信陽鋼鐵年產80萬 t礦渣微粉生產線設計

董魯閩，許 勇，代偉林，王新博，解啟明，喬利陽

1中信重工工程技術有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

礦 渣是高爐冶煉生鐵時排出的工業廢渣，每生產1 t 生鐵，大約要排出 400～ 500 kg 的礦渣。如果將礦渣粉磨成細粉，就可以將其活性激發出來，既可以根據需要調整細度及摻量配置成水泥出售，也可以直接作為產品供混凝土生產摻用，達到變廢為寶、節能減排和工業固廢循環利用的目的，也符合我國鋼鐵工業結構調整的政策。

信陽鋼鐵有限責任公司年產80萬 t礦渣微粉工程是中信重工機械股份有限公司承接的一個礦渣微粉生產線總包項目，該生產線經過 4 個月的設計、近1 年的建設和 3 個月的試運行，目前整個系統運行穩定，各項性能指標已達到合同約定要求。

筆者對該項目的生產工藝選擇和主機設備選型、生產工藝流程設計、全廠物料平衡和立磨系統熱量平衡計算以及生產工藝系統優化進行了分析。

1 生產工藝選擇和主機設備選型

該項目選擇立磨粉磨生產工藝，立磨粉磨工藝相比球磨工藝具有系統簡單、調節靈活、占地面積小、生產的礦渣微粉顆粒形狀規則的特點；此外，立磨維修工作量小、土建投資低、系統電耗低[1]。

項目主機設備選用由中信重工設計并制造的高效節能的 LGMS4521 型礦渣立磨，其技術參數如表 1 所列[1]，立磨現場照片如圖 1 所示。關鍵的工藝設備如表 2 所列。

表2 關鍵工藝設備Tab.2 Key process equipments

圖1 立磨現場照片Fig.1 Site photos of vertical mill

表1 LGMS4521 型礦渣立磨技術參數Tab.1 Technical parameters of LGMS4521 slag vertical mill

2 礦渣微粉生產工藝流程設計

該生產線生產工藝主要由礦渣儲存、破碎及輸送系統，礦渣粉磨及輸送系統，礦渣微粉儲存及輸送系統組成。

2.1 礦渣儲存、破碎及輸送系統

礦渣儲存、破碎及輸送系統工藝流程如圖 2 所示。濕礦渣通過汽車從信陽鋼鐵有限責任公司運送至長 107 m、寬 70 m 的礦渣堆棚。礦渣堆棚的儲量為20 000 t，堆棚內設 6 個礦渣受料斗，用橋式抓斗起重機向受料斗送料，受料斗上設鋼格柵以剔除大塊料，受料斗下設定量給料機，通過輸送帶將礦渣運至篩分樓，大塊板結的篩上料進入式破碎機，破碎后的物料及篩下料由輸送帶送至粉磨系統。在 2 條帶式輸送機上方均設有永磁自卸式除鐵器，排除礦渣中的大塊金屬鐵。

圖2 礦渣儲存、破碎及輸送系統工藝流程Fig.2 Process flow of slag storage,crushing and conveying system

2.2 礦渣粉磨及輸送系統[2]

礦渣粉磨及輸送系統工藝流程如圖 3 所示。入磨物料經螺旋輸送機喂入立磨，在磨內進行烘干、粉磨和選粉。喂入磨機的礦渣在磨盤和攤鋪板的共同作用下在磨盤上形成一定厚度的料層，受到磨輥的擠壓作用而被粉磨，粉磨后的礦渣微粉受到熱氣流的剪切、烘干、氣力輸送和重力分級等的多重作用，一部分被送入位于立磨上部的高效動態選粉機，分選出粗粉和細粉；另一部分從排渣口排出。其中粗粉返回到磨盤上再次粉磨；細粉 (即成品) 隨出磨氣體進入主袋收塵器收集，由空氣輸送斜槽、斗式提升機等輸送設備送入礦渣微粉庫。選粉機可通過變頻調速來調整成品的細度，選粉機轉速越快，成品的細度越高。

圖3 礦渣粉磨及輸送系統工藝流程Fig.3 Process flow of slag grinding and conveying system

磨機正常運轉時，從排渣口排出的物料經過電子皮帶秤的稱重計量、永磁自卸除鐵器的除鐵、斗式提升機的物料輸送后送入磨機喂料輸送帶，和原料一起入磨重新粉磨；如果磨機出現非正常運轉，排出大量物料超過磨機正常粉磨能力時，可通過設在斗提機出料口的三通閥外排。

出磨含塵氣體經高效袋收塵器除塵后，一部分經煙囪排入大氣，另一部分與熱風爐提供的熱風混合，作為循環風重新返回立磨，以減少系統的熱損失。設計立磨主收塵器的過濾風速不大于 0.70 m/min，濾袋材質要適應礦渣粉磨的生產工況。

立磨內設噴水系統，根據物料及磨機運行情況適時開啟或關閉噴水，以改善磨機運行工況[2]。粉磨系統的主風機采用變頻控制，為便于檢修布置于露天，電動機設防雨棚。烘干用熱風由燃氣熱風爐提供，燃料為高爐煤氣，熱值為 3 140 kJ/Nm3。

2.3 礦渣微粉儲存及輸送系統

礦渣微粉儲存及輸送系統工藝流程如圖 4 所示。合格的礦渣微粉經空氣輸送斜槽、提升機送入 2座22.5 m礦渣微粉庫內儲存，總儲量為 30 000 t，儲存期為 11 d。礦渣微粉庫內設有開式充氣箱，充氣所需氣源由羅茨風機供給，通過充氣控制裝置對庫內的礦渣微粉充氣，對物料進行均化和流態化卸料。每個庫底均設有 2 套汽車散裝機，并配置 2 套汽車衡，裝車系統具備定值灌裝功能，可將成品直接裝車。

圖4 礦渣微粉儲存及輸送系統工藝流程Fig.4 Process flow of slag powder storage and conveying system

3 物料平衡和立磨系統熱量平衡計算

通過全廠物料平衡和立磨系統熱量平衡計算可以得出物料、燃料進廠和產品出廠的需要量和生產量，可以作為工藝設計中選擇主機和輔機規格的依據，以及廠內外總圖設計的依據，也可作為計算產量成本的依據。該生產線按照每年生產300 d 計算，全廠物料平衡如表 3 所列，立磨系統熱量平衡如圖 5 和表 4 所列。

表3 物料平衡計算Tab.3 Calculation of material balance

表4 立磨系統熱量平衡計算Tab.4 Calculation of thermal balance of vertical mill system

圖5 立磨系統熱量平衡示意Fig.5 Sketch of thermal balance of vertical mill system

4 生產工藝系統優化

4.1 礦渣儲存、破碎及輸送系統

該項目是信陽鋼鐵有限責任公司礦渣微粉生產線的三期工程，與一、二期工程不同，在濕礦渣堆棚內增設了 2 臺橋式抓斗起重機。相比鏟車上料、抓斗上料，增加了場地利用率和礦渣堆棚的有效儲量，節省了運營成本。另外在振動篩后方增加了 1 臺式破碎機，篩上大塊料可以直接喂入破碎機進行破碎，破碎后的料通過帶式輸送機轉運至粉磨系統，避免了大塊料對場地的占用以及倒運流程，降低了工人的工作負荷，減輕了環境污染。

針對一、二期項目除鐵效果不佳，導致部分鐵物進入磨內，對磨盤和磨輥產生磨損的問題，三期項目中將帶式輸送機頭部傳動滾筒設置成永磁滾筒，筒表磁場強度達到 4 000 Gs，并在永磁滾筒下方增設了一個排鐵溜管。從現場調試情況看，這些舉措幫助系統排出了大量鐵渣，有效降低了進入立磨的含鐵量，保護了磨盤和磨輥，提高了其使用壽命。

4.2 礦渣粉磨及輸送系統

本系統是整個項目的核心。在一、二期工程中，立磨采用回轉下料閥喂料，在下料閥至立磨的溜管上設置了 4 臺空氣炮，主要是為防止立磨外循環排出的干料和新喂入的濕料混合后導致溜管處堵料，但是實際運行效果不佳，堵料情況時常發生，且空氣炮需要頻繁動作。在三期工程中，立磨采用了螺旋輸送機喂料，這種喂料方式可直接將礦渣喂入立磨的磨盤中心，徹底避免了堵料情況的發生，并節省了 4 臺空氣炮。另外，在一、二期工程中，喂料樓上設置了一座返料鋼倉，以備立磨運行異常時臨時儲料用。在三期工程中，取消了喂料樓上的返料鋼倉以及倉下的閘板閥和定量給料機，異常返料直接通過溜管排放到喂料樓外的物料存放處，定期進行鏟車清運。通過此優化設計，簡化了工藝流程，節省了土建費用和設備采購成本，使得中控操作更加簡單易行，減少了運行維護的工作量。

4.3 礦渣微粉儲存及輸送系統

相對于中標階段采用的 2 座 IBAU 型鋼筋混凝土中心室均化庫 (以下簡稱“IBAU 庫”)，在施工圖設計階段更改為 2 座22.5 m×57.5 m CP 型鋼筋混凝土錐形混合室庫 (以下簡稱“CP 庫”)。CP 庫的特點是：下部中心部位設一個圓錐形混合室，在混合室內和周圍環形區都裝有充氣箱。礦粉經庫頂分配器和放射狀分布的小斜槽進入庫內形成大致水平狀料層，卸料時輪流向環形區一個小范圍通入空氣，使部分礦粉流向中心混合室。在由上至下的流動過程中，切割水平料層而產生重力混合作用，進入混合室后又因混合室內的連續充氣攪拌而達到均化目的[3]。將 IBAU 庫改為 CP 庫，在保證儲量、儲期和均化效果基本不變的情況下，降低了土建、安裝及設備采購成本，節省了投資，具體包括：取消了庫底的軸流風機、礦渣微粉計量倉及其荷重傳感器；大幅減少了閥門和空氣輸送斜槽數量；降低了庫底袋收塵器、離心風機的規格。

5 運行結果

經過一段時間的聯動帶料試車以及 72 h 生產階段的考核，信陽鋼鐵有限責任公司年產80萬 t礦渣微粉生產線運行結果如下：

（1)礦渣微粉生產系統運行穩定，產量基本維持在 112.5 t/h 左右，總體上能全部消化信陽鋼鐵公司富余的礦渣，取得了良好的銷售業績。

（2) 系統電耗 (立磨、選粉機與主風機) 達到約 38 kW·h/t，行業目前通用電耗為 40 kW·h/t，比行業通用和一、二期工程電耗降低約 2 kW·h/t。

（3) 產品質量符合國家標準 GB/T 18046—2017，其中比表面積 ≥430 m2/kg，比一、二期工程增加約10 m2/kg，含水率≤ 0.5%。

（4) 粉塵排放質量濃度≤10 mg/Nm3，達到超低排放的目標，符合國家環保政策。

6 結語

信陽鋼鐵有限責任公司年產80萬 t礦渣微粉生產線工程經過了從設計、建設到調試、生產的一整套流程，現場運行結果表明，該項目的工程設計是可行的、可靠的，技術是先進的、適用的，為其他相同產能礦渣微粉項目的設計積累了經驗，對于不同產能礦渣微粉項目的設計也具有很好的指導和借鑒意義。