立磨系统生产镍渣微粉的几个工艺技术问题

2020-03-30黄敏荣殷素红梁坤跃李水生

广东建材 2020年2期

黄敏荣殷素红梁坤跃马健李水生

（1 阳江市大地环保建材有限公司；2 华南理工大学材料科学与工程学院）

0 引言

利用炼铁排出的粒化高炉矿渣生产矿渣微粉，粉磨设备多采用立磨，与其它粉磨设备相比，立磨系统工艺成熟，生产效率高，能耗低，优势明显。但对于不锈钢冶炼工业排出的多种废渣，包括高炉镍铁渣、电炉镍铁渣和不锈钢精炼渣（本文统称为镍渣），如何综合利用来生产镍渣微粉，其相关工艺技术，国内报导很少。本文根据工厂实际运行中的立磨制备镍渣微粉生产线，初步总结了所遇到的几个主要工艺技术问题，并提出了改善方法。

1 简述

近年建材行业发展较快，特别是作为水泥混合材和混凝土掺合料的矿渣微粉，得到了广泛应用，产品需求旺盛。由于立磨具有能耗低、生产效率高的优点，目前立磨在矿渣粉生产设备中占绝对优势，成为矿渣微粉生产线的首选设备[1]。

阳江市大地环保建材有限公司作为阳江地区不锈钢冶炼工业的配套企业，配置有一条年处理60 万吨（一期项目）和一条年处理150 万吨（二期项目）工业废渣的立磨生产线，综合利用本地区不锈钢冶炼企业产生的工业废渣作为原材料，进行深加工生产矿渣微粉、镍铁渣微粉、复合矿物掺合料等建材产品。设备要求和工艺流程与常见的生产粒化高炉矿渣微粉的粉磨系统相似，但也有其特殊性。镍渣立磨生产线的设备主要包括配料计量皮带秤、输送皮带、螺旋送料机、立磨、热风炉、产品收尘器、产品入库提升机、输送斜槽、钢板仓立体库等。所有设备和传感器通过网络连接到中央控制室，由分布式计算机控制系统（DCS 系统）集中调度控制，实现从配料、生产至储存的全自动控制、监视和管理，产品整个生产过程的参数、设备运行情况可实时反映出来，并根据现场工艺需要，对生产线上的所有设备进行联锁控制，对各种重要的参数进行自动调节，保证产品生产的优质、高产和低耗。

2 立磨粉磨系统的工艺流程图

采用镍渣作原材料的粉磨系统与常见的立磨粉磨系统类似[2]，主要工艺流程按照下料计量→原料输送（同时除金属）→粉磨（同时烘干）→选粉→产品收集→产品输送（同时抽样检验）→产品入库的工艺路线，见下图1。

3 制备镍渣微粉的几个工艺技术问题及解决措施

⑴避免大块料进入送料系统

图1 镍铁渣粉磨系统工艺流程图

图2 电炉镍铁渣中的大块硬料及上料筛网

不锈钢冶炼厂排放的废渣有多种，有的渣如电炉镍铁渣常常混杂有不少大块硬料（如图2），如果进入磨机，将会引起振动停机，对磨盘磨辊造成损害，例如使磨辊表面崩裂、脱落等。所以，必须将超过一定规格的大块料清除。实际生产中，可设计一套专用的上料筛网（如图2），筛条间隔根据经验设定，对于较硬的电炉镍铁渣筛条间隔在3㎝左右，对其它废渣，筛条间隔在6cm～8cm左右。在上料时，废渣先过筛再进入料斗，可有效防止大块料进入输料系统。

⑵保证原材料输送入立磨顺畅

送料系统主要是皮带传送，但在最后进入立磨之前，一般是由螺旋将废渣推送到磨内进行粉磨。由于镍渣不同于常见的粒化高炉矿渣，既有硬颗粒状的，也有粉状的及含水率较高的，螺旋送料时原材料容易粘附在螺旋叶片及内壁上形成堵塞，也容易磨损螺旋叶片，降低送料能力。针对此情况，在螺旋送料器外壁适当位置开设多个检修窗口（如图3），当螺旋工作一段时间出现堵塞现象时，可停机打开检修窗口对螺旋叶片和内壁进行清料；另外，当螺旋叶片径向磨损到与内壁间隙达一定程度，送料能力下降时，可在叶片上每间隔20cm～30cm 的距离镶嵌可更换的耐磨刮片（如图4，这样可恢复螺旋的送料能力，耐磨刮片磨损后又可重新更换。

图3 送料螺旋外壳开检修窗口

图4 螺旋叶片增加耐磨刮片

⑶减缓立磨磨盘和磨辊表面的磨损

主机立磨是粉磨系统最重要的设备。粉磨时，下面的磨盘带料以一定的速度旋转（直径为5.5m 的磨盘转速可达22 转/分钟），上面的磨辊下压滚动研磨（压力可达2400kN）。可见，在转速快、压力大、物料难磨的情况下，磨盘和磨辊本身的磨损也很快，经测算，与常见的粉磨粒化高炉矿渣相比，粉磨镍渣时的磨损速度快了1/3。所以，为了延长立磨的堆焊间隔时间，避免频繁停机堆焊影响生产，那么对磨盘和磨辊的堆焊材料以及焊接工艺要求就都要比较高，要选择高耐磨性的焊丝（如图5），保证堆焊层表面硬度要求达到58～62HRC，材料既要耐磨，又要能承受相对较大的工作压力而不离层、爆裂（如图6）。

图5 专用耐磨焊丝

图6 立磨磨辊堆焊效果

⑷有效除去原材料废渣中的所含金属

原材料废渣含金属铁和镍，由于镍没有磁性，所以镍铁合金的磁性较弱，采用一般的除铁器难以除去。因为一般的除铁器是由低磁性的普通磁铁和少部分高磁性的钕铁硼磁铁混合组成，磁力不是太强，使用过程中失磁较快，用于除铁还可以，但要除去废渣中磁性比较弱的镍铁，效果就比较差。永磁除铁器既能产生足够大的磁场强度满足宽带、高速、大深度场合下的除铁要求，又可净化原材料，回收磁性物质，保证设备安全工作[3]。为此，选用了由全钕铁硼高性能磁铁组成的皮带除铁器（如图7）、滚筒除铁器（如图7）和管道除铁器等，通过安装在输送皮带上，回料皮带上及回料管等地方，多工位综合除去镍铁。此外，再人工定时检查监测生产过程中回料的镍铁含量，采用直接外排的方式进一步除去粉磨中的镍铁。通过除铁器和人工外排这两种方法综合处理，除去镍铁的效果良好。

图7 皮带及滚筒除铁器

⑸提供足够的粉磨烘干热量

采用不同冶炼工艺所排放出来的高炉镍铁渣、电炉镍铁渣、不锈钢精炼渣等原材料，化学成分不同，物理形态不同，研磨性能不同，含水率也不同。含水率最低的只有2%～3%，最高的却有30%，相差10 倍，这就对生产过程的烘干温度控制提出了较高的要求。生产不同产品所用的镍渣原材料配方不同，所以加热烘干所需要的热量差别很大。有研究表明，沸腾炉采用小炉膛结构设计，单位时间加煤量会大大减少，其炉床面积变小，使沸腾高度及风压、风速增加，为节省燃料创造了条件[4]。为了节能及适应实际生产需求，采用三个独立热风炉（如图8）并排使用的设计，既可以单独使用一个炉，也可以同时使用两个或三个热风炉进行加热，有效保证了生产不同产品的烘干热量需求。

此外，为节约能源和成本，目前还在热风炉上专门配置了高炉煤气燃烧系统（如图9），通过煤气管道从相邻的不锈钢冶炼厂引入多余的高炉煤气，更好地满足了生产的需求。

图8 三个独立热风炉并排使用

图9 高炉煤气燃烧系统

⑹设计适用于生产多个产品的质量控制系统

针对镍渣资源化利用生产建材产品，我司科研人员在2014 年公司正式成立之前就开展了有关研究，2015年第一条生产线投产，是国内最早综合利用镍渣生产矿渣微粉和复合掺合料的企业。同时，我司长期与国内相关高等院校和研究机构紧密合作，共同推进镍渣资源化综合利用。不锈钢工业产生的镍渣不是单一品种，主要包括高炉镍铁渣、电炉镍铁渣、不锈钢精炼渣，而且性能各异，必须通过组合搭配和添加合适的激发剂材料（如图10），一般在皮带输送过程中进行添加（如图10），才有可能生产出质量满足国家或行业标准的产品，产品包括矿渣微粉、镍铁渣微粉、复合矿物掺合料。为此在生产线上设计了6 个独立的上料斗（如图11）和计量装置，通过电脑上的DCS 控制系统（如图12），可以任意组合镍渣原材料的配方和下料，使得系统可以很方便和快速切换生产不同的产品。