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1、开流矿渣微粉管磨机特点及其应用一、前言高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种工业废渣，从化学成份来看是属于硅酸盐质材料，主要是硅酸盐与铝酸盐的熔融体，通过水淬冷却形成的粒状矿渣。粒化高炉矿渣具有结晶相及玻璃相二重性的性质，因此矿渣的活性既取决于析出晶体种类及晶体的数量，又决定玻璃态数量及性能，矿渣中含有较多的钙成分，在形成过程中生成了一些硅酸盐、铝酸盐及大量含钙的玻璃质（如C2S、CAS2、C2AS、C3A、C2F和CaSO4等），具有独立的水硬性，在氧化钙与硫酸钙的激发作用下，遇到水就能硬化，通过细磨后，则能使这个硬化过程可以大大加快。通常矿粉在比表面积在350500m2/kg时矿渣颗粒愈细
2、，比表面积愈大，水硬性就愈高。矿渣在细磨后不仅增加了水化表面，而且在粉磨时破坏了高炉矿渣在形成时产生的表面致密壳体，从而使水化进程加快。因此当矿渣被粉磨到一定比表面积时活性才会急剧增加。但是矿粉比表面积如果500m2/kg时,由于矿粉中5um颗粒的微粉增多,应用于混凝土中一部分微粉会产生二次水化热,影响混凝土的质量。矿渣微粉具有的潜在水硬性，成为水泥或混凝土的优质混合、掺合材料。用矿渣微粉作为混凝土掺合料不仅可等量取代水泥，而且可使混凝土的多项性能得到极大改善。用部分矿渣微粉取代水泥而拌制的混凝土具有：泌水少，可塑性好；水化析热速度慢，水化热小，有利于防止大体积混凝土因内部温升引起的开裂；矿渣
3、微粉内的钙矾石微晶，可补偿因混凝土中细粉过多引起的收缩；硬化混凝土具有良好的抗硫酸盐、抗氯盐、抗碱活性集料反应性能，并能使后期强度得以大幅提高，具有良好的耐久性。随着粉磨工艺的发展及混凝土预搅拌业的兴起，矿渣微粉作为水泥混合材料和混凝土掺合料得以广泛的应用。随着粉磨工艺的发展及砼搅拌业的兴起，矿渣微粉作为水泥混合材料和混凝土掺合料得以广泛的应用。自上世纪80年代以来，英、美、加、日、法、澳等国相继制定了矿渣微粉的国家标准，使其应用得到了快速的发展。随着我国经济建设的迅速发展，科学技术的日益进步，大型建设工程不断增多，建筑物的大型化和高层化以及沿海、水、地下工程，均迫切需要高强型的高性能混凝土。
4、上世纪九十年代初，在我国北京、上海，长沙等城市的一些工程中也已采用了矿渣微粉。试验和生产表明，比例约为2030%的矿渣微粉替代525P.O水泥；比例约为3050%的矿渣微粉替代525P.H水泥，适用于配制C30C60混凝土。此外，用矿渣微粉和硅酸盐水泥混合制备的新型矿渣硅酸盐水泥，其性能与传统意义上的矿渣硅酸盐水泥有较大的不同，美国ASTMC98994标准就规定可用矿渣微粉与硅酸盐水泥混合生产符合ASTMC595的矿渣水泥。将矿渣粉磨成比表面积在350m2/kg以上的微粉后掺入水泥，从而可以合理的控制水泥细度，实现硅酸盐水泥和矿渣微粉的最佳配比。由此配制的新型矿渣硅酸盐水泥，具有矿渣掺入量大（
5、其掺入量可达4565%），水泥标号高（能满足生产42.5号矿渣硅酸盐水泥的要求），水化热低、多项性能高等特点。普通硅酸盐水泥具有水化快（28天已水化70%80%），早期强度高的特点，其粉磨比表面积一般控制在300320m2/kg即可满足使用要求。而掺入较多矿渣混合粉磨的水泥却早期强度较低，后期强度较高（如180天后强度）。其原因是由于矿渣和硅酸盐水泥熟料的易磨性有较大的差异，熟料与矿渣一起粉磨时，由于矿渣相对难磨，其易磨性功指数约为水泥熟料的1.4倍（有资料显示，国内的矿渣易磨性功指数平均值为21.3kWh/t，水泥旋窑熟料平均值为15.9kWh/t）。造成水泥中的矿渣组分比熟料组分粗，其活性
6、难以发挥，从而影响水泥强度。有研究表明：传统的矿渣硅酸盐水泥比表面积为300m2/kg时，水泥中矿渣的比表面积仅约为220230m2/kg。因此为了提高其早期强度，必须对其进行高细粉磨。而传统混合粉磨工艺要将掺入大量矿渣的物料粉磨至较高的比表面积时，将使磨机产量下降，粉磨能耗大幅增加，粉磨效率大大降低，对生产是十分不利的。因此，从提高粉磨效率、节能降耗、充分利用矿渣资源、提高经济效益等角度考虑，单独粉磨矿渣微粉具有十分重要的意义。二、开流矿渣微粉管磨机目前，我国已成为钢铁生产大国，且分布较广,加之受水泥行业上大压小”政策的影响，矿渣资源日益增多。矿渣的价格虽随着水泥价格上下波动，但其价格仅约为
7、水泥熟料价格的1/4-1/3，加工成矿渣微粉后，可等量的替代水泥使用，利润空间巨大，经济效益显著。同时还可以减少因生产水泥所消耗的石灰石、粘土、燃煤、电力等资源及所造成的大气污染，具有良好的社会效益。矿渣微粉的诸多优良性能及良好的效益，已逐步为人们所认识，已成为钢铁、水泥、建筑等行业以及中小投资者的一大商机。钢铁、水泥行业中实力雄厚者已捷足先登，纷纷斥巨资引进国外的先进设备生产矿渣微粉，抢占市场并已取得了效益。但我国地域辽阔，矿渣资源点多面广，各地区、各行业经济发展极不平衡，实力雄厚者毕竟是少数，多家企业和中小投资者还是选择国产设备生产矿渣微粉，创造机会参与市场竞争，并有燎原之势。（一）、国内
8、矿渣微粉生产工艺设备现状1、辊式磨终粉系统主要有上海宝钢、辽宁鞍钢、山西长（冶）钢、湖北武钢、安徽马钢、海螺水泥等近10家国内特大型钢铁、水泥企业斥巨资自国外引进的菜歇磨等辊磨终粉磨系统。其特点是：集烘干粉磨于一体、工艺流程简单。粉磨效率高，台时产量大（可达50120t/h），电耗低，系统电耗平均约为45kWh/t。技术要求高，管理难度大，投资巨大，主机设备及配件依靠进口，固定费用高，资金回收期长，经济效益并不显著。2、球磨机加选粉机组成的闭路系统该系统全部采用国产设备。工艺流程基本与闭路水泥粉磨系统相同。磨机规格有2.27m、2.4(810)m、3.011m不等。其特点是：需要另配矿渣烘干系
9、统。工艺流程复杂，影响设备运转率。技术管理要求及投资较高。矿渣微粉比表面积达40m2/kg时，粉磨系统电耗约75kWh/t。3、开流管磨机系统。该系统与开流水泥粉磨系统基本相同。主要有普通管磨机，高效磨，高细磨等。磨机规格有：1.837m、2.27m、2.4(811)m、3.011m等。其特点是：需另配烘干系统，且对入磨矿渣水份要求严格。工艺流程简单，操作管理方便，设备运转率高。投资低，电耗高。矿渣微粉比表面积达到40m2/kg时，粉磨系统电耗约为75kWh/t。4、辊压机、分级机加开路筛分磨系统需另配烘干系统，且对入磨矿渣水份要求严格。工艺流程复杂，操作管理要求高。投资高，电耗低。矿渣微粉比
10、表面积达到40m2/kg时，粉磨系统电耗约为55kWh/t。5、立式磨加开路筛分磨系统集烘干、预粉磨于一体、工艺流程复杂，操作管理要求高。投资较高，电耗适中。矿渣微粉比表面积达到420m2/kg时，粉磨系统电耗约为60kWh/t。（二）开流矿渣微粉管磨机由于目前国内尚没有专门针对矿渣粉磨特性及产品要求而开发的粉磨设备及工艺。按水泥生产方式粉磨矿渣，电耗偏高，影响了效益的发挥。因此我院历时两年，经反复试验，终于开发研制出适合市场需要，专门针对矿渣粉磨特性及矿渣微粉要求的投资少、电耗低、见效快的矿渣微粉生产系列设备开流矿渣微粉磨机。开流矿渣微粉磨机是在我院开流高产高细水泥管磨机的基础上，专门针对矿
11、渣粉磨特性及产品质量要求，以最大限度的挖掘磨机的研磨能力为目标，通过设置合理的仓数、仓长比及内筛分装置，调节、平衡各仓的能力和筛分效率；重新设计各仓的衬板结构，调整磨机的破碎、研磨能力；全部以中、小型钢段作研磨体，增大研磨体比表面积；采用溢流行出料篦板，提高料段比，延长物料的研磨时间等多项措施，以实现提高磨机粉磨效率和矿渣微粉质量、增产降耗的目的。自2002年以来，我们先后利用上述技术措施对1.836.4m、1.837m、2.27m、2.211m、2.48m、2.411m、2.413m、2.613m、39m、313m、3.213m等近40台开流管磨机上进行了改造，均取得了成功，为用户创造了良好
12、的经济效益，也使此项技术日臻完善。尤其是在江苏杨中大地水泥有限公司全新的f2.4313m开流矿渣微粉管磨机上，应用了上述全部技术措施，实现了生产含15%粉煤灰、比表面积487m/kg、45mm筛余*2.5%的矿渣微粉12.43t/h,磨机粉磨电耗53.097kWh/t的良好效果。并通过省级科技成果鉴定，与会专家对此项技术给予了高度评价：“经科技查新和专家讨论认为；该磨机的一仓使用中钢段，磨内衬板的设计与使用和溢流型出口篦板的使用属国内首创，主要技术经济指标在同类型管磨系统中居国内领先水平。为矿渣粉磨提供了一种经济、可靠的设备，具有较好的经济效益和社会效益，可广泛推广应用。”从目前近30台开流矿
13、渣微粉磨机的运行情况，无论从工艺流程、操作管理、产品质量、电力消耗、建设投资来看，磨机的性能与矿渣的粉磨特性相匹配，各项综合指标绝不亚于进口设备，广泛推广后必将产生巨大的社会经济效益。另在此值得一提的是：开流矿渣微粉管磨机的结构特点决定了其只要通过调整仓位、筛分装置和研磨体级配，就可成为理想的开流高细粉煤灰微粉管磨机，台时产量是矿渣微粉管磨机的3倍；或成为理想的开流高细钢渣水泥管磨机，台时产量是矿渣微粉管磨机的2倍。这两种磨机也必将为投资者带来良好的经济效益。三、开流矿渣微粉管磨机的特点及结构特征开流管磨机自发明以来，通过不断的改进、完善，至今已使用100多年，以其结构简单、运转可靠、操作方便
14、、工作稳定等特点，被人们所青睐，并一直应用于工业生产的粉磨工艺中。近些年来虽然随着社会及技术发展，出现了多种新型的粉磨设备及工艺。但使用广泛的仍然是开流管磨机。在我国，尤其是上世纪八十年代中期以来，以我院著名粉磨专家蒋玉灿先生为首的工程技术人员，经过长期、艰苦、细致的研究，发现了开流管磨机粉磨效率不高的主要原因是在粉磨过程中，磨机内的物料虽然在沿着磨机从磨头到磨尾的纵长方向上的细度是由粗到细，直至出磨为合格料，似乎形成了一个合理的细度梯度。但从纵向的每一点的横截面来看，物料的粒度粗细悬殊，极不均匀。有的大到510mm，这些大颗粒，一旦进入研磨仓，要磨至合格的细度，必须有一定的时间；另一方面，在
15、磨内沿着磨机纵向的粉磨物料，在细度的发展方向上，不断地被粉磨为合格料，却不能及时的排出磨外，且自磨头至磨尾的百分比含量越积越高，但非要等到全部粉磨物料达到合格后，才能排出磨外。即因少量的粗颗粒过早的与细物料一起混入研磨仓，而耗费大量的研磨时间；合格的物料不能及时的排出磨外，而消耗大量的能量。因此发明了设置在磨内适当位置的磨内筛分装置，从而有效的实现物料的粗细分离，缩短了物料的粉磨时间，使开流管磨机的粉磨效率提高30%以上，成为开流高细高产管磨机，并将开流管磨机的应用推向了高潮。笔者作为开流高细高产管磨机的研究者之一，认为开流高细高产管磨机的技术原理同样可以应用于开流矿渣微粉管磨机，但必须针对矿渣的粉磨特性及矿渣微粉的质量要求有全面的突破，才能达到预期的目标。矿渣具有粒度小、脆性大、易破碎、难研磨的特点，用于水泥中的粒化高炉矿渣技术标准规定“大于10mm颗粒含量（以重量计）合格品不大于8%，优等品不大于3%”。而平均粒径仅23mm。因含有较多的结晶相及玻璃相导致其易破碎、难研磨。且矿渣微粉比表面积要求高（生产企业为了追求矿渣微粉的活性及增掺粉煤灰，一般均要求比表面积400m2/kg甚至更高）。因此应尽一切可能调整磨机的破碎能力，增强磨机的研磨能力，只有这样的开流矿渣微粉管磨机才是真正意义上矿渣粉磨专用设备。围绕这一目标，我们在磨机内主要做了以下几方面的工作：
