立磨用于生產(chǎn)鎳渣微粉的控制系統(tǒng)改進(jìn)和優(yōu)化

黃敏榮 梁坤躍 殷素紅 馬 健

（1 陽江市大地環(huán)保建材有限公司；2 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

0 引言

近年來，立磨工藝大量應(yīng)用于生產(chǎn)礦渣、鋼渣微粉，技術(shù)相對比較成熟[1-2]，但綜合利用工業(yè)冶煉不銹鋼產(chǎn)生的鎳鐵渣和不銹鋼渣，來生產(chǎn)不同等級(jí)的鎳渣微粉，國內(nèi)很少見，有關(guān)利用立磨工藝生產(chǎn)鎳渣微粉的控制系統(tǒng)，也未見有詳細(xì)的報(bào)道。本文的目的是探討立磨生產(chǎn)鎳渣微粉的控制系統(tǒng)的主要改進(jìn)和優(yōu)化措施，為類似項(xiàng)目提供參考經(jīng)驗(yàn)。

1 簡述

早期的粉磨設(shè)備，主要是采用球磨機(jī)，在建材特別是水泥行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。雖然球磨機(jī)有適應(yīng)性強(qiáng)、粉碎比大、操作可靠、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在工作效率低、體型笨重、生產(chǎn)能耗高的顯著缺陷。國外從六十年代就開始采用立磨，而我國則從上世紀(jì)八十年代開始，在建材行業(yè)逐步推廣使用立磨，特別是九十年代后，立磨在粉磨技術(shù)上取得了重大突破，解決了工藝和結(jié)構(gòu)難點(diǎn)，新型耐磨材料的誕生也大大延長了立磨的使用壽命和維護(hù)保養(yǎng)周期，使得立磨的市場占有率越來越高[3-5]。

我司作為陽江地區(qū)不銹鋼工業(yè)的配套企業(yè)，主要利用冶煉不銹鋼產(chǎn)生的工業(yè)廢渣作原材料，綜合處理利用，生產(chǎn)礦物復(fù)合摻合料、礦渣粉、鎳鐵渣粉等建材產(chǎn)品。目前配置有兩條立磨生產(chǎn)線，設(shè)備主要包括配料的計(jì)量皮帶秤、輸送長皮帶、螺旋送料機(jī)、立磨、熱風(fēng)爐、收塵器、產(chǎn)品入庫提升機(jī)、輸送斜槽、鋼板倉立體庫等。所有設(shè)備和傳感器通過網(wǎng)絡(luò)連接到中央控制室，由分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS 系統(tǒng)）集中調(diào)度控制。DCS 系統(tǒng)包括了中央操作站、現(xiàn)場控制站、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)軟件、組態(tài)開發(fā)軟件和為此生產(chǎn)線編制的應(yīng)用軟件，以及現(xiàn)場一次儀表。系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循整體性、先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、易用性等設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)從配料、生產(chǎn)至儲(chǔ)存的全自動(dòng)控制、監(jiān)視和管理，產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過程的參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況可實(shí)時(shí)反映出來，并根據(jù)現(xiàn)場工藝需要，對生產(chǎn)線上的所有設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制，對各種重要的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗。

2 常規(guī)的礦渣立磨粉磨系統(tǒng)組成

常規(guī)的礦渣立磨粉磨系統(tǒng)通常是對粒化高爐礦渣采用立磨來粉磨，原材料主要是粒化高爐礦渣和石膏，主要設(shè)備有皮帶輸送機(jī)、除鐵器、送料螺旋、熱風(fēng)爐、立磨、選粉機(jī)、袋式收塵器、風(fēng)送斜槽、提升機(jī)、礦粉庫等[6-7]，主要系統(tǒng)見圖1。

3 鎳渣在粉磨處理上的主要難點(diǎn)

圖1 常規(guī)的礦渣立磨粉磨系統(tǒng)組成

⑴冶煉不銹鋼會(huì)產(chǎn)生多種廢渣，活性各異；即便同一種廢渣，有時(shí)質(zhì)量變化也比較大，利用不銹鋼工業(yè)廢渣生產(chǎn)建材產(chǎn)品，要滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，例如細(xì)度、流動(dòng)度比、活性指數(shù)等指標(biāo)，采用單一一種廢渣難以生產(chǎn)出合格的微粉產(chǎn)品，需要進(jìn)行混合粉磨。

⑵高爐鎳鐵渣與?；郀t礦渣相比，結(jié)構(gòu)松散，比重較輕，吸水率高，對立磨的工藝參數(shù)及熱風(fēng)系統(tǒng)均有不同的要求[8]。

⑶普通鋼渣一般都含有一定量的金屬，主要是鐵，對立磨設(shè)備的粉磨加工不利，必須在生產(chǎn)過程中除去。但冶煉不銹鋼的廢渣不同于鋼渣，含有的金屬有鎳和鐵，鋼渣中的金屬鐵有磁性容易通過除鐵器處理，而鎳渣所含的金屬中鎳成分高，鐵成分低，磁性較弱，一般的除鐵器除不干凈。

4 立磨工藝用于生產(chǎn)鎳渣微粉的控制系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化

利用不銹鋼工業(yè)廢渣采用立磨生產(chǎn)鎳渣微粉，工作原理、主要設(shè)備和主要工藝流程與利用粒化高爐礦渣生產(chǎn)微粉基本相同，但因主要原材料有高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣（AOD 爐和LF 爐的混合渣）、石膏等多種，配方復(fù)雜，變化多，所以必須對控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化，才能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)的要求。我司生產(chǎn)線系統(tǒng)主要設(shè)備也是由皮帶輸送機(jī)、除鐵器、送料螺旋、熱風(fēng)爐、立磨、選粉機(jī)、袋式收塵器、風(fēng)送斜槽、提升機(jī)、礦粉庫等組成，但系統(tǒng)布局和技術(shù)要求差別較大，主要系統(tǒng)組成如圖2。

利用不銹鋼工業(yè)廢渣生產(chǎn)鎳渣微粉和利用?；郀t礦渣生產(chǎn)礦渣微粉的立磨系統(tǒng)主要區(qū)別如下：

⑴系統(tǒng)增加了對多種物料配比的控制。通過配置多達(dá)6 個(gè)下料斗，6 臺(tái)皮帶秤，使得高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣、石膏等多種原材料可以按工藝配比組合使用，立磨生產(chǎn)線可以生產(chǎn)單純的高爐鎳鐵渣粉，也能夠生產(chǎn)多種規(guī)格的鎳鐵渣粉及復(fù)合摻合料產(chǎn)品。根據(jù)不同的產(chǎn)品配方隨時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的原材料比例搭配，以適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際的需求，控制系統(tǒng)見圖3。

圖2 改進(jìn)后的立磨粉磨系統(tǒng)組成

圖3 配料系統(tǒng)

⑵為了在粉磨過程中將廢渣的金屬盡量除干凈，所有的除鐵器均采用定制的超強(qiáng)磁性的永久磁鐵體。在輸送皮帶段、立磨回料皮帶段、回料提升機(jī)下料段等地方，分別采用皮帶式、滾筒式和管道式除鐵器進(jìn)行吸除含鎳鐵的金屬。

⑶由于廢渣中含有的金屬有部分其鎳含量偏高，磁性低，磁鐵不容易吸附，故在系統(tǒng)中設(shè)置了回料中間倉，控制系統(tǒng)可以不定時(shí)控制直接外排，以便減少立磨內(nèi)的廢渣含鎳金屬量。

⑷為便于工作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控、隨時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，將液壓油站、選粉機(jī)、立磨主減速機(jī)、立磨主電機(jī)、磨輥潤滑油站等重要設(shè)備的參數(shù)放置于同一控制界面上，方便隨時(shí)調(diào)取監(jiān)控并調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，見圖4。

⑸增加獨(dú)立加濕系統(tǒng)，調(diào)節(jié)原料濕度。生產(chǎn)線單獨(dú)增加了儲(chǔ)水水箱、水泵和閥門，將水管引入到磨機(jī)內(nèi)部。當(dāng)原材料比較干燥，影響磨機(jī)效率的時(shí)候，則需要對原材料進(jìn)行噴水加濕處理以便達(dá)到合適的研磨水份。根據(jù)原料庫原料情況通過控制系統(tǒng)可以直接啟動(dòng)水泵和閥門，噴水管可均勻?qū)δC(jī)內(nèi)部的原材料進(jìn)行加濕，提高了研磨效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這樣較常規(guī)立磨系統(tǒng)的在輸料過程中直接加水噴灑皮帶上的原材料更為均勻、反應(yīng)快速、容易準(zhǔn)確控制加水量，效果明顯改善，控制系統(tǒng)見圖5。

圖4 控制系統(tǒng)界面

⑹根據(jù)熱風(fēng)爐控制由操作工控制更佳的實(shí)際情況，熱風(fēng)爐的溫度控制及燃料補(bǔ)充采用單獨(dú)操控的模式下放到熱風(fēng)爐操作間，控制系統(tǒng)不對熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行控制，只需要通過網(wǎng)絡(luò)連接調(diào)用熱風(fēng)爐的溫度以作監(jiān)控即可，控制系統(tǒng)見圖6。

圖5 獨(dú)立加濕系統(tǒng)

圖6 熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)

⑺在操作界面上，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，由單屏幕升級(jí)為雙屏幕，大大增加操作人員的可視面積；同時(shí)將立體庫及散裝裝車系統(tǒng)拆分到單一個(gè)屏幕，其它功能保留在主屏幕。

⑻優(yōu)化后的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工程師站可隨時(shí)修改和升級(jí)控制系統(tǒng)軟件，并可根據(jù)用戶需要，加裝調(diào)整解調(diào)器模塊和遠(yuǎn)程維護(hù)軟件，并可實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)處理。

5 結(jié)論

立磨用于生產(chǎn)鎳渣微粉的控制系統(tǒng)經(jīng)過以上幾點(diǎn)主要的改進(jìn)和優(yōu)化，已經(jīng)成功應(yīng)用于本公司二期項(xiàng)目年處理150 萬噸不銹鋼工業(yè)冶煉廢渣的鎳渣微粉生產(chǎn)線，目前生產(chǎn)順利，產(chǎn)品的能耗、臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和質(zhì)量均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。