輥磨在電爐鎳鐵渣制備鎳鐵微粉系統中的應用

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，豐旺

輥磨在電爐鎳鐵渣制備鎳鐵微粉系統中的應用

Application of Grinding Rollerin the System of NickelPowder Preparation from Nickel-Iron Slag using Electric Furnace

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，豐旺

近年來，隨著我國經濟的高速發展，廢棄資源日益增多，環境負擔日益嚴重，提高廢棄物再循環的利用率，減少對環境的污染成為新的發展目標。2013年1月山東煒燁新型建材有限公司與中材裝備集團有限公司簽訂了國內首條用于鎳鐵渣粉磨的生產線總承包合同。目前該系統運行平穩、可靠，完全達到設計要求，填補了國內輥磨在鎳鐵廢渣微粉處理領域的空白，取得了較好的社會經濟效益。本文將對TRMS型鎳渣輥磨的技術特點、性能和粉磨工藝流程等進行簡單介紹，供大家參考。

廢棄資源；鎳渣；輥磨；經濟效益

1 引言

鎳渣是冶煉鎳鐵產生的固體廢渣，因此鎳渣也被稱為鎳鐵渣。由于鎳鐵冶煉工藝技術的限制，鎳渣中含有一定量的鎳鐵，利用輥磨粉磨鎳渣成微粉后，有利于回收鎳鐵，獲得可觀的經濟效益；同時經過篩選的成品微粉摻入水泥中，形成復合水泥，可大大增加經濟效益及廢棄資源利用率，減少這些廢渣對土地的占用和對環境的污染。

2013年1月，山東煒燁新型建材有限公司與中材裝備集團有限公司簽訂了國內首條用于鎳鐵渣粉磨的生產線總承包合同。本項目年產60萬噸鎳渣微粉，核心設備為中材裝備集團有限公司設計制造的TRMS43.3鎳渣輥磨。

2 TRMS43.3鎳渣輥磨系統的工藝流程

2.1 系統工藝流程

粉磨鎳渣流程：原料鎳渣經汽車運輸儲存于露天堆場中，由鏟車上料經篩板入地坑，經計量皮帶秤、皮帶輸送機和螺旋給料機喂料至磨盤上，恒速旋轉的磨盤借助于離心力將鎳渣向外均勻分散，形成一定厚度的料床，物料在進入粉磨區域前先進行預壓實、排氣，同時料床上的物料受到3個磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細的物料在磨盤邊緣處被從風環進入的熱氣體帶起并進入到選粉機中進行分選（動靜態組合式高效選粉機能有效調節鎳渣微粉細度，產品比表面積可以控制在4000～5000cm2/g范圍內），合格細粉被袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤再次粉磨；大顆粒物料（包括鎳鐵）在風環處落入進風道，通過吐渣口進入外循環系統。在此過程中，物料與熱氣體進行了充分熱交換，水分被迅速蒸發，按工藝要求操作，通過選粉機分選的合格細粉水分能控制在<0.5%。部分難磨的大顆粒物料落入風環，通過吐渣口進入外循環系統，并經過干式磁選機選鐵排出后，再次進入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。

磨機通風和烘干需要的熱空氣由熱風爐提供，熱風通過管道進入磨機，出磨氣體通過收塵器凈化后由系統風機送出，一部分排入大氣，另一部分循環入磨。圖1為TRMS43.3鎳渣粉磨系統流程簡圖。

2.2 系統主要設備及參數

TRMS43.3鎳渣輥磨是根據料床粉磨原理，通過磨輥、磨盤之間的相對運動研磨鎳渣的機械設備裝置，集粉碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，結構緊湊。表1所示為山東煒燁新型建材有限公司年產60萬噸鎳渣微粉生產線的主要配置。

圖1 TRMS43.3鎳渣粉磨系統流程圖

3 TRMS43.3鎳渣輥磨的技術特點

3.1 TRMS型鎳渣輥磨的工作原理

TRMS型鎳渣輥磨本體由傳動裝置、磨盤裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、機架、進風道、中殼體、分離器、操作平臺、加壓裝置、翻輥裝置、潤滑系統等部件組成。

輥磨的工作原理為：物料通過輸送皮帶，經過螺旋給料機下落到磨盤中央，磨盤在驅動裝置的帶動下旋轉，在離心力的作用下物料向外均勻分散、鋪平，形成料床。磨輥在加壓裝置的作用下壓在物料上面，并連續進行碾壓，在磨盤邊緣物料被甩出磨盤，一部分通過風環進入磨內的熱氣體將物料送入分離器進行分選，在此過程中物料與熱氣體進行了充分的熱交換，水分被迅速蒸發，通過調節分離器轉子的轉速來控制成品細度，不合格的物料被送回至磨盤再次粉磨。另外一部分粗顆粒掉落下來，通過刮料裝置送入磨外，再通過輸送和提升裝置重新送入磨內粉磨，如此循環往復，完成研磨作業全過程。

3.2 TRMS型鎳渣輥磨的特點

TRMS43.3鎳渣輥磨采用了多項先進技術，在吸收原有國外礦渣、水泥輥磨成熟技術的同時，又進行了多項技術創新，包括新型高效籠式選粉技術、喂料防堵技術、料床整理技術和磨輥密封新型結構等。目前中材

4 TRMS43.3鎳渣輥磨系統運行情況

4.1 系統主要工藝參數

鎳渣輥磨系統的運行穩定性決定了鎳渣微粉產量和質量的高低。其中影響輥磨系統穩定性的主要因素包括：入磨原料鎳渣的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機密封結構及轉速；系統風溫和風量；磨輥與磨盤、擋料圈的情況等。在實際應用中必須有效控制上述各因素，優化各參數。

4.2 原料鎳渣特性、粒度和水分

山東煒燁新型建材有限公司的原料鎳渣來源于山東煒燁鎳業有限公司電爐冶煉鎳鐵后外排的水淬鎳渣。電爐鎳鐵渣能否像高爐礦渣一樣使用，取決于它是否具有高爐礦渣那樣的組成和活性。高爐礦渣能廣泛作為水泥或混凝土的拌合料使用，是由其組成和活性決定的。高爐礦渣的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、MgO四種，約占高爐礦渣總重量的96%，電爐鎳渣的主要化學成分是SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、Al2O3五種，約占總成分的93%。表2為該廠鎳渣微粉原料成分。

表1 系統主要設備參數

表2 電爐鎳渣化學成分，%

表3 磨機工藝參數

由表2可知，電爐鎳渣與高爐礦渣一樣，是一種硅酸鹽質材料，有與高爐礦渣一樣可作為水泥和混凝土拌合料使用的可能。但電爐鎳渣成分與粒化高爐渣相比，存在著鐵、MgO含量較高、渣為酸性等特點。因此，如果摻入水泥或混凝土中使用，其水化產物會與粒化高爐渣有所不同。但如果電爐鎳鐵渣摻入水泥或混凝土中使用，會由于其本身為酸性而吸收更多的熟料水化反應生成的Ca（OH）2，從而大大降低水泥或混凝土的堿性。

鎳渣的粒徑和含水量對生產的穩定性有較大影響，根據實際生產操作可知：由于水淬后鎳渣的外在水比較容易干燥，入磨鎳渣本身的含水量在3%左右，且鎳渣粒徑75%＜5mm時該磨機系統運行非常穩定，產量可以達到90t/h。鎳渣的含水量影響著生產操作參數的調整，我們通過調節磨內噴水裝置噴水量來穩定料層、減小磨機的振動、提高粉磨效率。

4.3 系統操作參數

粉磨不同電爐外排的水淬鎳渣，工況會發生較大變化，因此在操作時要注意各參數的調整。包括需要考慮干濕混合物料粉磨時，喂料量、風溫和風量的變化所產生的磨機振動、回料量大小及磨輥位置問題；不同水分的混合物料粉磨時所需額外噴水量，以保持料床穩定；由于對產品性能需求不同，所需的比表面積和篩余值不同，而需要調整輥壓和選粉機轉數等。

通過對鎳渣生產線系統參數的優化，現各項指標達到了同類產品的國際先進水平，調試期間磨機的運轉參數如表3所示。

4.4 系統電耗和煤耗

該系統經過近三周的調試，其主機設備和工藝參數不斷得到優化，生產運行日趨穩定。成品在90t/h時的電耗和煤耗如表4所示。

5 TRMS43.3鎳渣輥磨系統產品質量

利用輥磨粉磨鎳渣，大家最關注的是鎳渣的活性指數和成品的顆粒分布等問題。山東煒燁新型建材有限公司聘請了第三方北京科技大學對TRMS43.3鎳渣輥磨的成品進行了性能檢測，結果表明該系統生產的鎳渣成品性能優良。

5.1 成品顆粒分布及活性指數

TRMS43.3鎳渣輥磨磨制的成品顆粒分布見表5。其中<3μm的超細顆粒含量很少，中間顆粒3～32μm含量居多，而僅起填充作用的>50μm的粗顆粒很少。

按照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》中規定的方法測定三種比表面積下試塊7d和28d的活性指數。表6為三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的活性指數測定結果。

5.2 成品流動度

按照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》中規定的方法，對粉磨試驗獲得的三種比表面積的鎳鐵渣微粉分別進行流動度測定，結果見表7。

5.3 成品特性

經過以上對電爐鎳鐵渣的試驗研究，得出如下結論：

（1）電爐鎳鐵渣的化學組成中SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3占總成分的92.37%，礦物組成中主要為非晶態礦物，占91.88%。因此，具有作為水泥和混凝土拌合料使用的成分和活性。該鎳鐵渣中MgO含量雖較高，但MgO并非以方鎂石的形式存在，而主要是以鈣鎂橄欖石的形式存在，因此，利用電爐鎳鐵渣制備鎳鐵渣微粉不會因為MgO的存在而受到影響。

（2）電爐鎳鐵渣由于含有一定量硬度較大的鎳鐵合金及含鎳鐵的硅酸鹽礦物而具有較大的功耗指數。硬度較大的鎳鐵合金及含鎳鐵的硅酸鹽礦物一般較難磨，粉磨后在200目鎳鐵渣微粉中大量存在，因此工業粉磨過程應采用某種方法及時排出這部分產品，并返回紅土鎳礦還原工序使用。

表4 磨機電耗和煤耗

表5 鎳渣成品顆粒級配

表6 三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的活性指數值

表7 三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的流動度數值

（3）按照GB-T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》要求，對比表面積300m2/kg、 400m2/kg、500m2/kg以上的電爐鎳鐵渣微粉進行了技術指標測定，結果表明，除活性指數難以滿足同級技術指標外，其余指標均滿足國標要求。三種比表面積的電爐鎳鐵渣微粉雖均不能滿足相應級別的技術指標要求，但比表面積＞400 m2/kg的電爐鎳鐵渣微粉可降級作為S75級別的微粉使用。同時，降低電爐鎳鐵渣對水泥的替代率，可明顯提高其活性指數。如果比表面積300m2/kg、400m2/kg、 500m2/kg以上的電爐鎳鐵渣微粉對水泥的替代率分別降低到40%、30%、30%，則可分別滿足S75、S95、S105級別的國標要求。

6 結語

通過中材裝備集團有限公司與山東煒燁新型建材有限公司的共同努力，該磨機系統設備及工藝參數不斷得到優化，生產運行日趨穩定。在保證產品質量的前提下，產量穩定在85～90t/h，全廠綜合電耗為58kWh/t，其中粉磨系統電耗48kWh/t，通過外排后的磁選機可選出鎳鐵0.8t/h，生產成本不斷降低，獲得了較好的社會經濟效益，填補了國內輥磨在鎳鐵廢渣微粉處理領域的空白。

[1]姚丕強，柴星騰.TRM輥磨粉磨水泥的操作結果[J].水泥，2009.

[2]柴星騰，聶文海.礦渣粉磨技術進展[N].中國建材報，2006.

[3]王仲春.水泥工業粉磨工藝技術[M].北京：中國建材工業出版社，1998.■

超耐磨1200h只消耗1.8mm更節能噸水泥節電1kWh以上

“他們兩家研發的超耐磨輥套，比傳統工藝輥套運行更穩定，更耐磨，更節能，性價比非常好。”這是5月上旬在河北召開的一次超級耐磨輥套技術交流會上，國內一家知名水泥集團企業對中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司（下稱中鋼邢機）和中材裝備集團有限公司（下稱中材裝備）聯合研制的超級耐磨復合輥套產品的肯定。用戶突出的使用業績，使“中鋼邢機超耐磨輥套”被迅速叫響。

復合輥套是水泥生產企業關鍵生產裝備上的核心、消耗性部件，其性能直接決定著水泥生產線的工效。“我們最關注的就是復合輥套的耐磨性和抗沖擊性。”一家參會建材裝備企業代表如是說，“傳統堆焊工藝制造的輥套，容易掉塊，一掉塊就要停產進行堆焊修復，影響生產、成本高。靜態整體鑄造的輥套，外層抗沖擊能力差，易發生裂紋，也會掉塊，可修復性還差。這次來參會，就是想看看會議推介的中鋼邢機、中材裝備聯合研發的超級耐磨輥套，是怎樣的耐磨法。”

中鋼邢機、中材裝備近年聯合研制的超級耐磨復合輥套，采用了目前世界上最先進的高合金鋼多重離心復合鑄造技術。特殊的工藝，使輥套的芯部韌性好，外層耐磨性變高，抗沖擊能力增強。與傳統工藝制造的輥套相比，在實際使用中能夠承受更大的變動載荷，且磨損小、運轉周期長。

“在水泥行業，這種制造技術絕對是一項創新。一比較你就會知道，使用效果非常好。”金隅集團鹿泉鼎鑫水泥有限公司副總經理李太功不無贊賞地說：“我們企業去年7月投產的1814水泥生產線，因為工期原因，最初用的是堆焊輥套，今年1月換成中鋼邢機、中材裝備共研的超耐磨輥套。我們測算了一下，到這次來參會前，他們的超耐磨輥套已經累計工作了1207h，輥套表面才磨損了1.8mm。這樣好的表現，傳統輥套根本做不到。”

統計數據顯示，堆焊輥套每使用20天到3個月，就必須在線修復1次，磨損量達6mm。6～8個月離線大修1次，大修3次，輥套就報廢了。而中鋼邢機、中材裝備聯合研發的超耐磨輥套，持久耐用，壽命優于傳統產品3倍以上。

在這次交流會期間，筆者隨行來到了贊皇金隅水泥有限公司。在該公司5000t/d水泥生產線上，一支直徑1.8m、長1.7m的中鋼邢機、中材裝備聯合研發的超耐磨輥套正在大型生料輥壓機上避峰就谷，安靜地停機待產。該公司生產人員介紹：這支輥套2012年10月15日上的機，使用中，輥套的工作效率遠超出生產線的產效要求，噸粉料節電在1kWh以上。今年3月，這支輥套進行了首次修復，修復時不用停產，修復后完好如初。因其性能好、工效高，生產線每天都可以合理避峰就谷用電，最大限度節省企業用電費用。

高耐磨、高節能、可再造。好的性能、實實在在的使用效果，讓中鋼邢機、中材裝備聯合研發的超耐磨輥套在這次交流會期間，迅速贏得了眾多參會水泥建材企業的青睞，交流會還沒結束，已經有好幾家國內外企業向他們表達了合作意向。“我們是在不久前的北京國際水泥技術及裝備展會上聽說他們的超耐磨輥套的，這次實地考察了他們企業的制造能力，實地觀摩了他們超耐磨輥套的使用效果，我們已經準備改用他們的超耐磨輥套。”

隨著我國建材行業的長足發展，用科技力量實現低成本、高產出，已經成為眾多水泥生產企業的共識。在這次交流會上，面對撲面而來的認可、贊譽和青睞，中鋼邢機、中材裝備參會代表越發信心篤定，交流會結束時，中鋼邢機異型軋輥公司負責人王海彬告訴筆者：“我們就是要讓決定水泥生產線工效的輥套，變得更高效節能、更持久耐用。我們兩家目前正在加速研發更耐磨的輥套產品。在不久的將來，我們要給水泥生產企業帶去更多的經濟和社會效益。”

（李云芳王海洋供稿）

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1001-6171（2014）04-0037-04

中材裝備集團有限公司，天津300400；

2014-02-26；編輯：趙蓮