徐元元

1　概述

我國(guó)是一個(gè)鋼鐵大國(guó)，高爐礦渣[1]資源豐富，礦渣產(chǎn)量約占鋼產(chǎn)量的30%，2014年全國(guó)粗鋼產(chǎn)量8.2億噸。隨著我國(guó)廢棄物資源化的推進(jìn)，礦渣在建材領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。礦渣具有諸多良好特性，經(jīng)超細(xì)粉磨后的礦渣微粉已成為一種不可多得的資源。礦粉應(yīng)用在混凝土中具有成本低、工作性好、后期強(qiáng)度高、水化熱低、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)[2]，礦粉的資源屬性主要取決于微粉的礦物組成、比表面積和顆粒形貌。因此，粉磨工藝就成了礦渣微粉生產(chǎn)的關(guān)鍵，這對(duì)水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)礦渣磨的需求非常大，特別是對(duì)大型礦渣磨的需求十分迫切。天津院一直致力于輥磨的研發(fā)，2003年專(zhuān)門(mén)成立以輥磨為主要研發(fā)對(duì)象的天津仕名粉體技術(shù)裝備有限公司[現(xiàn)更名為中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司，以下簡(jiǎn)稱(chēng)粉體公司]，自公司成立以來(lái)，在礦渣輥磨的研發(fā)上投入了大量的人力物力，并取得了很多輝煌的成果。粉體公司的礦渣輥磨規(guī)格齊全，所設(shè)計(jì)的輥磨運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，可靠性高，產(chǎn)品性能突出，在國(guó)內(nèi)礦渣粉磨技術(shù)和裝備中處于領(lǐng)先地位。

TRMS45.2礦渣輥磨是粉體公司根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際需求全新設(shè)計(jì)的，用于高比表面積要求的60萬(wàn)噸/年礦粉生產(chǎn)線(xiàn)。該項(xiàng)目工期緊，難度大，對(duì)成品的質(zhì)量要求高，在公司人員的努力下，該磨機(jī)順利達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)，受到業(yè)主的高度贊揚(yáng)。

2　TRMS45.2礦渣輥磨系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)

2.1　工作原理

TRMS型礦渣輥磨本體由傳動(dòng)裝置、磨盤(pán)裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、機(jī)架、進(jìn)風(fēng)道、中殼體、分離器、操作平臺(tái)、加壓裝置、翻輥裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部件組成。

輥磨的工作原理為：物料通過(guò)輸送皮帶，經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)垂直落到磨盤(pán)中央，磨盤(pán)在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下物料向外均勻分散、鋪平，形成料床。磨輥在加壓裝置的作用下對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)碾壓。在磨盤(pán)邊緣的物料被甩出磨盤(pán)，一部分通過(guò)風(fēng)環(huán)進(jìn)入磨內(nèi)的熱氣體送入分離器進(jìn)行分選，在此過(guò)程中與熱氣體進(jìn)行了充分的熱交換，水分迅速被蒸發(fā)。成品細(xì)度通過(guò)調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)控制，不合格的物料被送回至磨盤(pán)再次參加粉磨。另外一部分粗顆粒掉落下來(lái)，通過(guò)刮料裝置送入磨外，再通過(guò)輸送裝置將物料重新送入磨內(nèi)進(jìn)行粉磨，如此循環(huán)往復(fù)。

2.2　技術(shù)特點(diǎn)

TRMS45.2礦渣輥磨采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在吸收國(guó)外礦渣輥磨成熟技術(shù)的同時(shí)，又進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，包括新型高效籠式選粉技術(shù)、喂料防堵技術(shù)、新型磨輥密封結(jié)構(gòu)等。

其技術(shù)特點(diǎn)主要是：（1）具有自動(dòng)抬輥、落輥功能，可以實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)；（2）磨輥密封采用塵封加油封的新型結(jié)構(gòu)形式；（3）采用新型的殼體密封結(jié)構(gòu)，效果良好，漏風(fēng)系數(shù)低；（4）高效動(dòng)態(tài)籠式選粉機(jī)選粉效率高，調(diào)節(jié)細(xì)度靈敏；（5）喂料實(shí)現(xiàn)干濕料分開(kāi)，防止下料管堵塞；（6）適應(yīng)不同物料，水泥熟料和礦渣可以實(shí)現(xiàn)零間隔轉(zhuǎn)換。

3　TRMS45.2礦渣輥磨系統(tǒng)的工藝流程

3.1　系統(tǒng)工藝流程

原料礦渣儲(chǔ)存于露天堆廠(chǎng)中，由鏟車(chē)送入喂料倉(cāng)，經(jīng)計(jì)量皮帶秤、皮帶輸送機(jī)、鎖風(fēng)閥裝置落到磨盤(pán)上，恒速旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)借助于離心力將礦渣向外均勻分散，形成一定厚度的料床，物料在進(jìn)入粉磨區(qū)域前先進(jìn)行預(yù)壓實(shí)、排氣；同時(shí)料床上的物料受到兩個(gè)磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細(xì)的物料在磨盤(pán)邊緣處被從風(fēng)環(huán)進(jìn)入的熱氣體帶起并進(jìn)入到選粉機(jī)中進(jìn)行分選（動(dòng)靜態(tài)組合式高效選粉機(jī)能有效調(diào)節(jié)礦渣微粉細(xì)度，產(chǎn)品比表面積可以控制在4 000～5 000cm2/g范圍內(nèi)），合格細(xì)粉被帶入袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤(pán)再次粉磨；大顆粒物料（包括鐵渣）在風(fēng)環(huán)處落入進(jìn)風(fēng)道，通過(guò)吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)。在此過(guò)程中，物料與熱氣體進(jìn)行了充分熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，通過(guò)選粉機(jī)分選的合格細(xì)粉水分能控制在＜0.5%。部分難磨的大顆粒物料（包括鐵渣）落入風(fēng)環(huán)，通過(guò)吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)除鐵后再次進(jìn)入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過(guò)空氣輸送斜槽、提升機(jī)等設(shè)備送入到成品庫(kù)中。

如圖1所示為T(mén)RMS45.2礦渣粉磨系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖。

3.2　系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

TRMS45.2礦渣輥磨是根據(jù)料床粉磨的原理，通過(guò)磨輥、磨盤(pán)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)研磨礦渣的機(jī)械設(shè)備，集粉碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。表1所示為廣西源盛建材有限公司年產(chǎn)60萬(wàn)噸礦渣粉磨生產(chǎn)線(xiàn)的主要設(shè)備參數(shù)。

4　TRMS45.2礦渣輥磨系統(tǒng)運(yùn)行情況

礦渣輥磨系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性決定了礦渣微粉產(chǎn)量和質(zhì)量的高低。影響輥磨系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素包括：入磨原料礦渣的粒度和水分，磨機(jī)的研磨壓力，選粉機(jī)密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速，磨機(jī)風(fēng)溫，磨輥與磨盤(pán)、擋料圈的情況等。在實(shí)際應(yīng)用中必須有效控制上述各因素，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)管理和不斷探索，優(yōu)化各參數(shù)。

圖1　TRMS45.2礦渣粉磨系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

表1　系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

4.1　原料礦渣粒度和水分

廣西源盛建材有限公司的原料礦渣來(lái)源是廣西萬(wàn)鑫鋼鐵廠(chǎng)煉鐵后外排的水淬高爐礦渣。其中含有大塊爐渣還有球磨的鋼球，這些異物如進(jìn)入磨機(jī)會(huì)造成磨機(jī)的振動(dòng)加大、料層不穩(wěn)，進(jìn)而影響粉磨的效果。為排除礦渣中大塊爐渣及球磨鋼球?qū)ιa(chǎn)的影響，在皮帶輸送機(jī)上安裝了兩套皮帶除鐵器及一套振動(dòng)篩，使入磨的礦渣顆粒直徑＜1cm，避免了大塊異物對(duì)生產(chǎn)的影響。

礦渣的含水量對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性也有較大的影響，從實(shí)際生產(chǎn)操作得出這樣的結(jié)論：入磨礦渣本身的含水量在10%左右時(shí)，該磨機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，產(chǎn)量可以達(dá)到110t/h。礦渣的含水量影響著生產(chǎn)操作參數(shù)的調(diào)整，我們通過(guò)磨內(nèi)噴水裝置噴水量的調(diào)節(jié)來(lái)穩(wěn)定料層、減小磨機(jī)的振動(dòng)，提高粉磨效率。

4.2　研磨壓力

液氣彈性系統(tǒng)通過(guò)磨輥將壓力傳遞給物料，合適的壓力是輥磨實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定料床粉磨的前提。如果壓力過(guò)低，輥磨的產(chǎn)量下降，料床厚度增加，循環(huán)負(fù)荷增大；如果壓力過(guò)高，主電機(jī)電流增大，料床變薄，磨機(jī)振動(dòng)加大。TRMS45.2礦渣輥磨采用對(duì)兩個(gè)磨輥分別加壓的液壓系統(tǒng)，一般情況下，有桿腔的油壓設(shè)定值為12.5MPa（蓄能器充氮壓力為6.5MPa），無(wú)桿腔的油壓設(shè)定值為3MPa（蓄能器充氮壓力為1.8MPa）。加壓油缸的這兩個(gè)設(shè)定值能夠保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和保證系統(tǒng)的保壓時(shí)間，并使料層穩(wěn)定在15～25mm左右，減少磨機(jī)的振動(dòng)，有效發(fā)揮磨機(jī)的粉磨效率。

4.3　選粉機(jī)密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速

TRMS45.2礦渣輥磨的選粉機(jī)為籠式動(dòng)態(tài)選粉機(jī)。粉磨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，粉磨后的物料在熱風(fēng)的帶動(dòng)下，呈螺旋狀氣流被吸入選粉機(jī)進(jìn)行分選。選粉機(jī)的密封情況及轉(zhuǎn)速影響礦渣微粉的產(chǎn)量和質(zhì)量。礦渣微粉篩余控制的關(guān)鍵部位在轉(zhuǎn)子上側(cè)的密封結(jié)構(gòu)，該處的密封結(jié)構(gòu)為葉片形式。小葉片隨著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生對(duì)流，這樣對(duì)礦粉產(chǎn)生阻力，從而使得物料很難從此處通過(guò)，只能通過(guò)籠輪進(jìn)行篩選。在生產(chǎn)時(shí)可通過(guò)調(diào)整選粉機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變礦渣微粉的產(chǎn)品細(xì)度。當(dāng)產(chǎn)量增加時(shí)，應(yīng)考慮適當(dāng)提高選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)產(chǎn)量控制在100t/h時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度100%，研磨壓力12.5MPa，選粉機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整至87r/min。在上述參數(shù)情況下，礦渣微粉產(chǎn)品的比表面積能控制在480m2/kg左右。

4.4　磨機(jī)風(fēng)溫

磨機(jī)的風(fēng)溫包括入口熱風(fēng)溫度和磨機(jī)出口溫度。正常生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)不同的投料量，磨機(jī)的入口風(fēng)溫控制在200～250℃之間，這個(gè)溫度的熱風(fēng)能有效烘干礦渣水分。

磨機(jī)的出口溫度是有效穩(wěn)定生產(chǎn)的因素之一，一般控制在85～95℃之間。在喂料水分約10%的條件下，出磨溫度85℃時(shí)仍然能夠保證成品水分≤0.5%。從生產(chǎn)實(shí)際看，磨機(jī)的出口溫度控制在90～95℃對(duì)生產(chǎn)非常有利，在這個(gè)溫度區(qū)間，能有效控制生產(chǎn)的穩(wěn)定，可以調(diào)節(jié)投料量、噴水量及其他參數(shù)，保持磨內(nèi)的動(dòng)態(tài)平衡；這個(gè)溫度能保證入除塵器的氣體溫度高于露點(diǎn)溫度，所以90～95℃的出口溫度既能保證磨內(nèi)的物料充分烘干，又能防止除塵布袋結(jié)露。

4.5　料層厚度與擋料圈高度

磨輥與磨盤(pán)、擋料圈的幾何尺寸、相對(duì)位置及耐磨層的材質(zhì)直接影響了料層的穩(wěn)定及粉磨的效率。TRMS45.2輥磨的磨輥與磨盤(pán)的間隙控制在10mm左右，擋料圈與磨輥大端的間隙控制在20mm左右。磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)料層的厚度在15～25mm之間，如果料層太薄，＜15mm時(shí)磨機(jī)會(huì)振動(dòng)劇烈，料層太厚磨機(jī)也會(huì)振動(dòng)，而且會(huì)增加主電機(jī)負(fù)荷，降低粉磨效率。擋料圈的高度控制在220～240mm之間，擋料圈過(guò)高會(huì)導(dǎo)致料層變厚，降低粉磨效率，同時(shí)會(huì)增加排鐵的難度；擋料圈過(guò)低，會(huì)增加回料量，產(chǎn)量難以提高。

5　結(jié)語(yǔ)

輥磨是集機(jī)械、液壓、電氣自動(dòng)化為一體的設(shè)備，其操作較為復(fù)雜，每臺(tái)新的輥磨投產(chǎn)時(shí)都需要一段時(shí)間的摸索和調(diào)整。廣西源盛建材有限公司使用的TRMS45.2礦渣輥磨自2013年1月投產(chǎn)以來(lái)，礦渣粉的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到并超過(guò)了GB/T 18046-2000《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中S95級(jí)礦渣粉的技術(shù)要求，具體如表2所示。

表2　礦渣粉的性能

通過(guò)中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司與廣西源盛建材有限公司的共同努力，該磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)備及工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，生產(chǎn)運(yùn)行日趨穩(wěn)定。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，產(chǎn)量穩(wěn)定在100～110t/h，粉磨系統(tǒng)電耗40kWh/t，生產(chǎn)成本不斷降低，取得了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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