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摘 要：回转窑结圈与多种因素有关，例如物料的组成、煤粉与风力的配合等，在煅烧过程中，窑内会发生多种物理化学变化，本文主要对回转窑产生硫碱圈的原因进行分析，同时提出其处理及控制方法。
关键词：回转窑；硫碱圈；处理方法；控制措施
随着1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立窑后，越来越多适合各种应用的窑体不断被设计出来。现在回转窑主要用来进行水泥、冶金化工、耐火材料的焙烧，广泛地使用在对固体物料进行机械、物理或者化学处理。在反应的过程中，往往会出现一些结圈现象，这些圈体本身就是原材料的一部分，所以会造成大量的物料消耗和能源消耗，影响工程发展，所以控制结圈成为回转窑工作的一个大难题。
1.回转窑工作的基本原理
回转窑的主体是一个由几种不同厚度的钢板卷成的筒体，在筒体内部镶嵌有耐火砖，而在圆筒外面套有轮带，用来带动筒体旋转，筒体本身有一定的斜度，整体坐落在三组托轮上。回转窑需要促进物料的运动，由于筒体本身具有一定的斜度，并且以一定速度回转，物料可以顺势从窑尾向窑头运动，其速度主要与窑径、转速、倾斜度和物料的物理性质有关，操作也有一定的影响。在回转窑运转过程中需要燃料进行煅烧，主要物质是煤，同时需要提供一次风将煤粉和氧气输送进去。在不断的煅烧下，最终将生料粉煅烧为熟料。
2.回转窑产生不同内结圈
回转窑在运行过程中，物料附着其余杂质可能会在窑内结圈，这种内结圈会严重影响回转窑的工况。一般情况，回转窑的内结圈有三种：第一类是料浆圈（又称泥巴圈），这种圈主要存在湿法窑冷端料浆蒸发带；第二类是硫碱圈，这种圈主要存在窑内过渡带，其温度较高，约为930℃，物料中如果存在较多的SO3、Na2O和K2O等，它们在高温下容易互相发生化学反应，产生水溶性物质，在圈内结成粘性液相；第三种是熟料圈，主要在烧成带的前后两端。
3.回转窑产生硫碱圈的原因
回转窑结圈是一个复杂的化学过程，其与物料成分、反应温度及窑体结构都有很大的关系，往往是多个因素相互交联在一起，而不是单一因素造成的。但是目前一般认为是在烧成带和过渡带处，主要是由于物料和耐火砖表面温度之间的温差较小，所以耐火砖的温度较低不足以使物料保持液相的过热状态，使得一些无机盐相互发生反应产生液相，液相逐渐增多粘度加大，整体会黏在窑内，逐渐集结成圈。
3.1.入窑生料成分波动较大
CaO、A1203、Fe203、Si02含量偏低，而R20和S03含量偏高。生料中的有害成分在熟料煅烧过程中先后分解、气化和挥发在温度较低的窑尾凝聚粘附在生料颗粒表面，随生料一起入窑，容易在窑后部结成硫碱圈。根据煅烧的物质不同，入窑生料也明显不同，一般来说硫碱圈易接在温度930℃处，如果物料中存在较多S03，其在930℃与Na2O和K2O生产易容的硫酸盐，在液相中不断黏连，使得圈越来越大。不过这种液相圈有一个特点，其临界温度在1000℃，超过1000℃时，硫酸盐就容易挥发，而后在圈里自行脱离，但是会给物料产生一些杂质。另外R2O（碱性氧化物）较多时也容易产生硫碱圈。
3.2.窑内温度影响
在回转窑中，物料会从冷端向热端移动，随着温度的增加C3A和C4AF逐渐溶入，出现液相，温度继续升高，C2S逐渐与游离的氧化钙溶解成硅酸盐液相，其粘度与温度呈负相关关系，所以温度出现改变时容易结圈。在烧成带后端边界处温度约为1300℃，这个温度较低，如果碰上液相多粘度大的物料时，则会挂在窑皮上形成一层结圈，由于新的窑皮不断出现，所以结圈进一步扩大。
3.3.煤粉的影响
回转窑在煅烧过程中需要煤粉，如果风煤料没有匹配好，达不到所需温度或者温度过高，都会产生液相。一般来说入窑时煤粉的灰分含量加多，熔融温度较低会严重影响生料煅烧，造成过早出现熔融状态。另外，在操作过程中，如果风煤料配合不当，同时也会产生还原气氛，使Fe2O3被还原成FeO，与SiO2结合后产生低熔点物质，产生结圈。
3.4.其他因素
风速、窑速等也会影响硫碱圈的形成。风速主要是与煤粉的燃烧有关，从而影响温度，而窑转动速率主要是影响物料的走势和进程，物料转动的慢一些结在窑壁上的窑皮就容易掉下来，而如果转动较快则不容易掉下来形成越来越厚的结圈。
4.回转要内产生硫碱圈的处理方法
当回转窑内产生内结圈时，需要及时的进行清理，如果清理不及时则会影响窑内整体温度，甚至堵塞窑内通风，引起更严重的问题。由于硫碱圈的特殊化学性质，可以采取冷热交替的方式进行处理，尽量加大其温度差，使圈体在温度变化下发生松弛、垮落；也可直接将煅烧温度提高到1000℃以上，使得硫碱圈风化，直接掉落，但是时间可能较长，且不易除干净；另外也可以直接使用高压水枪或者物理方式直接剔除，但離窑头较近的圈体较为坚固，不易通过物理方式进行除去。
5.控制回转窑产生硫碱圈的方式
5.1.选择合适的配料方案
不同的煅烧制度需要不同的配料方案，同时也需要不同的温度和风速，所以针对每条窑，需要选择合理的配料方案，精确计算出所需能量及氧气含量，从而保证在运行中不会产生较多的能源浪费或煅烧不充分的情况。
5.2.减少原材料中的有害成分
对于硫碱圈来说，主要的化学元素是硫，硫广泛存在于物料中，也容易和其他无机物发生反应，这就要求在运行前对原材料进行充分的分析和筛选，尽可能减少硫及其他碱性氧化物的含量。
5.3.控制煤粉细度及火焰
煤粉中含有煤灰，会沉落在物料中，这样会降低液相的形成温度，增加液相数量，当煤粉含量较低时，影响不明显，如果含量较高，则会直接附着在窑壁上形成结圈。煤中往往也存在有S，燃烧后产生SO2、SO3等有害气体，同样可以和物料中的物质反应，所以在燃烧之前需要求煤粉进行脱硫处理。煤粉的细度不同也影响着整体的温度，在结圈地区需要提高其温度，减少液相的粘度，使其与耐火砖的表面分开。
结束语
回转窑结硫碱圈的原因多种多样，影响因素也较为繁杂，产生硫碱圈是不可避免的，但是，我们可以通过调节合适的配料方案、降低原材料中有害成分、合理控制风速和煤粉质量来进行调节控制，尽可能减少圈体沉积，当发生结圈时需要尽快处理，保证窑内通风。
参考文献
[1].Amit Chatterjee，Mukhopadhyay P K.Flow of Materials in Rotary Kilns Used for Sponge Iron Manufacture：Part III.Effect of Ring Formation Within the Kiln[J]. Metallurgical and Materials Transactions B，1983，14（3）：393.
[2].范晓慧，甘敏，袁立顺，等.氧化球团链箅机—回转窑接圈机理的研究[J].钢铁，2008，43（3）：15.
[3].聂建华，张子洋，乔婉，等.球团矿回转窑内结圈物的特性研究[J].武汉科技大学学报，2010，33（5）；527.
[4].宁加明，黄永安，李光军.昆钢球团生产线回转窑结圈原因分析及控制[J].昆钢科技，2008（秋季增刊）：83.
（作者单位：华润水泥（封开）有限公司）
关键词：回转窑；硫碱圈；处理方法；控制措施
随着1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立窑后，越来越多适合各种应用的窑体不断被设计出来。现在回转窑主要用来进行水泥、冶金化工、耐火材料的焙烧，广泛地使用在对固体物料进行机械、物理或者化学处理。在反应的过程中，往往会出现一些结圈现象，这些圈体本身就是原材料的一部分，所以会造成大量的物料消耗和能源消耗，影响工程发展，所以控制结圈成为回转窑工作的一个大难题。
1.回转窑工作的基本原理
回转窑的主体是一个由几种不同厚度的钢板卷成的筒体，在筒体内部镶嵌有耐火砖，而在圆筒外面套有轮带，用来带动筒体旋转，筒体本身有一定的斜度，整体坐落在三组托轮上。回转窑需要促进物料的运动，由于筒体本身具有一定的斜度，并且以一定速度回转，物料可以顺势从窑尾向窑头运动，其速度主要与窑径、转速、倾斜度和物料的物理性质有关，操作也有一定的影响。在回转窑运转过程中需要燃料进行煅烧，主要物质是煤，同时需要提供一次风将煤粉和氧气输送进去。在不断的煅烧下，最终将生料粉煅烧为熟料。
2.回转窑产生不同内结圈
回转窑在运行过程中，物料附着其余杂质可能会在窑内结圈，这种内结圈会严重影响回转窑的工况。一般情况，回转窑的内结圈有三种：第一类是料浆圈（又称泥巴圈），这种圈主要存在湿法窑冷端料浆蒸发带；第二类是硫碱圈，这种圈主要存在窑内过渡带，其温度较高，约为930℃，物料中如果存在较多的SO3、Na2O和K2O等，它们在高温下容易互相发生化学反应，产生水溶性物质，在圈内结成粘性液相；第三种是熟料圈，主要在烧成带的前后两端。
3.回转窑产生硫碱圈的原因
回转窑结圈是一个复杂的化学过程，其与物料成分、反应温度及窑体结构都有很大的关系，往往是多个因素相互交联在一起，而不是单一因素造成的。但是目前一般认为是在烧成带和过渡带处，主要是由于物料和耐火砖表面温度之间的温差较小，所以耐火砖的温度较低不足以使物料保持液相的过热状态，使得一些无机盐相互发生反应产生液相，液相逐渐增多粘度加大，整体会黏在窑内，逐渐集结成圈。
3.1.入窑生料成分波动较大
CaO、A1203、Fe203、Si02含量偏低，而R20和S03含量偏高。生料中的有害成分在熟料煅烧过程中先后分解、气化和挥发在温度较低的窑尾凝聚粘附在生料颗粒表面，随生料一起入窑，容易在窑后部结成硫碱圈。根据煅烧的物质不同，入窑生料也明显不同，一般来说硫碱圈易接在温度930℃处，如果物料中存在较多S03，其在930℃与Na2O和K2O生产易容的硫酸盐，在液相中不断黏连，使得圈越来越大。不过这种液相圈有一个特点，其临界温度在1000℃，超过1000℃时，硫酸盐就容易挥发，而后在圈里自行脱离，但是会给物料产生一些杂质。另外R2O（碱性氧化物）较多时也容易产生硫碱圈。
3.2.窑内温度影响
在回转窑中，物料会从冷端向热端移动，随着温度的增加C3A和C4AF逐渐溶入，出现液相，温度继续升高，C2S逐渐与游离的氧化钙溶解成硅酸盐液相，其粘度与温度呈负相关关系，所以温度出现改变时容易结圈。在烧成带后端边界处温度约为1300℃，这个温度较低，如果碰上液相多粘度大的物料时，则会挂在窑皮上形成一层结圈，由于新的窑皮不断出现，所以结圈进一步扩大。
3.3.煤粉的影响
回转窑在煅烧过程中需要煤粉，如果风煤料没有匹配好，达不到所需温度或者温度过高，都会产生液相。一般来说入窑时煤粉的灰分含量加多，熔融温度较低会严重影响生料煅烧，造成过早出现熔融状态。另外，在操作过程中，如果风煤料配合不当，同时也会产生还原气氛，使Fe2O3被还原成FeO，与SiO2结合后产生低熔点物质，产生结圈。
3.4.其他因素
风速、窑速等也会影响硫碱圈的形成。风速主要是与煤粉的燃烧有关，从而影响温度，而窑转动速率主要是影响物料的走势和进程，物料转动的慢一些结在窑壁上的窑皮就容易掉下来，而如果转动较快则不容易掉下来形成越来越厚的结圈。
4.回转要内产生硫碱圈的处理方法
当回转窑内产生内结圈时，需要及时的进行清理，如果清理不及时则会影响窑内整体温度，甚至堵塞窑内通风，引起更严重的问题。由于硫碱圈的特殊化学性质，可以采取冷热交替的方式进行处理，尽量加大其温度差，使圈体在温度变化下发生松弛、垮落；也可直接将煅烧温度提高到1000℃以上，使得硫碱圈风化，直接掉落，但是时间可能较长，且不易除干净；另外也可以直接使用高压水枪或者物理方式直接剔除，但離窑头较近的圈体较为坚固，不易通过物理方式进行除去。
5.控制回转窑产生硫碱圈的方式
5.1.选择合适的配料方案
不同的煅烧制度需要不同的配料方案，同时也需要不同的温度和风速，所以针对每条窑，需要选择合理的配料方案，精确计算出所需能量及氧气含量，从而保证在运行中不会产生较多的能源浪费或煅烧不充分的情况。
5.2.减少原材料中的有害成分
对于硫碱圈来说，主要的化学元素是硫，硫广泛存在于物料中，也容易和其他无机物发生反应，这就要求在运行前对原材料进行充分的分析和筛选，尽可能减少硫及其他碱性氧化物的含量。
5.3.控制煤粉细度及火焰
煤粉中含有煤灰，会沉落在物料中，这样会降低液相的形成温度，增加液相数量，当煤粉含量较低时，影响不明显，如果含量较高，则会直接附着在窑壁上形成结圈。煤中往往也存在有S，燃烧后产生SO2、SO3等有害气体，同样可以和物料中的物质反应，所以在燃烧之前需要求煤粉进行脱硫处理。煤粉的细度不同也影响着整体的温度，在结圈地区需要提高其温度，减少液相的粘度，使其与耐火砖的表面分开。
结束语
回转窑结硫碱圈的原因多种多样，影响因素也较为繁杂，产生硫碱圈是不可避免的，但是，我们可以通过调节合适的配料方案、降低原材料中有害成分、合理控制风速和煤粉质量来进行调节控制，尽可能减少圈体沉积，当发生结圈时需要尽快处理，保证窑内通风。
参考文献
[1].Amit Chatterjee，Mukhopadhyay P K.Flow of Materials in Rotary Kilns Used for Sponge Iron Manufacture：Part III.Effect of Ring Formation Within the Kiln[J]. Metallurgical and Materials Transactions B，1983，14（3）：393.
[2].范晓慧，甘敏，袁立顺，等.氧化球团链箅机—回转窑接圈机理的研究[J].钢铁，2008，43（3）：15.
[3].聂建华，张子洋，乔婉，等.球团矿回转窑内结圈物的特性研究[J].武汉科技大学学报，2010，33（5）；527.
[4].宁加明，黄永安，李光军.昆钢球团生产线回转窑结圈原因分析及控制[J].昆钢科技，2008（秋季增刊）：83.
（作者单位：华润水泥（封开）有限公司）