輥壓機終粉磨系統在生產鋼鐵渣微粉上的應用

侯國鋒，王學民，張黎，吳衛國，許芬

1 概述

我國是鋼鐵生產大國，近幾年粗鋼產量約為8億噸/年。在鋼鐵冶煉過程中，每生產1t鐵，產生0.25～0.30t礦渣，每生產1t鋼產生0.15～0.20t鋼渣。目前，礦渣因具有潛在的水硬膠凝性能，其綜合利用率基本上達到100%；盡管摻加鋼鐵渣粉的混凝土水化熱低、微膨脹、耐磨性好，但鋼渣的利用率仍然很低。就現階段的研究表明，想要提高鋼渣利用量和附加值，一個非常用效的途徑就是將鋼渣超細粉磨后，作為水泥的混合材或者用作混凝土摻和料來配制高性能混凝土等。一方面，由于鋼渣超細粉的顆粒粒徑小，使得游離氧化鈣和游離氧化鎂在構件硬化之前與水反應完畢，徹底消除了鋼渣的體積穩定性問題。另一方面，目前鋼渣屬于工業固體廢物，國家在稅收方面有相應的優惠政策，加上生產過程中磁選出來的鐵精粉和顆粒鋼，則每處理一噸鋼渣其利潤還是可觀的。同時，由于減少了水泥熟料的用量，從而間接地減少了生產水泥的能耗和CO2的排放。

目前國內常見的鋼鐵渣微粉生產技術與水泥粉磨技術類似，主要有球磨系統、輥磨系統、輥壓機與球磨機聯合粉磨系統等。球磨系統是鋼鐵渣的傳統粉磨系統，其穩定的產品性能和較高的運轉率一直受到用戶的青睞，但是球磨系統最大的缺點就是系統能耗高，當礦渣粉比表面積達到4 200cm2/g時，球磨機本身需要耗電60kWh/t左右。并且入球磨之前，一般要先將水分烘干至1%左右，不但增加投資，而且還需要中間貯存裝置，工藝流程復雜。

采用輥磨系統粉磨鋼鐵渣，其系統流程簡單，烘干、粉磨、選粉的全部工藝過程均在磨內完成。由于是料床粉磨，粉磨效率高，單位電耗低，但受其工藝特點所限制，粉磨過程中，大部分物料是在磨機內部循環，粉磨過程中暴露出來的金屬鐵粒（尤其是鋼渣，包裹在渣塊內的金屬鐵粒經輥壓后，才能與鋼渣分離），很難及時去除干凈，從而導致大量金屬鐵粒在磨盤上富集，加大了磨輥和磨盤的磨損。

輥壓機終粉磨系統是一種先進粉磨工藝，與球磨機粉磨系統、輥壓機預粉磨系統和輥壓機半終粉磨系統相比，該系統徹底擺脫了球磨機，集烘干、粉磨、分選于一體，先進的料床粉磨方式使粉磨過程的能耗大幅降低，原料適應性好，能單獨處理粒化高爐礦渣、鋼渣、石灰石以及其他不同類型的冶金廢渣。輥壓機是最適合用于粉磨鋼鐵渣的粉磨設備，這是因為輥壓機屬于料床受限擠壓，鋼鐵渣又屬于脆性物料，粉磨效率高，電耗低。與目前較為流行的輥磨系統相比，輥壓機終粉磨系統因粉磨過程所有物料為外部循環，所以，粉磨過程中暴露出來的金屬鐵粒（尤其是鋼渣，包裹在渣塊內的金屬鐵粒經輥壓后，才能與鋼渣分離），可以在物料外循環過程中去除，減少了對輥面的磨損。另一方面，由于物料采用斗式提升機提升，系統壓力損失低，系統電耗更低。

由天津水泥工業設計研究院有限公司設計開發的國內第一條鋼鐵渣輥壓機終粉磨生產線已經于2013年底成功投產，開創了輥壓機終粉磨系統在鋼鐵渣微粉生產領域的國內先例。在生產過程中經過不斷的優化與調整，優化后的第二條鋼鐵渣輥壓機終粉磨生產線于2018年年初投入運行，整個系統運行平穩，各項經濟指標優異。本文僅對這兩條鋼鐵渣輥壓機終粉磨生產線的運行情況作一簡要介紹，以供其他項目設計時參考。

圖1 邦信（左）和中泰（右）鋼鐵渣輥壓機終粉磨系統工藝流程圖

2 設備技術參數

以下數據來自于中材裝備集團開發設計的2013年底投產的邦信建材有限責任公司年產30萬噸礦渣微粉輥壓機終粉磨系統和2018年投產的中泰建材有限公司年產60萬噸礦渣微粉輥壓機終粉磨系統。

邦信建材有限責任公司輥壓機終粉磨系統采用輥壓機+V型選粉機+高效選粉機+單臺主排風機組成的輥壓機終粉磨系統，實現了用輥壓機獨立粉磨生產礦渣、鋼渣微粉。新喂物料經提升機提升后與輥壓機循環物料混合進入緩沖倉，物料經過輥壓機的擠壓粉碎后，落入V型選粉機，與來自熱風爐的熱風在V型選粉機內混合，實現物料的烘干與初級分選，排出的粗粉經循環提升機和皮帶機輸送至輥壓機上方的緩沖倉，細粉被熱風帶入高效選粉機進行再次分選，合格的產品由尾部收塵器收集后經斜槽及提升機輸送至成品庫，粗粉則經提升機返回緩沖倉，各揚塵點設置收塵風管至循環風系統。

表1 主要設備技術參數

中泰建材年產60萬噸鋼鐵渣粉輥壓機終粉磨系統，在邦信項目的基礎上進行了優化改進，主要體現在選粉機的結構改進和入小倉物料增加了預處理設備兩個方面。

在選粉機的結構方面，主要體現在選粉機本身的阻力損失降低和動態選粉機的選粉效率的提高。為了降低選粉機本身的阻力損失，我們將動態選粉機和靜態選粉機的內部結構進行了優化，并且將二者有機地結合在一起，組成了新的組合式選粉機，靜態選粉機至動態選粉機間的管道大大縮短，選粉機本體阻力減小500～1 000Pa。

為了改善入輥壓機物料的均勻性，在入輥壓機稱重倉前增設預處理設備，對入小倉物料進行均質化（必要時可以加大物料水分）處理，從而使得輥壓機的運行狀態更加穩定，稱重倉內壁的結皮現象也大大緩解。

3 系統運行情況

兩條鋼鐵渣輥壓機終粉磨系統自投產以來，設備運行穩定，各項運行指標均達到或優于國內外礦渣粉磨系統的平均水平。其中邯鄲邦信項目粉磨礦渣（85%礦渣和15%鋼渣）時，臺時產量50～55t（干基），輥壓機終粉磨系統綜合電耗＜35kWh/t；中泰建材項目粉磨礦渣（100%礦渣）時，臺時產量86.6t（干基），輥壓機終粉磨系統綜合電耗為34.69kWh/t。

4 結語

作為鋼鐵渣領域新型的高效粉磨系統，輥壓機終粉磨系統有其獨特的優勢，主要有以下幾個方面：

（1）輥壓機在粉磨物料時，其料床由壓輥輥面和側擋板組成了一個“封閉式料床”，相對于輥磨的“開放式料床”其粉磨效率更高。

（2）循環物料是采用機械的斗式提升機來提升，與氣力提升物料相比，系統風壓明顯降低，系統電耗與運行電耗低。

表2 運行指標對比

（3）通過輥壓機擠壓的物料全部經過斗式提升機進行設備外循環，在此過程中可設置多重除鐵裝置，能有效去除物料中金屬鐵，避免其在系統內富集，減輕輥面的磨損。據統計，在設備磨損以及維護方面，采用堆焊的輥壓機輥面和輥磨的磨盤、磨輥在表面磨損到一定程度時，均可采用在線補焊進行修復，而輥壓機輥面修復一次的費用大致是同等產能輥磨的二分之一。

（4）通過對入輥壓機稱重倉的物料進行均質化（必要時可以加大物料水分）處理，輥壓機的運行狀態更加穩定，稱重倉內壁的結皮現象也大大緩解。

總之，輥壓機終粉磨系統作為一種新型的鋼鐵渣微粉生產工藝，在工藝可行性和設備可靠性方面均可實現生產的穩定持續運行，鋼鐵渣微粉成品性能方面均能滿足相關國家標準的技術要求。在成品性能指標方面，輥壓機終粉磨系統與輥磨系統相當，在電耗方面，輥壓機終粉磨系統比輥磨系統電耗更低。并且，在系統工藝不作調整的情況下，既能單獨處理易磨性較差的鋼渣或礦渣，也可單獨生產易磨性較好的石灰石粉，還可以粉磨不同水分、不同易磨性、不同配比的混合物料。在水泥生料粉磨工段，生料輥壓機終粉磨系統己逐漸取代球磨和輥磨成為主流，在鋼鐵渣微粉生產領域，輥壓機終粉磨系統的應用也必將越來越廣泛。■