輥磨在電爐鎳鐵渣制備鎳鐵微粉系統(tǒng)中的應(yīng)用

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，豐旺

輥磨在電爐鎳鐵渣制備鎳鐵微粉系統(tǒng)中的應(yīng)用

Application of Grinding Rollerin the System of NickelPowder Preparation from Nickel-Iron Slag using Electric Furnace

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，豐旺

近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，廢棄資源日益增多，環(huán)境負擔日益嚴重，提高廢棄物再循環(huán)的利用率，減少對環(huán)境的污染成為新的發(fā)展目標。2013年1月山東煒燁新型建材有限公司與中材裝備集團有限公司簽訂了國內(nèi)首條用于鎳鐵渣粉磨的生產(chǎn)線總承包合同。目前該系統(tǒng)運行平穩(wěn)、可靠，完全達到設(shè)計要求，填補了國內(nèi)輥磨在鎳鐵廢渣微粉處理領(lǐng)域的空白，取得了較好的社會經(jīng)濟效益。本文將對TRMS型鎳渣輥磨的技術(shù)特點、性能和粉磨工藝流程等進行簡單介紹，供大家參考。

廢棄資源；鎳渣；輥磨；經(jīng)濟效益

1 引言

鎳渣是冶煉鎳鐵產(chǎn)生的固體廢渣，因此鎳渣也被稱為鎳鐵渣。由于鎳鐵冶煉工藝技術(shù)的限制，鎳渣中含有一定量的鎳鐵，利用輥磨粉磨鎳渣成微粉后，有利于回收鎳鐵，獲得可觀的經(jīng)濟效益；同時經(jīng)過篩選的成品微粉摻入水泥中，形成復合水泥，可大大增加經(jīng)濟效益及廢棄資源利用率，減少這些廢渣對土地的占用和對環(huán)境的污染。

2013年1月，山東煒燁新型建材有限公司與中材裝備集團有限公司簽訂了國內(nèi)首條用于鎳鐵渣粉磨的生產(chǎn)線總承包合同。本項目年產(chǎn)60萬噸鎳渣微粉，核心設(shè)備為中材裝備集團有限公司設(shè)計制造的TRMS43.3鎳渣輥磨。

2 TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)的工藝流程

2.1 系統(tǒng)工藝流程

粉磨鎳渣流程：原料鎳渣經(jīng)汽車運輸儲存于露天堆場中，由鏟車上料經(jīng)篩板入地坑，經(jīng)計量皮帶秤、皮帶輸送機和螺旋給料機喂料至磨盤上，恒速旋轉(zhuǎn)的磨盤借助于離心力將鎳渣向外均勻分散，形成一定厚度的料床，物料在進入粉磨區(qū)域前先進行預壓實、排氣，同時料床上的物料受到3個磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細的物料在磨盤邊緣處被從風環(huán)進入的熱氣體帶起并進入到選粉機中進行分選（動靜態(tài)組合式高效選粉機能有效調(diào)節(jié)鎳渣微粉細度，產(chǎn)品比表面積可以控制在4000～5000cm2/g范圍內(nèi)），合格細粉被袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤再次粉磨；大顆粒物料（包括鎳鐵）在風環(huán)處落入進風道，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)。在此過程中，物料與熱氣體進行了充分熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，按工藝要求操作，通過選粉機分選的合格細粉水分能控制在<0.5%。部分難磨的大顆粒物料落入風環(huán)，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過干式磁選機選鐵排出后，再次進入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽、提升機等設(shè)備送入到成品庫中。

磨機通風和烘干需要的熱空氣由熱風爐提供，熱風通過管道進入磨機，出磨氣體通過收塵器凈化后由系統(tǒng)風機送出，一部分排入大氣，另一部分循環(huán)入磨。圖1為TRMS43.3鎳渣粉磨系統(tǒng)流程簡圖。

2.2 系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

TRMS43.3鎳渣輥磨是根據(jù)料床粉磨原理，通過磨輥、磨盤之間的相對運動研磨鎳渣的機械設(shè)備裝置，集粉碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。表1所示為山東煒燁新型建材有限公司年產(chǎn)60萬噸鎳渣微粉生產(chǎn)線的主要配置。

圖1 TRMS43.3鎳渣粉磨系統(tǒng)流程圖

3 TRMS43.3鎳渣輥磨的技術(shù)特點

3.1 TRMS型鎳渣輥磨的工作原理

TRMS型鎳渣輥磨本體由傳動裝置、磨盤裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、機架、進風道、中殼體、分離器、操作平臺、加壓裝置、翻輥裝置、潤滑系統(tǒng)等部件組成。

輥磨的工作原理為：物料通過輸送皮帶，經(jīng)過螺旋給料機下落到磨盤中央，磨盤在驅(qū)動裝置的帶動下旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下物料向外均勻分散、鋪平，形成料床。磨輥在加壓裝置的作用下壓在物料上面，并連續(xù)進行碾壓，在磨盤邊緣物料被甩出磨盤，一部分通過風環(huán)進入磨內(nèi)的熱氣體將物料送入分離器進行分選，在此過程中物料與熱氣體進行了充分的熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，通過調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來控制成品細度，不合格的物料被送回至磨盤再次粉磨。另外一部分粗顆粒掉落下來，通過刮料裝置送入磨外，再通過輸送和提升裝置重新送入磨內(nèi)粉磨，如此循環(huán)往復，完成研磨作業(yè)全過程。

3.2 TRMS型鎳渣輥磨的特點

TRMS43.3鎳渣輥磨采用了多項先進技術(shù)，在吸收原有國外礦渣、水泥輥磨成熟技術(shù)的同時，又進行了多項技術(shù)創(chuàng)新，包括新型高效籠式選粉技術(shù)、喂料防堵技術(shù)、料床整理技術(shù)和磨輥密封新型結(jié)構(gòu)等。目前中材

4 TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)運行情況

4.1 系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

鎳渣輥磨系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性決定了鎳渣微粉產(chǎn)量和質(zhì)量的高低。其中影響輥磨系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素包括：入磨原料鎳渣的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)風溫和風量；磨輥與磨盤、擋料圈的情況等。在實際應(yīng)用中必須有效控制上述各因素，優(yōu)化各參數(shù)。

4.2 原料鎳渣特性、粒度和水分

山東煒燁新型建材有限公司的原料鎳渣來源于山東煒燁鎳業(yè)有限公司電爐冶煉鎳鐵后外排的水淬鎳渣。電爐鎳鐵渣能否像高爐礦渣一樣使用，取決于它是否具有高爐礦渣那樣的組成和活性。高爐礦渣能廣泛作為水泥或混凝土的拌合料使用，是由其組成和活性決定的。高爐礦渣的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3、MgO四種，約占高爐礦渣總重量的96%，電爐鎳渣的主要化學成分是SiO2、MgO、CaO、Fe2O3、Al2O3五種，約占總成分的93%。表2為該廠鎳渣微粉原料成分。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

表2 電爐鎳渣化學成分，%

表3 磨機工藝參數(shù)

由表2可知，電爐鎳渣與高爐礦渣一樣，是一種硅酸鹽質(zhì)材料，有與高爐礦渣一樣可作為水泥和混凝土拌合料使用的可能。但電爐鎳渣成分與粒化高爐渣相比，存在著鐵、MgO含量較高、渣為酸性等特點。因此，如果摻入水泥或混凝土中使用，其水化產(chǎn)物會與?；郀t渣有所不同。但如果電爐鎳鐵渣摻入水泥或混凝土中使用，會由于其本身為酸性而吸收更多的熟料水化反應(yīng)生成的Ca（OH）2，從而大大降低水泥或混凝土的堿性。

鎳渣的粒徑和含水量對生產(chǎn)的穩(wěn)定性有較大影響，根據(jù)實際生產(chǎn)操作可知：由于水淬后鎳渣的外在水比較容易干燥，入磨鎳渣本身的含水量在3%左右，且鎳渣粒徑75%＜5mm時該磨機系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，產(chǎn)量可以達到90t/h。鎳渣的含水量影響著生產(chǎn)操作參數(shù)的調(diào)整，我們通過調(diào)節(jié)磨內(nèi)噴水裝置噴水量來穩(wěn)定料層、減小磨機的振動、提高粉磨效率。

4.3 系統(tǒng)操作參數(shù)

粉磨不同電爐外排的水淬鎳渣，工況會發(fā)生較大變化，因此在操作時要注意各參數(shù)的調(diào)整。包括需要考慮干濕混合物料粉磨時，喂料量、風溫和風量的變化所產(chǎn)生的磨機振動、回料量大小及磨輥位置問題；不同水分的混合物料粉磨時所需額外噴水量，以保持料床穩(wěn)定；由于對產(chǎn)品性能需求不同，所需的比表面積和篩余值不同，而需要調(diào)整輥壓和選粉機轉(zhuǎn)數(shù)等。

通過對鎳渣生產(chǎn)線系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，現(xiàn)各項指標達到了同類產(chǎn)品的國際先進水平，調(diào)試期間磨機的運轉(zhuǎn)參數(shù)如表3所示。

4.4 系統(tǒng)電耗和煤耗

該系統(tǒng)經(jīng)過近三周的調(diào)試，其主機設(shè)備和工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，生產(chǎn)運行日趨穩(wěn)定。成品在90t/h時的電耗和煤耗如表4所示。

5 TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量

利用輥磨粉磨鎳渣，大家最關(guān)注的是鎳渣的活性指數(shù)和成品的顆粒分布等問題。山東煒燁新型建材有限公司聘請了第三方北京科技大學對TRMS43.3鎳渣輥磨的成品進行了性能檢測，結(jié)果表明該系統(tǒng)生產(chǎn)的鎳渣成品性能優(yōu)良。

5.1 成品顆粒分布及活性指數(shù)

TRMS43.3鎳渣輥磨磨制的成品顆粒分布見表5。其中<3μm的超細顆粒含量很少，中間顆粒3～32μm含量居多，而僅起填充作用的>50μm的粗顆粒很少。

按照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中規(guī)定的方法測定三種比表面積下試塊7d和28d的活性指數(shù)。表6為三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的活性指數(shù)測定結(jié)果。

5.2 成品流動度

按照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》中規(guī)定的方法，對粉磨試驗獲得的三種比表面積的鎳鐵渣微粉分別進行流動度測定，結(jié)果見表7。

5.3 成品特性

經(jīng)過以上對電爐鎳鐵渣的試驗研究，得出如下結(jié)論：

（1）電爐鎳鐵渣的化學組成中SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3占總成分的92.37%，礦物組成中主要為非晶態(tài)礦物，占91.88%。因此，具有作為水泥和混凝土拌合料使用的成分和活性。該鎳鐵渣中MgO含量雖較高，但MgO并非以方鎂石的形式存在，而主要是以鈣鎂橄欖石的形式存在，因此，利用電爐鎳鐵渣制備鎳鐵渣微粉不會因為MgO的存在而受到影響。

（2）電爐鎳鐵渣由于含有一定量硬度較大的鎳鐵合金及含鎳鐵的硅酸鹽礦物而具有較大的功耗指數(shù)。硬度較大的鎳鐵合金及含鎳鐵的硅酸鹽礦物一般較難磨，粉磨后在200目鎳鐵渣微粉中大量存在，因此工業(yè)粉磨過程應(yīng)采用某種方法及時排出這部分產(chǎn)品，并返回紅土鎳礦還原工序使用。

表4 磨機電耗和煤耗

表5 鎳渣成品顆粒級配

表6 三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的活性指數(shù)值

表7 三種比表面積電爐鎳鐵渣微粉的流動度數(shù)值

（3）按照GB-T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》要求，對比表面積300m2/kg、 400m2/kg、500m2/kg以上的電爐鎳鐵渣微粉進行了技術(shù)指標測定，結(jié)果表明，除活性指數(shù)難以滿足同級技術(shù)指標外，其余指標均滿足國標要求。三種比表面積的電爐鎳鐵渣微粉雖均不能滿足相應(yīng)級別的技術(shù)指標要求，但比表面積＞400 m2/kg的電爐鎳鐵渣微粉可降級作為S75級別的微粉使用。同時，降低電爐鎳鐵渣對水泥的替代率，可明顯提高其活性指數(shù)。如果比表面積300m2/kg、400m2/kg、 500m2/kg以上的電爐鎳鐵渣微粉對水泥的替代率分別降低到40%、30%、30%，則可分別滿足S75、S95、S105級別的國標要求。

6 結(jié)語

通過中材裝備集團有限公司與山東煒燁新型建材有限公司的共同努力，該磨機系統(tǒng)設(shè)備及工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，生產(chǎn)運行日趨穩(wěn)定。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，產(chǎn)量穩(wěn)定在85～90t/h，全廠綜合電耗為58kWh/t，其中粉磨系統(tǒng)電耗48kWh/t，通過外排后的磁選機可選出鎳鐵0.8t/h，生產(chǎn)成本不斷降低，獲得了較好的社會經(jīng)濟效益，填補了國內(nèi)輥磨在鎳鐵廢渣微粉處理領(lǐng)域的空白。

[1]姚丕強，柴星騰.TRM輥磨粉磨水泥的操作結(jié)果[J].水泥，2009.

[2]柴星騰，聶文海.礦渣粉磨技術(shù)進展[N].中國建材報，2006.

[3]王仲春.水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1998.■

超耐磨1200h只消耗1.8mm更節(jié)能噸水泥節(jié)電1kWh以上

“他們兩家研發(fā)的超耐磨輥套，比傳統(tǒng)工藝輥套運行更穩(wěn)定，更耐磨，更節(jié)能，性價比非常好?！边@是5月上旬在河北召開的一次超級耐磨輥套技術(shù)交流會上，國內(nèi)一家知名水泥集團企業(yè)對中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司（下稱中鋼邢機）和中材裝備集團有限公司（下稱中材裝備）聯(lián)合研制的超級耐磨復合輥套產(chǎn)品的肯定。用戶突出的使用業(yè)績，使“中鋼邢機超耐磨輥套”被迅速叫響。

復合輥套是水泥生產(chǎn)企業(yè)關(guān)鍵生產(chǎn)裝備上的核心、消耗性部件，其性能直接決定著水泥生產(chǎn)線的工效?！拔覀冏铌P(guān)注的就是復合輥套的耐磨性和抗沖擊性。”一家參會建材裝備企業(yè)代表如是說，“傳統(tǒng)堆焊工藝制造的輥套，容易掉塊，一掉塊就要停產(chǎn)進行堆焊修復，影響生產(chǎn)、成本高。靜態(tài)整體鑄造的輥套，外層抗沖擊能力差，易發(fā)生裂紋，也會掉塊，可修復性還差。這次來參會，就是想看看會議推介的中鋼邢機、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超級耐磨輥套，是怎樣的耐磨法?！?/p>

中鋼邢機、中材裝備近年聯(lián)合研制的超級耐磨復合輥套，采用了目前世界上最先進的高合金鋼多重離心復合鑄造技術(shù)。特殊的工藝，使輥套的芯部韌性好，外層耐磨性變高，抗沖擊能力增強。與傳統(tǒng)工藝制造的輥套相比，在實際使用中能夠承受更大的變動載荷，且磨損小、運轉(zhuǎn)周期長。

“在水泥行業(yè)，這種制造技術(shù)絕對是一項創(chuàng)新。一比較你就會知道，使用效果非常好?！苯鹩缂瘓F鹿泉鼎鑫水泥有限公司副總經(jīng)理李太功不無贊賞地說：“我們企業(yè)去年7月投產(chǎn)的1814水泥生產(chǎn)線，因為工期原因，最初用的是堆焊輥套，今年1月?lián)Q成中鋼邢機、中材裝備共研的超耐磨輥套。我們測算了一下，到這次來參會前，他們的超耐磨輥套已經(jīng)累計工作了1207h，輥套表面才磨損了1.8mm。這樣好的表現(xiàn)，傳統(tǒng)輥套根本做不到?！?/p>

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，堆焊輥套每使用20天到3個月，就必須在線修復1次，磨損量達6mm。6～8個月離線大修1次，大修3次，輥套就報廢了。而中鋼邢機、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超耐磨輥套，持久耐用，壽命優(yōu)于傳統(tǒng)產(chǎn)品3倍以上。

在這次交流會期間，筆者隨行來到了贊皇金隅水泥有限公司。在該公司5000t/d水泥生產(chǎn)線上，一支直徑1.8m、長1.7m的中鋼邢機、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超耐磨輥套正在大型生料輥壓機上避峰就谷，安靜地停機待產(chǎn)。該公司生產(chǎn)人員介紹：這支輥套2012年10月15日上的機，使用中，輥套的工作效率遠超出生產(chǎn)線的產(chǎn)效要求，噸粉料節(jié)電在1kWh以上。今年3月，這支輥套進行了首次修復，修復時不用停產(chǎn)，修復后完好如初。因其性能好、工效高，生產(chǎn)線每天都可以合理避峰就谷用電，最大限度節(jié)省企業(yè)用電費用。

高耐磨、高節(jié)能、可再造。好的性能、實實在在的使用效果，讓中鋼邢機、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超耐磨輥套在這次交流會期間，迅速贏得了眾多參會水泥建材企業(yè)的青睞，交流會還沒結(jié)束，已經(jīng)有好幾家國內(nèi)外企業(yè)向他們表達了合作意向?！拔覀兪窃诓痪们暗谋本﹪H水泥技術(shù)及裝備展會上聽說他們的超耐磨輥套的，這次實地考察了他們企業(yè)的制造能力，實地觀摩了他們超耐磨輥套的使用效果，我們已經(jīng)準備改用他們的超耐磨輥套。”

隨著我國建材行業(yè)的長足發(fā)展，用科技力量實現(xiàn)低成本、高產(chǎn)出，已經(jīng)成為眾多水泥生產(chǎn)企業(yè)的共識。在這次交流會上，面對撲面而來的認可、贊譽和青睞，中鋼邢機、中材裝備參會代表越發(fā)信心篤定，交流會結(jié)束時，中鋼邢機異型軋輥公司負責人王海彬告訴筆者：“我們就是要讓決定水泥生產(chǎn)線工效的輥套，變得更高效節(jié)能、更持久耐用。我們兩家目前正在加速研發(fā)更耐磨的輥套產(chǎn)品。在不久的將來，我們要給水泥生產(chǎn)企業(yè)帶去更多的經(jīng)濟和社會效益?！?/p>

（李云芳王海洋供稿）

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2014-02-26；編輯：趙蓮