輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)在生產(chǎn)鋼鐵渣微粉上的應(yīng)用

侯國鋒，王學(xué)民，張黎，吳衛(wèi)國，許芬

1 概述

我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，近幾年粗鋼產(chǎn)量約為8億噸/年。在鋼鐵冶煉過程中，每生產(chǎn)1t鐵，產(chǎn)生0.25～0.30t礦渣，每生產(chǎn)1t鋼產(chǎn)生0.15～0.20t鋼渣。目前，礦渣因具有潛在的水硬膠凝性能，其綜合利用率基本上達(dá)到100%；盡管摻加鋼鐵渣粉的混凝土水化熱低、微膨脹、耐磨性好，但鋼渣的利用率仍然很低。就現(xiàn)階段的研究表明，想要提高鋼渣利用量和附加值，一個非常用效的途徑就是將鋼渣超細(xì)粉磨后，作為水泥的混合材或者用作混凝土摻和料來配制高性能混凝土等。一方面，由于鋼渣超細(xì)粉的顆粒粒徑小，使得游離氧化鈣和游離氧化鎂在構(gòu)件硬化之前與水反應(yīng)完畢，徹底消除了鋼渣的體積穩(wěn)定性問題。另一方面，目前鋼渣屬于工業(yè)固體廢物，國家在稅收方面有相應(yīng)的優(yōu)惠政策，加上生產(chǎn)過程中磁選出來的鐵精粉和顆粒鋼，則每處理一噸鋼渣其利潤還是可觀的。同時，由于減少了水泥熟料的用量，從而間接地減少了生產(chǎn)水泥的能耗和CO2的排放。

目前國內(nèi)常見的鋼鐵渣微粉生產(chǎn)技術(shù)與水泥粉磨技術(shù)類似，主要有球磨系統(tǒng)、輥磨系統(tǒng)、輥壓機(jī)與球磨機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)等。球磨系統(tǒng)是鋼鐵渣的傳統(tǒng)粉磨系統(tǒng)，其穩(wěn)定的產(chǎn)品性能和較高的運轉(zhuǎn)率一直受到用戶的青睞，但是球磨系統(tǒng)最大的缺點就是系統(tǒng)能耗高，當(dāng)?shù)V渣粉比表面積達(dá)到4 200cm2/g時，球磨機(jī)本身需要耗電60kWh/t左右。并且入球磨之前，一般要先將水分烘干至1%左右，不但增加投資，而且還需要中間貯存裝置，工藝流程復(fù)雜。

采用輥磨系統(tǒng)粉磨鋼鐵渣，其系統(tǒng)流程簡單，烘干、粉磨、選粉的全部工藝過程均在磨內(nèi)完成。由于是料床粉磨，粉磨效率高，單位電耗低，但受其工藝特點所限制，粉磨過程中，大部分物料是在磨機(jī)內(nèi)部循環(huán)，粉磨過程中暴露出來的金屬鐵粒（尤其是鋼渣，包裹在渣塊內(nèi)的金屬鐵粒經(jīng)輥壓后，才能與鋼渣分離），很難及時去除干凈，從而導(dǎo)致大量金屬鐵粒在磨盤上富集，加大了磨輥和磨盤的磨損。

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)是一種先進(jìn)粉磨工藝，與球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)、輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)和輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)徹底擺脫了球磨機(jī)，集烘干、粉磨、分選于一體，先進(jìn)的料床粉磨方式使粉磨過程的能耗大幅降低，原料適應(yīng)性好，能單獨處理?；郀t礦渣、鋼渣、石灰石以及其他不同類型的冶金廢渣。輥壓機(jī)是最適合用于粉磨鋼鐵渣的粉磨設(shè)備，這是因為輥壓機(jī)屬于料床受限擠壓，鋼鐵渣又屬于脆性物料，粉磨效率高，電耗低。與目前較為流行的輥磨系統(tǒng)相比，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)因粉磨過程所有物料為外部循環(huán)，所以，粉磨過程中暴露出來的金屬鐵粒（尤其是鋼渣，包裹在渣塊內(nèi)的金屬鐵粒經(jīng)輥壓后，才能與鋼渣分離），可以在物料外循環(huán)過程中去除，減少了對輥面的磨損。另一方面，由于物料采用斗式提升機(jī)提升，系統(tǒng)壓力損失低，系統(tǒng)電耗更低。

由天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司設(shè)計開發(fā)的國內(nèi)第一條鋼鐵渣輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)線已經(jīng)于2013年底成功投產(chǎn)，開創(chuàng)了輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)在鋼鐵渣微粉生產(chǎn)領(lǐng)域的國內(nèi)先例。在生產(chǎn)過程中經(jīng)過不斷的優(yōu)化與調(diào)整，優(yōu)化后的第二條鋼鐵渣輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)線于2018年年初投入運行，整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異。本文僅對這兩條鋼鐵渣輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)線的運行情況作一簡要介紹，以供其他項目設(shè)計時參考。

圖1 邦信（左）和中泰（右）鋼鐵渣輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

2 設(shè)備技術(shù)參數(shù)

以下數(shù)據(jù)來自于中材裝備集團(tuán)開發(fā)設(shè)計的2013年底投產(chǎn)的邦信建材有限責(zé)任公司年產(chǎn)30萬噸礦渣微粉輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)和2018年投產(chǎn)的中泰建材有限公司年產(chǎn)60萬噸礦渣微粉輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)。

邦信建材有限責(zé)任公司輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)采用輥壓機(jī)+V型選粉機(jī)+高效選粉機(jī)+單臺主排風(fēng)機(jī)組成的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，實現(xiàn)了用輥壓機(jī)獨立粉磨生產(chǎn)礦渣、鋼渣微粉。新喂物料經(jīng)提升機(jī)提升后與輥壓機(jī)循環(huán)物料混合進(jìn)入緩沖倉，物料經(jīng)過輥壓機(jī)的擠壓粉碎后，落入V型選粉機(jī)，與來自熱風(fēng)爐的熱風(fēng)在V型選粉機(jī)內(nèi)混合，實現(xiàn)物料的烘干與初級分選，排出的粗粉經(jīng)循環(huán)提升機(jī)和皮帶機(jī)輸送至輥壓機(jī)上方的緩沖倉，細(xì)粉被熱風(fēng)帶入高效選粉機(jī)進(jìn)行再次分選，合格的產(chǎn)品由尾部收塵器收集后經(jīng)斜槽及提升機(jī)輸送至成品庫，粗粉則經(jīng)提升機(jī)返回緩沖倉，各揚塵點設(shè)置收塵風(fēng)管至循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。

表1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

中泰建材年產(chǎn)60萬噸鋼鐵渣粉輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)，在邦信項目的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，主要體現(xiàn)在選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和入小倉物料增加了預(yù)處理設(shè)備兩個方面。

在選粉機(jī)的結(jié)構(gòu)方面，主要體現(xiàn)在選粉機(jī)本身的阻力損失降低和動態(tài)選粉機(jī)的選粉效率的提高。為了降低選粉機(jī)本身的阻力損失，我們將動態(tài)選粉機(jī)和靜態(tài)選粉機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并且將二者有機(jī)地結(jié)合在一起，組成了新的組合式選粉機(jī)，靜態(tài)選粉機(jī)至動態(tài)選粉機(jī)間的管道大大縮短，選粉機(jī)本體阻力減小500～1 000Pa。

為了改善入輥壓機(jī)物料的均勻性，在入輥壓機(jī)稱重倉前增設(shè)預(yù)處理設(shè)備，對入小倉物料進(jìn)行均質(zhì)化（必要時可以加大物料水分）處理，從而使得輥壓機(jī)的運行狀態(tài)更加穩(wěn)定，稱重倉內(nèi)壁的結(jié)皮現(xiàn)象也大大緩解。

3 系統(tǒng)運行情況

兩條鋼鐵渣輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)自投產(chǎn)以來，設(shè)備運行穩(wěn)定，各項運行指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國內(nèi)外礦渣粉磨系統(tǒng)的平均水平。其中邯鄲邦信項目粉磨礦渣（85%礦渣和15%鋼渣）時，臺時產(chǎn)量50～55t（干基），輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)綜合電耗＜35kWh/t；中泰建材項目粉磨礦渣（100%礦渣）時，臺時產(chǎn)量86.6t（干基），輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)綜合電耗為34.69kWh/t。

4 結(jié)語

作為鋼鐵渣領(lǐng)域新型的高效粉磨系統(tǒng)，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)有其獨特的優(yōu)勢，主要有以下幾個方面：

（1）輥壓機(jī)在粉磨物料時，其料床由壓輥輥面和側(cè)擋板組成了一個“封閉式料床”，相對于輥磨的“開放式料床”其粉磨效率更高。

（2）循環(huán)物料是采用機(jī)械的斗式提升機(jī)來提升，與氣力提升物料相比，系統(tǒng)風(fēng)壓明顯降低，系統(tǒng)電耗與運行電耗低。

表2 運行指標(biāo)對比

（3）通過輥壓機(jī)擠壓的物料全部經(jīng)過斗式提升機(jī)進(jìn)行設(shè)備外循環(huán)，在此過程中可設(shè)置多重除鐵裝置，能有效去除物料中金屬鐵，避免其在系統(tǒng)內(nèi)富集，減輕輥面的磨損。據(jù)統(tǒng)計，在設(shè)備磨損以及維護(hù)方面，采用堆焊的輥壓機(jī)輥面和輥磨的磨盤、磨輥在表面磨損到一定程度時，均可采用在線補焊進(jìn)行修復(fù)，而輥壓機(jī)輥面修復(fù)一次的費用大致是同等產(chǎn)能輥磨的二分之一。

（4）通過對入輥壓機(jī)稱重倉的物料進(jìn)行均質(zhì)化（必要時可以加大物料水分）處理，輥壓機(jī)的運行狀態(tài)更加穩(wěn)定，稱重倉內(nèi)壁的結(jié)皮現(xiàn)象也大大緩解。

總之，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)作為一種新型的鋼鐵渣微粉生產(chǎn)工藝，在工藝可行性和設(shè)備可靠性方面均可實現(xiàn)生產(chǎn)的穩(wěn)定持續(xù)運行，鋼鐵渣微粉成品性能方面均能滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。在成品性能指標(biāo)方面，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)與輥磨系統(tǒng)相當(dāng)，在電耗方面，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)比輥磨系統(tǒng)電耗更低。并且，在系統(tǒng)工藝不作調(diào)整的情況下，既能單獨處理易磨性較差的鋼渣或礦渣，也可單獨生產(chǎn)易磨性較好的石灰石粉，還可以粉磨不同水分、不同易磨性、不同配比的混合物料。在水泥生料粉磨工段，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)己逐漸取代球磨和輥磨成為主流，在鋼鐵渣微粉生產(chǎn)領(lǐng)域，輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的應(yīng)用也必將越來越廣泛?！?/p>