劉迪，王維莉，劉暢，聶文海，趙劍波

1 引言

近幾年，以立式輥磨為代表的新一代粉磨技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，其工藝系統(tǒng)流程簡單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作方便[1-4]，在國內(nèi)市場用于粉磨礦渣、鋼渣及鎳渣等固廢項目的輥磨占整個輥磨市場的80%以上。

我公司從1996年開始著手立式輥磨的研發(fā)工作，多年來一直致力于輥磨技術(shù)裝備的研究和開發(fā)工作，2005年研發(fā)了TRMS3231輥磨并順利達產(chǎn)達標(biāo)，2020 年研發(fā)了TRMK6031 輥磨并順利投產(chǎn)，目前TRMK6031輥磨是國內(nèi)產(chǎn)量最大的水泥輥磨。

2020 年7 月，我公司自主設(shè)計研發(fā)的TRMS4531 鎳渣輥磨在福建某生產(chǎn)線投產(chǎn)，經(jīng)過短時間的生產(chǎn)調(diào)試，磨機各項技術(shù)指標(biāo)均達到了設(shè)計要求，成品比表面積、顆粒粒徑分布以及活性指數(shù)等性能指標(biāo)均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

利用TRMS4531鎳渣輥磨生產(chǎn)鎳渣粉，其產(chǎn)量可達～106t/h，比表面積達420m2/kg，可單臺配套90萬噸冶金鎳鐵渣生產(chǎn)線，是鋼鐵工業(yè)鎳渣處理的理想粉磨設(shè)備。

2 鎳渣粉磨系統(tǒng)工藝流程及主要設(shè)備參數(shù)

2.1 工藝流程

TRMS4531 鎳渣輥磨系統(tǒng)的工藝流程見圖1，鎳渣由喂料皮帶經(jīng)螺旋喂料器喂入立式輥磨，物料在立式輥磨中隨著磨盤的旋轉(zhuǎn)從中心向邊緣運動，同時受到磨輥的擠壓而被粉碎。粉碎后的物料在磨盤邊緣處被從風(fēng)環(huán)進入的熱氣體帶起，粗顆粒落回到磨盤再粉磨，合格細粉被帶入袋式收塵器作為成品。在風(fēng)環(huán)處無法被熱風(fēng)帶起的部分難磨的大顆粒物料，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)除鐵后，再次進入立式輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽、提升機等設(shè)備送入到成品庫中。

磨機通風(fēng)和烘干所需熱空氣由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)通過管道進入磨機，出磨氣體經(jīng)收塵器凈化后由風(fēng)機送出，一部分排入大氣，一部分循環(huán)入磨。

圖1 鎳渣輥磨工藝流程圖

2.2 主要設(shè)備參數(shù)

TRMS4531 立式輥磨采用了最新技術(shù)，能夠形成穩(wěn)定的料床。同時，磨機采用新型高效籠型選粉機，能夠保證成品比表面積在300～500m2/kg范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，保證鎳渣成品的顆粒分布在合理范圍內(nèi)。系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見表1。

3 系統(tǒng)運行情況

3.1 原料情況

磨機粉磨的廢渣來源為附近某鋼鐵公司在生產(chǎn)不銹鋼過程中產(chǎn)生的鎳渣，原料綜合水分～24%，鎳渣外觀如圖2所示。

高爐鎳渣經(jīng)水淬處理后大部分為玻璃體，主要的晶體為鎂鋁尖晶石（化學(xué)式MgAl2O4，無游離氧化鈣和方鎂石晶體存在）。

圖3 為鎳渣的XRD 衍射分析圖譜。從圖3 可以看出，鎳渣中有非晶體（鼓包曲線）和晶體（特征峰）存在，檢測得到的主要礦物不含鐵元素，說明鐵沒有形成固定的化合物。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

圖2 鎳渣外貌

圖3 鎳渣XRD衍射分析圖

3.2 產(chǎn)量及電耗

磨機產(chǎn)量及系統(tǒng)電耗見表2。從表2 可以看出，輥磨粉磨鎳渣的系統(tǒng)電耗約為38.5kW·h/t，相比較于球磨機，輥磨粉磨鎳渣電耗降低30%～40%。

表2 磨機產(chǎn)量及電耗

3.3 活性指數(shù)

根據(jù)水泥廠提供的資料，對鎳渣的活性指數(shù)進行了檢測，結(jié)果如下：在比表面積為420m2/kg時，7d活性指數(shù)為75%，28d 活性指數(shù)為86%，符合國標(biāo)S75級要求。

3.4 各點氣體溫度及壓力

鎳渣輥磨磨機壓差按照4 000Pa 設(shè)計，實際生產(chǎn)時，磨機的壓差一般會小于設(shè)計值。在磨機運行期間，應(yīng)合理控制磨機壓力，合理的磨機壓力是磨機形成穩(wěn)定料層和平穩(wěn)運行的關(guān)鍵。磨機運行時各點氣體溫度及壓力參數(shù)見表3。

表3 各點氣體溫度及壓力參數(shù)

3.5 系統(tǒng)風(fēng)量

磨機穩(wěn)定運行時，對鎳渣輥磨系統(tǒng)風(fēng)量進行了熱工標(biāo)定，從標(biāo)定結(jié)果來看：風(fēng)機轉(zhuǎn)速為35Hz 時，風(fēng)機入口靜壓為-3 600Pa，入口溫度為90℃，工況風(fēng)量為350 000～400 000m3/h。

3.6 磨機振動

磨機振動對設(shè)備的安全可靠性影響很大，必須將磨機的振動值控制在一定的范圍內(nèi)才能有效保護磨機。不同檢測點檢測的振動值也是不同的，TRMS4531 磨機的振動傳感器安裝在減速機殼體推力軸承部分的側(cè)面殼體上。

在磨機運行中對磨機進行了振動檢測，水平振動值在1.0～1.5mm/s，垂直振動值在1.5～2.0mm/s，屬較低的振動范圍，磨機運行較為平穩(wěn)。

3.7 料層厚度和擋料圈高度

擋料圈的高度是影響料層厚度的重要因素，但不是唯一因素。合適的擋料圈高度應(yīng)為磨盤直徑的3.0%～5.0%，運行中擋料圈的實際有效高度應(yīng)有所調(diào)整。擋料圈高度并不是越高越好，增加擋料圈高度，會導(dǎo)致料層變厚，研磨效率降低。TRMS4531鎳渣輥磨在穩(wěn)定運行期間，擋料圈高度在240mm左右。

4 成品性能

利用立式輥磨粉磨鎳渣，鎳渣成品可以作為摻合料摻入混凝土中，也可以作為一種混合材，摻入熟料和石膏中，分別生產(chǎn)不同的水泥。TRMS4531輥磨粉磨的鎳渣成品顆粒粒徑分布達到了與同類粉磨礦渣粉相同的水平。根據(jù)中國水泥發(fā)展中心物化檢測所的實驗結(jié)果可以看出，鎳鐵渣成品的顆粒粒徑分布較寬。鎳渣成品的顆粒粒徑分布情況見圖4。

圖4 鎳渣成品的顆粒粒徑分布情況

5 單質(zhì)鐵平衡

鎳渣里含有較多的單質(zhì)鐵，用輥磨粉磨鎳渣，會導(dǎo)致單質(zhì)鐵在磨內(nèi)富集，致使磨輥和襯板磨損較快，縮短耐磨件的使用壽命。

在磨機不同部位取樣，分別測試樣品中單質(zhì)鐵含量，從而制作出了整個粉磨系統(tǒng)的單質(zhì)鐵平衡圖，具體見圖5。從圖5可以看出，鎳渣中的單質(zhì)鐵回收率只有12.22%，除鐵后，僅有40.25%的單質(zhì)鐵回磨機，除鐵效率不高?，F(xiàn)場也有這樣的現(xiàn)象，除鐵后入磨的物料中含有鐵，鐵渣中含有料粉，同時成品中單質(zhì)鐵回收率87.78%，成品中的鐵粉含量較高。

圖5 單質(zhì)鐵平衡

磨盤上的物料來自喂料、外排回料、選粉機回料，循環(huán)量是喂料量的4.73 倍，磨盤上鐵回收率是原料的22倍左右，磨內(nèi)鐵富集程度較高。

根據(jù)圖5，我們可以分析形成去除磨內(nèi)單質(zhì)鐵的兩種思路：一是增大外排量以及提高除鐵器效率，目前外排量占喂料量不到7%，即使提高到15%～20%，其鐵的回收率與選粉機回料的鐵回收率相比，仍然很小。另一種思路是將選粉機回料導(dǎo)出磨外，不參與系統(tǒng)鐵循環(huán)，以提高除鐵效率。

6 結(jié)語

TRMS4531 鎳渣立式輥磨已成功應(yīng)用于福建某生產(chǎn)線，自投產(chǎn)以來磨機始終運行平穩(wěn)，產(chǎn)量和比表面積均達到設(shè)計要求，成品顆粒粒徑分布較寬，28d活性指數(shù)可以滿足國標(biāo)S75級要求，具有顯著的節(jié)能效果，其優(yōu)良的產(chǎn)品性能可與球磨機產(chǎn)品性能相媲美。