陶瓷過濾機(jī)在球團(tuán)精礦水分含量控制中的應(yīng)用實踐

連曉鋼，楊頌

（1.太鋼礦業(yè)分公司峨口鐵礦，山西代縣 034207；2.太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山西太原 030024）

引言

太鋼礦業(yè)分公司峨口鐵礦200萬噸球團(tuán)生產(chǎn)線采用“鏈—回—環(huán)”球團(tuán)工藝[1]，于2004年正式投產(chǎn)并順利運行至今。目前，生產(chǎn)線中的精礦粉脫水工藝采用由安徽天源科技股份有限公司生產(chǎn)的ZGP-72真空盤式過濾機(jī)，現(xiàn)裝機(jī)共7臺（正常工作時運行4～5臺），每年需完成220萬噸精礦粉的脫水工作。目前精礦粉脫水后水分含量保持在9.6%～12%。

隨著峨口鐵礦采場開采深度的增加，原礦嵌布粒度變細(xì)，使得磁選后鐵精礦粉粒度隨之變細(xì)，即直徑在0.045 mm以下的顆粒占比高達(dá)78%～82%，導(dǎo)致了精礦粉脫水困難現(xiàn)象的產(chǎn)生（過濾后水分含量在10.5%～12%）。為滿足工藝對球團(tuán)精礦水分含量在9.4%～9.8%的要求，需增加后續(xù)烘干設(shè)備運行能力，以降低精礦水分含量。然而，現(xiàn)有烘干系統(tǒng)也僅能脫除0.2%～0.3%的水分，當(dāng)精礦水分含量超過11%時，根本無法滿足混合料的水分控制要求。此外，現(xiàn)有盤式過濾機(jī)每臺裝機(jī)功率為178 kW，每小時耗電150度；烘干窯每小時耗電646度，耗煤500～1 200 kg，極大地增加了現(xiàn)有工藝系統(tǒng)能耗。因此，尋找高效、經(jīng)濟(jì)的超細(xì)精礦粉脫水技術(shù)是目前亟需解決的問題。

陶瓷過濾機(jī)作為一種高效、便捷的脫水設(shè)備，在鉻鐵生產(chǎn)、特鋼球團(tuán)生產(chǎn)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2-4]。為了降低精礦粉生產(chǎn)成本、優(yōu)化精礦粉脫水工藝，本文將現(xiàn)有部分盤式過濾機(jī)與烘干系統(tǒng)替代為陶瓷過濾機(jī)，通過方案研究與比選，重新設(shè)計生產(chǎn)工藝，以實現(xiàn)球團(tuán)精礦水分含量的控制，并通過效果與效益分析，對提質(zhì)降本情況進(jìn)行評估。該技術(shù)改造思想方法也能為陶瓷過濾機(jī)替代濾布過濾機(jī)提供建設(shè)性指導(dǎo)意義。

1 改造方案研究與比選

1.1 能力校核

峨口鐵礦目前有ZGP-72真空盤式過濾機(jī)7臺，正常生產(chǎn)時運行4～5臺，小時處理量如表1所示。

陶瓷過濾機(jī)利用系數(shù)以0.8 t/(m2·h)計算（設(shè)計值為0.65～1.0 t/(m2·h)），所需過濾面積約為453 m2（363/0.8）。受到現(xiàn)場布置困難、改造投入大、耗費時間長等因素的限制，大規(guī)格的陶瓷過濾機(jī)安裝在現(xiàn)場廠房空間中受到限制。通過對陶瓷過濾機(jī)的了解，80 m2陶瓷過濾機(jī)技術(shù)成熟、運行穩(wěn)定，通過現(xiàn)場初步布置，能夠?qū)崿F(xiàn)充分利用，且改動幅度小、耗費成本低，故選用之。

所需80 m2陶瓷過濾機(jī)的臺數(shù)為453/80≈5.66臺，按6臺計算。由于陶瓷過濾機(jī)每7 h要進(jìn)行一次酸洗，一次需要2 h，因此正常單臺作業(yè)率為80%，進(jìn)而所需臺數(shù)修正為5.66/0.8≈7.1臺，按8臺計算，其中7臺工作、1臺備用。

表1 過濾系統(tǒng)處理量構(gòu)成

1.2 質(zhì)量指標(biāo)

球團(tuán)造球工藝要求精礦水分含量為(9.6±0.2)%，即9.4%～9.8%[5]。經(jīng)過廠家對現(xiàn)場精礦粉進(jìn)行的取樣試驗可知，陶瓷過濾機(jī)過濾后精礦水分含量在7%～9%，能夠滿足球團(tuán)造球工藝要求。

1.3 改造方案設(shè)計與比選

按照363 t/h的處理量，得到表2的基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù)，并設(shè)計出以下三種待選改造方案。

方案1：全部采用陶瓷過濾機(jī)，正常生產(chǎn)時運行7臺，過濾后綜合水分含量為8.5%，滿足上下工序的要求。

方案2：拆除3臺盤式過濾機(jī)，更新5臺陶瓷過濾機(jī)，正常生產(chǎn)時運行4臺陶瓷過濾機(jī)、3臺盤式過濾機(jī)，過濾后綜合水分含量為9.5%，滿足上下工序的要求。

方案3：拆除3臺盤式過濾機(jī)，更新3臺陶瓷過濾機(jī)，正常生產(chǎn)時運行2臺陶瓷過濾機(jī)、3臺盤式過濾機(jī)，過濾后綜合水分含量為10%，不能滿足球團(tuán)造球工藝要求。

我們從配置方式、過濾后水分、處理量、投資、運行費用等幾個方面對上述三個方案進(jìn)行比選，詳細(xì)如表3所示。

從表3的對比可以看出：

（1）方案1處理量能滿足要求，過濾后水分含量能控制到8.5%，也能滿足球團(tuán)造球工藝要求，但投資總費用比方案2高出約400萬元，且需要拆除全部現(xiàn)有過濾機(jī)，改造周期長。所以，此方案不可行。

表2 基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù)

表3 方案比選

（2）方案3處理量能滿足要求，但過濾后水分含量只能控制到10%，不能滿足球團(tuán)造球工藝要求，所以不宜采用。

（3）方案2處理量能滿足要求，過濾后水分含量能控制到9.5%，能滿足球團(tuán)造球工藝要求。該方案投資少、運行費用低，改造拆除的舊過濾機(jī)可以當(dāng)備件使用，優(yōu)于方案1和方案3。

綜上，選取方案2，即更新5臺陶瓷過濾機(jī)，最終形成正常生產(chǎn)時采用3臺盤式過濾機(jī)、4臺陶瓷過濾機(jī)的工藝配置。

2 效果與效益分析

2.1 方案實施效果分析

新陶瓷過濾機(jī)于2019年11月安裝完畢，在試驗期間精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%～82%，安裝后6個月的水分含量對比情況如圖1所示。由圖1可知，技術(shù)改造后，精礦水分含量為9.60%～9.76%，完全可以滿足工藝對球團(tuán)精礦水分含量9.4%～9.8%的要求。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

2.2.1 耗電量

陶瓷過濾機(jī)裝機(jī)總功率為64.5 kW，其中超聲波功率16 kW，只在清洗時工作2 h。按照每7 h清洗一次測算，陶瓷過濾機(jī)實際參與工作功率為62.2 kW。而原有盤式過濾機(jī)裝機(jī)總功率為180.5 kW。

兩種過濾機(jī)噸精礦耗電量對比如下：

陶瓷過濾機(jī)：62.2 kWh/86.8噸精礦≈0.72 kWh/噸精礦，單位成本0.72 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈0.33元/噸精礦。

盤式過濾機(jī)：180.5 kWh/75.6噸精礦=2.38 kWh/噸精礦，單位成本2.38 kWh/噸精礦×0.46元/kWh≈1.09元/噸精礦。

2.2.2 日常消耗

原有盤式過濾機(jī)備件費為4萬元/（臺·年），材料費為2萬元/（臺·年）。因陶瓷過濾機(jī)剛進(jìn)入試車階段，備件費材料費暫參照原有盤式過濾機(jī)計算。對比如表4所示?？梢钥闯?，陶瓷過濾機(jī)單臺運行單位成本比原有盤式過濾機(jī)低0.12元/噸精礦。

2.2.3 費用節(jié)省

過濾后精礦水分能夠滿足球團(tuán)造球要求，從系統(tǒng)運行角度可以省掉烘干工藝環(huán)節(jié)。

烘干系統(tǒng)費用測算如下：

（1）耗電量：烘干裝機(jī)容量760 kW，年節(jié)約電費760 kW×0.75×300 d×0.46元/kWh×24 h≈188.78萬元，其中0.75為功率因數(shù)。

（2）煤耗：烘干系統(tǒng)運行每天耗煤10噸，每噸單價440元，年節(jié)約煤費用為10 t/d×300 d×440元/t=132萬元。

（3）維修費：皮帶、油脂、材料、備件年可節(jié)約60萬元。

以上三項合計：188.78+132+60=380.78萬元。

柴油消耗：烘干每噸精礦需要0.0 0 5 k g 柴油，每噸柴油按4元計算，每噸精礦需要消耗柴油0.02元。

圖1 水分含量對比

表4 日常消耗費用對比

雖然取消了烘干工藝環(huán)節(jié)，但要在保證球團(tuán)造球水分含量要求的前提下達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。按照正常生產(chǎn)運行4臺陶瓷過濾機(jī)、3臺盤式過濾機(jī)，綜合水分含量為9.5%的模式運行，年可以節(jié)約成本380.78萬元+0.02×220萬噸（年精礦量按220萬噸測算）=385.18萬元。

2.3 優(yōu)劣勢分析

使用陶瓷過濾機(jī)優(yōu)勢在于：

陶瓷過濾機(jī)裝機(jī)功率是同型號真空盤式過濾機(jī)裝機(jī)功率的30%～40%，脫水能力強(qiáng)、水分控制穩(wěn)定，綜合運行成本低。

然而，在生產(chǎn)實驗過程中也發(fā)現(xiàn)了陶瓷過濾機(jī)的不足之處：

陶瓷過濾機(jī)濾餅厚度從生產(chǎn)周期開始運行時的12 mm可衰減到停機(jī)清洗時的4 mm左右，運行周期約6 h，有時只有5 h左右，處理量衰減明顯。需要在今后生產(chǎn)過程中加以改善。

3 結(jié)論

（1）通過方案研究與比選，選用了更新5臺陶瓷過濾機(jī)的方案，形成了正常生產(chǎn)時采用3臺盤式過濾機(jī)、4臺陶瓷過濾機(jī)的工藝配置；

（2）當(dāng)精礦粉粒度在0.045 mm以下的顆粒占比為78%～82%時，采用比選出的方案進(jìn)行過濾后，精礦水分含量為9.60%～9.76%，能夠直接滿足9.4%～9.8%的球團(tuán)精礦水分含量要求；

（3）陶瓷過濾機(jī)比原有盤式過濾機(jī)單位成本低0.12元/噸精礦，且可節(jié)省后續(xù)烘干系統(tǒng)費用，比選后的方案年節(jié)約成本385.18萬元；

（4）陶瓷過濾機(jī)在操作、工藝設(shè)計等方面比原有盤式過濾機(jī)穩(wěn)定，因此采用陶瓷過濾機(jī)對超細(xì)粒度精礦粉進(jìn)行水分含量控制有明顯優(yōu)勢。