立磨用于生產鎳渣微粉的控制系統改進和優化

黃敏榮 梁坤躍 殷素紅 馬 健

（1 陽江市大地環保建材有限公司；2 華南理工大學材料科學與工程學院）

0 引言

近年來，立磨工藝大量應用于生產礦渣、鋼渣微粉，技術相對比較成熟[1-2]，但綜合利用工業冶煉不銹鋼產生的鎳鐵渣和不銹鋼渣，來生產不同等級的鎳渣微粉，國內很少見，有關利用立磨工藝生產鎳渣微粉的控制系統，也未見有詳細的報道。本文的目的是探討立磨生產鎳渣微粉的控制系統的主要改進和優化措施，為類似項目提供參考經驗。

1 簡述

早期的粉磨設備，主要是采用球磨機，在建材特別是水泥行業得到廣泛的應用。雖然球磨機有適應性強、粉碎比大、操作可靠、維護簡單等優點，但也存在工作效率低、體型笨重、生產能耗高的顯著缺陷。國外從六十年代就開始采用立磨，而我國則從上世紀八十年代開始，在建材行業逐步推廣使用立磨，特別是九十年代后，立磨在粉磨技術上取得了重大突破，解決了工藝和結構難點，新型耐磨材料的誕生也大大延長了立磨的使用壽命和維護保養周期，使得立磨的市場占有率越來越高[3-5]。

我司作為陽江地區不銹鋼工業的配套企業，主要利用冶煉不銹鋼產生的工業廢渣作原材料，綜合處理利用，生產礦物復合摻合料、礦渣粉、鎳鐵渣粉等建材產品。目前配置有兩條立磨生產線，設備主要包括配料的計量皮帶秤、輸送長皮帶、螺旋送料機、立磨、熱風爐、收塵器、產品入庫提升機、輸送斜槽、鋼板倉立體庫等。所有設備和傳感器通過網絡連接到中央控制室，由分布式計算機控制系統（DCS 系統）集中調度控制。DCS 系統包括了中央操作站、現場控制站、網絡系統設備、網絡構成系統運行平臺軟件、組態開發軟件和為此生產線編制的應用軟件，以及現場一次儀表。系統設計遵循整體性、先進性、可靠性、經濟性、實用性、易用性等設計原則，實現從配料、生產至儲存的全自動控制、監視和管理，產品整個生產過程的參數、設備運行情況可實時反映出來，并根據現場工藝需要，對生產線上的所有設備進行聯鎖控制，對各種重要的參數進行自動調節，保證產品生產的優質、高產和低耗。

2 常規的礦渣立磨粉磨系統組成

常規的礦渣立磨粉磨系統通常是對粒化高爐礦渣采用立磨來粉磨，原材料主要是粒化高爐礦渣和石膏，主要設備有皮帶輸送機、除鐵器、送料螺旋、熱風爐、立磨、選粉機、袋式收塵器、風送斜槽、提升機、礦粉庫等[6-7]，主要系統見圖1。

3 鎳渣在粉磨處理上的主要難點

圖1 常規的礦渣立磨粉磨系統組成

⑴冶煉不銹鋼會產生多種廢渣，活性各異；即便同一種廢渣，有時質量變化也比較大，利用不銹鋼工業廢渣生產建材產品，要滿足有關國家標準的要求，例如細度、流動度比、活性指數等指標，采用單一一種廢渣難以生產出合格的微粉產品，需要進行混合粉磨。

⑵高爐鎳鐵渣與粒化高爐礦渣相比，結構松散，比重較輕，吸水率高，對立磨的工藝參數及熱風系統均有不同的要求[8]。

⑶普通鋼渣一般都含有一定量的金屬，主要是鐵，對立磨設備的粉磨加工不利，必須在生產過程中除去。但冶煉不銹鋼的廢渣不同于鋼渣，含有的金屬有鎳和鐵，鋼渣中的金屬鐵有磁性容易通過除鐵器處理，而鎳渣所含的金屬中鎳成分高，鐵成分低，磁性較弱，一般的除鐵器除不干凈。

4 立磨工藝用于生產鎳渣微粉的控制系統的改進和優化

利用不銹鋼工業廢渣采用立磨生產鎳渣微粉，工作原理、主要設備和主要工藝流程與利用粒化高爐礦渣生產微粉基本相同，但因主要原材料有高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣（AOD 爐和LF 爐的混合渣）、石膏等多種，配方復雜，變化多，所以必須對控制系統進行相應的改進和優化，才能適應實際生產的要求。我司生產線系統主要設備也是由皮帶輸送機、除鐵器、送料螺旋、熱風爐、立磨、選粉機、袋式收塵器、風送斜槽、提升機、礦粉庫等組成，但系統布局和技術要求差別較大，主要系統組成如圖2。

利用不銹鋼工業廢渣生產鎳渣微粉和利用粒化高爐礦渣生產礦渣微粉的立磨系統主要區別如下：

⑴系統增加了對多種物料配比的控制。通過配置多達6 個下料斗，6 臺皮帶秤，使得高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣、石膏等多種原材料可以按工藝配比組合使用，立磨生產線可以生產單純的高爐鎳鐵渣粉，也能夠生產多種規格的鎳鐵渣粉及復合摻合料產品。根據不同的產品配方隨時進行相應的原材料比例搭配，以適應生產實際的需求，控制系統見圖3。

圖2 改進后的立磨粉磨系統組成

圖3 配料系統

⑵為了在粉磨過程中將廢渣的金屬盡量除干凈，所有的除鐵器均采用定制的超強磁性的永久磁鐵體。在輸送皮帶段、立磨回料皮帶段、回料提升機下料段等地方，分別采用皮帶式、滾筒式和管道式除鐵器進行吸除含鎳鐵的金屬。

⑶由于廢渣中含有的金屬有部分其鎳含量偏高，磁性低，磁鐵不容易吸附，故在系統中設置了回料中間倉，控制系統可以不定時控制直接外排，以便減少立磨內的廢渣含鎳金屬量。

⑷為便于工作人員實時監控、隨時調整系統的參數，將液壓油站、選粉機、立磨主減速機、立磨主電機、磨輥潤滑油站等重要設備的參數放置于同一控制界面上，方便隨時調取監控并調整系統運行參數，見圖4。

⑸增加獨立加濕系統，調節原料濕度。生產線單獨增加了儲水水箱、水泵和閥門，將水管引入到磨機內部。當原材料比較干燥，影響磨機效率的時候，則需要對原材料進行噴水加濕處理以便達到合適的研磨水份。根據原料庫原料情況通過控制系統可以直接啟動水泵和閥門，噴水管可均勻對磨機內部的原材料進行加濕，提高了研磨效率和產品質量。這樣較常規立磨系統的在輸料過程中直接加水噴灑皮帶上的原材料更為均勻、反應快速、容易準確控制加水量，效果明顯改善，控制系統見圖5。

圖4 控制系統界面

⑹根據熱風爐控制由操作工控制更佳的實際情況，熱風爐的溫度控制及燃料補充采用單獨操控的模式下放到熱風爐操作間，控制系統不對熱風爐系統進行控制，只需要通過網絡連接調用熱風爐的溫度以作監控即可，控制系統見圖6。

圖5 獨立加濕系統

圖6 熱風爐控制系統

⑺在操作界面上，與傳統系統相比，由單屏幕升級為雙屏幕，大大增加操作人員的可視面積；同時將立體庫及散裝裝車系統拆分到單一個屏幕，其它功能保留在主屏幕。

⑻優化后的控制系統可以實現系統工程師站可隨時修改和升級控制系統軟件，并可根據用戶需要，加裝調整解調器模塊和遠程維護軟件，并可實現通過互聯網對系統進行遠程監控和維護處理。

5 結論

立磨用于生產鎳渣微粉的控制系統經過以上幾點主要的改進和優化，已經成功應用于本公司二期項目年處理150 萬噸不銹鋼工業冶煉廢渣的鎳渣微粉生產線，目前生產順利，產品的能耗、臺時產量和質量均達到或超過設計要求。