礦渣粉磨技術(shù)進展

2006-07-21 00:00  留言

1、概述

我國是一個鋼鐵大國，礦渣資源豐富。鋼鐵產(chǎn)量2004年達到2.74億噸，2005年預(yù)計3.5億噸，按礦渣產(chǎn)率30％估算，我國礦渣產(chǎn)量2004年為8000萬噸，2005年為1億噸左右。但是相對于我國的水泥產(chǎn)量來說，2004年為9.7億噸，礦渣產(chǎn)量并不大。也正因為如此，加上礦渣的諸多良好特性，礦渣早已作為一種不可多得的資源，被單獨粉磨加工應(yīng)用。

礦渣粉磨技術(shù)主要分為球磨、輥壓機和輥磨三種系統(tǒng)。球磨系統(tǒng)的優(yōu)點是技術(shù)要求低，操作簡單，缺點是電耗高，烘干能力有限。輥壓機系統(tǒng)的優(yōu)點是電耗省，缺點是沒有烘干能力，完全靠外圍設(shè)備進行烘干，系統(tǒng)工藝較復(fù)雜。輥磨系統(tǒng)的優(yōu)點是電耗低，與輥壓機系統(tǒng)相當，烘干能力強，可以烘干20％以上的水分，系統(tǒng)工藝簡單，不足之處是主機設(shè)備要進口，投資高。因此應(yīng)用最多的還是輥磨系統(tǒng)，至今礦渣和水泥終粉磨輥磨全球已銷售了100多臺，礦渣磨和水泥磨各半。

我國首套礦渣輥磨系統(tǒng)是臺灣水泥股份有限公司與安徽海螺集團合資的安徽朱家橋水泥有限公司的礦渣/水泥生產(chǎn)線，該項目從1997年籌建，于2000年7月份投料試生產(chǎn)，2000年底正式生產(chǎn)。工程設(shè)計由天津水泥工業(yè)設(shè)計院承擔（其中控制系統(tǒng)由海螺自行設(shè)計完成），主機采用萊歇公司（Loesche）供貨的LM46C/S2+2輥磨，主機設(shè)備價4000多萬人民幣。原設(shè)計分別粉磨制備P.Ⅰ型純硅水泥和礦渣粉，再按1:1的比例配置PS425礦渣水泥。投產(chǎn)后為滿足新標準和市場的需要，主要生產(chǎn)銷售PS42.5礦渣水泥和商品礦渣粉。

同時，上海寶鋼集團下屬的寶田新型建材有限公司籌建的礦渣輥磨系統(tǒng)亦于2000年底投入運行，隨后武鋼、唐鋼等多家鋼鐵集團和部分水泥企業(yè)也進口了輥磨粉磨礦渣。據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前為止，進口的礦渣輥磨接近30臺套，50%以上的設(shè)備已投入運行，這意味著世界上有一般的礦渣輥磨銷售到中國。

2、礦渣粉磨技術(shù)研究

天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院從1998年開始礦渣粉磨技術(shù)的研究，并確立了題為“高細粉磨設(shè)備開發(fā)”的研科研項目，主要利用試驗輥磨進行高細礦渣粉磨試驗?？紤]到粉磨礦渣所需的壓力較高，在改進加壓系統(tǒng)的同時，將磨輥的寬度從75mm改為50mm，這樣可以保證試驗時的壓輥投影壓力達到1600kN/m²，另外專為試驗設(shè)計了配套的高效籠型選粉機。

試驗的首要目的是探索利用TRM型輥磨制備5000cm²/g細度礦渣粉的可能性，然后研究壓力、擋料圈高度和選粉機轉(zhuǎn)速等有關(guān)參數(shù)。試驗結(jié)果證明：

⑴ 利用輥磨可以生產(chǎn)出任何細度的礦渣粉，關(guān)鍵設(shè)備是選粉機；

⑵ 粉磨礦渣時的磨輥投影壓力約為粉磨生料時壓力的2倍；

⑶ 粉磨礦渣時不易形成料床，磨內(nèi)結(jié)構(gòu)要進行適當改進。

在試驗成功的基礎(chǔ)上，首先開展了用于球磨系統(tǒng)的超細選粉機的開發(fā)。2000年4月我院與葛洲壩股份有限公司水泥廠簽定了7^#磨（磨機規(guī)格為φ2.2×11米）系統(tǒng)的技術(shù)改造和超細選粉機的設(shè)備供貨合同，滿足超細水泥、高細礦渣的生產(chǎn)需要，2001年投產(chǎn)成功并通過行業(yè)技術(shù)鑒定，此后承接了多套小規(guī)格球磨系統(tǒng)制備高細礦渣的工程項目，也為大型礦渣輥磨及系統(tǒng)的開發(fā)積累了經(jīng)驗。

3、TRMS礦渣輥磨開發(fā)

礦渣輥磨的基礎(chǔ)是原料用TRM輥磨技術(shù)。天津院從八十年代初開始了輥式磨的開發(fā)研制工作，在不斷總結(jié)經(jīng)驗、吸收國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后開發(fā)設(shè)計了TRM14、TRM17、TRM22、TRM25、TRM3641、TRM3841等規(guī)格的生料輥磨系列產(chǎn)品。特別在近年，2500tpd和3000tpd生產(chǎn)線配套的TRM輥磨取得新的進展。礦渣磨和生料磨在整體結(jié)果方面相近，但是在具體細節(jié)參數(shù)方面還存在較大差別。

輥壓：壓力是輥磨設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，生料粉磨實際需要的最佳磨輥投影壓力為500～700kN/m²，粉磨礦渣時需要的最佳壓力在1000kN/m²以上，因此傳動配置和粉磨機構(gòu)強度有較大不同。

料層特性：原料入磨粒度較粗，成品也較粗，R_80m≥12％，內(nèi)循環(huán)次數(shù)較少，磨盤上的物料較粗，摩擦系數(shù)大，含氣量少，容易形成料層。而礦渣粉要求的比表面積＞4000cm²/g，細度R_45m≤3％，磨盤上的物料很細，摩擦系數(shù)小，含氣量多，不易形成料層。因此礦渣磨設(shè)計時要對盤上料進行預(yù)壓排氣，保證料層的相對穩(wěn)定。

磨損特性：礦渣含有一定量的金屬鐵，磨蝕性較大，磨輥輥套和磨盤襯板的耐磨處理至關(guān)重要。另外，系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮多重除鐵，除鐵效果越好，磨損件的使用周期越長。

選粉機的要求：根據(jù)礦渣粉的細度要求，選粉機轉(zhuǎn)子的線速度應(yīng)足夠高，使礦粉成品比表面積在4000～6000cm²/g范圍內(nèi)可調(diào)；并且轉(zhuǎn)子密封效果要好，能有效地避免粗顆粒進入成品；再者，選粉機本身也要有良好的抗磨性能。

烘干功能：出渣池的礦渣水分在20％以上，存放一定時間以后可能降低到10～15%，磨機仍要求有較強的烘干能力。根據(jù)熱平衡計算確定需要的熱風量，由此精心設(shè)計通風單元。

2003年，杭鋼集團爐料公司通過調(diào)研，計劃建設(shè)一條年產(chǎn)30萬噸礦渣微粉生產(chǎn)線，并成立了杭州紫恒礦微粉有限公司。為了降低工程投資，決定采用國產(chǎn)設(shè)備。經(jīng)過與天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院多次探討，2003年底雙方簽訂了年產(chǎn)30萬噸礦渣微粉的主機供貨和系統(tǒng)設(shè)計合同。

對于杭州紫恒來說，選用國產(chǎn)輥磨的決策難度較大。一方面，如果成功對于企業(yè)本身可以節(jié)省上千萬元的投資，對于行業(yè)開創(chuàng)了使用國產(chǎn)設(shè)備粉磨礦渣的先例，具有較大的社會效益。然而一旦失敗，損失更大，可能達到數(shù)千萬元。對于天津院來說，雖然在技術(shù)方面經(jīng)過大量的研究分析，但畢竟是國產(chǎn)首臺，如果失敗，將對天津院乃至行業(yè)帶來不良影響。

4、主機設(shè)備及系統(tǒng)流程

礦渣輥磨TRM3131S采用了全新的磨輥磨盤配合方式，物料在進入粉磨區(qū)域前先進行預(yù)壓實、排氣，保證料層的形成；設(shè)計可調(diào)高度的擋料圈和磨內(nèi)噴水系統(tǒng)有利于料層的穩(wěn)定；配備的動靜態(tài)組合式高效選粉機可以便調(diào)節(jié)成品細度和粒度級配；液壓裝置的背壓系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)彈簧剛度，有利于磨機的穩(wěn)定運行。磨機的參數(shù)性能如下：

磨盤直徑 φ3000mm

磨輥規(guī)格 3－φ1650mm

傳動功率 1600kW

選粉機規(guī)格 φ3150mm

選粉機電機 132kW

保證產(chǎn)量 45t/h

比表面積 4200～4500cm²/g

礦渣輥磨系統(tǒng)流程參見圖3。原礦渣儲存于聯(lián)合儲庫中，由抓斗送入喂料倉，經(jīng)計量皮帶秤、皮帶輸送機、三道鎖風閥喂入輥磨，在輥磨中物料隨著磨盤的旋轉(zhuǎn)從其中心向邊緣運動，同時受到磨輥的擠壓而被粉碎。粉碎后的物料在磨盤邊緣處被從風環(huán)進入的熱氣體帶起，粗顆粒落到磨盤再粉磨，較細顆粒被帶到選粉機進行分選，粗粉也返回到磨盤再粉磨，合格細粉被帶入袋式收塵器收集作為成品，成品細度可通過改變選粉機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)。部分難磨的大顆粒物料（包括鐵渣）落入風環(huán)，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過除鐵后再次進入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽、提升機等設(shè)備送入到成品庫中。

烘干用熱風由燃起熱風爐提供。煉鐵產(chǎn)生的高爐煤氣經(jīng)過較長的管道引至磨旁的熱風爐系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的熱氣體進入磨機，實施對入磨物料的烘干和輸送作用，入爐煤氣量可以根據(jù)要求的風溫進行調(diào)節(jié)，出磨氣體通過收塵器凈化后由系統(tǒng)風機排入大氣，其中一部分循環(huán)入磨。這也是首次采用高爐煤氣作為烘干熱源，具有調(diào)節(jié)簡便、清潔環(huán)境、占地面積少和節(jié)約能源的特點。

系統(tǒng)中設(shè)計了三道除鐵裝置：計量秤后的第一條皮帶設(shè)有帶式除鐵器，經(jīng)過兩處轉(zhuǎn)運點后的第三條皮帶設(shè)有另一臺帶式除鐵器，物料循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有一臺精細除鐵器，這三道除鐵裝置可以有效地除去礦渣中的鐵件，降低設(shè)備的磨損。

系統(tǒng)采用計算機集中控制，監(jiān)測全部的設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)，并實施連鎖保護。控制室還裝備工業(yè)電視，可對現(xiàn)場關(guān)鍵部位進行監(jiān)控，降低事故率。

5、運行情況

2005年6月系統(tǒng)投料試生產(chǎn)，生產(chǎn)初期出現(xiàn)料層不穩(wěn)、細度控制不理想等問題，后通過對設(shè)備和工藝系統(tǒng)進行整改，問題得到解決。8月廠院雙方聯(lián)合對該系統(tǒng)的產(chǎn)量電耗等技術(shù)指標進行了考核，考核結(jié)果表明，本系統(tǒng)的實際運行指標優(yōu)于設(shè)計值，達到同類進口設(shè)備的運行指標。

項目	設(shè)計	運行	校正
產(chǎn)量, t/h	45	44.6	52
比表面積, cm²/g	4200-4500	4987 (R_45m=0.4%)	4500
主機電耗,kWh/t	33	32.4	27.5
選粉機電耗,kWh/t	2	1.2	1.1
風機電耗,kWh/t	10	10	8.7
系統(tǒng)電耗,kWh/t	45	43.6	37.3

為了保證產(chǎn)品的性能指標，生產(chǎn)中比表面積按4500cm²/g以上控制，考核期間平均值接近5000cm²/g，而且45m的篩余只有0.4%。另外，7天和28天的活性指數(shù)分別達到87～99％和97～107％，達到S95礦渣粉標準。按照比表面積對產(chǎn)量的影響關(guān)系，換算到4500cm²/g時產(chǎn)量比設(shè)計值高17％，電耗低13％。

6、問題處理

6.1 磨機振動

杭鋼煉鐵廠使用的是小高爐，爐況穩(wěn)定性差，所產(chǎn)礦渣中含有較多渣塊，這種渣塊的特點是粒度大，易磨性差，磨蝕性強，進入磨機后容易引起磨輥跳動，破壞料層，加劇磨機振動。另外因為易磨性差，造成外循環(huán)料增多，影響了料層的穩(wěn)定。整改中在皮帶轉(zhuǎn)運點增設(shè)了一臺振動篩，篩除這些渣塊，從而保證了磨機的穩(wěn)定運行。

6.2 選粉機的調(diào)整

投產(chǎn)初期，產(chǎn)品比表面積較低，細度較粗，提高選粉機轉(zhuǎn)速后效果不明顯，而且加重的選粉機的負荷。整改期間調(diào)整導(dǎo)風葉片的角度，加大氣體的漩流作用，再次生產(chǎn)時選粉機的負荷下降，調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)品粒度級配合理。

6.3 堵料

磨機外循環(huán)物料中含有礦渣細粉，細粉與濕的新料混合時會水化結(jié)塊，從而造成喂料溜管的堵塞，影響運轉(zhuǎn)。后來在入磨喂料溜管處安裝一臺空氣炮，定時清堵，問題得以解決。

6.4 外排系統(tǒng)

磨機的外循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計為閉路循環(huán)，循環(huán)料從磨機排出經(jīng)拉鏈機入斗式提升機，然后經(jīng)過超精細除鐵器入磨。閉路循環(huán)的缺點是有異物時排不出來，外循環(huán)料過多或者需要將磨盤料清空時也排不出來。磨機的外循環(huán)量不能太多，否則磨機料層不穩(wěn)，振動加劇，磨機工況惡化。與生料輥磨不同，礦渣停料后必須馬上抬輥，在沒有新喂料的情況下，外循環(huán)料難以形成料床，因此在外循環(huán)系統(tǒng)中增設(shè)了外排裝置。

7、展望

國產(chǎn)輥磨用于礦渣粉的制備這還是第一次，從目前的運行結(jié)果看，性能指標超過預(yù)期值，達到同類進口設(shè)備的運行指標，但是，有些方面如磨損問題還需進一步優(yōu)化改進。天津院將認真總結(jié)經(jīng)驗，深入研究關(guān)鍵問題，使國產(chǎn)礦渣輥磨形成系列產(chǎn)品，并拓展終粉磨輥磨應(yīng)用領(lǐng)域，節(jié)約能源。

原作者：柴星騰聶文海

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