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安钢矿渣微粉生产实践

2012-10-13吕心刚

河南冶金 2012年6期
关键词:微粉球磨机磨机

吕心刚

(安阳钢铁集团有限责任公司)

0 前言

“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”,是钢铁企业炼铁生产过程中生成的以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物,浮在铁水表面,定期从高炉排渣口排出,经空气或水急冷处理形成的粒状颗粒物。由于矿渣具有潜在的水硬胶凝性能,作为水泥生产的混合材早已得到了应用。但是,20世纪90年代以前多是将矿渣和水泥熟料一起粉磨,由于矿渣和水泥熟料的易磨性相差很大,混磨后的矿粉较粗,其比表面积在300 m2/kg左右,在水泥水化时矿渣的活性不能充分发挥。因此,掺混合材的水泥一般都是早期强度低,凝结时间长。近年来,随着国内外对矿渣性能的深入研究,将矿渣单独粉磨到一定细度,比表面积达到400 m2/kg以上,其活性可以得到充分发挥,应用更加广泛。这种颗粒细小的粉磨矿渣就是磨细矿渣,也称矿渣微粉。了解和研究矿渣的性能特征,开发和综合利用矿渣,对废物利用和发展循环经济意义十分重大。

1 矿渣的性能分析

矿渣是一种以玻璃体为主的细粒,浅黄色(少量墨绿色晶体),玻璃光泽或丝绢光泽,多为晶质块状、蜂窝状或棒状。摩氏硬度为1~2,比重为0.8 t/m3~1.3 t/m3。

测试结果表明,矿渣化学成份主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)等组成,四者合计约占矿渣组成的95%。另外,矿渣还含有少量的氧化铁(FeO、Fe2O3)、氧化亚锰(MnO)、二氧化钛(TiO2)、五氧化二磷(P2O5)等成份。安钢与国内其他几家钢铁企业矿渣的成分比较见表1。

表1 安钢及国内几家钢铁企业矿渣化学成分比较 %

对于矿渣的质量评定采用化学成分分析法。根据我国国家标准GB/T203-2008规定,粒化高炉矿渣质量系数K(活性成分与非活性成分之比)表示为:

质量系数K反映了矿渣中活性组份与低活性组份、非活性组份之间的比例关系,质量系数K值越大,矿渣的活性越高。

根据标准规定,矿渣的质量系数、化学成分及相关指标应满足以下要求,具体见表2。

表2 用于水泥中的粒化矿渣技术标准

标准规定,粒化高炉矿渣碱性系数Mo(碱性氧化物与酸性氧化物之比)表示为:

矿渣的渣碱性系数Mo>1为碱性矿渣,Mo=1为中性矿渣,Mo<1为酸性矿渣。

从表1、表2可以看出,安钢矿渣质量系数K=1.74,碱度系数 Mo<1,已达到优等品标准。

2 矿渣微粉在建材行业中的应用

矿渣微粉也称为高性能水泥和混凝土的增强剂,对硅酸盐水泥具有明显的增强作用。具体的作用机理是当粒化高炉矿渣得到超细粉磨后,由于其玻璃体结构的破坏,使其潜在的活性被激发出来,当它作为混凝土的掺合料时,可使混凝土的泌水性好,可塑性好,水化析热速度快,利于防止混凝土内部温升引起的裂缝,而且能产生较多的钙矾石微晶,从而对混凝土因细粉过多而引起的收缩起补偿作用。当它作为水泥混合材时,可以吸收其中的f-CaO,从而增加水泥的安定性,且能加速水泥的水化过程,吸收水泥水化时形成的Ca(OH)2,形成水化硅酸钙和水化铝酸钙,通过激发作用,形成钙矾石,从而增加水泥的强度。矿渣微粉用于水泥和混凝土中的主要作用是:

2.1 提高水泥和混凝土的强度

将矿渣粉磨至比表面积达400 m2/kg以上时,按照一定比例掺入普通水泥中,可提高水泥强度5 MPa~8 MPa。矿渣微粉在提高混凝土强度的同时,可防止混凝土及其制品表面泛白。

2.2 提高密实性和抗渗性

矿渣微粉在混凝土及其制品中起到了微观填充的作用,同时矿渣微粉中的活性组份Al2O3与水泥中的Ca(OH)2、SO3生成钙矾石,钙矾石具有一定的微膨胀作用,可以补偿制品的化学干缩,从而提高制品的密实性和抗渗性。

2.3 吸碱能力强

由于矿渣微粉的活性需要碱的激发,因此具有良好的吸碱能力。对于硅酸盐水泥,可以吸收K、Na等碱金属元素,抑制碱集料反应,提高制品的防潮性能和防水性能。

2.4 提高耐久性

由于加入矿渣微粉的水泥和混凝土中的Ca(OH)2、K2O、Na2O的浓度降低,密实性和抗渗性提高,并能有效抑制碱集料反应。另外,混凝土中掺加矿渣依粉可降低水化热,从而大大提高水泥、混凝土及其制品的耐久性。

总之,矿渣微粉对水泥和混凝土的各种性能均有良好的促进作用,是一种比较理想的水泥和混凝土的增强剂,其应用前景广阔。

3 安钢矿渣微粉生产实践

3.1 装备情况

安钢综利建材公司现有两条球磨生产线,配备的主要设备为:两台Φ2.4 m×16 m烘干机,两台Φ3.2 m×13 m球磨机,四座Φ10 m×25 m成品料仓。两条生产线生产能力为年产40万吨矿渣微粉。

3.2 生产工艺流程

矿渣经自然风干一定时间后,由皮带上料入烘干机,采用沸腾炉产生的热量对矿渣进行烘干。矿渣烘干后经皮带入半成品库,晾一定时间后由皮带上料入磨头仓,矿渣按设定的给料量入球磨机进行粉磨。矿渣粉磨到一定细度后经提升机送至选粉机进行选粉,符合要求的细粉经皮带入成品料仓,未达标的粗粉返回球磨机重新进行粉磨。在矿渣烘干和粉磨的过程中都采用除尘器进行收尘以回收物料,并达到环保的要求。球磨生产线工艺流程如图1所示。

图1 球磨生产线工艺流程

3.3 生产过程及分析

3.3.1 入磨矿渣水分的控制

矿渣由安钢厂区运至综利建材公司原料场,经一个月左右的晾晒,矿渣水分在10%左右。矿渣由皮带上料入烘干机进行烘干,出烘干机的矿渣水分控制在2.0%左右。矿渣经烘干后入半成品库,晾2~3天后由皮带上料入球磨机,入球磨机矿渣水分一般控制在1.5%以下。

3.3.2 系统除铁

在烘干机出料皮带上加装电磁除铁器,以降低入磨矿渣中铁含量,提高矿渣易磨性能,减少磨耗和备件消耗,提高磨机台时产量,同时可回收金属铁,增加经济效益。

3.3.3 粉磨流程选择

矿渣粉磨采用球磨机,有开路和闭路两种生产工艺流程。开路生产工艺流程简单,便于控制,运行费用低。但开路生产工艺流程产量相对较低,生产比表面积大于450 m2/kg的矿渣微粉比较困难。因为生产比表面积较大的矿渣微粉时为保证产品合格必然存在较明显的过粉磨现象,降低了生产效率。闭路生产工艺流程较复杂,生产过程控制难度大,运行费用相对较高。但由于闭路生产工艺流程配有选粉机,矿渣微粉的细度调节较为灵活,颗粒级配较为合理,有效降低了过粉磨现象,可生产比表面积较高的矿渣微粉,生产效率较高。另外,闭路生产工艺流程对入磨矿渣的水分要求低。由于闭路生产工艺流程配有选粉机,磨内风速高,通风好,因此允许入磨矿渣的水分不大于2%,而开路生产工艺流程允许入磨矿渣的水分一般不大于1%,否则会引起糊磨现象,影响产量和质量。综利建材公司球磨机采用的是闭路生产工艺流程,实际生产中,这一工艺流程取得了较理想的效果。

3.3.4 粉磨工艺参数调整

矿渣比水泥熟料难磨,易磨性系数一般高出5(kW·h)/t以上,矿渣微粉产品的比表面积又比水泥要求高,因此,用球磨机生产矿渣微粉,在相同工艺装备条件下,比水泥磨的产量约下降40% ~50%。在单独粉磨矿渣时,关键技术是严格控制物料在磨内的停留时间。与粉磨水泥相比,球磨机系统应作如下调整:

研磨体级配。由于经筛分处理后的入磨矿渣粒度减小,球磨机研磨体的平均球径应随之减小。一般来说,最大球的球径不要超过Φ60 mm,平均球径一般不超过Φ45 mm。根据磨机的仓位,减大球、换小球。

研磨体装载量。由于矿渣难磨,研磨体的装载量应适当高于磨机设计装载量,约增加5% ~10%,不要超过15%,正规的设备制造厂家已给球磨机预留了这部分电机功率。开路磨的研磨体装填形式应保持后仓高于前仓,闭路磨则保持后仓略低或前后仓基本持平。

隔仓板形式。单层隔仓板应适当缩小篦缝宽度,一般为5 mm~7 mm;双层隔仓板篦缝宽度控制在10 mm左右。

衬板形式。粉磨矿渣时,衬板形式也应作相应变化。由于矿渣的流动性好、磨琢性强,磨机采用环沟衬板较好,尤其是细磨仓。粉磨作业时,环沟衬板的沟槽内,不同程度的存有一部分物料,所形成的料垫既增加了物料的研磨机会,又减少了磨内金属的空撞消耗,延长了衬板使用寿命。

出磨回转筛篦缝。经过磨前筛分和有效控制物料粉磨时间后,为保证出磨矿渣微粉的质量,应将磨尾回转筛的篦缝缩小到3 mm以下,以便及时清除出磨物料中的金属杂物。

3.3.5 粉磨平衡

一般来说,物料粉磨时间越长,出磨粒度越细。但是,随着粉磨时间的延长,物料比表面积逐渐增大,其比表面能也增大,因而,微细颗粒相互聚集、结团的趋势也逐渐增强。经过一段时间后,磨内会处于一个“粉磨↔团聚”的动态平衡过程,达到所谓的“粉磨极限”。在这种状态下,即使再延长粉磨时间,物料也难粉磨得更细,有时甚至使粒度变粗。同时,粉磨能耗成倍增加,粉磨效率降低。这种现象在普通粉磨时并不明显,但在高细粉磨和超细粉磨中经常出现。解决办法是添加助磨剂。它能形成物料颗粒表面的包裹薄膜,使表面达到饱和状态,不再互相吸引粘结成团,并通过裂纹形成和扩展过程中的防“闭合”和吸附,降低颗粒硬度、减弱强度,改善其易磨性。助磨剂通过保持颗粒的分散,来阻止颗粒之间的聚结或团聚。粉磨粒度越细,使用助磨剂的效果越显著。综利建材公司生产过程中助磨剂的加入量约为万分之二,效果较明显,促进了磨机的生产顺行。

4 生产效果

综利建材公司矿渣微粉生产一年多来,经过生产工艺的不断优化和技术攻关,取得了显著的效果。磨机台时产量从刚投产时的20 t/h~23 t/h提高到目前的30 t/h左右,并且很稳定;磨机单位电耗从刚投产时的80(kW·h)/t左右下降到目前的70(kW·h)/t以下。磨机台时产量和单位电耗指标均达到国内同类型磨机的先进水平。成品微粉平均比表面积在430 m2/kg以上;成品微粉性能经安阳市技术监督局检验,7天活性指数平均在80%以上,28天活性指数平均在98%以上。成品微粉的比表面积和活性指数均超过国家标准。

目前,矿渣微粉的效益在20元/t左右,综利建材公司矿渣微粉的年产量按30万吨计算,则每年可创效益约为600万元。

5 结语

安钢矿渣微粉的生产,实现了矿渣利用上质的转变,提升了钢铁渣的综合利用水平,提高了钢铁渣加工利用的附加值,创造了较好的经济效益。同时也在一定程度上缓解了集团公司产能扩大后水渣的周转和销售困难的问题,促进了集团公司钢铁主业生产经营的顺行。

[1] 韦传稳.联峰钢铁60万吨矿渣微粉生产工艺实践.现代冶金,2009,37(8):4-5.

[2] 绍龙.矿渣微粉生产工艺实践.辽宁建材,2007(8):20-26.

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