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钢渣微粉生产工艺
发布日期:2007-12-25  点击:  次
钢渣处理一直偏重于铁的回收,这方面的工作是有成效的。即便是传统的湿法方式,虽然湿态磁选出的渣铁品位太低,同时湿法降低粉磨效率,限制了产品铁粉品位的提高,但铁的回收这一方面也基本可以说实现了有效利用。没有实现高附加值利用的是钢渣这部分。钢渣高附加值利用及零排放如果放弃湿法粉磨,也就放弃了目前较为成功的湿法回收铁的方式。干法粉磨回收铁可以达到目前湿法回收铁的水平吗?要实现钢渣高附加值利用及零排放,绝不可以仅仅局限于钢渣这一块。因为除了要做好钢渣这一块的攻关,还必须另外找到一种铁的回收方法,要求达到或超过目前湿法回收铁的水平。可以说,钢渣高附加值利用及零排放的开发工作,其中心在于钢渣这一块,而任务和压力也尽在钢渣这一块。

钢渣高附加值利用及零排放的途径并不多。主要是:第一步,干式粉磨提取铁;第二步,继续粉磨,制成钢渣微粉,或采用“凝石”专利技术,加入“成岩剂”,与其他材料一起继续粉磨,生产名为“凝石”的胶凝材料。我们选择的钢渣微粉模式,是目前最简便有效的方案之一。这是一个明智的选择。

《总体工艺方案》中,我们已经明确了两级粉磨(包括预粉磨一级粉磨)的工艺思路。其中一级磨机设计为闭路流程,二级为开路。而预粉磨一级方案,预粉磨选用V型选粉机(或筛机)形成闭路操作,终粉磨也为开路。如果二级磨机(终粉磨)采用闭路流程,一方面选粉效率大幅度下降,或虽然不是大幅度下降,但选型规格大几倍;另一方面,粗粉太细,没有适宜的磁选设备,磁选方案作不出,而不磁选呢,铁将在磨内持续积累,磨机粉磨能力持续下降,直至丧失殆尽。下面我们讨论一下二级磨机(终粉磨)采用闭路操作时的情况。

二级磨机(终粉磨)的选粉机只能采用高效选粉机。根据选粉机的工作原理,如果保持单位气流中的物料颗粒数目相同,才可能保持相当的选粉效率。换句话说,要保持相当的选粉效率,选粉风量(选粉机规格)要与处理的粉料颗粒数目成正比。如果要取得与水泥选粉机相当的选粉效率,那么,钢渣微粉拟选型的选粉机规格要多大呢?下面,我们以上述观点来作出推算。

钢渣微粉的比表面积为450m2/kg,假设水泥产品的比表面积为320 m2/kg。首先由Anslem建议式计算出各自的特征粒径,再由RRB方程式经推导和求导得到颗粒百分含量与粒径的关系函数,然后得出粒径的颗粒数表达式,对此表达式进行积分,求得两种粉体的颗粒数目,进而计算出颗粒数目的比值。如表1。

表1:450 m2/kg的钢渣微粉与320 m2/kg的水泥及380 m2/kg的矿渣粉,单位质量的颗粒数比

均匀性系数
 钢渣微粉:1
水泥:1

矿渣粉:1
 钢渣微粉:0.95
水泥:0.95

矿渣粉:0.95
 钢渣微粉:0.9
水泥:0.95

矿渣粉:0.95
 钢渣微粉:0.9
水泥:0.9

矿渣粉:0.9
  
 
计算区间(μm)
 >0.5
 >1
 >0.5
 >1
 >0.5
 >1
 >0.5
 >1
  
钢渣微粉颗粒数/水泥颗粒数
 3.75
 2.74
 3.12
 2.39
 2.39
 1.95
 2.66
 2.13
  
钢渣微粉颗粒数/矿渣粉颗粒数
 2.97
 2.29
 2.54
 2.04
 1.95
 1.66
 2.23
 1.85
  


可见,如果只计算0.5μm以上的颗粒,相同质量的钢渣微粉的颗粒数将至少是水泥的2.4倍。那么,选粉风量也将至少是2.4倍。以20t/h的台时产量计算,水泥选粉机可选N500,而钢渣微粉选粉机将选型为N1500。配套风机电机由37kW增至110kW(这还是比较保守的计算),选粉单耗也由3kWh/t,提高到7.5 kWh/t(假设转子电机不变的情况下。其实电机可能要增容),净增4.5 kWh/t。由于钢渣微粉0.5μm以下的颗粒数远多于水泥,实际的选粉风量可能更大,选粉单耗将增加更多。而且从另一方面来说,提供了足够的选粉风量,钢渣微粉也未必能达到水泥颗粒的分散效果。因为颗粒越细,越容易粘附在一起,也就越不易分散开来,选粉效率也越易下降。所以说,付出了较高的投资及电耗的代价,也是不可能完全消除选粉效率下降的趋势的。

就算选粉机达到了预期的效果,但铁将在磨内快速积累,粉磨作业也将不能正常连续地进行下去。因为经过一段时间后,研磨体之间的大部分空间被铁粒子所占据,研磨体越来越难以接触到越来越少的钢渣颗粒以实施粉磨作用。第二级闭路作业、一级方案终粉磨闭路作业时,一定的时间后,磨内物料将全为铁粒子。下面以静态的方式,计算出了这个时间值。

主要计算依据:1)磨内球料比统一按9kg/kg计算;2)第二级入磨物料含铁0.8%,产品含铁0.2%,磨内研磨体45t,台时产量按18t/h;3)一级方案终粉磨机入磨物料含铁1.2%,产品含铁也按0.2%计,研磨体64t,台产按16t/h计算。

计算的时间分别为46.3h及44.4h。实际生产时,持续减少喂料,这个时间有所延缓。但其实磨内物料远未达到全为铁粒子的状态之前,已经完全无法正常生产,需要停车排除故障了。况且停车之前的持续减少喂料,本身也不是正常的生产操作状态!

不论是两级粉磨还是预粉磨一级粉磨,终粉磨宜用开路流程,这一点已经明确了。但虽然同为开路作业,两种方案仍存在较大的差异。主要是作业量大有不同。二级磨担负的粉磨任务相对小得多,而一级方案中的磨机担负着绝大部分的粉磨任务。因而二级磨机的过粉磨现象轻得多,一级方案中磨机的过粉磨状态较为严重。

两级粉磨与一级方案的不同之处还在于,一级磨与预粉磨的出磨物料完全不同。一级磨出料渣、铁完全分离,直接提取回收粒子铁,同时钢渣粉除铁彻底,因而细磨易于进行,微粉产品铁含量极低。预粉磨出料渣、铁基本未分离,为了保证终粉磨机的正常运行,必须适当增大磁力,以选出尽可能多的铁(能不能达到选后钢渣铁含量1%左右,很成问题!)。这将带起不少的钢渣粉;由于渣、铁基本未分离,选出渣铁时已经同时带出了更大一部分钢渣,带出钢渣的总比例将远高于以前计算的21.9%。浪费了钢渣粉不说,关键是渣铁的品位降低了。这些渣铁仍然需要球磨机(或钢渣半自磨机)进行粉磨,才能提取回收粒子铁产品。这增加了周转和工序不说,入终粉磨机的钢渣粉铁含量较高,使过粉磨状态本来就较为严重的磨机进一步浪费一定的粉磨功。

两种方案的另外一个不同之处是,一级磨机与预粉磨机两者的研磨体总量相差很大,一级磨机由于研磨体较多,磨损对产、质量的影响较小,因而一级磨机工艺线稳定性较好;而预粉磨机磨损件太少,因而磨损的相对速度快,对产、质量的影响较大,所以预粉磨的工艺稳定性较差。特别是影响到终粉磨,难以调整并保持在较佳的工艺操作状态。

唯一的显示预粉磨方案优越性的不同之处是,预粉磨采用不同于球磨机粉磨方式的挤碾压方式粉碎物料。节省了一定的能量,也可能使粉碎物料的易磨性有所改善。但估计这都被终粉磨较严重的过粉磨过程所抵消,甚至透支。

这么说来,预粉磨一级粉磨方案,虽然也是有可行性的方案,但两级粉磨方案与之相比具有多方面的优越性。在常规水泥粉磨中,两级工艺比一级工艺,单耗略有提高。显然,粉磨320 m2/kg的水泥,一级工艺是最佳的选择。但当一级工艺担负450 m2/kg的粉磨任务时,由于450 m2/kg比320 m2/kg高出许多,情况发生了较大的变化。一级工艺不在最佳状态是不容置疑的,可能根本上就是在勉为其难。当由两级工艺来承担450 m2/kg的粉磨任务时,各级的粉磨任务都相当于生料或水泥粉磨,看来更适宜一些。彼消此长,对于钢渣微粉来说,两级工艺与一级工艺的经济技术指标对比情况,与水泥粉磨时的情形相对照,已经发生了根本性的改变。我们的观点是,这时两级工艺将优于一级工艺。我们以为持此观点不会产生大的差错。粉磨需要两级工艺,而其中的一级符合除铁的要求。既然两方面的工艺任务同时得以满足,于是,我们将两级粉磨方案确立为钢渣微粉工艺的首选方案。

预粉磨一级粉磨方案只能采用开路流程,产量低、能耗高,经济技术水平低;两级粉磨方案不仅是粉磨及除铁进程的需要,而且巧妙地采用了闭路工艺,大大提高了工艺技术水平,其思路是方案设计的精华之所在。而且还有,选粉机使一级磨机除铁和粉磨两方面作用相互促进、相得益彰;而从全局来看呢,则有回收铁、提高产量、节能降耗三方面的优势。这样一来,一级磨机闭路系统部分,实在是钢渣微粉工艺设计中的经典之笔。

在前面的论述中,我们将两级粉磨方案确立为钢渣微粉的首选工艺时,实际上是在假设一级磨机为球磨机或钢渣半自磨机的情况下进行的。其他的磨机,如进口及引进国产立磨,作为一级磨机时,出磨物料虽然比“渣铁基本未分离”的情况好一些,但分离的效果实在也是很差的。而且极易出现过负荷,产生操作波动、磨机震动,故障率太高,磨辊及磨盘磨损也较大。虽然理论上较为节能,但从可行性方面来说,不能选用。至于华式立磨、柱磨机、辊压机、环辊磨以及鼎盛PCF细碎机等已被列为预粉磨主机。而且推荐技术相对成熟的华式立磨、柱磨机、辊压机等设备,这些主机的出料都是可以由V型选粉机分选的。

至此,我们讨论的两级粉磨方案实际上已将一级磨机选定为球磨机或钢渣半自磨机,而二级磨机当然都是管磨机,并且后者管磨机的长径比要大一些。这两个两级粉磨方案,球磨机技术更成熟,因此球磨机–管磨机系统是第一方案;而钢渣半自磨机–管磨机系统是第二方案。在讨论的所有可行性方案中,华式立磨–长管磨被我们确立为预粉磨一级方案中的第一方案(因为我们用它做过钢渣粉磨的工业试验),因而是钢渣微粉工艺的第三方案。

下面我们不妨着重对球磨机–管磨机两级方案的技术特点,简要地加以补充说明。

一级球磨机出料细度设计为30~50%,容易达到,这时选粉机的粗粉细度为60~80%,方便了磁选作业的正常高效。再细,不利于磁选。粗一些的话,没能分离更细小的铁,不利于除铁;而且二级磨机粉磨任务重,综合能耗上升。所以说,一级磨机的出料细度具有双重意义。既决定着磁选作业是否正常,又决定着两级磨机的粉磨任务分配,从而左右整个粉磨过程的技术水平。在保证磁选作业简便高效的前提条件下,在一系列磁选工业试验的基础上,将一级磨机的出料细度尽量降低是我们设计的宗旨。

一级球磨机为单仓,出料篦缝12~20mm,比喂料最大粒径大,避免了分离出的铁引起的堵塞,有效地保证了磨内料流通畅。同时由于篦缝不是太大,因而可以配入一定量的小规格研磨体,保证了足够的研磨能力从而保证了足够的出料细度。

一级球磨机与旋风式选粉机组成闭路流程。选粉机除了前述报告中论述的除铁优势外,更具有的粉体分级本色功能,使一级磨机产量提高,单耗降低;同时使二级磨机入料更细更均匀,减轻了二级磨机的过粉磨现象。根据闭路系统产量提高20%,单耗降低15%的一般统计经验,一级磨机采用闭路流程后,钢渣微粉的粉磨电耗估计节省量为(15*E)%。显然,一级磨机吸收的功率越多(也就是出料越细),节能越多。比如,一级磨机吸收50%的粉磨功,则整个粉磨过程的单耗节省7.5%。另外,由于采用了一级球磨机闭路工艺,二级磨机的喂料已经很细,篦缝可以设计的很小,有利于细粉磨的进程。也同时使二级磨机采用合肥院高细高产磨有了可能。如果采用高细高产磨,增产、节能将达到最佳效果,而工艺也将是十分优秀的。

关于钢渣矿渣复合粉提案,钢渣、矿渣混合入磨不是好的工艺路线。由于粉磨特性不同,分别设计不同的生产线才能实现最高的节能目标。适于矿渣粉磨的流行方案是进口及引进国产立磨终粉磨系统,磨内烘干,不单独设置烘干工序。虽然目前还存在一些技术问题,但基本上是成功的。定论的方案是立磨(或辊压机)预粉磨管磨机终粉磨系统,也可以不单独设置烘干工序。这些都是节能幅度较大的优秀方案。

如果以钢渣微粉工艺线在不同的时段分别粉磨钢渣微粉及矿渣粉,再配制生产复合粉,情况又如何呢?

假设矿渣粉细度为380 m2/kg,相对易磨性指数为0.65;钢渣微粉细度450 m2/kg,相对易磨性指数0.8;常规水泥细度假设为320 m2/kg。根据水泥磨机单耗与比表面积的经验关系式,推导并计算出三种产品的单位粉磨电耗。如表2。

表2:矿渣粉、钢渣微粉、水泥单位粉磨电耗计算值

粉磨产品
 矿渣粉
 钢渣微粉
 水泥
 
单耗(kWh/t)
 64.2
 65.0
 33.4
 


可见,从粉磨单耗方面来说,矿渣粉其实需要与钢渣微粉同样的粉磨进程才可以制成,它们的粉磨任务几乎都是水泥的两倍,所以用两级水泥磨机串联生产再合适不过,也就是说两级粉磨比一级方案其实更适合于它们,正如前面所说的那样。但从磨内物料的颗粒分布方面来看,矿渣粉与钢渣微粉的粉磨进程还是存在一定的差别的。

下表是假设矿渣粉、钢渣粉、水泥的均匀性系数分别为0.92、0.90、0.95时,计算的三种粉体各粒径区间的颗粒数。图1将它们的颗粒分布以平滑曲线来表示。
 
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