钢渣微粉磨技术的发展与展望

钢渣微粉磨技术的发展与展望

钢渣处理一般分为渣处理和研磨处理。最近10年来,随着钢渣热闷技术逐渐成熟,以及渣铁分离效率的提高,钢渣粉磨技术以迅速发展,逐渐从以球磨机(棒磨机)为核心的球磨机粉磨工艺技术发展到现在以卧式辊磨机为核心设备的卧式辊磨粉磨工艺技术。1料群粉磨阶段回顾钢渣微粉粉磨技术的发展历程,基本上可以分为两个阶段:第1阶段以球磨机(含棒磨机,以下统称球磨机)为核心粉磨设备的料群粉磨阶段;第二阶段是料床粉磨设备为核心设备的料床粉磨阶段。1.1早期粉磨阶段以料群粉磨原理为基础,以球磨机为核心粉磨设备的粉磨系统又可以称之为“有粉磨系统”,大致经历了以下几个发展阶段:以球磨机作为核心粉磨设备的早期开路粉磨阶段;以球磨机作为核心粉磨设备再配以选粉机(动态)的中期闭路粉磨阶段;以球磨机作为核心粉磨设备,再加以辊压机构成球磨机+辊压机的预粉磨、半终粉磨、或者联合粉磨的现代粉磨阶段。特别是辊压机的应用,给近乎已经走到技术发展尽头的球磨机体系又带来新的发展空间,在粉磨节能方面又有新的突破。在加入辊压机之后,粉磨生产效率与节能幅度有所提高,却始终摆脱不了以球磨机为核心的本质。1.2立式磨磨内除铁料床粉磨设备包括辊压机、立式磨、筒辊磨等,凡是以料床挤压原理实现物料粉磨目的者均可以称为“无球类粉磨系统”。但是能够应用于钢渣微粉粉磨领域并实现工业化生产的,目前只有卧式辊磨1种。立式磨从其压辊+平盘的粉磨方式来分析是不适于钢渣粉磨的。首先,由于立式磨压辊+平盘的粉磨方式无法形成厚料床,不能包容其中的固态金属颗粒,对钢渣进行粉磨时磨盘与固态金属颗粒、固态金属颗粒与磨辊之间会发生直接接触,形成“硬碰硬”的挤压效果,会加剧磨机的震动以及磨辊和磨盘的磨损。至于理论界提出立式磨磨内除铁的方案,理论上虽然可行,但这种除铁方法需要在磨盘的粉磨轨迹上开孔若干,让固态金属粒子随机的从磨盘开孔处掉落到集料环上,再由刮板推到漏料口排出;那么要开多少个孔才能够把所有固态金属颗粒排出而不在磨盘内部富集呢?显然是不能无限制的随意增加开孔的个数,因为开孔过多势必会影响磨盘的机械强度。因此,立式磨磨内除铁至少在目前看来,是暂时行不通、实现不了的。辊压机尚无法直接应用于水泥终粉磨,用于钢渣处理就更困难。原因在于钢渣的平均硬度更高,而且含有大量合金成分的金属氧化物和固态金属颗粒比水泥熟料更难处理。2用量例图2目前,卧式辊磨机粉磨钢渣微粉,国内已有大型工程应用实例(见表1)。此外中国建材集团所属汉中和牡丹江厂,虽然其最终产品为水泥,但前者混合材为高炉矿渣,后者为火山灰,都是比较有代表性的实例(见表2)。2.1压辊作用下的粉碎机理料床粉磨理论,经过几十年的发展、完善以及工程实际检验,已经成为指导粉磨技术前进发展的基础理论之一。在粉磨过程中,卧式辊磨机在回转筒体内壁表面形成料床,物料颗粒在由圆柱形粉磨轨迹构成的料床上形成“密集颗粒集群”;在压辊的作用下,接触到压辊的物料颗粒受到粉磨压力的作用而被粉碎,没有接触到压辊的物料,则在“密集颗粒集群”的作用下,单体颗粒之间进行着“群体化”的相互挤压,其内部晶格结构逐渐破坏,从而达到使其粉碎的目的(见图1)。在卧式辊磨机内,随着物料从入口向出口移动,半封闭料床在压辊的作用下,“密集颗粒集群”内部单体颗粒之间自粉磨过程被不断重复,物料粉磨充分,既提高了能量利用率,同时也降低了金属材料的消耗。通过显微观察挤压粉碎后的筛余物料可以发现,经过“密集颗粒集群”挤压粉磨的物料颗粒微观表面上布满细小裂纹,表明物料的微观结构已经遭到破坏,矿物晶格已被破碎分裂;不仅物料粒度尺寸在减小,而且物料的易磨性也由此而获得了极大的改善。2.2动态液压滑履轴承用于冶金钢渣粉磨的卧式辊磨机可以理解为传统的球磨机在长度方向无限缩短,当长径比缩短到小于1以后,将支撑球磨机的球形瓦/滑履瓦或支撑装置移进磨机壳体内予以密闭,再将辊压机对辊挤压粉磨技术移植过来,使两者有机融合后形成的一种新型粉磨设备(见图2)。所以卧式辊磨机同时具有球磨机和辊压机的优点,运行稳定、产量高而电耗低。卧式辊磨机的粉磨带设在回转筒体内部,由磨辊与粉磨带一起构成粉磨轨迹。采用类似球磨机的四个动态液压滑履轴承作为支撑,既能够保证运行时的稳定性,又能够吸收筒体在运行过程中产生的振动。磨辊穿过回转筒体并依靠物料的摩擦而转动,不需另设传动装置。粉磨物料的磨辊压力由位于进出口两侧铰接的压臂和与之相连接的液压缸组成的施压系统以及与之配套的单独液压站提供。工作时回转筒体以超临界转速回转,入磨物料在离心力的作用下被压附在粉磨带上。当物料随着回转筒体运动至筒体上部时,被刮料装置刮下落在物料推进器上,物料推进器将被挤压粉碎后的物料由入口端向出口端以螺旋线轨迹进行运送。在由入口向出口运动过程中,物料被反复挤压破碎。在出口侧,物料被刮料装置刮下后由出料装置将物料输送至下道工序。通过调节物料推进器,可以调整磨内物料推进速度,从而调整磨内物料通过量以适应工艺要求(见图3)。可见卧式辊磨机既综合了辊压机节能、球磨机运行稳定特点于一身,又具有操作简便、管理灵活,产量在线可调的优点。2.3卧式辊磨机的结构及节能技术以卧式辊磨机为核心的钢渣微粉粉磨流程可以分为两大部分:一是物料循环回路,二是气体循环回路(见图4)。物料循环回路是以卧式辊磨机为核心,其功能是将物料粉碎粉磨;气体循环回路以空气分级机为核心,其功能是将卧式辊磨机粉碎粉磨后的混合物料进行分级。而无论是物料循环回路还是气体循环回路,两者均以空气分级机和立式烘干机为循环回路,所以,在以卧式辊磨机为核心的粉磨系统里,除卧式辊磨机外,空气分级机和立式烘干机的功能与作用是非常重要的。(1)物料循环回路物料循环回路主要由卧式辊磨机、出口提升机、空气分级机、立式烘干机和入磨胶带输送机等组成。在物料循环回路里,新来料经过计量设备计量,并进入快速烘干机经过烘干后,进入卧式辊磨机进行粉磨,粉磨后的混合料由提升机提升至空气分级机进行多点喂料;由空气分级机通过转速控制成品细度;新来物料与空气分级机回粉经过输送机输送、称重、除铁后,被送入卧式辊磨机内继续粉磨。(2)气体循环回路气体循环回路主要由快速烘干机、空气分级机、成品捕集器(除尘器)和系统循环风机等组成。在气体循环回路里,被粉磨并经过分级后的成品由成品捕集器收集并运送至成品存贮库;分级设备风量通过百叶阀进行调节;净化后的气体一部分直接经过废气烟囱对空排放,另一部分返回快速烘干机继续参与高湿水分物料的烘干。(3)烘干与分级回路早期的烘干设备一般采用卧式烘干机,包括逆流式以及顺流式烘干机。这种卧式烘干机除了需要设置传动装置来传动机械设备外,还需要单独设置除尘消烟设施用以保护环境。因此,卧式烘干机占地面积大,有固定的电力消耗,增加了长期运行和维护成本,并且增加了基建投资。卧式辊磨机粉磨系统借鉴悬浮预热器工作原理,采用立式烘干机对高水分物料进行烘干。这种静态烘干方式节省占地甚至不占地;因为是静态设备,所以没有动力消耗;因为没有运动设备,节省了长期运行成本,维护工作量几乎为零。卧式辊磨机系统采用的立式烘干机与立式磨相比节能效果更加明显。首先,立式烘干机作为静态设备,由于没有了传动设备动力消耗,所以电耗低的优势更加显著(参见《一重技术》)2010年第1期);其次采用悬浮预热器工作原理来烘干含有物理水分的物料,其单位产品热耗要比立式磨热耗低。究其原因一是立式磨需要的风量大,带走的热量多;二是加热立式磨设备所需要的热量要比加热立式烘干机所需要的热量多;三是立式磨散热面积比立式烘干机散热面积大。(4)应用实例在国内首先采用卧式辊磨粉磨技术的是陕西汉中(见图5)和牡丹江厂(见图6)。而国内钢铁行业中,第一个采用卧式辊机粉磨冶金钢渣的企业是山东日照钢铁公司,其核心设备为覫3800mm的卧式辊磨机,2010年9月投料试生产,台时产量达到50t/h,成品细度达到3800~4000mm2/g。此外,抚顺华美、江西九江、江西新余、河北唐山等地也有同类项目正在建设中。3比较钢渣粉磨技术3.1主要系统先进技术不是火炬球磨机作为钢渣粉磨设备应用最早。其流程虽然简单,但是系统组成设备技术落后,以至于污染大、消耗高,无法形成规模化生产,目前国家已经出台产业政策,加速其淘汰,此处不再累述。3.2动态小流程设计一个动态分级机采用辊压机+球磨机进行钢渣粉磨的工艺技术目前正处于试验阶段。从辊压机+球磨机粉磨系统的工艺流程来看,因系统内设备数量多,操作控制复杂,而且设备越多也导致故障点增多。因此这种流程运行维护工作量大、管理成本高;而且该系统占地面积大,能耗高(见图8)。从辊压机+球磨机进行钢渣粉磨的工艺流程可以看出,这是水泥粉磨的一种流程,相当于将两个流程相串联,共用一个动态分级机(9)。其中前一部分是辊压机粉磨流程,即流程图中设备序号从(1)到(9)的部分,未经粉磨的物料首先经过提升机卸入胶带输送机并除铁后,进入V型静态分级机进行初步分级,符合产品粒度要求的成品在分级气流的作用下,进入动态分级机(9),经过动态分级机进入成品捕集器(除尘器),不符合产品粒度要求的半成品,在自然重力作用下,进入料仓,经计量设备计量,进入辊压机(7)进行对辊挤压粉磨,粉磨后的物料与新来料混合后经提升机(1)提升,在卸入胶带输送机并除铁后,再进入V型静态分级机对粉磨后的物料进行分级,如此循环往复。经过V型静态分级机(5)分级后被送入动态分级机(9)的物料,由动态分级机再次进行分级,合格品进入成品捕集器(除尘器)收集并转运,不合格品进入球磨机(14)再次进行粉磨作业;经过球磨机粉末后的混合料,经过提升机(15)提升并经过输送设备输送,进入动态分级机(9)进行分级机,成品进入成品捕集器(除尘器)收集并转运,不合格品再次进入球磨机(14)进行粉磨作业,如此循环往复。3.3物料未充放电后颗粒形貌被整形卧式辊磨具有球磨机的稳定性与可靠性,又具有辊压机的节能高效的特点;采用机械回转筒体+物料推进器协调作用的方法,调节粉磨状态,将辊压机的一次挤压通过方式变为多次挤压通过;在循环挤压多次通过期间,物料由刮料装置刮下,抛落到导料板上,被挤压成“料饼”状的物料落下时遇到导料板被打散,起到了物料“料饼”打散、均化的作用;由于物料在磨内受到多次的粉碎、粉磨,每经过一次循环挤压,物料颗粒的粒径就减小一些,颗粒形貌也得到一次整形,逐渐由最初的长条形向圆球形逼近,于是卧式辊磨产品的颗粒形貌越来越接近圆球形,与球磨机相差无几(见图9、图10)。另一方面,卧式辊磨循环挤压形成的料床与辊压机一次通过形成的料床实现方式不同,卧式辊磨的料床只在磨辊的两侧产生“边缘效应”,而多次循环粉碎过程又使“边缘效应”产生的大颗粒物料不断减少。因此其粉磨效率比辊压机有很大提高。其卧式辊磨将物料多次循环的挤压粉碎,使颗粒粒径不断减小、颗粒形貌逐渐被整形的过程贯穿于粉磨过程始终,卧式辊磨机作为终粉磨设备在工艺上是可以实现的,其最终产品的使用性能和球磨机产品是同样可以满足要求的。而这一点也是立式磨和辊压机做不到的。4辊磨机的优缺点中国一重研发的卧式辊磨机,研磨力可以调整,粉磨过程可以循环反复进行,研磨时间、粉磨轨迹可根据产品工艺需要远程自动调节,有利于成品粒度和颗粒级配的调整,能够满足钢渣微粉粉磨工艺要求(见表3、表4)。该辊磨机主要有以下优点:(1)粉磨效率高,与其它粉磨设备相比电耗可降低45%以上;(2)集烘干、粉磨于一体,设备布置紧凑,工艺路线简单;(3)烘干能力强,利用辅助热源可烘干8%~12%的原料水分,其热效率与立式磨相当;(4)取消了破碎工艺,入磨物料粒度可调;(5)物料在磨内停留时间可以远程控制,过粉磨和欠粉磨现象大为减少,成品颗粒级配合理;(6)物料适应性强,既可以用于冶金钢渣的粉磨