礦渣粉磨技術(shù)進(jìn)展
2006-07-21 00:00
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(dá)到2.74億噸，2005年預(yù)計(jì)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?yàn)槿绱耍由系V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(dú)粉磨加工應(yīng)用。
礦渣粉磨技術(shù)主要分為球磨、輥壓機(jī)和輥磨三種系統(tǒng)。球磨系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)要求低，操作簡單，缺點(diǎn)是電耗高，烘干能力有限。輥壓機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電耗省，缺點(diǎn)是沒有烘干能力，完全靠外圍設(shè)備進(jìn)行烘干，系統(tǒng)工藝較復(fù)雜。輥磨系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是電耗低，與輥壓機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)，烘干能力強(qiáng)，可以烘干20％以上的水分，系統(tǒng)工藝簡單，不足之處是主機(jī)設(shè)備要進(jìn)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(tuán)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(xiàng)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(jì)由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)（其中控制系統(tǒng)由海螺自行設(shè)計(jì)完成），主機(jī)采用萊歇公司（Loesche）供貨的LM46C/S2+2輥磨，主機(jī)設(shè)備價4000多萬人民幣。原設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(tuán)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(yùn)行，隨后武鋼、唐鋼等多家鋼鐵集團(tuán)和部分水泥企業(yè)也進(jìn)口了輥磨粉磨礦渣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，進(jìn)口的礦渣輥磨接近30臺套，50%以上的設(shè)備已投入運(yùn)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(jì)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(xì)粉磨設(shè)備開發(fā)”的研科研項(xiàng)目，主要利用試驗(yàn)輥磨進(jìn)行高細(xì)礦渣粉磨試驗(yàn)。考慮到粉磨礦渣所需的壓力較高，在改進(jìn)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(yàn)時的壓輥投影壓力達(dá)到1600kN/m2，另外專為試驗(yàn)設(shè)計(jì)了配套的高效籠型選粉機(jī)。
試驗(yàn)的首要目的是探索利用TRM型輥磨制備5000cm2/g細(xì)度礦渣粉的可能性，然后研究壓力、擋料圈高度和選粉機(jī)轉(zhuǎn)速等有關(guān)參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果證明：
⑴ 利用輥磨可以生產(chǎn)出任何細(xì)度的礦渣粉，關(guān)鍵設(shè)備是選粉機(jī)；
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(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)。
在試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，首先開展了用于球磨系統(tǒng)的超細(xì)選粉機(jī)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(jī)規(guī)格為φ2.2×11米）系統(tǒng)的技術(shù)改造和超細(xì)選粉機(jī)的設(shè)備供貨合同，滿足超細(xì)水泥、高細(xì)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(xì)礦渣的工程項(xiàng)目，也為大型礦渣輥磨及系統(tǒng)的開發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。
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(yàn)、吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，先后開發(fā)設(shè)計(jì)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(jìn)展。礦渣磨和生料磨在整體結(jié)果方面相近，但是在具體細(xì)節(jié)參數(shù)方面還存在較大差別。
輥壓：壓力是輥磨設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，生料粉磨實(shí)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(jī)構(gòu)強(qiáng)度有較大不同。
料層特性：原料入磨粒度較粗，成品也較粗，R80m≥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(xì)度R45m≤3％，磨盤上的物料很細(xì)，摩擦系數(shù)小，含氣量多，不易形成料層。因此礦渣磨設(shè)計(jì)時要對盤上料進(jìn)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(jì)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(jī)的要求：根據(jù)礦渣粉的細(xì)度要求，選粉機(jī)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(jìn)入成品；再者，選粉機(jī)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(jī)仍要求有較強(qiáng)的烘干能力。根據(jù)熱平衡計(jì)算確定需要的熱風(fēng)量，由此精心設(shè)計(jì)通風(fēng)單元。
2003年，杭鋼集團(tuán)爐料公司通過調(diào)研，計(jì)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(jì)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(jī)供貨和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dá)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(jī)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(jìn)入粉磨區(qū)域前先進(jìn)行預(yù)壓實(shí)、排氣，保證料層的形成；設(shè)計(jì)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(jī)可以便調(diào)節(jié)成品細(xì)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(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。磨機(jī)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(jī)規(guī)格 φ3150mm
選粉機(jī)電機(jī) 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(jì)量皮帶秤、皮帶輸送機(jī)、三道鎖風(fēng)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(yùn)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(fēng)環(huán)進(jìn)入的熱氣體帶起，粗顆粒落到磨盤再粉磨，較細(xì)顆粒被帶到選粉機(jī)進(jìn)行分選，粗粉也返回到磨盤再粉磨，合格細(xì)粉被帶入袋式收塵器收集作為成品，成品細(xì)度可通過改變選粉機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。部分難磨的大顆粒物料（包括鐵渣）落入風(fēng)環(huán)，通過吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過除鐵后再次進(jìn)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(jī)等設(shè)備送入到成品庫中。
烘干用熱風(fēng)由燃起熱風(fēng)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(fēng)爐系統(tǒng)，燃燒產(chǎn)生的熱氣體進(jìn)入磨機(jī)，實(shí)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(fēng)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，出磨氣體通過收塵器凈化后由系統(tǒng)風(fēng)機(jī)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(diǎn)。
系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了三道除鐵裝置：計(jì)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(yùn)點(diǎn)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(xì)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(jì)算機(jī)集中控制，監(jiān)測全部的設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)，并實(shí)施連鎖保護(hù)。控制室還裝備工業(yè)電視，可對現(xiàn)場關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)控，降低事故率。
5、運(yùn)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(xì)度控制不理想等問題，后通過對設(shè)備和工藝系統(tǒng)進(jìn)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(biāo)進(jìn)行了考核，考核結(jié)果表明，本系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)值，達(dá)到同類進(jìn)口設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)。
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項(xiàng)目 |
設(shè)計(jì) |
運(yùn)行 |
校正 |
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產(chǎn)量, t/h |
45 |
44.6 |
52 |
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比表面積, cm2/g |
4200-4500 |
4987
(R45m=0.4%) |
4500 |
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主機(jī)電耗,kWh/t |
33 |
32.4 |
27.5 |
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選粉機(jī)電耗,kWh/t |
2 |
1.2 |
1.1 |
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風(fēng)機(jī)電耗,kWh/t |
10 |
10 |
8.7 |
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系統(tǒng)電耗,kWh/t |
45 |
43.6 |
37.3 |
為了保證產(chǎn)品的性能指標(biāo)，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45m的篩余只有0.4%。另外，7天和28天的活性指數(shù)分別達(dá)到87～99％和97～107％，達(dá)到S95礦渣粉標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)值高17％，電耗低13％。
6、問題處理
6.1 磨機(jī)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(diǎn)是粒度大，易磨性差，磨蝕性強(qiáng)，進(jìn)入磨機(jī)后容易引起磨輥跳動，破壞料層，加劇磨機(jī)振動。另外因?yàn)橐啄バ圆?，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(yùn)點(diǎn)增設(shè)了一臺振動篩，篩除這些渣塊，從而保證了磨機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。
6.2 選粉機(jī)的調(diào)整
投產(chǎn)初期，產(chǎn)品比表面積較低，細(xì)度較粗，提高選粉機(jī)轉(zhuǎn)速后效果不明顯，而且加重的選粉機(jī)的負(fù)荷。整改期間調(diào)整導(dǎo)風(fēng)葉片的角度，加大氣體的漩流作用，再次生產(chǎn)時選粉機(jī)的負(fù)荷下降，調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)品粒度級配合理。
6.3 堵料
磨機(jī)外循環(huán)物料中含有礦渣細(xì)粉，細(xì)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(yùn)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(jī)的外循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為閉路循環(huán)，循環(huán)料從磨機(jī)排出經(jīng)拉鏈機(jī)入斗式提升機(jī)，然后經(jīng)過超精細(xì)除鐵器入磨。閉路循環(huán)的缺點(diǎn)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(jī)的外循環(huán)量不能太多，否則磨機(jī)料層不穩(wěn)，振動加劇，磨機(jī)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(yùn)行結(jié)果看，性能指標(biāo)超過預(yù)期值，達(dá)到同類進(jìn)口設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)，但是，有些方面如磨損問題還需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。天津院將認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，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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