臥輥磨與立磨的礦渣粉磨工藝技術(shù)比較
摘要:本文以水泥行業(yè)粉磨工藝為例，介紹了幾種不同主機(jī)系統(tǒng)的粉磨工藝對(duì)礦渣水泥產(chǎn)量和生產(chǎn)能耗的影響；分析比較了臥輥磨礦渣粉磨系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益等，對(duì)水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)、提高企業(yè)效益具有參考意義。
關(guān)鍵詞:臥輥磨;立磨;礦渣粉磨;礦渣水泥
我國(guó)是一個(gè)鋼鐵大國(guó)，礦渣資源豐富，礦渣產(chǎn)率約占鋼鐵產(chǎn)量的30％。“十五”期間我國(guó)礦渣產(chǎn)量為5.4億噸，約占全球礦渣產(chǎn)量的12.5％。礦渣具有諸多良好特性，經(jīng)超細(xì)粉磨后的礦渣微粉已成為一種不可多得的資源，可以用來制備多種高抗磨、抗腐蝕、高強(qiáng)度的特種水泥。礦渣微粉的資源屬性主要取決于微粉的礦物組成、比表面積和顆粒形貌。因此，粉磨工藝就成了礦渣微粉生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文以水泥（混凝土）行業(yè)粉磨工藝為例，介紹了幾種不同主機(jī)系統(tǒng)的粉磨工藝對(duì)礦渣水泥產(chǎn)量和生產(chǎn)能耗的影響。這可對(duì)水泥行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)、提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有參考意義。
1 礦渣超細(xì)粉磨技術(shù)
1.1 球磨機(jī)超細(xì)粉磨技術(shù)
目前，礦渣微粉的制備方式主要有利用高細(xì)球磨機(jī)進(jìn)行開路或閉路粉磨，其優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便。當(dāng)粉磨系統(tǒng)在生產(chǎn)400～500m2/kg比表面積的礦渣微粉時(shí)，系統(tǒng)實(shí)際電耗在80kW·h/t以下，并能夠快捷地實(shí)現(xiàn)超細(xì)產(chǎn)品的多元化。該技術(shù)是在成熟的球磨機(jī)粉磨系統(tǒng)上進(jìn)行的優(yōu)化改進(jìn)，因此系統(tǒng)投資較小，生產(chǎn)控制簡(jiǎn)單。但由于受其粉磨機(jī)理的局限，導(dǎo)致存在能量利用率低，單位成品電耗高，無法大規(guī)模生產(chǎn)等問題。
1.2 國(guó)外立磨超細(xì)粉磨技術(shù)
要實(shí)現(xiàn)礦渣微粉的規(guī)；、集約化生產(chǎn)，當(dāng)前使用成熟的制備方法是利用國(guó)外立磨和選粉機(jī)進(jìn)行閉路粉磨。這種粉磨方式的優(yōu)點(diǎn)是集粉磨、烘干、選粉于一體，系統(tǒng)簡(jiǎn)單、粉磨效率高、節(jié)約能耗，但其一次性投資較高。
1.3 臥輥磨超細(xì)粉磨技術(shù)
為了實(shí)現(xiàn)礦渣粉磨裝備國(guó)產(chǎn)化，國(guó)內(nèi)很多裝備制造企業(yè)都在積極研究和探索新型粉磨工藝和裝備，其中取得成功的如江蘇科行環(huán)境工程技術(shù)有限公司，通過與清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)、鹽城工學(xué)院的合作，研究開發(fā)出了一種新型料床粉磨擠壓技術(shù)，其核心裝備是集料層擠壓粉磨功能與細(xì)粉再球化和顆粒級(jí)配調(diào)整功能于一體的臥式輥碾磨，即臥輥磨。
1.4 幾種粉磨設(shè)備的性能比較（見表1）
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表1 礦渣超細(xì)粉磨設(shè)備性能比較
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2 工藝比較
（1）礦渣立磨工藝
礦渣立磨工藝流程見圖1：
 圖1 礦渣立磨工藝流程 |
目前國(guó)內(nèi)采用立磨來粉磨超細(xì)礦渣粉的工藝很多。如四川省重龍水泥公司星船城水泥廠年產(chǎn)100萬噸水泥粉磨生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，采用單臺(tái)立磨分時(shí)段分別粉磨礦渣和熟料，然后用攪拌機(jī)混合配制成不同品種的礦渣水泥，所得產(chǎn)品成分穩(wěn)定、比表面積高、節(jié)能、系統(tǒng)效率高。武鋼華新水泥粉磨工廠進(jìn)口日本川崎公司兩臺(tái)立磨，生產(chǎn)的礦渣粉用來與華新水泥公司生產(chǎn)的高標(biāo)號(hào)水泥進(jìn)行混合生產(chǎn)礦渣水泥。立磨用于礦渣粉磨，烘干能力強(qiáng)。這些系統(tǒng)中立磨進(jìn)口煙氣溫度約在250℃，出口廢氣溫度為100℃，可烘干水分為8％的礦渣。立磨系統(tǒng)產(chǎn)量高，單機(jī)年生產(chǎn)能力可達(dá)100萬噸以上的規(guī)模。由于立磨可以對(duì)礦渣的玻璃體進(jìn)行料層間擠壓粉碎，因此能量利用率得到了較大的提高。一般來說這種系統(tǒng)將礦渣粉磨到400m2/kg比表面積時(shí)的單位電耗為45～55kW·h/t，粉磨電耗低，對(duì)于降低生產(chǎn)成本非常有利。
立磨在使用中優(yōu)勢(shì)明顯，但也存在不足，如投資規(guī)模巨大，一般企業(yè)難以承受，主機(jī)的維修費(fèi)用昂貴，對(duì)材質(zhì)、生產(chǎn)管理要求很高，難以適應(yīng)中國(guó)國(guó)情；立磨系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高等級(jí)礦渣微粉的生產(chǎn)，同時(shí)在超細(xì)礦渣的粒度分布控制上也尚待優(yōu)化。
（2）礦渣臥輥磨工藝
礦渣臥輥磨工藝流程與球磨機(jī)閉路粉磨工藝流程相似，臥輥磨是基于料床粉碎工作原理設(shè)計(jì)的，巧妙地結(jié)合了球磨機(jī)和輥壓機(jī)的基本思路，利用中等的擠壓力，將物料一次喂入設(shè)備內(nèi)從而實(shí)現(xiàn)多次擠壓粉磨，避免了在立磨和輥壓機(jī)上存在的各種工藝問題，找到了較立磨和輥壓機(jī)更能充分發(fā)揮節(jié)能潛力的新途徑。臥輥磨閉路粉磨系統(tǒng)工藝中的主要設(shè)備包括出磨提升機(jī)、選粉機(jī)和除塵器及回粉輸送設(shè)備。這種工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備布置緊湊流暢，低噪聲、低磨耗、低故障率，對(duì)生產(chǎn)和市場(chǎng)具有高適應(yīng)性且操作維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，因而備受關(guān)注。
礦渣臥輥磨工藝流程示意見圖2：
 1.礦渣庫(kù)、2.提升機(jī)、3.風(fēng)機(jī)、4.除塵器、5.礦渣專用選粉機(jī)、6.輸送斜槽、7.提升機(jī)、8.成品庫(kù)、9.皮帶輸送機(jī)、10.除鐵器、11.臥輥磨、12.提升機(jī)、13.除鐵器 圖2 礦渣臥輥磨工藝流程 |
3 臥輥磨礦渣粉磨系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析
3.1 臥輥磨與立磨系統(tǒng)的比較
兩種礦渣粉磨系統(tǒng)的比較見表2。
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表2 兩種礦渣粉磨系統(tǒng)的比較
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臥輥磨為礦渣粉磨系統(tǒng)的關(guān)鍵主機(jī)設(shè)備,目前該設(shè)備成套裝備技術(shù)已在設(shè)計(jì)的參數(shù)化、產(chǎn)品系列化、規(guī)格大型化、控制智能化等方面取得很大進(jìn)展，與立磨礦渣粉磨系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）實(shí)行中壓連續(xù)擠壓，能量利用率明顯高于立磨系統(tǒng)；
（2）具有投資低的優(yōu)勢(shì)，其單位投資只有進(jìn)口立磨系統(tǒng)的70%；
（3）具有良好的環(huán)保效應(yīng)，系統(tǒng)粉塵排放濃度遠(yuǎn)低于立磨系統(tǒng)，噪音遠(yuǎn)小于85dB（A），也低于立磨系統(tǒng)；
（4）質(zhì)量和磨耗明顯優(yōu)于立磨系統(tǒng)。臥輥磨系統(tǒng)粉磨礦渣的細(xì)粉產(chǎn)品顆粒圓形度系數(shù)為0.7，比現(xiàn)有立磨高5%，比擠壓磨平均高15%；磨耗＜15g/t，比現(xiàn)有立磨平均水平低3g/t。
3.2 效益分析
（1）經(jīng)濟(jì)效益
投資 1 套KHM3000臥輥磨礦渣粉磨系統(tǒng)：系統(tǒng)裝備功率2700kW，系統(tǒng)產(chǎn)量60t/h，則單位電耗為2700（kW）×0.85÷60（t/h）=38.25（KW·h/t）。
以每度電0.5元計(jì)算，噸礦渣粉電費(fèi)約為20.0元；礦渣到廠價(jià)應(yīng)為20元/t，人員工資10元/t，烘干成本20元/t，電費(fèi)為20元/t，其他費(fèi)用20元/t，則礦渣粉生產(chǎn)成本為90元/t；礦渣粉正常售價(jià)為120元/t；每噸利潤(rùn)即為30元。系統(tǒng)礦渣粉年產(chǎn)量為60t/h×7000h=42萬噸，則年利潤(rùn)為42萬t×30元/t=1260萬元。兩年半即可收回投資。
目前全國(guó)年產(chǎn)廢渣約1.5億噸，若按其70％生產(chǎn)礦渣微粉計(jì)算，則全國(guó)生產(chǎn)礦渣微粉的企業(yè)合計(jì)每年可產(chǎn)生近32億元的凈利潤(rùn)。
（2）環(huán)境效益
若將1億噸礦渣微粉應(yīng)用到建材行業(yè)，可等量替代1億噸的水泥熟料，節(jié)約1.5億噸石灰石，節(jié)煤1800萬噸，相當(dāng)于兩個(gè)海螺水泥集團(tuán)2005年的熟料產(chǎn)量和燃煤量，可淘汰目前我國(guó)1/10的水泥產(chǎn)能，不僅經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，而且環(huán)境效益也相當(dāng)明顯，可減少6600萬噸CO2排放量、50萬噸SO2排放量。
4 結(jié)語
臥輥磨系統(tǒng)不僅粉磨效率高于立磨，而且此系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是可用以淘汰國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝粉磨系統(tǒng)和替代進(jìn)口立磨系統(tǒng)的新型粉磨裝備，在經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益方面的作用都十分明顯。
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