年产20万吨矿渣微粉生产线的工艺设计及设备选型

年产 20 万吨矿渣微粉经济性生产线的工艺设计及设备选型杨刚 刘恩睿 张宏概述高炉矿渣是钢铁厂高炉炼铁的副产品，经水淬急冷处理后，呈浅灰色玻璃晶体颗粒状，属于工业废渣材料.长期以来被直接作为水泥混合材使用.由于矿渣比水泥熟料易磨性差，在通常的水泥粉磨后所含矿渣的粒度比水泥的粒度粗很多，矿渣的活性得不到充分发挥.粗粒度的矿渣在水泥水化过程中仅起到微集料的填充作用.近几年经过大量细致的实验研究，将矿渣研磨成高比表积、高细度、使其改性成为具有潜在的胶凝性材料的可能已变成现实，其在碱性条件下活性能够得到充分发挥，使混凝土和水泥的多项性能得到了极大的改善和提高.1、 工艺设计方案的确定11 设计概况：由于水淬矿渣具有高含水量，易磨性差等特点，单独粉磨矿渣微粉难度较大，一直处于产量低、电耗高，入机矿渣水分难以去除状态.近年来随着高效节能烘干技术、高细高产管磨设备的不断研制开发，使得高细度、高比表积的矿渣微粉的工业化生产已成为可能.合肥水泥研究院粉磨研究所利用成熟技术及设备已设计投产十多条矿渣微粉生产线，形成低成本经济性工艺设计方案；其中主要技术指标如表1 所示。表 1 年产 20 万吨超细矿渣粉磨各项技术参数 入料综合水分 1.0% 流动度比（%） 95入料粒度 5.0mm 活性指数（%） 7d:95产品比表面积 400420M 2/Kg 28d:105系统产量 11.5t/h2=23t/h*2 台 系统运转率 80%系统总装机功率 2020KW 粉磨系统电耗 65kwh/t1.2 工艺系统流程及生产线布置矿渣微粉生产工艺仍然分为开路和闭路二种，其中在设备选择及产品综合技术指标上都有所区别，本文所述为开流工艺粉磨系统。（1） 经济实用的开路高细管磨系统采用开路高细管磨工艺，具有生产工艺简单，系统产品质量和品种可调性强，易于图 1 江苏省江阴华西混凝土有限责任公司工艺流程图 布置和易于生产设备管理及土建投资少，建设工期短 特点.例如：江苏省江阴市华西混凝土有限责任公司，年产 20 万吨矿渣微粉生产线，从设计到投产试车仅用 4 个月时间.生产线顺畅，布局简便合理，如图 1 所示。（2） 物料平衡计算及各种物料储存量和储存期表表 2 年产 20 万吨超细矿渣所需原材料表物 料 平 衡 （t）干 料（t） 湿 料（t）物料名称水分%配合比（%）(h) (d) (a) (h) (d) （a）备注矿渣 20 96 24 576 172800 29.63 711.12 213336石膏 5 4 1 24 300 1.04 24.96 7488超细矿渣 100 25 600 180000煤 8 18Kg/t 0.432 10.368 3110.4 0.465 11.16 3348磨系统运转率：82 %（300 天）表 3 各种物料储存量和储存期表序号 物料名称 储存方式 规格（m） 数量 储量（t） 储期（天）1 湿矿渣 堆棚 30120 1 2300 42 干矿渣 圆库 1026 2 800 1.53 石膏 圆库 515 1 200 104 超细矿渣 圆库 1026 6 3200 5.82、设备选型及合理应用21 设备选型根据生产线工艺流程，湿矿渣先运至原料堆棚堆放，再送入烘干系统进行烘干处理，在入库储存；而石膏经破碎机破碎后入石膏库储存.如需增加粉煤灰，可设粉煤灰库底配料.该几种物料经库底皮带秤计量后，由皮带机直接送入高细管磨中，经粉磨后的成品矿渣微粉由提升机运至成品库中储存，并通过库底或库侧散装机送入散装汽车，或由空气斜槽（或 FU、螺旋输送机等）送至码头由船只运输出厂.各主要设备如表四所示：（一）矿渣烘干系统设备 表 4序号 名 称 型号规格（m） 数量（台） 装机功率（Kw）1 高效节能烘干机（专利新产品） HR242.418 1 452 节煤型高温沸腾炉 HRP24 1 683 抗结露耐高温玻纤袋式收尘器 LFEF4358 1 104 系统引风机 Y548NO12.5C 1 555 变频调速皮带秤 TDGV1000 1 1.16 系统电控柜(M) 2.20.80.6 27 移动式空压机 V1.0/7 1 158 提升、输送设备 按工艺而定（二）矿渣粉磨系统设备 表 5 序号 名称 型号规格（m） 数量（台） 功率（Kw）1 高细高产管磨机 2.413 2 8002=16002 气箱脉冲袋式收尘器 TGM645 2 8.52=173 移动式空压机 W2.58/5 2 152=304 系统引风机 Y548NO8C 2 152=305 提升、输送设备 按工艺要求而定（三）石膏破碎、配料及散装系统设备 表 6序号 名称 型号规格（m） 数量（台） 功率（Kw）1 细颚破碎机 PEX2501200 1 372 袋收尘器 LFX（II）414 1 1.53 收尘风机 630NO7C 1 7.54 变频调速皮带秤 TDGV800 4 3.54=145 库底散装装置 SZ1 4 3.34=13.26 库底散装收尘器 LFX(II)414 2 1.52=3.07 收尘风机 630NO7C 1 7.58 提升、输送设备 按工艺要求而定22 所选设备的合理使用由于矿渣微粉在磨内粉磨过程中会产生大量热量，易使原料矿渣中的水分溢出，造成糊球、结团现象，严重影响粉磨效率及电耗，因此入磨矿渣的含水量对其粉磨效果十分敏感，故在现有工艺系统中，要求严格控制入磨矿渣水分低于 0.51.0%.而对于采用高细高产磨粉磨矿渣微粉而言，要想达到高细度、高比表面积、高低电耗的效果，磨机结构参数及工艺参数的确定起着决定性的作用，即磨内仓位的设置、隔仓板、出料篦板、衬板及研磨体级配的选择是否合适，都会通过台时产量、产品细度、比表面积反映出来.同时也直接影响到矿渣微粉成品颗粒级配，江苏省江阴华西混凝土有限责任公司工艺参数选择如表 7 所示。 表 7入机水分 15-20% 入磨粒度 5.0 mm 隔仓板形式 3 种出机水分 0.5-1.2% 比表面积 420m3/kg 衬板形式 5 种台时产量 45-48t/H 台时产量 12-14t/h 研磨体级配 1618/88单位煤耗 16-18Nkg/t 系统电耗 58-65Kwh/t 活化衬板 45 圈废气排放 50mg/Nm 3 磨机仓位设置3 仓 球料比 5.2-5.73、工艺设计的合理性及成功案例31 工艺设计的合理性及分类3.1.1 工艺设计的合理性矿渣微粉生产线厂址的选择一般是根据原料来源较近、靠近水路运输或距离中心城市较近等特点来选择。通常，在厂区内为达到最大的有效使用空间，对工艺布置的合理性要求较高，既要考虑现有的生产能够正常需要，还要能够从长远发展的角度来对现有场地进行预留下一步扩展的配置空间。如图 2 所示, 江苏南通九华矿渣微粉有限公司为适应将来扩建而在现有设计过程中所做的统筹考虑。 图 2 江苏南通九华矿渣微粉有限公司随着我国水泥企业上大改小方针的进一步落实，将会有许多靠近城市的立窑水泥企业被迫关停或 改造成粉磨站、或生产矿渣微粉，所以合理有效地利用原有厂房、设备资源,是降低投资的首选。安徽省合肥恒利建材有限公司（合钢矿渣微粉厂）就是在利用原合肥第二水泥厂停产磨房、生料库及输送设备基础上建成的；在场地条件允许的情况下，尽量考虑单层平面厂房布置，从而使土建投资及设备安装、维护管理费用降到最低。3.1.2 生产工艺的种类及应用（1）技术先进型：a江苏省江阴市绮星水泥有限公司： 工艺线路：矿渣烘干挤压机打散机选粉机（细粉）高细磨成品；b.江苏省南通九华矿渣微粉有限公司（30 万吨/年低能耗，高比表面积）：工艺线路：矿渣烘干机（预留挤压机）高细高产磨成品；（2）低能耗环保型：a. 北京上联首丰建材厂（15 万吨/年）：工艺线路：矿渣烘干机（节煤性高温沸腾炉,燃烧焦炭渣,SO 2和 NOX均低于国标,抗结露玻纤袋式收尘器，废气排放50mg/Nm 3）高细磨（气箱脉冲袋式收尘器，废气排放50mg/Nm 3） 成品（各点加设收尘器） ；b. 江苏省江阴华西矿渣微粉有限公司：工艺线路：矿渣烘干机（节煤性高温沸腾炉,燃烧焦炭渣,SO 2和 NOX均低于国标,抗结露玻纤袋式收尘器，废气排放50mg/Nm 3）高细高产磨（气箱脉冲袋式收尘器，废气排放50mg/Nm 3） 成品；（3）经济实用型：a. 江苏省南京市滨江微粉科技有限公司（15 万吨/年）：工艺线路：矿渣烘干机高细磨成品；b浙江省湖州市天泽利矿渣微粉有限公司（10 万吨/年）：工艺线路：矿渣烘干机高细磨成品；（4）原有立窑水泥厂改造型：a. 安徽省合钢公司水泥厂（8 万吨/年）：工艺线路：改造原有烘干系统（干渣水分1%）改造磨机系统（比面积400）成品；b. 浙江省杭州高强微粉有限公司（8 万吨/年）：工艺线路：改造原有烘干系统（干渣水分1%）改造磨机系统（比面积400）成品；c河北省唐山市永基建材厂（8 万吨/年）工艺线路：矿渣烘干机（干渣水分1%）高细磨（比面积400）成品32 低成本工艺设计的成功案例近几年来，我们先后在浙江、江苏、安徽、北京、上海、河北等省市采用低成本经济型工艺设计方案，建成十几条矿渣微粉生产线，均取得良好的生产效果 .如表 8所示： 表 8内容单位 规模 烘干机规格 高细高产磨规格建厂周期 投产时间江苏江阴华西混凝土有限公司20 万吨/年 2.418m(4555t/h)2.413m（2 台）(1214t/h) 4 个月 2004.12.28江苏南通九华微粉有限公司30 万吨/年2.418m(4352t/h)3.213m（2 台）(2225t/h) 在建北京上联首丰建材厂15 万吨/年2.414m(3840t/h)2.211m（2 台）(911t/h) 8 个月 2005.元.8浙江余姚明峰建材公司15 万吨/年2.214m(2628t/h)3.213m（1 台）(2224t/h) 1.837m（2 台）(3.84t/h)5 个月 2004.9.8浙江湖州天泽利矿渣微粉公司10 万吨/年2.214m(2425t/h)2.413m（1 台）(1215t/h)4.5 个月 2004.5.8浙江杭州高强微粉有限公司10 万吨/年2.212m(2527t/h)2.27.5m（1台）(4.85.6t/h)1.837m（2 台）(3.53.8t/h)6 个月 2001.5河北丰润永基建材厂10 万吨/年2.214m(2425t/h)2.413m（1 台）(1315t/h) 6 个月 2004.10.8江苏南京江滨微粉科技有限公司15 万吨/年2.214m(2526t/h)2.49.5m（2台）(89t/h) 2.27.5m（1台）(5.86.2t/h)8 个月 2004.3.28浙江杭州三洋建材公司12 万吨/年2.214m(2628t/h)2.211m（2 台）(911t/h) 8 个月 2002.9浙江湖州新市微粉有限公司8 万吨/年1.512m(1415t/h)2.27.5m（2台）(6.87.1t/h)4 个月 2002.54、设计调试过程中的体会41 矿渣入磨前应严格控制水分采用高细、高产磨粉磨矿渣微粉时，入机矿渣的含水量不能高于 1.5%，一般控制在 0.5-1.0%之间.对于小规格磨机粉磨而言,水分的影响尤为明显,直接影响磨内物料流速、磨机产量及电耗;并且对出机矿渣微粉的输送、储存都会产生不良影响，特别是当比表面积大于 420m2/Kg,磨内矿渣微料已出现不同程度的静电吸附，此时在水分大的作用下，会造成严重的粘堵和包球现象，会出现频繁饱磨、闷仓，影响正常生产。42 烘干不当会影响到矿渣微粉的活性矿渣的活性受其温度影响非常明显，如烘干过程中采用逆流式烘干，在出料端，料温与热烟气温度均处于最高状态，非常容易使矿渣料温急速上升，从而导致其活性下降。经试验证明，该种烘干工艺对其活性影响平均可下降 12-15%，最终影响矿渣微粉的质量；而顺流式烘干工艺，由于物料与高温热烟气初始接触时，含水量最高、料温最低，随着料温的上升，热烟气温度也随之下降，二者达到平衡，从而不会出现两个极端，影响矿渣微粉的活性。因此建议采用顺流回转式烘干机工艺设计而非逆流式或立式逆流烘干工艺。43 磨前除铁方法适当通常在设计中，应适当考虑增加矿渣的除铁装置。矿渣高细高产磨的磨损比一般水泥粉磨要严重，而矿渣中夹杂的铁和氧化铁的混合物仍然是磨损的主要因素之一，由于细磨矿渣所需的研磨体平均球径较小，当此类含铁物质进入磨机后，通常很难将其磨细，容易导致一仓积料，堵塞内筛分式双层隔仓板篦缝，造成过料通风不畅，影响磨机产量；当所含的铁杂质较多时，会迅速加剧研磨体、衬板、隔仓板、出料篦板的磨损。所以，建议将烘干机出料皮带机改为电磁滚筒，除掉料层下部的铁质，同时上部悬吊电磁除铁器，以清除料层上部的铁质。44 高细高产管磨内部结构要选择得当：一般对矿渣粉磨来说，首先要对所用矿渣进行易磨性能指数试验，测得准确的依据，有利于指导磨内结构及研磨体的选用。对易碎性矿渣选用衬板形式时，应考虑不需带料能力过强，适当选用大波纹衬板；随着磨内矿渣细度的变化，衬板形式也应与之作相应变化，以满足研磨体变小而接触面积增大的特性，这时，可适当选用小波纹衬板和平衬板相结合，或适当考虑分级衬板。对于仓位设置及隔仓板形式也需要根据矿渣的粒度，易磨性等作适当选择，但第三仓应增加活化衬板，来调整物料流速及料层厚度，以利于矿渣比表面积的提高.45 矿渣细磨系统通风量偏低为宜：矿渣细磨系