國產TRMS4531鎳渣輥磨的應用

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得到了廣泛的發展和應用，其工藝系統流程簡單，能耗低，產品質量穩定，操作方便[1-4]，在國內市場用于粉磨礦渣、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工作，多年來一直致力于輥磨技術裝備的研究和開發工作，2005年研發了TRMS3231輥磨并順利達產達標，2020 年研發了TRMK6031 輥磨并順利投產，目前TRMK6031輥磨是國內產量最大的水泥輥磨。

2020 年7 月，我公司自主設計研發的TRMS4531 鎳渣輥磨在福建某生產線投產，經過短時間的生產調試，磨機各項技術指標均達到了設計要求，成品比表面積、顆粒粒徑分布以及活性指數等性能指標均滿足國家標準要求。

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

2 鎳渣粉磨系統工藝流程及主要設備參數

2.1 工藝流程

TRMS4531 鎳渣輥磨系統的工藝流程見圖1，鎳渣由喂料皮帶經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環進入的熱氣體帶起，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。在風環處無法被熱風帶起的部分難磨的大顆粒物料，通過吐渣口進入外循環系統除鐵后，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、提升機等設備送入到成品庫中。

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

圖1 鎳渣輥磨工藝流程圖

2.2 主要設備參數

TRMS4531 立式輥磨采用了最新技術，能夠形成穩定的料床。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范圍內靈活調節，保證鎳渣成品的顆粒分布在合理范圍內。系統主要設備參數見表1。

3 系統運行情況

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不銹鋼過程中產生的鎳渣，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 系統主要設備參數

圖2 鎳渣外貌

圖3 鎳渣XRD衍射分析圖

3.2 產量及電耗

磨機產量及系統電耗見表2。從表2 可以看出，輥磨粉磨鎳渣的系統電耗約為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 磨機產量及電耗

3.3 活性指數

根據水泥廠提供的資料，對鎳渣的活性指數進行了檢測，結果如下：在比表面積為420m2/kg時，7d活性指數為75%，28d 活性指數為86%，符合國標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 設計，實際生產時，磨機的壓差一般會小于設計值。在磨機運行期間，應合理控制磨機壓力，合理的磨機壓力是磨機形成穩定料層和平穩運行的關鍵。磨機運行時各點氣體溫度及壓力參數見表3。

表3 各點氣體溫度及壓力參數

3.5 系統風量

磨機穩定運行時，對鎳渣輥磨系統風量進行了熱工標定，從標定結果來看：風機轉速為35Hz 時，風機入口靜壓為-3 600Pa，入口溫度為90℃，工況風量為350 000～400 000m3/h。

3.6 磨機振動

磨機振動對設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。

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為磨盤直徑的3.0%～5.0%，運行中擋料圈的實際有效高度應有所調整。擋料圈高度并不是越高越好，增加擋料圈高度，會導致料層變厚，研磨效率降低。TRMS4531鎳渣輥磨在穩定運行期間，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。根據中國水泥發展中心物化檢測所的實驗結果可以看出，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 單質鐵平衡

鎳渣里含有較多的單質鐵，用輥磨粉磨鎳渣，會導致單質鐵在磨內富集，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鐵含量，從而制作出了整個粉磨系統的單質鐵平衡圖，具體見圖5。從圖5可以看出，鎳渣中的單質鐵回收率只有12.22%，除鐵后，僅有40.25%的單質鐵回磨機，除鐵效率不高。現場也有這樣的現象，除鐵后入磨的物料中含有鐵，鐵渣中含有料粉，同時成品中單質鐵回收率87.78%，成品中的鐵粉含量較高。

圖5 單質鐵平衡

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

根據圖5，我們可以分析形成去除磨內單質鐵的兩種思路：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出磨外，不參與系統鐵循環，以提高除鐵效率。

6 結語

TRMS4531 鎳渣立式輥磨已成功應用于福建某生產線，自投產以來磨機始終運行平穩，產量和比表面積均達到設計要求，成品顆粒粒徑分布較寬，28d活性指數可以滿足國標S75級要求，具有顯著的節能效果，其優良的產品性能可與球磨機產品性能相媲美。