黃敏榮 殷素紅 梁坤躍 馬 健 李水生

（1 陽江市大地環(huán)保建材有限公司；2 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

0 引言

利用煉鐵排出的粒化高爐礦渣生產(chǎn)礦渣微粉，粉磨設(shè)備多采用立磨，與其它粉磨設(shè)備相比，立磨系統(tǒng)工藝成熟，生產(chǎn)效率高，能耗低，優(yōu)勢(shì)明顯。但對(duì)于不銹鋼冶煉工業(yè)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(tǒng)稱為鎳渣），如何綜合利用來生產(chǎn)鎳渣微粉，其相關(guān)工藝技術(shù)，國內(nèi)報(bào)導(dǎo)很少。本文根據(jù)工廠實(shí)際運(yùn)行中的立磨制備鎳渣微粉生產(chǎn)線，初步總結(jié)了所遇到的幾個(gè)主要工藝技術(shù)問題，并提出了改善方法。

1 簡(jiǎn)述

近年建材行業(yè)發(fā)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(yīng)用，產(chǎn)品需求旺盛。由于立磨具有能耗低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，目前立磨在礦渣粉生產(chǎn)設(shè)備中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，成為礦渣微粉生產(chǎn)線的首選設(shè)備[1]。

陽江市大地環(huán)保建材有限公司作為陽江地區(qū)不銹鋼冶煉工業(yè)的配套企業(yè)，配置有一條年處理60 萬噸（一期項(xiàng)目）和一條年處理150 萬噸（二期項(xiàng)目）工業(yè)廢渣的立磨生產(chǎn)線，綜合利用本地區(qū)不銹鋼冶煉企業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣作為原材料，進(jìn)行深加工生產(chǎn)礦渣微粉、鎳鐵渣微粉、復(fù)合礦物摻合料等建材產(chǎn)品。設(shè)備要求和工藝流程與常見的生產(chǎn)?；郀t礦渣微粉的粉磨系統(tǒng)相似，但也有其特殊性。鎳渣立磨生產(chǎn)線的設(shè)備主要包括配料計(jì)量皮帶秤、輸送皮帶、螺旋送料機(jī)、立磨、熱風(fēng)爐、產(chǎn)品收塵器、產(chǎn)品入庫提升機(jī)、輸送斜槽、鋼板倉立體庫等。所有設(shè)備和傳感器通過網(wǎng)絡(luò)連接到中央控制室，由分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS 系統(tǒng)）集中調(diào)度控制，實(shí)現(xiàn)從配料、生產(chǎn)至儲(chǔ)存的全自動(dòng)控制、監(jiān)視和管理，產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過程的參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況可實(shí)時(shí)反映出來，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝需要，對(duì)生產(chǎn)線上的所有設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制，對(duì)各種重要的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗。

2 立磨粉磨系統(tǒng)的工藝流程圖

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

3 制備鎳渣微粉的幾個(gè)工藝技術(shù)問題及解決措施

⑴避免大塊料進(jìn)入送料系統(tǒng)

圖1 鎳鐵渣粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

圖2 電爐鎳鐵渣中的大塊硬料及上料篩網(wǎng)

不銹鋼冶煉廠排放的廢渣有多種，有的渣如電爐鎳鐵渣常?；祀s有不少大塊硬料（如圖2），如果進(jìn)入磨機(jī)，將會(huì)引起振動(dòng)停機(jī)，對(duì)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(guī)格的大塊料清除。實(shí)際生產(chǎn)中，可設(shè)計(jì)一套專用的上料篩網(wǎng)（如圖2），篩條間隔根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，對(duì)于較硬的電爐鎳鐵渣篩條間隔在3㎝左右，對(duì)其它廢渣，篩條間隔在6cm～8cm左右。在上料時(shí)，廢渣先過篩再進(jìn)入料斗，可有效防止大塊料進(jìn)入輸料系統(tǒng)。

⑵保證原材料輸送入立磨順暢

送料系統(tǒng)主要是皮帶傳送，但在最后進(jìn)入立磨之前，一般是由螺旋將廢渣推送到磨內(nèi)進(jìn)行粉磨。由于鎳渣不同于常見的?；郀t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(shí)原材料容易粘附在螺旋葉片及內(nèi)壁上形成堵塞，也容易磨損螺旋葉片，降低送料能力。針對(duì)此情況，在螺旋送料器外壁適當(dāng)位置開設(shè)多個(gè)檢修窗口（如圖3），當(dāng)螺旋工作一段時(shí)間出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時(shí)，可停機(jī)打開檢修窗口對(duì)螺旋葉片和內(nèi)壁進(jìn)行清料；另外，當(dāng)螺旋葉片徑向磨損到與內(nèi)壁間隙達(dá)一定程度，送料能力下降時(shí)，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(fù)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(jī)立磨是粉磨系統(tǒng)最重要的設(shè)備。粉磨時(shí)，下面的磨盤帶料以一定的速度旋轉(zhuǎn)（直徑為5.5m 的磨盤轉(zhuǎn)速可達(dá)22 轉(zhuǎn)/分鐘），上面的磨輥下壓滾動(dòng)研磨（壓力可達(dá)2400kN）?？梢?，在轉(zhuǎn)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(jīng)測(cè)算，與常見的粉磨?；郀t礦渣相比，粉磨鎳渣時(shí)的磨損速度快了1/3。所以，為了延長(zhǎng)立磨的堆焊間隔時(shí)間，避免頻繁停機(jī)堆焊影響生產(chǎn)，那么對(duì)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(dá)到58～62HRC，材料既要耐磨，又要能承受相對(duì)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?yàn)橐话愕某F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(qiáng)，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(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足寬帶、高速、大深度場(chǎng)合下的除鐵要求，又可凈化原材料，回收磁性物質(zhì)，保證設(shè)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(shí)檢查監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程中回料的鎳鐵含量，采用直接外排的方式進(jìn)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(xué)成分不同，物理形態(tài)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(duì)生產(chǎn)過程的烘干溫度控制提出了較高的要求。生產(chǎn)不同產(chǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，單位時(shí)間加煤量會(huì)大大減少，其爐床面積變小，使沸騰高度及風(fēng)壓、風(fēng)速增加，為節(jié)省燃料創(chuàng)造了條件[4]。為了節(jié)能及適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需求，采用三個(gè)獨(dú)立熱風(fēng)爐（如圖8）并排使用的設(shè)計(jì)，既可以單獨(dú)使用一個(gè)爐，也可以同時(shí)使用兩個(gè)或三個(gè)熱風(fēng)爐進(jìn)行加熱，有效保證了生產(chǎn)不同產(chǎn)品的烘干熱量需求。

此外，為節(jié)約能源和成本，目前還在熱風(fēng)爐上專門配置了高爐煤氣燃燒系統(tǒng)（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(chǎn)的需求。

圖8 三個(gè)獨(dú)立熱風(fēng)爐并排使用

圖9 高爐煤氣燃燒系統(tǒng)

⑹設(shè)計(jì)適用于生產(chǎn)多個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量控制系統(tǒng)

針對(duì)鎳渣資源化利用生產(chǎn)建材產(chǎn)品，我司科研人員在2014 年公司正式成立之前就開展了有關(guān)研究，2015年第一條生產(chǎn)線投產(chǎn)，是國內(nèi)最早綜合利用鎳渣生產(chǎn)礦渣微粉和復(fù)合摻合料的企業(yè)。同時(shí)，我司長(zhǎng)期與國內(nèi)相關(guān)高等院校和研究機(jī)構(gòu)緊密合作，共同推進(jìn)鎳渣資源化綜合利用。不銹鋼工業(yè)產(chǎn)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(fā)劑材料（如圖10），一般在皮帶輸送過程中進(jìn)行添加（如圖10），才有可能生產(chǎn)出質(zhì)量滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，產(chǎn)品包括礦渣微粉、鎳鐵渣微粉、復(fù)合礦物摻合料。為此在生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)了6 個(gè)獨(dú)立的上料斗（如圖11）和計(jì)量裝置，通過電腦上的DCS 控制系統(tǒng)（如圖12），可以任意組合鎳渣原材料的配方和下料，使得系統(tǒng)可以很方便和快速切換生產(chǎn)不同的產(chǎn)品。

圖10 激發(fā)劑及其添加過程

圖11 6 個(gè)獨(dú)立上料斗

圖12 DCS 及視頻監(jiān)控系統(tǒng)

此外，對(duì)不同產(chǎn)品細(xì)度或比表面積等指標(biāo)的控制，通過對(duì)立磨研磨壓力選粉機(jī)轉(zhuǎn)速、熱風(fēng)溫度以及風(fēng)量等工藝參數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，并定時(shí)在線抽樣檢測(cè)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

我公司經(jīng)過一期項(xiàng)目和二期項(xiàng)目的摸索，基本掌握了采用立磨系統(tǒng)生產(chǎn)鎳渣微粉對(duì)設(shè)備的要求和生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，對(duì)所遇到的工藝技術(shù)問題也都找到了相應(yīng)的對(duì)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(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，故障少，產(chǎn)品質(zhì)量滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，深受客戶歡迎。