陶瓷過濾機在球團精礦水分含量控制中的應用實踐

連曉鋼，楊頌

（1.太鋼礦業分公司峨口鐵礦，山西代縣 034207；2.太原理工大學化學化工學院，山西太原 030024）

引言

太鋼礦業分公司峨口鐵礦200萬噸球團生產線采用“鏈—回—環”球團工藝[1]，于2004年正式投產并順利運行至今。目前，生產線中的精礦粉脫水工藝采用由安徽天源科技股份有限公司生產的ZGP-72真空盤式過濾機，現裝機共7臺（正常工作時運行4～5臺），每年需完成220萬噸精礦粉的脫水工作。目前精礦粉脫水后水分含量保持在9.6%～12%。

隨著峨口鐵礦采場開采深度的增加，原礦嵌布粒度變細，使得磁選后鐵精礦粉粒度隨之變細，即直徑在0.045 mm以下的顆粒占比高達78%～82%，導致了精礦粉脫水困難現象的產生（過濾后水分含量在10.5%～12%）。為滿足工藝對球團精礦水分含量在9.4%～9.8%的要求，需增加后續烘干設備運行能力，以降低精礦水分含量。然而，現有烘干系統也僅能脫除0.2%～0.3%的水分，當精礦水分含量超過11%時，根本無法滿足混合料的水分控制要求。此外，現有盤式過濾機每臺裝機功率為178 kW，每小時耗電150度；烘干窯每小時耗電646度，耗煤500～1 200 kg，極大地增加了現有工藝系統能耗。因此，尋找高效、經濟的超細精礦粉脫水技術是目前亟需解決的問題。

陶瓷過濾機作為一種高效、便捷的脫水設備，在鉻鐵生產、特鋼球團生產等領域有著廣泛的應用[2-4]。為了降低精礦粉生產成本、優化精礦粉脫水工藝，本文將現有部分盤式過濾機與烘干系統替代為陶瓷過濾機，通過方案研究與比選，重新設計生產工藝，以實現球團精礦水分含量的控制，并通過效果與效益分析，對提質降本情況進行評估。該技術改造思想方法也能為陶瓷過濾機替代濾布過濾機提供建設性指導意義。

1 改造方案研究與比選

1.1 能力校核

峨口鐵礦目前有ZGP-72真空盤式過濾機7臺，正常生產時運行4～5臺，小時處理量如表1所示。

陶瓷過濾機利用系數以0.8 t/(m2·h)計算（設計值為0.65～1.0 t/(m2·h)），所需過濾面積約為453 m2（363/0.8）。受到現場布置困難、改造投入大、耗費時間長等因素的限制，大規格的陶瓷過濾機安裝在現場廠房空間中受到限制。通過對陶瓷過濾機的了解，80 m2陶瓷過濾機技術成熟、運行穩定，通過現場初步布置，能夠實現充分利用，且改動幅度小、耗費成本低，故選用之。

所需80 m2陶瓷過濾機的臺數為453/80≈5.66臺，按6臺計算。由于陶瓷過濾機每7 h要進行一次酸洗，一次需要2 h，因此正常單臺作業率為80%，進而所需臺數修正為5.66/0.8≈7.1臺，按8臺計算，其中7臺工作、1臺備用。

表1 過濾系統處理量構成

1.2 質量指標

球團造球工藝要求精礦水分含量為(9.6±0.2)%，即9.4%～9.8%[5]。經過廠家對現場精礦粉進行的取樣試驗可知，陶瓷過濾機過濾后精礦水分含量在7%～9%，能夠滿足球團造球工藝要求。

1.3 改造方案設計與比選

按照363 t/h的處理量，得到表2的基礎計算數據，并設計出以下三種待選改造方案。

方案1：全部采用陶瓷過濾機，正常生產時運行7臺，過濾后綜合水分含量為8.5%，滿足上下工序的要求。

方案2：拆除3臺盤式過濾機，更新5臺陶瓷過濾機，正常生產時運行4臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機，過濾后綜合水分含量為9.5%，滿足上下工序的要求。

方案3：拆除3臺盤式過濾機，更新3臺陶瓷過濾機，正常生產時運行2臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機，過濾后綜合水分含量為10%，不能滿足球團造球工藝要求。

我們從配置方式、過濾后水分、處理量、投資、運行費用等幾個方面對上述三個方案進行比選，詳細如表3所示。

從表3的對比可以看出：

（1）方案1處理量能滿足要求，過濾后水分含量能控制到8.5%，也能滿足球團造球工藝要求，但投資總費用比方案2高出約400萬元，且需要拆除全部現有過濾機，改造周期長。所以，此方案不可行。

表2 基礎計算數據

表3 方案比選

（2）方案3處理量能滿足要求，但過濾后水分含量只能控制到10%，不能滿足球團造球工藝要求，所以不宜采用。

（3）方案2處理量能滿足要求，過濾后水分含量能控制到9.5%，能滿足球團造球工藝要求。該方案投資少、運行費用低，改造拆除的舊過濾機可以當備件使用，優于方案1和方案3。

綜上，選取方案2，即更新5臺陶瓷過濾機，最終形成正常生產時采用3臺盤式過濾機、4臺陶瓷過濾機的工藝配置。

2 效果與效益分析

2.1 方案實施效果分析

新陶瓷過濾機于2019年11月安裝完畢，在試驗期間精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%～82%，安裝后6個月的水分含量對比情況如圖1所示。由圖1可知，技術改造后，精礦水分含量為9.60%～9.76%，完全可以滿足工藝對球團精礦水分含量9.4%～9.8%的要求。

2.2 經濟效益分析

2.2.1 耗電量

陶瓷過濾機裝機總功率為64.5 kW，其中超聲波功率16 kW，只在清洗時工作2 h。按照每7 h清洗一次測算，陶瓷過濾機實際參與工作功率為62.2 kW。而原有盤式過濾機裝機總功率為180.5 kW。

兩種過濾機噸精礦耗電量對比如下：

陶瓷過濾機：62.2 kWh/86.8噸精礦≈0.72 kWh/噸精礦，單位成本0.72 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈0.33元/噸精礦。

盤式過濾機：180.5 kWh/75.6噸精礦=2.38 kWh/噸精礦，單位成本2.38 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈1.09元/噸精礦。

2.2.2 日常消耗

原有盤式過濾機備件費為4萬元/（臺·年），材料費為2萬元/（臺·年）。因陶瓷過濾機剛進入試車階段，備件費材料費暫參照原有盤式過濾機計算。對比如表4所示。可以看出，陶瓷過濾機單臺運行單位成本比原有盤式過濾機低0.12元/噸精礦。

2.2.3 費用節省

過濾后精礦水分能夠滿足球團造球要求，從系統運行角度可以省掉烘干工藝環節。

烘干系統費用測算如下：

（1）耗電量：烘干裝機容量760 kW，年節約電費760 kW×0.75×300 d×0.46元/kWh×24 h≈188.78萬元，其中0.75為功率因數。

（2）煤耗：烘干系統運行每天耗煤10噸，每噸單價440元，年節約煤費用為10 t/d×300 d×440元/t=132萬元。

（3）維修費：皮帶、油脂、材料、備件年可節約60萬元。

以上三項合計：188.78+132+60=380.78萬元。

柴油消耗：烘干每噸精礦需要0.0 0 5 k g 柴油，每噸柴油按4元計算，每噸精礦需要消耗柴油0.02元。

圖1 水分含量對比

表4 日常消耗費用對比

雖然取消了烘干工藝環節，但要在保證球團造球水分含量要求的前提下達到降低生產成本的目的。按照正常生產運行4臺陶瓷過濾機、3臺盤式過濾機，綜合水分含量為9.5%的模式運行，年可以節約成本380.78萬元+0.02×220萬噸（年精礦量按220萬噸測算）=385.18萬元。

2.3 優劣勢分析

使用陶瓷過濾機優勢在于：

陶瓷過濾機裝機功率是同型號真空盤式過濾機裝機功率的30%～40%，脫水能力強、水分控制穩定，綜合運行成本低。

然而，在生產實驗過程中也發現了陶瓷過濾機的不足之處：

陶瓷過濾機濾餅厚度從生產周期開始運行時的12 mm可衰減到停機清洗時的4 mm左右，運行周期約6 h，有時只有5 h左右，處理量衰減明顯。需要在今后生產過程中加以改善。

3 結論

（1）通過方案研究與比選，選用了更新5臺陶瓷過濾機的方案，形成了正常生產時采用3臺盤式過濾機、4臺陶瓷過濾機的工藝配置；

（2）當精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%～82%時，采用比選出的方案進行過濾后，精礦水分含量為9.60%～9.76%，能夠直接滿足9.4%～9.8%的球團精礦水分含量要求；

（3）陶瓷過濾機比原有盤式過濾機單位成本低0.12元/噸精礦，且可節省后續烘干系統費用，比選后的方案年節約成本385.18萬元；

（4）陶瓷過濾機在操作、工藝設計等方面比原有盤式過濾機穩定，因此采用陶瓷過濾機對超細粒度精礦粉進行水分含量控制有明顯優勢。