矿渣粉磨技术进展

      我国是一个钢铁大国，矿渣资源丰富。钢铁产量2004年达到2.74亿吨，2005年预计3.5亿吨，按矿渣产率30％估算，我国矿渣产量2004年为8000万吨，2005年为1亿吨左右。但是相对于我国的水泥产量来说，2004年为9.7亿吨，矿渣产量并不大。也正因为如此，加上矿渣的诸多良好特性，矿渣早已作为一种不可多得的资源，被单独粉磨加工应用。

      矿渣粉磨技术主要分为球磨、辊压机和辊磨三种系统。球磨系统的优点是技术要求低，操作简单，缺点是电耗高，烘干能力有限。辊压机系统的优点是电耗省，缺点是没有烘干能力，完全靠外围设备进行烘干，系统工艺较复杂。辊磨系统的优点是电耗低，与辊压机系统相当，烘干能力强，可以烘干20％以上的水分，系统工艺简单，不足之处是主机设备要进口，投资高。因此应用最多的还是辊磨系统，至今矿渣和水泥终粉磨辊磨全球已销售了100多台，矿渣磨和水泥磨各半。

      我国首套矿渣辊磨系统是台湾水泥股份有限公司与安徽海螺集团合资的安徽朱家桥水泥有限公司的矿渣/水泥生产线，该项目从1997年筹建，于2000年7月份投料试生产，2000年底正式生产。工程设计由天津水泥工业设计院承担（其中控制系统由海螺自行设计完成），主机采用莱歇公司（Loesche）供货的LM46C/S2+2辊磨，主机设备价4000多万人民币。原设计分别粉磨制备P.Ⅰ型纯硅水泥和矿渣粉，再按1:1的比例配置PS425矿渣水泥。投产后为满足新标准和市场的需要，主要生产销售PS42.5矿渣水泥和商品矿渣粉。

      同时，上海宝钢集团下属的宝田新型建材有限公司筹建的矿渣辊磨系统亦于2000年底投入运行，随后武钢、唐钢等多家钢铁集团和部分水泥企业也进口了辊磨粉磨矿渣。据不完全统计，到目前为止，进口的矿渣辊磨接近30台套，50%以上的设备已投入运行，这意味着世界上有一般的矿渣辊磨销售到中国。

      天津水泥工业设计研究院从1998年开始矿渣粉磨技术的研究，并确立了题为“高细粉磨设备开发”的研科研项目，主要利用试验辊磨进行高细矿渣粉磨试验。考虑到粉磨矿渣所需的压力较高，在改进加压系统的同时，将磨辊的宽度从75mm改为50mm，这样可以保证试验时的压辊投影压力达到1600kN/m²，另外专为试验设计了配套的高效笼型选粉机。

      试验的首要目的是探索利用TRM型辊磨制备5000cm²/g细度矿渣粉的可能性，然后研究压力、挡料圈高度和选粉机转速等有关参数。试验结果证明：

      ⑴ 利用辊磨可以生产出任何细度的矿渣粉，关键设备是选粉机；

      ⑵ 粉磨矿渣时的磨辊投影压力约为粉磨生料时压力的2倍；

      ⑶ 粉磨矿渣时不易形成料床，磨内结构要进行适当改进。

      在试验成功的基础上，首先开展了用于球磨系统的超细选粉机的开发。2000年4月我院与葛洲坝股份有限公司水泥厂签定了7^#磨（磨机规格为φ2.2×11米）系统的技术改造和超细选粉机的设备供货合同，满足超细水泥、高细矿渣的生产需要，2001年投产成功并通过行业技术鉴定，此后承接了多套小规格球磨系统制备高细矿渣的工程项目，也为大型矿渣辊磨及系统的开发积累了经验。

      矿渣辊磨的基础是原料用TRM辊磨技术。天津院从八十年代初开始了辊式磨的开发研制工作，在不断总结经验、吸收国内外先进技术的基础上，先后开发设计了TRM14、TRM17、TRM22、TRM25、TRM3641、TRM3841等规格的生料辊磨系列产品。特别在近年，2500tpd和3000tpd生产线配套的TRM辊磨取得新的进展。矿渣磨和生料磨在整体结果方面相近，但是在具体细节参数方面还存在较大差别。

      辊压：压力是辊磨设计的关键参数，生料粉磨实际需要的最佳磨辊投影压力为500～700kN/m²，粉磨矿渣时需要的最佳压力在1000kN/m²以上，因此传动配置和粉磨机构强度有较大不同。

料层特性：原料入磨粒度较粗，成品也较粗，R_80m≥12％，内循环次数较少，磨盘上的物料较粗，摩擦系数大，含气量少，容易形成料层。而矿渣粉要求的比表面积＞4000cm²/g，细度R_45m≤3％，磨盘上的物料很细，摩擦系数小，含气量多，不易形成料层。因此矿渣磨设计时要对盘上料进行预压排气，保证料层的相对稳定。

      磨损特性：矿渣含有一定量的金属铁，磨蚀性较大，磨辊辊套和磨盘衬板的耐磨处理至关重要。另外，系统设计时应考虑多重除铁，除铁效果越好，磨损件的使用周期越长。

      选粉机的要求：根据矿渣粉的细度要求，选粉机转子的线速度应足够高，使矿粉成品比表面积在4000～6000cm²/g范围内可调；并且转子密封效果要好，能有效地避免粗颗粒进入成品；再者，选粉机本身也要有良好的抗磨性能。

      烘干功能：出渣池的矿渣水分在20％以上，存放一定时间以后可能降低到10～15%，磨机仍要求有较强的烘干能力。根据热平衡计算确定需要的热风量，由此精心设计通风单元。

      2003年，杭钢集团炉料公司通过调研，计划建设一条年产30万吨矿渣微粉生产线，并成立了杭州紫恒矿微粉有限公司。为了降低工程投资，决定采用国产设备。经过与天津水泥工业设计研究院多次探讨，2003年底双方签订了年产30万吨矿渣微粉的主机供货和系统设计合同。

      对于杭州紫恒来说，选用国产辊磨的决策难度较大。一方面，如果成功对于企业本身可以节省上千万元的投资，对于行业开创了使用国产设备粉磨矿渣的先例，具有较大的社会效益。然而一旦失败，损失更大，可能达到数千万元。对于天津院来说，虽然在技术方面经过大量的研究分析，但毕竟是国产首台，如果失败，将对天津院乃至行业带来不良影响。

      矿渣辊磨TRM3131S采用了全新的磨辊磨盘配合方式，物料在进入粉磨区域前先进行预压实、排气，保证料层的形成；设计可调高度的挡料圈和磨内喷水系统有利于料层的稳定；配备的动静态组合式高效选粉机可以便调节成品细度和粒度级配；液压装置的背压系统可以调节弹簧刚度，有利于磨机的稳定运行。磨机的参数性能如下：

磨盘直径                φ3000mm

磨辊规格                3－φ1650mm

传动功率                1600kW

选粉机规格          φ3150mm

选粉机电机          132kW

保证产量               45t/h

比表面积               4200～4500cm²/g

      矿渣辊磨系统流程参见图3。原矿渣储存于联合储库中，由抓斗送入喂料仓，经计量皮带秤、皮带输送机、三道锁风阀喂入辊磨，在辊磨中物料随着磨盘的旋转从其中心向边缘运动，同时受到磨辊的挤压而被粉碎。粉碎后的物料在磨盘边缘处被从风环进入的热气体带起，粗颗粒落到磨盘再粉磨，较细颗粒被带到选粉机进行分选，粗粉也返回到磨盘再粉磨，合格细粉被带入袋式收尘器收集作为成品，成品细度可通过改变选粉机转子的转速进行调节。部分难磨的大颗粒物料（包括铁渣）落入风环，通过吐渣口进入外循环系统，并经过除铁后再次进入辊磨与新喂物料一起粉磨。出收尘器的成品通过空气输送斜槽、提升机等设备送入到成品库中。

 

      烘干用热风由燃起热风炉提供。炼铁产生的高炉煤气经过较长的管道引至磨旁的热风炉系统，燃烧产生的热气体进入磨机，实施对入磨物料的烘干和输送作用，入炉煤气量可以根据要求的风温进行调节，出磨气体通过收尘器净化后由系统风机排入大气，其中一部分循环入磨。这也是首次采用高炉煤气作为烘干热源，具有调节简便、清洁环境、占地面积少和节约能源的特点。

      系统中设计了三道除铁装置：计量秤后的第一条皮带设有带式除铁器，经过两处转运点后的第三条皮带设有另一台带式除铁器，物料循环系统中设有一台精细除铁器，这三道除铁装置可以有效地除去矿渣中的铁件，降低设备的磨损。

      系统采用计算机集中控制，监测全部的设备参数和工艺参数，并实施连锁保护。控制室还装备工业电视，可对现场关键部位进行监控，降低事故率。

      2005年6月系统投料试生产，生产初期出现料层不稳、细度控制不理想等问题，后通过对设备和工艺系统进行整改，问题得到解决。8月厂院双方联合对该系统的产量电耗等技术指标进行了考核，考核结果表明，本系统的实际运行指标优于设计值，达到同类进口设备的运行指标。

      为了保证产品的性能指标，生产中比表面积按4500cm²/g以上控制，考核期间平均值接近5000cm²/g，而且45m的筛余只有0.4%。另外，7天和28天的活性指数分别达到87～99％和97～107％，达到S95矿渣粉标准。按照比表面积对产量的影响关系，换算到4500cm²/g时产量比设计值高17％，电耗低13％。

6.1 磨机振动

      杭钢炼铁厂使用的是小高炉，炉况稳定性差，所产矿渣中含有较多渣块，这种渣块的特点是粒度大，易磨性差，磨蚀性强，进入磨机后容易引起磨辊跳动，破坏料层，加剧磨机振动。另外因为易磨性差，造成外循环料增多，影响了料层的稳定。整改中在皮带转运点增设了一台振动筛，筛除这些渣块，从而保证了磨机的稳定运行。

6.2 选粉机的调整

      投产初期，产品比表面积较低，细度较粗，提高选粉机转速后效果不明显，而且加重的选粉机的负荷。整改期间调整导风叶片的角度，加大气体的漩流作用，再次生产时选粉机的负荷下降，调节方便，产品粒度级配合理。

6.3 堵料

      磨机外循环物料中含有矿渣细粉，细粉与湿的新料混合时会水化结块，从而造成喂料溜管的堵塞，影响运转。后来在入磨喂料溜管处安装一台空气炮，定时清堵，问题得以解决。

6.4 外排系统

      磨机的外循环系统设计为闭路循环，循环料从磨机排出经拉链机入斗式提升机，然后经过超精细除铁器入磨。闭路循环的缺点是有异物时排不出来，外循环料过多或者需要将磨盘料清空时也排不出来。磨机的外循环量不能太多，否则磨机料层不稳，振动加剧，磨机工况恶化。与生料辊磨不同，矿渣停料后必须马上抬辊，在没有新喂料的情况下，外循环料难以形成料床，因此在外循环系统中增设了外排装置。

      国产辊磨用于矿渣粉的制备这还是第一次，从目前的运行结果看，性能指标超过预期值，达到同类进口设备的运行指标，但是，有些方面如磨损问题还需进一步优化改进。天津院将认真总结经验，深入研究关键问题，使国产矿渣辊磨形成系列产品，并拓展终粉磨辊磨应用领域，节约能源。

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