劉迪，王維莉，劉暢，聶文海，趙劍波

1 引言

近幾年，以立式輥磨為代表的新一代粉磨技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，其工藝系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，操作方便[1-4]，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)用于粉磨礦渣、鋼渣及鎳渣等固廢項(xiàng)目的輥磨占整個(gè)輥磨市場(chǎng)的80%以上。

我公司從1996年開(kāi)始著手立式輥磨的研發(fā)工作，多年來(lái)一直致力于輥磨技術(shù)裝備的研究和開(kāi)發(fā)工作，2005年研發(fā)了TRMS3231輥磨并順利達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，2020 年研發(fā)了TRMK6031 輥磨并順利投產(chǎn)，目前TRMK6031輥磨是國(guó)內(nèi)產(chǎn)量最大的水泥輥磨。

2020 年7 月，我公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)的TRMS4531 鎳渣輥磨在福建某生產(chǎn)線投產(chǎn)，經(jīng)過(guò)短時(shí)間的生產(chǎn)調(diào)試，磨機(jī)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，成品比表面積、顆粒粒徑分布以及活性指數(shù)等性能指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

利用TRMS4531鎳渣輥磨生產(chǎn)鎳渣粉，其產(chǎn)量可達(dá)～106t/h，比表面積達(dá)420m2/kg，可單臺(tái)配套90萬(wàn)噸冶金鎳鐵渣生產(chǎn)線，是鋼鐵工業(yè)鎳渣處理的理想粉磨設(shè)備。

2 鎳渣粉磨系統(tǒng)工藝流程及主要設(shè)備參數(shù)

2.1 工藝流程

TRMS4531 鎳渣輥磨系統(tǒng)的工藝流程見(jiàn)圖1，鎳渣由喂料皮帶經(jīng)螺旋喂料器喂入立式輥磨，物料在立式輥磨中隨著磨盤(pán)的旋轉(zhuǎn)從中心向邊緣運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受到磨輥的擠壓而被粉碎。粉碎后的物料在磨盤(pán)邊緣處被從風(fēng)環(huán)進(jìn)入的熱氣體帶起，粗顆粒落回到磨盤(pán)再粉磨，合格細(xì)粉被帶入袋式收塵器作為成品。在風(fēng)環(huán)處無(wú)法被熱風(fēng)帶起的部分難磨的大顆粒物料，通過(guò)吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)除鐵后，再次進(jìn)入立式輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過(guò)空氣輸送斜槽、提升機(jī)等設(shè)備送入到成品庫(kù)中。

磨機(jī)通風(fēng)和烘干所需熱空氣由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)通過(guò)管道進(jìn)入磨機(jī)，出磨氣體經(jīng)收塵器凈化后由風(fēng)機(jī)送出，一部分排入大氣，一部分循環(huán)入磨。

圖1 鎳渣輥磨工藝流程圖

2.2 主要設(shè)備參數(shù)

TRMS4531 立式輥磨采用了最新技術(shù)，能夠形成穩(wěn)定的料床。同時(shí)，磨機(jī)采用新型高效籠型選粉機(jī)，能夠保證成品比表面積在300～500m2/kg范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，保證鎳渣成品的顆粒分布在合理范圍內(nèi)。系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

3.1 原料情況

磨機(jī)粉磨的廢渣來(lái)源為附近某鋼鐵公司在生產(chǎn)不銹鋼過(guò)程中產(chǎn)生的鎳渣，原料綜合水分～24%，鎳渣外觀如圖2所示。

高爐鎳渣經(jīng)水淬處理后大部分為玻璃體，主要的晶體為鎂鋁尖晶石（化學(xué)式MgAl2O4，無(wú)游離氧化鈣和方鎂石晶體存在）。

圖3 為鎳渣的XRD 衍射分析圖譜。從圖3 可以看出，鎳渣中有非晶體（鼓包曲線）和晶體（特征峰）存在，檢測(cè)得到的主要礦物不含鐵元素，說(shuō)明鐵沒(méi)有形成固定的化合物。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

圖2 鎳渣外貌

圖3 鎳渣XRD衍射分析圖

3.2 產(chǎn)量及電耗

磨機(jī)產(chǎn)量及系統(tǒng)電耗見(jiàn)表2。從表2 可以看出，輥磨粉磨鎳渣的系統(tǒng)電耗約為38.5kW·h/t，相比較于球磨機(jī)，輥磨粉磨鎳渣電耗降低30%～40%。

表2 磨機(jī)產(chǎn)量及電耗

3.3 活性指數(shù)

根據(jù)水泥廠提供的資料，對(duì)鎳渣的活性指數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如下：在比表面積為420m2/kg時(shí)，7d活性指數(shù)為75%，28d 活性指數(shù)為86%，符合國(guó)標(biāo)S75級(jí)要求。

3.4 各點(diǎn)氣體溫度及壓力

鎳渣輥磨磨機(jī)壓差按照4 000Pa 設(shè)計(jì)，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，磨機(jī)的壓差一般會(huì)小于設(shè)計(jì)值。在磨機(jī)運(yùn)行期間，應(yīng)合理控制磨機(jī)壓力，合理的磨機(jī)壓力是磨機(jī)形成穩(wěn)定料層和平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。磨機(jī)運(yùn)行時(shí)各點(diǎn)氣體溫度及壓力參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 各點(diǎn)氣體溫度及壓力參數(shù)

3.5 系統(tǒng)風(fēng)量

磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，對(duì)鎳渣輥磨系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行了熱工標(biāo)定，從標(biāo)定結(jié)果來(lái)看：風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為35Hz 時(shí)，風(fēng)機(jī)入口靜壓為-3 600Pa，入口溫度為90℃，工況風(fēng)量為350 000～400 000m3/h。

3.6 磨機(jī)振動(dòng)

磨機(jī)振動(dòng)對(duì)設(shè)備的安全可靠性影響很大，必須將磨機(jī)的振動(dòng)值控制在一定的范圍內(nèi)才能有效保護(hù)磨機(jī)。不同檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)的振動(dòng)值也是不同的，TRMS4531 磨機(jī)的振動(dòng)傳感器安裝在減速機(jī)殼體推力軸承部分的側(cè)面殼體上。

在磨機(jī)運(yùn)行中對(duì)磨機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)檢測(cè)，水平振動(dòng)值在1.0～1.5mm/s，垂直振動(dòng)值在1.5～2.0mm/s，屬較低的振動(dòng)范圍，磨機(jī)運(yùn)行較為平穩(wěn)。

3.7 料層厚度和擋料圈高度

擋料圈的高度是影響料層厚度的重要因素，但不是唯一因素。合適的擋料圈高度應(yīng)為磨盤(pán)直徑的3.0%～5.0%，運(yùn)行中擋料圈的實(shí)際有效高度應(yīng)有所調(diào)整。擋料圈高度并不是越高越好，增加擋料圈高度，會(huì)導(dǎo)致料層變厚，研磨效率降低。TRMS4531鎳渣輥磨在穩(wěn)定運(yùn)行期間，擋料圈高度在240mm左右。

4 成品性能

利用立式輥磨粉磨鎳渣，鎳渣成品可以作為摻合料摻入混凝土中，也可以作為一種混合材，摻入熟料和石膏中，分別生產(chǎn)不同的水泥。TRMS4531輥磨粉磨的鎳渣成品顆粒粒徑分布達(dá)到了與同類(lèi)粉磨礦渣粉相同的水平。根據(jù)中國(guó)水泥發(fā)展中心物化檢測(cè)所的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，鎳鐵渣成品的顆粒粒徑分布較寬。鎳渣成品的顆粒粒徑分布情況見(jiàn)圖4。

圖4 鎳渣成品的顆粒粒徑分布情況

5 單質(zhì)鐵平衡

鎳渣里含有較多的單質(zhì)鐵，用輥磨粉磨鎳渣，會(huì)導(dǎo)致單質(zhì)鐵在磨內(nèi)富集，致使磨輥和襯板磨損較快，縮短耐磨件的使用壽命。

在磨機(jī)不同部位取樣，分別測(cè)試樣品中單質(zhì)鐵含量，從而制作出了整個(gè)粉磨系統(tǒng)的單質(zhì)鐵平衡圖，具體見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，鎳渣中的單質(zhì)鐵回收率只有12.22%，除鐵后，僅有40.25%的單質(zhì)鐵回磨機(jī)，除鐵效率不高?，F(xiàn)場(chǎng)也有這樣的現(xiàn)象，除鐵后入磨的物料中含有鐵，鐵渣中含有料粉，同時(shí)成品中單質(zhì)鐵回收率87.78%，成品中的鐵粉含量較高。

圖5 單質(zhì)鐵平衡

磨盤(pán)上的物料來(lái)自喂料、外排回料、選粉機(jī)回料，循環(huán)量是喂料量的4.73 倍，磨盤(pán)上鐵回收率是原料的22倍左右，磨內(nèi)鐵富集程度較高。

根據(jù)圖5，我們可以分析形成去除磨內(nèi)單質(zhì)鐵的兩種思路：一是增大外排量以及提高除鐵器效率，目前外排量占喂料量不到7%，即使提高到15%～20%，其鐵的回收率與選粉機(jī)回料的鐵回收率相比，仍然很小。另一種思路是將選粉機(jī)回料導(dǎo)出磨外，不參與系統(tǒng)鐵循環(huán)，以提高除鐵效率。

6 結(jié)語(yǔ)

TRMS4531 鎳渣立式輥磨已成功應(yīng)用于福建某生產(chǎn)線，自投產(chǎn)以來(lái)磨機(jī)始終運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量和比表面積均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，成品顆粒粒徑分布較寬，28d活性指數(shù)可以滿足國(guó)標(biāo)S75級(jí)要求，具有顯著的節(jié)能效果，其優(yōu)良的產(chǎn)品性能可與球磨機(jī)產(chǎn)品性能相媲美。