套筒窑新技术在首钢京唐炼钢厂的研究与开发

1套筒窑新技术研发背景

目前，国内外先进的活性石灰主导型竖窑主要是：套筒窑、麦尔兹窑、弗卡斯窑等，由于每种窑型工艺原理各不相同，故特点各不相同。

套筒窑技术是国内外先进的石灰生产技术，20世纪90年代，首钢在国内冶金行业率先引入贝肯巴赫套筒窑技术。21世纪初，为适应首钢钢铁业的发展，北京首钢国际工程技术有限公司（原首钢设计院，以下简称“首钢国际工程公司”）在消化吸收原贝肯巴赫套筒窑技术的基础上，对套筒窑技术进行了改进，创造出具有首钢特色的套筒窑新技术。首钢特色套筒窑技术，对套筒窑内衬结构进行了全面优化、增加了适应套筒窑工艺的PLC控制系统等，并逐步发展为全国产化套筒窑技术。

近十年来，首钢国际工程公司先后完成了11座活性石灰套筒窑设计工作，其中包括：首钢北京厂区2座500m3套筒窑；首钢迁钢3座套筒窑（其中：2座500m3，1座600m3）；首秦1座500m3套筒窑；淮钢1座300m3套筒窑；京唐4座500m3套筒窑（其中1座用于生产轻烧白云石）。经过生产检验证明，首钢国际工程公司所掌握的首钢特色套筒窑，其技术可靠，生产稳定，产品质量好，耐火材料使用寿命长，受到国内同行的称赞。

首钢国际工程公司在京唐钢铁厂石灰窑工程500m3套筒窑设计中，本着自主集成，优化设计的理念，通过对其热工系统的改进优化，采用全自动化控制系统，使首钢京唐套筒窑可适应60mm以下较小粒度的石灰石原料，一方面解决原料供应问题，另一方面可使产品粒度适当减少，更适合首钢京唐公司炼钢工程双联法冶炼的需要，形成一套新的有首钢京唐特色的套筒窑技术。同时，为满足套筒窑产品用户对产品粒度成品质量的多样性要求，在首钢京唐公司石灰窑项目设计中，首钢国际工程公司独创了全新的石灰成品处理系统，套筒窑的成品石灰和轻烧白云石通过这套深加工系统可以高效地完成筛分、破碎、制粉、贮存、外运等繁琐的深加工过程。

首钢京唐钢铁厂套筒窑三维设计示意图

2 套筒窑新技术主要技术特点

在首钢京唐套筒窑设计中，通过多项配套设计，使套筒窑的优点得到了充分的发挥，从根本上保证了首钢京唐套筒窑具有较高的技术水平。如：对含尘废气采用高效除尘器予以净化，保护大气环境；多座窑采用同类窑型，提高设备使用维护效率，降低备件成本；优化成品深加工和转运工艺，减少成品倒运次数，保证用户及时得到高品质的活性石灰；采用成熟可靠的全自动化控制技术，保证套筒窑稳定顺行；主要工艺环节采用工业电视监控和管理等。

2.1首钢京唐套筒窑主要工艺指标

首钢京唐套筒窑年产活性石灰49.68万t，轻烧白云石16.56万t。其产品供应转炉炼钢、LF炉精炼、KR法铁水脱硫工艺等。物料平衡及粒度分配见下图：

首钢京唐钢铁厂套筒窑物料平衡图

2.2京唐套筒窑工艺流程

石灰石用自卸式汽车运至石灰石储料跨，在石灰石料备料时，用10t抓斗吊将石灰石从料堆取料装入石灰石料仓，按需要量由电振给料机卸料，石灰石通过溜槽，经振动筛筛分后加入称量斗；

需向窑内加料时，称量斗液压闸门打开，石灰石卸入料斗中，用卷扬提升装置将料斗提升至窑顶，加入窑顶中间料仓，在料钟关闭的条件下，打开中间料仓闸门将石灰石卸入旋转布料器，旋转布料器旋转到某一特定位置后，在中间料仓闸门关闭的条件下打开料钟将料卸入窑内；石灰石料通过在窑内的预热、煅烧、冷却过程烧成成品活性石灰，此时的成品石灰位于液压出灰机上方，通过液压出灰机将石灰卸入窑下石灰仓，再由窑下电振给料机将仓内石灰卸到窑下输灰皮带机上。

根据首钢京唐公司的要求，经石灰窑成品间加工处理后的产品除供给炼钢和LF炉以外，还要有部分产品经过深加工后供KR脱硫使用。为满足不同用户对原料成分、粒度的要求，成品间设计了2套筛分、破碎及贮存系统，并增设了制粉跨，用来生产KR脱硫所需的脱硫剂原料。成品间的块灰运往炼钢厂供炼钢或LF炉使用，石灰粉一部分运往烧结，一部分作为脱硫剂原料。轻烧白云石粉送往烧结；脱硫需要的萤石用汽车运到制粉跨经破碎制成粉，再与石灰粉混合做成脱硫剂，用远距离气力输送管道系统运往炼钢厂脱硫间作为KR铁水脱硫的原料。

2.3首钢京唐套筒窑主要技术特点及优势

1）全自动化系统设计

首钢国际工程公司从设计第一座套筒窑时起，就开始对套筒窑控制系统进行合理的优化改进，开始是将电气化控制升级为计算机PLC控制，此后，在首钢陆续建成的多座套筒窑中，其自动化系统和内衬结构又得到不断发展完善。首钢京唐公司套筒窑在热工系统上经过改进，可以适应采用中小粒度的石灰石原料进行生产；其自动化控制系统实现了套筒窑本体系统的自检测、自诊断、自调节，实现了套筒窑石灰生产的全闭环控制。

全自动化控制系统的采用和优化，使套筒窑工艺控制更加容易，降低了能耗和生产成本，石灰的质量更加稳定，技术水平位居国内外先进行列。

2）京唐套筒窑石灰深加工技术

套筒窑产品用于炼钢车间转炉炼钢、LF炉精炼、KR铁水脱硫等。在本工程中首次采用了成品石灰深加工系统，该系统包括了石灰、轻烧白云石筛分破碎及贮运系统、KR法铁水脱硫用脱硫剂的制备系统和KR脱硫剂长距离气力输送系统。炼钢用石灰和轻烧白云石经简单筛分后用皮带机直接送入炼钢高位料仓，减少运输过程中石灰的破碎和吸潮，可使炼钢生产得到活性度高的、粒度合格的造渣剂，改善炼钢过程动力学条件。KR脱硫剂实现长距离气力输送，减少道路运输压力、减少倒运过程脱硫剂粉末对环境的污染。成品石灰深加工系统的技术特点是短流程，工序精，占地省，实现了在线筛分、破碎、贮运；运输环节简单可靠；脱硫剂制粉工艺与石灰筛分贮运环节相靠近，减小了制粉小粒度原料倒运过程中的粉尘外逸；KR脱硫剂实现长距离气力输送，减少脱硫剂粉末运输过程的道路压力和粉尘外逸。

3）节能措施

选择合理的焙烧系统，有较好的热利用率。

采用合理的热工制度，充分利用回热风、高温废气用于预热助燃空气，回收利用了余热，以降低燃耗。

选择合理的原料入窑块度，提高窑炉的利用系数，减少热损失。

采用良好的密封结构，采用合适的耐火内衬和管道绝热材料，减少系统散热。

采用节能机电产品，大功率电机采用高压供电。

燃料采用钢铁厂的副产品转炉煤气，使回收二次能源得到充分利用。

4）环境保护

采用的先进工艺及清洁生产技术，对主要污染源、污染物采取治理措施，全厂无废水和固体废弃物外排。

对原料、成品系统和石灰窑的生产过程进行烟气除尘，烟气中粉尘浓度＜20mg/m3，满足《大气污染物综合排放标准》中二级标准的要求。

除尘器捕集下来的粉尘，采用密闭灰罐车运至烧结配料室除尘灰仓回收再利用。

对生产废水进行治理，重复使用率93.3%；污水满足《污水综合排放标准》中一级标准的要求，排入总厂生活污水管道，再送至总厂污水处理厂处理后循环使用。

选用低噪音设备；设置隔声罩、加装消声器；设置减振装置，强振设备与管道间采取柔性连接方式，采用绿化降噪，通过采取以上措施，厂界噪声满足《工业企业厂界噪声标准》中III类标准的要求，即昼间<65dB(A)，夜间<55dB(A)。

5）固体废弃物的综合利用

工程产生的固体废弃物主要为除尘系统捕集下来的粉尘及炉窑开工时产生的少量不成熟废料。不成熟废料只在炉窑开工时产生少量，设计考虑将废料破碎后收集，作为烧结原料利用；除尘系统捕集下来的除尘灰约2.8万t/a，返回烧结配料系统。

综上所述，对于今后新建的石灰窑工程，可以推广这一新型的套筒窑技术，使粒度60mm以下的石灰石得到更为充分的利用。成品石灰的深加工处理工艺更适合炼钢车间多变的石灰产品的需求，有广阔的推广空间。

3套筒窑新技术应用效果及前景

首钢京唐套筒窑采用全自动化系统提高了套筒窑生产过程的控制水平，减少人为因素对套筒窑操作的不利影响，有利于套筒窑的稳定顺行；减少操作人员的工作强度；优化后的套筒窑热工系统，适应采用60mm以下较小粒度石灰石原料的要求，为转炉车间“全三脱”转炉冶炼提供稍小粒度的块状石灰，保证转炉生产有较短的冶炼周期；同时，提高了矿山的利用率，有利于我国可持续发展战略在石灰石矿的实施。

首钢京唐石灰窑工程炼钢用石灰和轻烧白云石，经简单筛分后用皮带机直送炼钢高位料仓，减少运输过程中石灰的破碎和吸潮，可使炼钢生产得到活性度高的粒度合格的造渣剂，从而改善炼钢过程动力学条件；KR脱硫剂实现长距离气力输送，可以较罐车运输减少对道路的运输压力、降低倒运过程脱硫剂粉末外逸对环境的污染。

首钢京唐套筒窑一期一步2座用于生产活性石灰的套筒窑自2009年6月投产以来，生产状况稳定，取得了很好的使用效果，达到了预期设计效果。石灰深加工工艺得到了实践的检验，成功地为铁水预处理、转炉、精炼提供了合格的产品。

套筒窑新技术研发团队

首钢国际工程公司非常重视套筒窑新技术的研发工作，组织成立了专业技术团队。团队成员在套筒窑热工系统、套筒窑内衬结构、燃烧器国产化研制开发及热工系统FCD仿真计算、系统调试应用等各个环节都进行了认真的研究。基于用户需求，在最短时间内为用户提供一个性能可靠、技术成熟、切实满足生产需要且具有国际先进水平的系统是首钢国际工程公司追求的方向。

（首钢国际工程公司周宏）