，易凝結的液相，它可以降低燒結帶的溫度和厚度，從而提高了燒結速度。
應該指出，燒結料中配加生石灰和消石灰對燒結過程是有利的，但用量要適宜（最好不要超過7.5%），用量過高除不經濟外，還會使料層過分疏散，混合料體積密度降低，料球強度反而變壞。
3 生石灰消化器的作用、型式及優缺點
由于生石灰的CaO含量遠高于石灰石，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，從而提高燒結礦的品位。但是生石灰的完全消化時間一般在7～9min左右，如果生石灰在混合制粒過程中消化不完全，運輸和布料過程中繼續消化體積膨脹，就會造成料球的破壞，反而降低燒結過程的透氣性，影響到燒結礦的產量和質量。
消化器的作用主要是強化生石灰與水的結合過程、縮短消化時間。
消化器形式多樣，但消化裝置這一部分結構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，在物料攪拌輸送過程中噴送水霧，甚至是熱水，使物料與水分充分混合并發生化學反應。差別主要在于螺旋葉片的材質、結構及安裝方式、加水管的布置、噴頭數量、噴頭形式、噴淋方式等方面。經常出現的問題主要有：傳動裝置損壞、螺旋葉片磨損、螺旋輸送裝置堵塞等。這些問題都只需在日常使用過程中勤檢查，根據點檢情況安排檢修就能夠解決。
3.1連續葉片雙螺旋結構
連續雙螺旋結構（見圖1）其工作原理是：傳動裝置分別帶動主、被動軸作反向同步旋轉，主、被動軸上焊有螺旋型連續葉片，通過旋轉將箱體內的生石灰推移至消化器的出料端；出料端設有除塵水箱進行除塵，在運行中經常出現葉片脫落、切螺栓、斷軸等事故。
（1）葉片結構不合理。葉片結構系采用連續焊接方式將螺旋片固定在主傳動及被動軸上，且軸上相鄰葉片的間距太小只有150mm左右，在消化器短時間停機后再啟動的時候，容易脫落。分析其原因有二：一是生石灰在加水消化過程中，呈半凝固狀，停機后再啟動，這種處于靜止狀態的半凝固料對雙軸葉片產生河大阻力；二是連續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域，由于間距小，物料阻力更大。所以在再啟動時極易出現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致法蘭螺栓切斷，嚴重時會導致開式齒輪轉動齒過載折斷和電機燒毀等設備事故，影響設備的正常運行。
3.2單葉片雙螺旋結構
針對連續葉片設計不合理的問題，將焊接于主、被動軸上的連續螺旋葉片改為單葉片螺旋形式焊接（如圖2所示），并在每個葉片背面加焊小筋板。每個橢圓周上只焊接4個單葉片，葉片形狀呈扇形，頂端焊接耐磨合金鋼，同時增大主、被動相鄰葉片的間距（較原設計間距增大約20mm）。實踐證明，改造后的葉片可允許部分稍大的顆粒進入箱體內，即使葉片稍有變形，也不會發生交叉相卡，保證了白灰能夠平穩運行。
3.3 雙級生石灰消化器
針對生石灰消化器存在的問題，中冶長天研究和設計了新型雙級消化器，并對其葉片形式及密封結構進行優化，其結構簡圖如圖3所示。
新型消化器具有以下優點：
（1）采用雙級消化工藝，石灰先通過一級消化倉，遇到從上面噴淋下的水，在葉片的攪拌下進行預消化，再通過二級消化倉進行充分消化，最后排出消化器，消化時間延長，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，延長了使用壽命。雙螺旋攪拌結合槳葉式葉片形式，在保證物料輸送功能的同時，具有攪拌、粉碎結塊和自清理等多重作用與功效，它獨特的葉片和攪拌方式，使生石灰與水混合均勻、反應充分，有助于提高生石灰消化率。
（3）消化器進料口處設螺旋密封裝置，密封輸送段設有連續的輸送螺旋葉片，密封輸送段的內壁與連續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進入消化段箱體，可有效防止蒸汽反竄外冒，同時保護了皮帶秤。
3.4 多級生石灰消化器
陜鋼龍鋼265m2燒結機于2021年3月使用博兆環保公司的多級消化系統，經過生石灰倉的改造與多級生石灰消化器的有效的銜接，效果明顯。
3.4.1效果對比
（1）生灰提前消化，混合料制粒時間延長，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。
（2）隨著消化后的生灰量增加，主管溫度與負壓跟隨變化，主管溫度呈現上升趨，負壓呈現降低趨勢。
（3）燒結機產能日產增加400～450噸，利用系數提高0.6%。
（4）產能提升后燒結礦電耗降低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，通過提高一混水溫和二混蒸汽量彌補，確保混合料溫度60℃以上。
3.4.2多級生灰消化系統運行機理介紹
（1）設備運行方式
此消化系統采用的是三級消化，一級為水進入一級倉配水消化，二級為攪拌倉，通過一級配水后繼續攪拌消化，三級為熟石灰倉，消化完成度在90%左右，通過繼續攪拌送入螺旋出料。
（2）消化系統主要部件組成
它包括環保消化器系統、除塵系統、加水系統、水循環系統、風機以及風機管道、電器控制系統、配電柜組成。
通過多種調整方式可以達到8～15min的反應時間要求，使生石灰充分消化。
（3）消化器具有良好的保溫性能
生石灰反應過程中產生的大量熱量在消化器內部轉換利用，提升內部溫度，一般情況下生石灰2～3min達到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
生石灰消化過程中，產生大量蒸汽和粉塵，現場環境惡劣。采用傳統的布袋除塵或電除塵，由于粉塵中含有CaO成分以及水蒸汽，會造成布袋除塵器糊堵、電除塵器極板易掛泥導致腐蝕嚴重，除塵效果較差，崗位環境惡劣。
現行的生石灰消化煙氣除塵和混合機收塵大多數使用水除塵（濕式除塵器也稱洗滌器），它是利用液體來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有濕式除塵、篩管侵入式除塵、自循環煙氣除塵等等，但基本上都存在一些共性的問題：結構復雜，泵和閥門較多；使用起來相對繁瑣，需要調節的部位較多；容易發生堵塞；事故、故障較多，處理起來比較麻煩；抽風機容易發生故障；粉塵及蒸汽形成二次污染，配料系統事故停機時需要關停和沖洗的部位較多，工作量較大等，這些問題都直接導致了生石灰消化器無法正常使用，甚至一些燒結廠拆除消化器或設計時取消生石灰消化器。
4.1 新型生石灰消化除塵裝置
針對生石灰消化除塵裝置存在的問題，中冶長天研究并設計了新型復合式濕式除塵器，且設除塵點兩個，一個設于消化器本體上方密封罩，另一個設于下料點前方。除塵器結構簡圖如圖6所示，新型除塵器具有以下優點：
（1）復合式濕式除塵技術利用生石灰粉塵親水性特點，結合水浴除塵和過濾式除塵兩種濕式除塵技術，從而實現煙氣粉塵的分級處理。其具體除塵工藝如下：含塵煙氣以一定速度在噴頭處噴進液面，顆粒較粗的粉塵由于慣性作用沖進水中，進行第一級水浴除塵，此時大部分粗顆粒粉塵被除去，少部分細顆粒粉塵從水中逃逸后進入下一級除塵；在除塵器上方設有過濾網，過濾網上有一定規格網孔，過濾網上方設有噴頭，水噴到過濾網上形成水膜，少部分細顆粒粉塵從水中逃逸后通過過濾網，被水膜捕捉，實現第二級過濾除塵，經過濾除塵后的凈化氣體從煙囪排出。通過煙氣粉塵的分級處理技術，除塵效率大大提高，在降低粉塵排放濃度的同時，保護了風機的正常運行，避免其產生板結而引起震動。
（2）除塵器設溢流裝置，溢流裝置中包括溢流口、水位調節桿和水封。除塵器開機時，除塵器內負壓增大，水位突然上升，當超過一定高度時從溢流口流出，可有效避免因阻力突然變大而導致風機電機燒毀現象；同時在除塵器運行過程中，能通過調節桿調節水位高度，控制和穩定除塵效率。
（3）除塵器過濾網上方設置壓縮氣體噴吹裝置，以一定的頻率對過濾網進行噴吹，防止石灰消化粉塵在除塵器過濾網處形成板結，使粉塵在板結前被噴吹至除塵器下方水池中。同時除塵器下方水池也設攪拌裝置，避免水池中粉塵的沉淀和板結。
（4）在除塵風管內布置特殊噴頭，噴頭的噴水覆蓋面大于管徑，防止除塵風管板結。風管設計為垂直或傾斜，避免水平設計，這樣黏結在管壁上的粉塵被水沖洗后順著風管排除出去，清洗污水最終流回消化器用于消化用水。除塵風管設計為方形管，加可拆卸蓋板，便于維護。
（5）設備正常運行時，工業凈水從過濾網上方噴頭噴出，除塵后的除塵污水通過溢流槽的排水口排出，送至消化器作為消化用水，從而實現除塵污水的全部利用。
4.2 篩管浸入式除塵器結構
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，對于粘性大、濕度高、現場粉塵濃度高、粉塵粒徑微細等非常惡劣的現場條件特別適用。篩管浸入式濕式除塵器的除塵過程主要為噴管噴淋降塵和篩管水浴降塵兩部分，塵粒進入除塵器后先經噴淋管噴淋出去大部分，然后高速通過篩管與篩管水膜等接觸降塵，這兩部分除塵相輔相成，在整個除塵過程中都發揮了重要作用。
篩管浸入式除塵器由除塵器本體、水箱、風機、循環泵、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，在本體一側設有進風口，另一側設有出風口。內部分為上下兩層，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，水箱內設有格網，分為清水區和濁水區，污水泵置于濁水區內。水箱開有人孔，便于檢修操作。循環泵和管道清洗泵安裝于水箱上部。水箱內裝有浮球液位計，配合電磁閥使用，可實現自動補水。水箱下部為兩組手動蝶閥，作為排污用。
（3）風機。該風機固定安裝在固定基礎上，風機進風口裝有風門，風機進風口與除塵器出風口通過管道軟連接，風機出風口與排氣煙筒通過管道連接。風機電機和軸承箱安裝于水泥基礎上，軸承箱采用水冷卻，回水進入水箱。
4.3 除塵管道堵塞的處理方法
由于生石灰粉塵的特殊性，非常容易黏結在除塵風管內，為防止除塵風管板結，風管設計為垂直或傾斜（見圖8，圖9），避免水平設計，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。這樣黏結在管壁上的粉塵被水沖洗后順著風管排除出去，清洗污水最終流回蓄水池，經攪拌后，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-傾斜式風管 4-漿液排管
另外，一些企業自制煙氣直排，在鋼煙囪（21米）內加噴淋（見圖10），雖然效果不是太好，但也減輕了環境無組織排放。
5 結論
（1）生石灰消化系統存在的穩定性差、環境惡劣、消化時間短、制約混合造球等一直是困擾燒結生產的老大難問題。
（2）生產實踐經驗證明，生石灰充分消化和不消化相比，可以提產5%。所以取消生石灰消化器，或者為了改善環境，消化器不加水的做法是不可取的。
（3）通過改善工藝、優化設備條件，加強設備維護，選用先進生石灰消化器，如雙級消化器，使生石灰消化更徹底，提高燒結產質量是必行的。
（4）生石灰消化產生的煙塵脫除設備種類繁多，要根據實際情況合理選擇。最主要的是后期使用過程中的維護，管道的清理，腐蝕的防治。
參考文獻
[1] 崔成軍，趙永平，劉素平.生石灰消化器的改造[J].燒結球團，2008（3）.
[2] 普欣榮，楊學斌，移小義.生石灰消化裝置在燒結中的應用[J].冶金設備，2017，增刊（1）.
[3] 張思平，蘇道.一種新型生石灰消化及除塵裝置的研究與應用 [J].燒結球團，2017（5）.
[4] 王紹杰.提高篩管浸入式濕式除塵器可靠性的研究 [D].青島理工大學，2014.
[5] 樊婷婷，樊東鋒.提高燒結配料生石灰消化除塵效果的生產實踐[J].山西冶金，2014（1）.
[6] 李金輝，龐國朝，劉茂偉.邯鋼435m2燒結機配料室水幕除塵系統改造[J].燒結球團，2012（5）.
[7] 姜 濤．燒結球團生產技術手冊［M］．北京: 冶金工業出版社，2014．
[8] 許滿興，何國強，張天啟，廖繼勇．鐵礦石燒結生產實用技術［M］．北京: 冶金工業出版社，2019．
[9] 寧春明，翟玉兵，王文紅．龍鋼多級生石灰消化系統應用實踐［C］第九屆煉鐵對標節能降本及新技術研討會，2021．