輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)鋼鐵渣粉工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

侯國鋒，張 黎，褚 旭，王復(fù)然，石國平，許 芬

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)鋼鐵渣粉工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

Process Design and Optimization of Roller Press Finish Grinding System for Steel Slag Powder Production

侯國鋒，張 黎，褚 旭，王復(fù)然，石國平，許 芬

由中材裝備集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的輥壓機(jī)終粉磨工藝系統(tǒng)，可用于生產(chǎn)礦渣、鋼渣微粉以及脫硫石灰石粉，系統(tǒng)粉磨流程短、效率高、能耗低，運(yùn)行平穩(wěn)，操作與維護(hù)成本低。本文主要介紹了輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的工藝流程及運(yùn)行情況，闡述了各主機(jī)設(shè)備的規(guī)格與選型，研究了系統(tǒng)工藝物料平衡和熱平衡的計(jì)算，總結(jié)了系統(tǒng)調(diào)試和生產(chǎn)優(yōu)化的方法，為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

輥壓機(jī)；終粉磨；礦渣；鋼渣；微粉生產(chǎn)；工藝流程

1 引言

粒化高爐礦渣和鋼渣是鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。大量的礦渣、鋼渣長期堆棄，不僅占用大量耕地，污染土壤和地下水，而且廢渣曬干后產(chǎn)生的粉塵四處飛揚(yáng)，造成空氣污染。為了從根本上消除礦渣和鋼渣的危害，通常將礦渣或鋼渣粉磨至比表面積為4 000cm2/g以上，激發(fā)其潛在活性，與熟料粉混合生產(chǎn)水泥[1]。單獨(dú)粉磨礦渣、鋼渣微粉的生產(chǎn)工藝在經(jīng)濟(jì)效益、資源循環(huán)利用以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面都發(fā)揮了積極的作用。

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)是一種先進(jìn)的料床擠壓粉磨工藝系統(tǒng)，與球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)、輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)和輥壓機(jī)半終粉磨系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)徹底擺脫了球磨機(jī)，集烘干、粉磨、分選于一體。先進(jìn)的料床粉磨原理使粉磨過程中的能耗大幅降低，原料適應(yīng)性好，能單獨(dú)處理粒化高爐礦渣、鋼渣、石灰石以及其他不同類型的冶金渣[2]。輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)與目前較為普及的輥磨系統(tǒng)相比，壓力損失低，主排風(fēng)機(jī)規(guī)格小，系統(tǒng)電耗低，設(shè)備總投資少[3]。

在水泥行業(yè)，生料輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)己逐漸代替球磨和輥磨成為主流工藝。在礦渣、鋼渣微粉生產(chǎn)領(lǐng)域，由中材裝備集團(tuán)有限公司為邯鄲邦信建材有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的年產(chǎn)30萬噸礦渣、鋼渣輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)線已于2013年底成功投產(chǎn)，開創(chuàng)了輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)在國內(nèi)微粉生產(chǎn)領(lǐng)域的先河。該系統(tǒng)現(xiàn)已運(yùn)行了3年多，在生產(chǎn)過程中經(jīng)過不斷的優(yōu)化與調(diào)整，取得了非常好的生產(chǎn)效果。該系統(tǒng)采用附近焦化廠產(chǎn)生的副產(chǎn)品焦?fàn)t煤氣作燃料，目前已處理了大量當(dāng)?shù)囟褩壍牡V渣和鋼渣，在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益[4]。

2 輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)工藝流程

圖1為中材裝備集團(tuán)有限公司為邯鄲邦信建材有限公司設(shè)計(jì)的輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)工藝流程，該工藝流程由輥壓機(jī)+V型選粉機(jī)+高效選粉機(jī)+單臺(tái)主排風(fēng)機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)了輥壓機(jī)獨(dú)立粉磨生產(chǎn)礦渣、鋼渣微粉。原物料經(jīng)提升機(jī)提升后與輥壓機(jī)循環(huán)物料一起進(jìn)入緩沖倉混合，經(jīng)輥壓機(jī)擠壓粉碎后直接進(jìn)入V型選粉機(jī)，與熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱風(fēng)在V型選粉機(jī)內(nèi)混合，實(shí)現(xiàn)礦渣的烘干與初級分選；排出的粗粉經(jīng)循環(huán)提升機(jī)和皮帶機(jī)輸送至輥壓機(jī)上方的緩沖倉，細(xì)粉被熱風(fēng)帶入高效選粉機(jī)再次分選；合格的產(chǎn)品由尾部收塵器收集后輸送至成品庫，粗粉則經(jīng)提升機(jī)返回至緩沖倉。粉磨過程中的物料由溜子和皮帶機(jī)輸送，輸送過程中設(shè)置多處除鐵器和金屬探測器。成品粉由斜槽及提升機(jī)輸送至成品庫，各揚(yáng)塵點(diǎn)設(shè)置收塵風(fēng)管至收塵器。

該系統(tǒng)與生料輥壓機(jī)終粉磨工藝流程有所不同，其主要特點(diǎn)是將V型選粉機(jī)安裝在輥壓機(jī)的下方，輥壓機(jī)布置在樓面之上，經(jīng)輥壓機(jī)擠壓后的物料被即時(shí)打散烘干，循環(huán)提升機(jī)處理的是失去水分的粗粉物料，細(xì)的物料粉由空氣管道帶入高效選粉機(jī)，微粉在此進(jìn)行最終分選，成品收集部分由單臺(tái)袋收塵器+單臺(tái)主排風(fēng)機(jī)組成，通過動(dòng)態(tài)選粉機(jī)的合格產(chǎn)品直接進(jìn)入袋收塵器收集，變頻調(diào)整選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，成品比表面積可達(dá)4 500cm2/g以上。

全廠電氣均采用計(jì)算機(jī)DCS控制系統(tǒng)。從喂料、輸送、粉磨、烘干、分選、收塵到成品的儲(chǔ)存與發(fā)運(yùn)，以及工藝熱風(fēng)的溫度、壓力均由設(shè)計(jì)完善的DCS系統(tǒng)控制。部分工藝參數(shù)采用計(jì)算機(jī)人工智能控制算法，控制精度高，自動(dòng)化水平高。圖2為該廠輥壓機(jī)終粉磨礦渣、鋼渣微粉系統(tǒng)中控畫面。

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是流程短、效率高、自動(dòng)化程度高、原料適應(yīng)性強(qiáng)。經(jīng)過簡單的工藝調(diào)整，能單獨(dú)處理易磨性較差的鋼渣，也可單獨(dú)生產(chǎn)易磨性較好的脫硫石灰石粉，還可以粉磨不同配比的混合物料。目前生產(chǎn)原料為85%粒化高爐礦渣摻加15%鋼渣。

圖1 輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)工藝流程

3 主機(jī)設(shè)備規(guī)格與選型

邯鄲邦信建材有限公司年產(chǎn)30萬噸礦渣、鋼渣微粉生產(chǎn)線配備的主要設(shè)備為：輥壓機(jī)TRP140×140一臺(tái)，輥?zhàn)右?guī)格?1 400mm× 1 400mm，裝機(jī)功率2×800kW，物料通過量400~ 600t/h，采用堆焊設(shè)計(jì)的輥面壽命≮8 000h；V型選粉機(jī)TPS160一臺(tái)，通過風(fēng)量140 000m3/h；高效動(dòng)態(tài)選粉機(jī)TLS2600一臺(tái)，主軸轉(zhuǎn)速102~301r/min，變頻調(diào)速；物料循環(huán)提升機(jī)NXDT1000一臺(tái)，裝機(jī)功率90kW；袋收塵器LTMC128-2×9一臺(tái)；尾排離心風(fēng)機(jī)一臺(tái)，裝機(jī)功率500kW。系統(tǒng)配套熱風(fēng)爐HHG2600一臺(tái)，供熱能力3.8×107kJ/h；以高溫焦?fàn)t煤氣做燃料，功率調(diào)節(jié)比例幅度大；配套PLC自動(dòng)控制柜，控制精準(zhǔn)；相比燃煤沸騰爐而言，可根據(jù)不同的工藝狀況靈活調(diào)節(jié)，能滿足含水量0%~20%原料的粉磨生產(chǎn)。

該系統(tǒng)的核心部件由中材裝備集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的輥壓機(jī)、V型選粉機(jī)和動(dòng)態(tài)選粉機(jī)組成，總裝機(jī)功率約2 400kW。由于工藝流程中沒有旋風(fēng)筒和循環(huán)風(fēng)機(jī)，僅有一臺(tái)主排風(fēng)機(jī)，故動(dòng)態(tài)選粉機(jī)與袋式收塵器規(guī)格相對較大，由此帶來的好處是系統(tǒng)流程短，布置簡單，壓損較小，避免了循環(huán)風(fēng)機(jī)的磨損。

圖2 輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)中控畫面

表1 年產(chǎn)30萬噸礦渣生產(chǎn)線物料平衡計(jì)算表*

4 系統(tǒng)物料平衡與熱平衡計(jì)算

（1）物料平衡計(jì)算

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為年產(chǎn)30萬噸礦渣、鋼渣生產(chǎn)線，年平均運(yùn)轉(zhuǎn)300d，日均20h，生產(chǎn)損耗計(jì)1%。原料來自邯鄲當(dāng)?shù)厥沂约案浇撹F廠產(chǎn)生的鋼渣和高爐礦渣，烘干燃料采用附近焦化廠產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣，產(chǎn)品采用汽車散裝形式出廠。按目前生產(chǎn)原料配比計(jì)，全廠物料平衡設(shè)計(jì)如表1所示。

通過計(jì)算原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠過程中處理的物料量，可為物料需求量、運(yùn)輸量、工藝設(shè)備選型和計(jì)算存儲(chǔ)設(shè)施容量提供依據(jù)，全廠物料平衡表可為制訂生產(chǎn)計(jì)劃、控制不合理損耗、降低生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)自動(dòng)化控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。

（2）熱平衡計(jì)算

熱平衡計(jì)算是根據(jù)輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)熱量收支平衡原理計(jì)算系統(tǒng)所需熱量的方法。輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)在粉磨礦渣等含水量較高的物料時(shí)需要引入熱風(fēng)對物料進(jìn)行烘干。對輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)進(jìn)行熱平衡計(jì)算可以得出系統(tǒng)所需的熱量和熱風(fēng)量，并以此為依據(jù)進(jìn)行收塵器、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的選型；根據(jù)需要的熱風(fēng)量及其溫度可計(jì)算燃料的消耗量，確定熱風(fēng)爐的規(guī)格和燃料成本；對粉磨系統(tǒng)里的氣流平衡進(jìn)行計(jì)算，確定系統(tǒng)各工段風(fēng)管的直徑，避免設(shè)計(jì)過程中風(fēng)管選擇不當(dāng)造成浪費(fèi)和阻力過大。

根據(jù)輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的工藝流程，參考輥式磨系統(tǒng)熱平衡計(jì)算理論方法，以輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)為對象建立熱平衡模型[6]，系統(tǒng)熱量收支項(xiàng)目見圖3。

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)中各處氣流的流量按設(shè)備所需取值（本文中不再詳述），氣流溫度由計(jì)算機(jī)模擬推算得出，以標(biāo)準(zhǔn)狀況為基準(zhǔn)計(jì)算，理論上系統(tǒng)熱量收支項(xiàng)目及計(jì)算結(jié)果如表2所示。

通過上述計(jì)算得出，粉磨系統(tǒng)需要熱風(fēng)爐產(chǎn)生的熱量為29 932 658kJ/h。假定此部分熱量全部由燃?xì)馊剂戏艧崽峁豢紤]物料潛熱，熱風(fēng)爐及熱風(fēng)管道散熱系數(shù)取值為5%，焦?fàn)t煤氣熱值按17 580kJ/m3（標(biāo)）計(jì)，則可推算出產(chǎn)生該熱量需要的焦?fàn)t煤氣量：

表2 年產(chǎn)30萬噸礦渣生產(chǎn)線系統(tǒng)熱平衡計(jì)算表

圖3 輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)熱收支項(xiàng)目圖

5 生產(chǎn)運(yùn)行情況及優(yōu)化

該輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)于2013年12月完成安裝，進(jìn)入生產(chǎn)調(diào)試階段，在調(diào)試過程中先后克服了震動(dòng)大、下料不穩(wěn)定、系統(tǒng)產(chǎn)量低等問題。經(jīng)過數(shù)周調(diào)試，系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

成功達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)后，經(jīng)過一段時(shí)間的工藝優(yōu)化與調(diào)整，生產(chǎn)指標(biāo)逐漸提高。目前的生產(chǎn)情況為：原料為85%礦渣（水分約15%）+15%鋼渣，干基臺(tái)時(shí)產(chǎn)量55~60t，成品含水量＜0.5%，微粉產(chǎn)品比表面積＞4 000cm2/g，全廠綜合電耗＜40kWh/t。獨(dú)立生產(chǎn)脫硫石灰石粉時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)90~100t；單獨(dú)生產(chǎn)易磨性較差的鋼渣時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)45t。粉磨系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和單位電耗指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，成品微粉平均比表面積在4 000cm2/g以上；成品微粉的性能經(jīng)邯鄲市技術(shù)監(jiān)督局檢驗(yàn)，7d活性指數(shù)平均在80%以上，28d活性指數(shù)平均在100%以上。成品微粉的比表面積和活性指數(shù)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

綜合系統(tǒng)調(diào)試與生產(chǎn)期間的情況，可對后續(xù)輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)工藝適當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。為穩(wěn)定物料流量，可在中間緩沖倉與輥壓機(jī)入料口之間設(shè)置插板閥和手動(dòng)棒條閥兩道閥門；為更加節(jié)能高效，主排風(fēng)機(jī)可選擇變頻控制；另外，在保證系統(tǒng)所需熱量供給的前提下，可設(shè)置循環(huán)熱風(fēng)管道，能提高燃料利用率。

6 結(jié)語

輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)作為一種新型的粉磨工藝，成功應(yīng)用于礦渣、鋼渣及石灰石粉磨領(lǐng)域。相對于管磨和輥磨系統(tǒng)，該工藝流程簡便高效，易布置，能耗低，檢修與維修成本低，物料適應(yīng)性更廣泛，可粉磨不同水分、不同易磨性的礦渣、鋼渣和石灰石等多種物料。

該系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)量和單位電耗指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平，原料為85%礦渣（水分約15%）+ 15%鋼渣，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量55~60t，全廠綜合電耗＜40kWh/t。獨(dú)立生產(chǎn)脫硫石灰石粉時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)90~100t；單獨(dú)生產(chǎn)易磨性較差的鋼渣粉時(shí)，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)45t。

該系統(tǒng)能科學(xué)處理“工業(yè)三廢”，既解決了大量礦渣和鋼渣堆放、外運(yùn)造成的環(huán)境問題，又提高了礦渣和鋼渣的利用價(jià)值，為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還創(chuàng)造了社會(huì)效益。

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TQ172.63

A

1001-6171（2017）02-0045-05

中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；

2016-07-06；編輯：趙蓮