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1、3.2x13m高细开流矿渣磨的试产与调整邹伟斌 中国建材工业经济研究会水泥专业委员会 (100831)邹 捷 武 汉 理 工 大 学 (430071)摘要:本文总结了某钢铁企业采用3.2x13m高细开流磨制备S95级矿渣微粉的试产与调整过程;探讨了制约矿渣磨机产、质量的因素及磨机增产节电的技术途径;分析了磨机各仓功能及研磨体级配对粉磨效率的影响.关键词:磨内筛分 增产节电 矿渣微粉 活性指数1.导言冶金、电力、化学工业的某些固体废弃物,如粒化高炉矿渣、钢渣、粉煤灰,磷渣等通过磨细深加工(机械力活化)制备成高活性微粉,实现了工业废渣资源由低级利用向高级利用的转化.水泥及混凝土行业在对工业废渣综合
2、利用和发展循环经济及实施节能减排纲要过程中.工业废渣高活性微粉已成为制备高性能水泥的重要组分材料,同时又是配制高强、高性能混凝土不可或缺的第六组分材料.以粒化高炉矿渣高活性微粉等量取代一定比例水泥用于水泥混凝土中为例,对降低混凝土内部水化热、抑制收缩及温度裂缝产生、改善微观及亚微观结构、减少有害孔数量、提高结构强度及抗渗、抗冻和抵抗化学侵蚀性能、防止碱骨料(AAR)反应、提高混凝土的耐久性、降低单方混凝土制造成本具有重大的现实意义. 工业废渣高活性微粉用于水泥生产过程,可制备低热、低碱、高强、高性能水泥.实现了已故著名材料科学家、中国工程院资深院士、中国混凝土研究奠基人之一吴中伟教授生前提出的
3、“绿色水泥及混凝土”的构想.采用高活性微粉生产水泥,在不增强熟料掺量的前提下,材料成本降低,企业经济效益显著提高,制得的水泥强度增长率高,后期及长期强度发挥能力良好.大量应用工业废渣高活性微粉,在推进节能减排,保护生态环境,获得经济效益的同时,还将产生不可估量的环境效益和社会效益,功在当代,利在千秋.就目前国内在水泥及混凝土中应用最广泛、量最大的工业废渣高活性微粉而言,当属粒化高炉矿渣微粉.在工业废渣品种中, 粒化高炉矿渣玻璃体含量多,活性高.从其矿相组成分析:矿渣的主要矿相为C2S.故可将其看作一种低钙高硅熟料,C2S矿物具有早期强度略低、后期及长期强度持续增长能力良好的特性.同时矿渣微粉具
4、有低热、低碱特性,是混凝土中所需的理化性能优良的矿物掺合料.因其具备良好抵抗硫酸盐及氯离子侵蚀的能力,可用于海工特种混凝土的制备.也可等量取代一定比例水泥用于配制普通、高强和高性能混凝土.根据矿渣成渣的化学成分不同,其酸性,碱性系数也不同,当粉磨至一定比表面积时, 矿渣微粉的活性指数可S75、S95、S105级.GB/T180462000用于水泥及混凝土中的粒化高炉矿渣粉国家标准的颁布、实施,使粒化高炉矿渣微粉的制备与应用纳入了标准化、正规化、法制化轨道.国内制备高活性矿渣微粉的粉磨工艺主要有三种:一是采用立式辊磨,如杭州某公司采用天津院研发的TRM3131S、四川川威集团采用德国莱歇公司的L
5、M56.2+2S、安徽朱家桥LM46.2+2S、山东莱芜鲁碧公司年产200万吨矿渣微粉新线等,均采用立式辊磨;二是采用辊压机+V型选粉机(或打散分级机)+高效选粉机的流程;矿渣烘干过程在V型选粉机内完成.如武汉亚东的RPZ170-180+V选+SKS高效选粉机工艺;三是采用管磨机(高细开流或圈流).前两种粉磨系统,单位产品电耗低(45Kwh/t) 、生产效率高,但一次性投资较大.1本文探讨的是采用第三种粉磨工艺,以3.2x13m高细开流三仓管磨机制备矿渣微粉及其试产调整过程.2.工艺基本概况 黄石地区某钢铁企业有大量的粒化高炉矿渣资源,为了实现节能减排,发展循环经济,该公司仍筹资金兴建了一条2
6、0万吨/年规模的矿渣微粉生产线.主机设备采用配高效沸腾炉2.4x18m转筒烘干机(烘干能力50t/h)及3.2x13m高细开流三仓管磨机(龙潭重机制造),生产比表面积430m2/kg的S95级矿渣微粉.表 1 3.2x13m高细开流矿渣磨主要工艺参数项目技术参数公称直径(mm)3200公称长度(mm)13000长径比(L/D)4.0625有效内径(mm)3100各仓长度(mm)一仓L1=2500二仓L2=3000三仓L3=6870各仓比例(%)20.2124.2555.54各仓有效容积(m3)V1=18.86V2=22.63V3=51.83合计1237010092.87筒体厚度(mm)40传动
7、方式边缘传动工作转速(r/min)18.1转速率(%)75.2设计入料粒度(mm)5生产能力(t/h)2028成品比表面积(m2/kg)350出料温度()95入磨水份(%)1.2出磨水份(%)0.8设计装载量(t)125主电机型号、功率、电压、额定电流YR1600-8/1430、1600kw、10kv、112A减速器型号、速比MBY1000i=7.015各仓所用衬板形状、材质一仓 阶梯衬板中铬合金二仓 大波纹衬板中铬合金三仓 小波纹衬板+五道活化环中铬合金两道筛分隔仓板及出磨篦板缝(mm)6中空轴直径(mm)1250进料端设计有强化通风管道出料端联接高效布袋收尘器大齿轮模数x齿数(mz)281
8、90小齿轮模数x齿数(mz)2833齿轮宽度(mm)600表2 2.4x18m高效烘干机技术参数生产能力(t/h)入机水份(%)出机水份(%)煤耗(kg/t)传热方式传动功率(kw)50151.018高效沸腾炉45矿渣烘干出机水份每小时检测一次,矿渣水份一般在0.81.2%,多数在0.81.0%之间.表3 粒化高炉矿渣化学成份(%)lossSio2Al2o3Fe2o3CaoMgoMoBHC/S0.7735.2714.472.4636.148.2195.870.891.670.411.03碱性系数Mo=Cao+Mgo/Sio2+Al2o3;水硬性系数B=Cao+Mgo+Al2o3/Sio2;活性
9、系数H=Al2o3/Sio2;钙硅比Cao/Sio2. 通过化学分析数据得知碱性系数Mo=0.89,该矿渣Mo1.0为酸性矿渣.矿渣水化活性的激发有两种方式:一是采用物理活化(机械力磨细活化);二是采用化学活性(激发剂).物理活化是化学活化的前提,也是矿渣实现化学活化最根本的条件.粒化高炉矿渣所含玻璃体硬度高、韧性好、具有易碎、难磨的特征.针对该企业矿渣的理化特征分析可知:酸性矿渣因Sio2高、Cao低,其易磨性更差.试验研究表明:胶凝材料的水化反应是一种酸、碱平衡的化学反应,相同比表面积时,碱性中性矿渣的活性指数比酸性矿渣高.这可能是由于在水化反应进程中液相的PH值影响酸性矿渣的反应活性,即
10、矿渣酸性抵消了液相的部分碱度,导致二次水化反应和强度发挥能力低于碱性、中性矿渣.所以,要提高酸性矿渣的活性指数,最有效的技术手段是提高其磨细程度(比表面积)增加矿渣微细颗粒(8um)含量.采用三仓高细开流粉磨工艺,对原状矿渣颗粒进行机械力活化,可以较大幅度提高矿渣的磨细程度和反应活性.磨机第一仓(粉碎粗磨仓)的功能重在对粒状矿渣进行预粉碎及粗磨,第二仓(过渡仓)功能是对第一仓流入的矿渣粗粉实施过渡细磨,第三仓(细磨仓)的功能是对第二仓流入的矿渣粉进行高细磨,三个仓的粉磨能力必须达到动态平衡.根据进磨矿渣的粒度较小(含有少量黑色重矿渣块及焦炭,最大粒度20mm)的特点,在设计研磨体级配时,必须重
11、点考虑研磨体对矿渣的磨细能力,即选用较小规格的研磨体,提高单位重量研磨体的总表面积,以增大对矿渣颗粒群的接触与粉磨机率,在合理的粉磨时间内将矿渣磨细,使出磨矿渣微粉的细度(比表面积)达到控制指标(430kg/m2)要求.为了确保矿渣粉的比表面积达到设计指标(430kg/m2),以保证矿渣的活性指数达到S95级.磨内各仓,尤其是第三仓(细磨仓)的研磨体采用了16mm及以下规格的微锻,在磨机运行过程中第三仓内的活化衬板有效的激活了微形研磨体的研磨功能,解决了细颗粒物料滞留及微形研磨体的抛落、研磨高度低的弊端,改变了传统粉磨过程中研磨体的运动轨迹,并有效阻止微形研磨体反窜,消除物料“滞留区”,强化了
12、细磨仓的研磨能力.微形研磨体的激活,使其对细颗粒物料的剪切、研磨能力大大增强,物料的磨细程度(比表面积)显著提高,至此,对矿渣粉磨任务完成.据后来调试过程中测定,矿渣自入磨至出磨,在磨内的停留时间一般在2025min左右.由于入磨颗粒状矿渣中含有少量的黑色块状重矿渣及焦炭,为提高第一仓(粉碎粗磨仓)的粗碎能力,按比例配入70、60钢球6t;第二仓(过渡仓)的研磨体选取时有两种不同意见:企业方老总认为应全部或部分用球或锻混装.笔者认为应选用小钢锻,主要是考虑到第二仓(过渡仓)的设置承前启后,其位置非常主要,实际上是为第三仓(细磨仓)的粉磨创造条件的,故必须提高第二仓(过渡仓)的研磨能力.如果选择
13、全部用球或采用球、锻混装,虽然比单独用小锻时研磨体之间有一定的空隙率会适当增大矿渣的过料能力,但却加重了第三仓(细磨仓)的粉磨负担,又因采用的是开流粉磨工艺,很可能会导致出磨矿渣微粉跑粗,比表面积偏低.对于粉磨较细颗粒物料(一仓流至二仓之间的矿粉比表面积在100130m2/kg)而言,球对物料间的点接触方式,其研磨效率仍不及小钢锻对物料的接触方式好.最终按笔者意见在第二仓(过渡仓)内采用20mm、18mm、16mm三种较小规格的钢锻,以增强对一仓流入的矿渣粗粉的研磨能力,为第三仓(细磨仓)微形研磨体对矿渣粉的进一步磨细奠定良好基础.同时,磨内高效筛分隔仓板的设置,使磨机各仓的功能得到充分的发挥
14、,能够确保一仓粉碎后的矿渣粗颗粒经强制筛分,过渡到二仓,被二仓内的小钢锻进行粗、中程度的研磨,在一定筛孔尺寸条件下,一仓内小于筛孔尺寸的矿渣颗粒才能够顺利通过筛分装置,否则仍留在一仓被继续粉碎.粗、中颗粒矿渣在二仓内研磨后,再经过第二道强制筛分装置,第二仓筛分装置内筛孔尺寸小于第一道筛孔,对矿渣细颗粒顺利进入第三仓(细磨仓)的高效研磨创造了良好条件.高效筛分隔仓板对矿渣颗粒的强制筛分是矿渣被磨细的充分条件,而磨机的第三仓(细磨仓)长度长,微形研磨体的应用是矿渣微粉高细磨中的必要条件.磨内高效筛分隔仓板充分显示出这种在高细磨技术中独具的“小篦缝,大流通”的筛分机理,看似筛缝较小,但总的筛孔数量多,过料面积大而顺畅,在单位时间内物料的通过量并不会降低,只对符合后仓研磨的物料颗粒及时筛分通过.高效筛分隔仓板的设置,显著提高了整个粉磨系统的生产效率.磨机各仓研磨体级配方案设计见表4;表4 各仓研磨体级配方案设计一仓7060504030Dcp2.43.67.24.86.024t4.65mm28%二仓20x2518x2316x16Dcp10.519.56.036t18.3mm34.58%三仓16x1614x1412x1210x10Dcp1021.331.78
