輥壓機終粉磨系統生產鋼鐵渣粉工藝設計及優化

侯國鋒，張 黎，褚 旭，王復然，石國平，許 芬

輥壓機終粉磨系統生產鋼鐵渣粉工藝設計及優化

Process Design and Optimization of Roller Press Finish Grinding System for Steel Slag Powder Production

侯國鋒，張 黎，褚 旭，王復然，石國平，許 芬

由中材裝備集團有限公司設計開發的輥壓機終粉磨工藝系統，可用于生產礦渣、鋼渣微粉以及脫硫石灰石粉，系統粉磨流程短、效率高、能耗低，運行平穩，操作與維護成本低。本文主要介紹了輥壓機終粉磨系統的工藝流程及運行情況，闡述了各主機設備的規格與選型，研究了系統工藝物料平衡和熱平衡的計算，總結了系統調試和生產優化的方法，為輥壓機終粉磨系統技術的推廣應用提供參考依據。

輥壓機；終粉磨；礦渣；鋼渣；微粉生產；工藝流程

1 引言

粒化高爐礦渣和鋼渣是鋼鐵生產過程中產生的固體廢棄物。大量的礦渣、鋼渣長期堆棄，不僅占用大量耕地，污染土壤和地下水，而且廢渣曬干后產生的粉塵四處飛揚，造成空氣污染。為了從根本上消除礦渣和鋼渣的危害，通常將礦渣或鋼渣粉磨至比表面積為4 000cm2/g以上，激發其潛在活性，與熟料粉混合生產水泥[1]。單獨粉磨礦渣、鋼渣微粉的生產工藝在經濟效益、資源循環利用以及生態環境保護方面都發揮了積極的作用。

輥壓機終粉磨系統是一種先進的料床擠壓粉磨工藝系統，與球磨機粉磨系統、輥壓機預粉磨系統和輥壓機半終粉磨系統相比，該系統徹底擺脫了球磨機，集烘干、粉磨、分選于一體。先進的料床粉磨原理使粉磨過程中的能耗大幅降低，原料適應性好，能單獨處理粒化高爐礦渣、鋼渣、石灰石以及其他不同類型的冶金渣[2]。輥壓機終粉磨系統與目前較為普及的輥磨系統相比，壓力損失低，主排風機規格小，系統電耗低，設備總投資少[3]。

在水泥行業，生料輥壓機終粉磨系統己逐漸代替球磨和輥磨成為主流工藝。在礦渣、鋼渣微粉生產領域，由中材裝備集團有限公司為邯鄲邦信建材有限公司設計開發的年產30萬噸礦渣、鋼渣輥壓機終粉磨生產線已于2013年底成功投產，開創了輥壓機終粉磨系統在國內微粉生產領域的先河。該系統現已運行了3年多，在生產過程中經過不斷的優化與調整，取得了非常好的生產效果。該系統采用附近焦化廠產生的副產品焦爐煤氣作燃料，目前已處理了大量當地堆棄的礦渣和鋼渣，在取得經濟效益的同時，也產生了良好的社會效益和生態效益[4]。

2 輥壓機終粉磨系統工藝流程

圖1為中材裝備集團有限公司為邯鄲邦信建材有限公司設計的輥壓機終粉磨系統工藝流程，該工藝流程由輥壓機+V型選粉機+高效選粉機+單臺主排風機組成，實現了輥壓機獨立粉磨生產礦渣、鋼渣微粉。原物料經提升機提升后與輥壓機循環物料一起進入緩沖倉混合，經輥壓機擠壓粉碎后直接進入V型選粉機，與熱風爐產生的熱風在V型選粉機內混合，實現礦渣的烘干與初級分選；排出的粗粉經循環提升機和皮帶機輸送至輥壓機上方的緩沖倉，細粉被熱風帶入高效選粉機再次分選；合格的產品由尾部收塵器收集后輸送至成品庫，粗粉則經提升機返回至緩沖倉。粉磨過程中的物料由溜子和皮帶機輸送，輸送過程中設置多處除鐵器和金屬探測器。成品粉由斜槽及提升機輸送至成品庫，各揚塵點設置收塵風管至收塵器。

該系統與生料輥壓機終粉磨工藝流程有所不同，其主要特點是將V型選粉機安裝在輥壓機的下方，輥壓機布置在樓面之上，經輥壓機擠壓后的物料被即時打散烘干，循環提升機處理的是失去水分的粗粉物料，細的物料粉由空氣管道帶入高效選粉機，微粉在此進行最終分選，成品收集部分由單臺袋收塵器+單臺主排風機組成，通過動態選粉機的合格產品直接進入袋收塵器收集，變頻調整選粉機轉速，成品比表面積可達4 500cm2/g以上。

全廠電氣均采用計算機DCS控制系統。從喂料、輸送、粉磨、烘干、分選、收塵到成品的儲存與發運，以及工藝熱風的溫度、壓力均由設計完善的DCS系統控制。部分工藝參數采用計算機人工智能控制算法，控制精度高，自動化水平高。圖2為該廠輥壓機終粉磨礦渣、鋼渣微粉系統中控畫面。

該系統的優點是流程短、效率高、自動化程度高、原料適應性強。經過簡單的工藝調整，能單獨處理易磨性較差的鋼渣，也可單獨生產易磨性較好的脫硫石灰石粉，還可以粉磨不同配比的混合物料。目前生產原料為85%粒化高爐礦渣摻加15%鋼渣。

圖1 輥壓機粉磨系統工藝流程

3 主機設備規格與選型

邯鄲邦信建材有限公司年產30萬噸礦渣、鋼渣微粉生產線配備的主要設備為：輥壓機TRP140×140一臺，輥子規格?1 400mm× 1 400mm，裝機功率2×800kW，物料通過量400~ 600t/h，采用堆焊設計的輥面壽命≮8 000h；V型選粉機TPS160一臺，通過風量140 000m3/h；高效動態選粉機TLS2600一臺，主軸轉速102~301r/min，變頻調速；物料循環提升機NXDT1000一臺，裝機功率90kW；袋收塵器LTMC128-2×9一臺；尾排離心風機一臺，裝機功率500kW。系統配套熱風爐HHG2600一臺，供熱能力3.8×107kJ/h；以高溫焦爐煤氣做燃料，功率調節比例幅度大；配套PLC自動控制柜，控制精準；相比燃煤沸騰爐而言，可根據不同的工藝狀況靈活調節，能滿足含水量0%~20%原料的粉磨生產。

該系統的核心部件由中材裝備集團有限公司設計生產的輥壓機、V型選粉機和動態選粉機組成，總裝機功率約2 400kW。由于工藝流程中沒有旋風筒和循環風機，僅有一臺主排風機，故動態選粉機與袋式收塵器規格相對較大，由此帶來的好處是系統流程短，布置簡單，壓損較小，避免了循環風機的磨損。

圖2 輥壓機終粉磨系統中控畫面

表1 年產30萬噸礦渣生產線物料平衡計算表*

4 系統物料平衡與熱平衡計算

（1）物料平衡計算

該項目設計為年產30萬噸礦渣、鋼渣生產線，年平均運轉300d，日均20h，生產損耗計1%。原料來自邯鄲當地石灰石以及附近鋼鐵廠產生的鋼渣和高爐礦渣，烘干燃料采用附近焦化廠產生的焦爐煤氣，產品采用汽車散裝形式出廠。按目前生產原料配比計，全廠物料平衡設計如表1所示。

通過計算原料進廠到產品出廠過程中處理的物料量，可為物料需求量、運輸量、工藝設備選型和計算存儲設施容量提供依據，全廠物料平衡表可為制訂生產計劃、控制不合理損耗、降低生產成本和實現生產工藝系統自動化控制提供基礎數據[5]。

（2）熱平衡計算

熱平衡計算是根據輥壓機終粉磨系統熱量收支平衡原理計算系統所需熱量的方法。輥壓機終粉磨系統在粉磨礦渣等含水量較高的物料時需要引入熱風對物料進行烘干。對輥壓機終粉磨系統進行熱平衡計算可以得出系統所需的熱量和熱風量，并以此為依據進行收塵器、風機等設備的選型；根據需要的熱風量及其溫度可計算燃料的消耗量，確定熱風爐的規格和燃料成本；對粉磨系統里的氣流平衡進行計算，確定系統各工段風管的直徑，避免設計過程中風管選擇不當造成浪費和阻力過大。

根據輥壓機終粉磨系統的工藝流程，參考輥式磨系統熱平衡計算理論方法，以輥壓機粉磨系統為對象建立熱平衡模型[6]，系統熱量收支項目見圖3。

輥壓機終粉磨系統中各處氣流的流量按設備所需取值（本文中不再詳述），氣流溫度由計算機模擬推算得出，以標準狀況為基準計算，理論上系統熱量收支項目及計算結果如表2所示。

通過上述計算得出，粉磨系統需要熱風爐產生的熱量為29 932 658kJ/h。假定此部分熱量全部由燃氣燃料放熱提供，不考慮物料潛熱，熱風爐及熱風管道散熱系數取值為5%，焦爐煤氣熱值按17 580kJ/m3（標）計，則可推算出產生該熱量需要的焦爐煤氣量：

表2 年產30萬噸礦渣生產線系統熱平衡計算表

圖3 輥壓機終粉磨系統熱收支項目圖

5 生產運行情況及優化

該輥壓機終粉磨系統于2013年12月完成安裝，進入生產調試階段，在調試過程中先后克服了震動大、下料不穩定、系統產量低等問題。經過數周調試，系統各項指標達到了設計要求。

成功達標達產后，經過一段時間的工藝優化與調整，生產指標逐漸提高。目前的生產情況為：原料為85%礦渣（水分約15%）+15%鋼渣，干基臺時產量55~60t，成品含水量＜0.5%，微粉產品比表面積＞4 000cm2/g，全廠綜合電耗＜40kWh/t。獨立生產脫硫石灰石粉時，臺時產量可達90~100t；單獨生產易磨性較差的鋼渣時，臺時產量可達45t。粉磨系統臺時產量和單位電耗指標均達到行業先進水平，成品微粉平均比表面積在4 000cm2/g以上；成品微粉的性能經邯鄲市技術監督局檢驗，7d活性指數平均在80%以上，28d活性指數平均在100%以上。成品微粉的比表面積和活性指數均達到或超過國家標準。

綜合系統調試與生產期間的情況，可對后續輥壓機終粉磨系統工藝適當進行改進和優化，以降低生產成本，提高經濟效益。為穩定物料流量，可在中間緩沖倉與輥壓機入料口之間設置插板閥和手動棒條閥兩道閥門；為更加節能高效，主排風機可選擇變頻控制；另外，在保證系統所需熱量供給的前提下，可設置循環熱風管道，能提高燃料利用率。

6 結語

輥壓機終粉磨系統作為一種新型的粉磨工藝，成功應用于礦渣、鋼渣及石灰石粉磨領域。相對于管磨和輥磨系統，該工藝流程簡便高效，易布置，能耗低，檢修與維修成本低，物料適應性更廣泛，可粉磨不同水分、不同易磨性的礦渣、鋼渣和石灰石等多種物料。

該系統生產穩定，產量和單位電耗指標均達到行業先進水平，原料為85%礦渣（水分約15%）+ 15%鋼渣，臺時產量55~60t，全廠綜合電耗＜40kWh/t。獨立生產脫硫石灰石粉時，臺時產量可達90~100t；單獨生產易磨性較差的鋼渣粉時，臺時產量可達45t。

該系統能科學處理“工業三廢”，既解決了大量礦渣和鋼渣堆放、外運造成的環境問題，又提高了礦渣和鋼渣的利用價值，為企業帶來經濟效益的同時，還創造了社會效益。

[1]張云蓮，李啟令，陳志源.鋼渣作水泥基材料摻合料的相關問題[J].機械工程材料，2004，（5）:38-40.

[2]石國平，柴星騰，許芬.用輥壓機聯合粉磨系統生產鋼渣粉的研究[J].水泥技術，2006，（5）:29-32.

[3]柴星騰，石國平.生料輥壓機終粉磨系統技術介紹[J].水泥技術，2012，（2）:81-85.

[4]侯國鋒.輥壓機終粉磨生產礦渣微粉的實踐[J].水泥技術，2015，（5）:48-49.

[5]董魯閩，張平，姚敏娟，師華東，齊闖，程華民.年產60萬噸礦渣微粉生產工藝實踐[J].中國粉體技術，2015，（3）:103-106.

[6]謝彥君，張平，王艷梅，張樹輝，馬艷梅.年產100萬噸礦渣微粉生產線輥磨系統熱工計算及配置[J].水泥工程，2015，（4）:13-16.?

TQ172.63

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1001-6171（2017）02-0045-05

中材裝備集團有限公司，天津300400；

2016-07-06；編輯：趙蓮