立磨系統生產鎳渣微粉的幾個工藝技術問題

黃敏榮 殷素紅 梁坤躍 馬 健 李水生

（1 陽江市大地環保建材有限公司；2 華南理工大學材料科學與工程學院）

0 引言

利用煉鐵排出的粒化高爐礦渣生產礦渣微粉，粉磨設備多采用立磨，與其它粉磨設備相比，立磨系統工藝成熟，生產效率高，能耗低，優勢明顯。但對于不銹鋼冶煉工業排出的多種廢渣，包括高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣和不銹鋼精煉渣（本文統稱為鎳渣），如何綜合利用來生產鎳渣微粉，其相關工藝技術，國內報導很少。本文根據工廠實際運行中的立磨制備鎳渣微粉生產線，初步總結了所遇到的幾個主要工藝技術問題，并提出了改善方法。

1 簡述

近年建材行業發展較快，特別是作為水泥混合材和混凝土摻合料的礦渣微粉，得到了廣泛應用，產品需求旺盛。由于立磨具有能耗低、生產效率高的優點，目前立磨在礦渣粉生產設備中占絕對優勢，成為礦渣微粉生產線的首選設備[1]。

陽江市大地環保建材有限公司作為陽江地區不銹鋼冶煉工業的配套企業，配置有一條年處理60 萬噸（一期項目）和一條年處理150 萬噸（二期項目）工業廢渣的立磨生產線，綜合利用本地區不銹鋼冶煉企業產生的工業廢渣作為原材料，進行深加工生產礦渣微粉、鎳鐵渣微粉、復合礦物摻合料等建材產品。設備要求和工藝流程與常見的生產粒化高爐礦渣微粉的粉磨系統相似，但也有其特殊性。鎳渣立磨生產線的設備主要包括配料計量皮帶秤、輸送皮帶、螺旋送料機、立磨、熱風爐、產品收塵器、產品入庫提升機、輸送斜槽、鋼板倉立體庫等。所有設備和傳感器通過網絡連接到中央控制室，由分布式計算機控制系統（DCS 系統）集中調度控制，實現從配料、生產至儲存的全自動控制、監視和管理，產品整個生產過程的參數、設備運行情況可實時反映出來，并根據現場工藝需要，對生產線上的所有設備進行聯鎖控制，對各種重要的參數進行自動調節，保證產品生產的優質、高產和低耗。

2 立磨粉磨系統的工藝流程圖

采用鎳渣作原材料的粉磨系統與常見的立磨粉磨系統類似[2]，主要工藝流程按照下料計量→原料輸送（同時除金屬）→粉磨（同時烘干）→選粉→產品收集→產品輸送（同時抽樣檢驗）→產品入庫的工藝路線，見下圖1。

3 制備鎳渣微粉的幾個工藝技術問題及解決措施

⑴避免大塊料進入送料系統

圖1 鎳鐵渣粉磨系統工藝流程圖

圖2 電爐鎳鐵渣中的大塊硬料及上料篩網

不銹鋼冶煉廠排放的廢渣有多種，有的渣如電爐鎳鐵渣常常混雜有不少大塊硬料（如圖2），如果進入磨機，將會引起振動停機，對磨盤磨輥造成損害，例如使磨輥表面崩裂、脫落等。所以，必須將超過一定規格的大塊料清除。實際生產中，可設計一套專用的上料篩網（如圖2），篩條間隔根據經驗設定，對于較硬的電爐鎳鐵渣篩條間隔在3㎝左右，對其它廢渣，篩條間隔在6cm～8cm左右。在上料時，廢渣先過篩再進入料斗，可有效防止大塊料進入輸料系統。

⑵保證原材料輸送入立磨順暢

送料系統主要是皮帶傳送，但在最后進入立磨之前，一般是由螺旋將廢渣推送到磨內進行粉磨。由于鎳渣不同于常見的粒化高爐礦渣，既有硬顆粒狀的，也有粉狀的及含水率較高的，螺旋送料時原材料容易粘附在螺旋葉片及內壁上形成堵塞，也容易磨損螺旋葉片，降低送料能力。針對此情況，在螺旋送料器外壁適當位置開設多個檢修窗口（如圖3），當螺旋工作一段時間出現堵塞現象時，可停機打開檢修窗口對螺旋葉片和內壁進行清料；另外，當螺旋葉片徑向磨損到與內壁間隙達一定程度，送料能力下降時，可在葉片上每間隔20cm～30cm 的距離鑲嵌可更換的耐磨刮片（如圖4，這樣可恢復螺旋的送料能力，耐磨刮片磨損后又可重新更換。

圖3 送料螺旋外殼開檢修窗口

圖4 螺旋葉片增加耐磨刮片

⑶減緩立磨磨盤和磨輥表面的磨損

主機立磨是粉磨系統最重要的設備。粉磨時，下面的磨盤帶料以一定的速度旋轉（直徑為5.5m 的磨盤轉速可達22 轉/分鐘），上面的磨輥下壓滾動研磨（壓力可達2400kN）。可見，在轉速快、壓力大、物料難磨的情況下，磨盤和磨輥本身的磨損也很快，經測算，與常見的粉磨粒化高爐礦渣相比，粉磨鎳渣時的磨損速度快了1/3。所以，為了延長立磨的堆焊間隔時間，避免頻繁停機堆焊影響生產，那么對磨盤和磨輥的堆焊材料以及焊接工藝要求就都要比較高，要選擇高耐磨性的焊絲（如圖5），保證堆焊層表面硬度要求達到58～62HRC，材料既要耐磨，又要能承受相對較大的工作壓力而不離層、爆裂（如圖6）。

圖5 專用耐磨焊絲

圖6 立磨磨輥堆焊效果

⑷有效除去原材料廢渣中的所含金屬

原材料廢渣含金屬鐵和鎳，由于鎳沒有磁性，所以鎳鐵合金的磁性較弱，采用一般的除鐵器難以除去。因為一般的除鐵器是由低磁性的普通磁鐵和少部分高磁性的釹鐵硼磁鐵混合組成，磁力不是太強，使用過程中失磁較快，用于除鐵還可以，但要除去廢渣中磁性比較弱的鎳鐵，效果就比較差。永磁除鐵器既能產生足夠大的磁場強度滿足寬帶、高速、大深度場合下的除鐵要求，又可凈化原材料，回收磁性物質，保證設備安全工作[3]。為此，選用了由全釹鐵硼高性能磁鐵組成的皮帶除鐵器（如圖7）、滾筒除鐵器（如圖7）和管道除鐵器等，通過安裝在輸送皮帶上，回料皮帶上及回料管等地方，多工位綜合除去鎳鐵。此外，再人工定時檢查監測生產過程中回料的鎳鐵含量，采用直接外排的方式進一步除去粉磨中的鎳鐵。通過除鐵器和人工外排這兩種方法綜合處理，除去鎳鐵的效果良好。

圖7 皮帶及滾筒除鐵器

⑸提供足夠的粉磨烘干熱量

采用不同冶煉工藝所排放出來的高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣等原材料，化學成分不同，物理形態不同，研磨性能不同，含水率也不同。含水率最低的只有2%～3%，最高的卻有30%，相差10 倍，這就對生產過程的烘干溫度控制提出了較高的要求。生產不同產品所用的鎳渣原材料配方不同，所以加熱烘干所需要的熱量差別很大。有研究表明，沸騰爐采用小爐膛結構設計，單位時間加煤量會大大減少，其爐床面積變小，使沸騰高度及風壓、風速增加，為節省燃料創造了條件[4]。為了節能及適應實際生產需求，采用三個獨立熱風爐（如圖8）并排使用的設計，既可以單獨使用一個爐，也可以同時使用兩個或三個熱風爐進行加熱，有效保證了生產不同產品的烘干熱量需求。

此外，為節約能源和成本，目前還在熱風爐上專門配置了高爐煤氣燃燒系統（如圖9），通過煤氣管道從相鄰的不銹鋼冶煉廠引入多余的高爐煤氣，更好地滿足了生產的需求。

圖8 三個獨立熱風爐并排使用

圖9 高爐煤氣燃燒系統

⑹設計適用于生產多個產品的質量控制系統

針對鎳渣資源化利用生產建材產品，我司科研人員在2014 年公司正式成立之前就開展了有關研究，2015年第一條生產線投產，是國內最早綜合利用鎳渣生產礦渣微粉和復合摻合料的企業。同時，我司長期與國內相關高等院校和研究機構緊密合作，共同推進鎳渣資源化綜合利用。不銹鋼工業產生的鎳渣不是單一品種，主要包括高爐鎳鐵渣、電爐鎳鐵渣、不銹鋼精煉渣，而且性能各異，必須通過組合搭配和添加合適的激發劑材料（如圖10），一般在皮帶輸送過程中進行添加（如圖10），才有可能生產出質量滿足國家或行業標準的產品，產品包括礦渣微粉、鎳鐵渣微粉、復合礦物摻合料。為此在生產線上設計了6 個獨立的上料斗（如圖11）和計量裝置，通過電腦上的DCS 控制系統（如圖12），可以任意組合鎳渣原材料的配方和下料，使得系統可以很方便和快速切換生產不同的產品。

圖10 激發劑及其添加過程

圖11 6 個獨立上料斗

圖12 DCS 及視頻監控系統

此外，對不同產品細度或比表面積等指標的控制，通過對立磨研磨壓力選粉機轉速、熱風溫度以及風量等工藝參數進行綜合調節，并定時在線抽樣檢測，以保證產品的質量符合標準要求。

4 結論

我公司經過一期項目和二期項目的摸索，基本掌握了采用立磨系統生產鎳渣微粉對設備的要求和生產工藝特點，對所遇到的工藝技術問題也都找到了相應的對策并得到了有效解決，取得了良好的效果。目前我公司兩條鎳渣微粉生產線運行穩定，效率高，故障少，產品質量滿足國家和行業標準要求，得到了市場的認可，深受客戶歡迎。