用机立窑焙烧锰矿的探讨
摘要：“差动烧结机”通过设备的设计改进抵消了普通机立窑的“边壁效应”、“漏斗效应”。
关键词：机立窑 差动烧结机 边壁效应 漏斗效应 烧结机
0 引言
机立窑是一种成熟、经济适用的立式炉窑。自1824年英国人发明了*上*台立窑，用于水泥煅烧至今已有190年历史。后被成功用于红土镍矿、锰矿、铬矿、铜矿烧结，称为：竖式烧结机，也有了近10年的时间，且产能同比回转窑焙烧节省了90%的土地和资金，同比环式、带式、步进式烧结机吨烧结块仅节约煤气费用就可达30元。
但现有的竖式烧结机存在的先天垢病（边壁效应和漏斗效应），不能形成大型化、规模化，在一定程度上制约着我国红土镍矿、锰矿、铜矿、铬矿烧结等特钢冶炼行业的经济效益和发展进程。
徐州巨旋重型机械有限公司技术人员，通过20多年的研究发明了 “差动烧结机”（*原名：差动卸料机械化水泥立窑），彻底根治了传统竖式烧结机的先天诟病，基本实现等温煅烧这一立式炉窑的百年夙愿，能可靠走向大型化、规模化，给红土镍矿、铜矿、锰矿、铬矿烧结等特钢冶炼行业带来了福音。
1 传统机立窑的优缺点
传统机立窑结构（图1）
1.1优点
1.1.1 热交换效率高，散热损失小
熟料烧成过程中，锰矿石与燃煤掺和到一起进行燃烧，热交换效率高，散热损失小，其传热方式是所有窑炉中*好的，料球在自然状态下，边燃烧边受热烧成熟料，有*佳的物料热导、燃烧、高温反应工况条件(图2)。
图2
1.1.2 占地面积小，投资效率高
机立窑立窑系统吨烧结料投资小，占地少。具初步估算，同样产量只有旋窑的*之一，因此建厂周期短，设备简单易制，投资效率高
1.1.3 地区适应性强，工业废渣利用率高
边远山区及交通欠发达地区，新型旋窑生产线就不宜上，而机立窑就非常适合
1.1.4 控制和管理简单易操作
新型干法旋窑对控制和管理人员要求极高，一般需约20名工程技术人员经过二到三个月的培训才能上岗，而机立窑一般人员均可操作，即使培训也只需10—20天即可(图6、图7)。
图6
1.1.5 废气处理简单
回转窑对废气处理及余热利用比较复杂，投资也大。而机立窑就简单多了，余热都被利用加热风了，没有一点浪费（图8）。
图8
1.2 缺点
1.2.1 劳动生产力低
机立窑的产量与窑径的平方成正比，由于受到窑径的限制，传统机立窑窑径一般在3.8米以下，日产量均在500吨烧结块以下，不能大型产业化。许多企业都建成了立窑群，*多的达九台机立窑，烧成系统复杂，工艺布置困难（图9）。
图9
1.2.2 质量不稳定，“抽芯”、“下黄料”经常发生，产量、质量降低
由于机立窑属于筒式烧结炉，底部通风时有“边壁效应”，即从炉壁上风多于中心上风，从而造成中风不足、边风过剩，中心物料烧成速度慢于边部物料的烧成速度，其后果必然是料球中燃煤的不均匀燃烧，热能的大量损耗。另外筒式烧结机还有一个致命的缺陷——“漏斗效应”，即物料下移过程中，中心物料的下移速度快于边部的物料下移速度。以上两个“效应”造成了“抽芯”、“下黄料”、“过烧料”的现象经常发生，导致了产量、质量大幅度降低（图10）。
图10
1.2.3 部件庞大、制造安装困难、无法大型产业化
机立窑要向大直径方向发展，但传统机立窑的塔篦、大齿轮等部件，体积庞大，制造、运输、安装困难，无法保证窑内的熟料正常烧成及卸出。固定颚板、塔篦等部件磨损快，更换周期短，出料温度高，增加了热损失，因此限制了进一步向大型化发展的道路。
连云港某冶金厂Φ3.2米普通立窑出料情况:“黄球”、碎料很多，返料率达40%多，结晶水未完全烧失，直接影响到下一道工序的冶炼
2 “差动窑”发明内容
“差动窑”结构（图12）
2.1 中心传动与边缘传动相结合差动卸料，增强“中风”，杜绝“抽芯”，无“黄球”及“过烧料”
1） 将中心塔尖下部直径缩小，高度增加，有效地将风送到燃烧带中心，弥补“边壁效应”造成的中风不足。为快速烧制高质量的熟料创造了良好的热工条件。
2） 降低中心塔尖的转速，甚至可以停转、反转，彻底解决了中心卸料快、边部卸料慢而造成的“抽芯”、“下黄料”的问题，抵消了“漏斗效应”，使燃烧带稳定。
3） 在中心塔尖周围设计了一个环形篦圈，由边缘两个小齿轮带动其旋转（可正反转），相对中心塔尖差速转动，增加了卸料截面积（2—3个环形卸料口），卸料口尺寸大大降低，从而缩小了出料粒度，更利于熟料的急冷，并使游离氧化钙易于消解，提高了水泥的安定性。
4） 中心塔尖和环形篦圈转速均可调（配变频器），可正反转，保证了料面的均匀下降，“底火”更稳定，增加了对熟料的破碎能力（图13）。
图13
2.2 中心塔、环形篦圈及大齿轮均设计成多层、多段分体式制造，安装更换*方便
“差动烧结机”有独特的部件设计原则：中心塔尖由四层组成，环形篦圈分六块，大齿轮为16段，降低了单个部件的重量，制造、运输、安装、更换*方便。如：在检修门就可更换大齿轮。由于卸料面积增大，转速又低，所以易损件更换周期大大延长。
2.3 采用水平多向气室通风，彻底解决了窑内通风不均匀的问题，达到加料、烧成、卸料三平衡
采用两侧水平气室向中心塔尖、环形篦圈底部多管道均布通风及腰部配风相结合的形式，彻底解决了窑内通风不均匀的现象，提高了熟料的烧成效率。有效降低了熟料烧成热耗，达到加料、烧成、卸料三平衡，产量、质量大幅度提高。
重庆巫溪县渝溪集团Φ5.0米“差动窑”出料情况:基本无生料及碎料，产量达38吨/小时。窑面通风均匀，无“抽芯”、“塌边”、“结圈”现象。操作工人的劳动强度大大降低，返料率低到3%以下，标煤配比7%以下(图15)。
3 结论
“差动烧结机”具有以下特点
1）节省能源（热能及电能）
2) 易于环保
3) 节省投资
4) 节约土地
5) 管理简单
6) 施工周期短
7) 适宜边远落后、交通欠发达地区和资源条件受限制地区的生产线建设
徐州巨旋重型机械有限公司5-8米“差动烧结机”的诞生、机立窑“瓶颈”的重大突破，给红土镍矿、锰矿、铬矿、铜矿冶金企业带来了福音，是*冶金工业的又一次革命，必将造福于人们，造福于社会。
