信阳钢铁年产80万 t矿渣微粉生产线设计

2021-08-23董鲁闽代伟林王新博解启明乔利阳

矿山机械 2021年8期

董鲁闽，许勇，代伟林，王新博，解启明，乔利阳

1中信重工工程技术有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 471039

矿渣是高炉冶炼生铁时排出的工业废渣，每生产1 t 生铁，大约要排出 400～ 500 kg 的矿渣。如果将矿渣粉磨成细粉，就可以将其活性激发出来，既可以根据需要调整细度及掺量配置成水泥出售，也可以直接作为产品供混凝土生产掺用，达到变废为宝、节能减排和工业固废循环利用的目的，也符合我国钢铁工业结构调整的政策。

信阳钢铁有限责任公司年产80万 t矿渣微粉工程是中信重工机械股份有限公司承接的一个矿渣微粉生产线总包项目，该生产线经过 4 个月的设计、近1 年的建设和 3 个月的试运行，目前整个系统运行稳定，各项性能指标已达到合同约定要求。

笔者对该项目的生产工艺选择和主机设备选型、生产工艺流程设计、全厂物料平衡和立磨系统热量平衡计算以及生产工艺系统优化进行了分析。

1 生产工艺选择和主机设备选型

该项目选择立磨粉磨生产工艺，立磨粉磨工艺相比球磨工艺具有系统简单、调节灵活、占地面积小、生产的矿渣微粉颗粒形状规则的特点；此外，立磨维修工作量小、土建投资低、系统电耗低[1]。

项目主机设备选用由中信重工设计并制造的高效节能的 LGMS4521 型矿渣立磨，其技术参数如表 1 所列[1]，立磨现场照片如图 1 所示。关键的工艺设备如表 2 所列。

表2 关键工艺设备Tab.2 Key process equipments

图1 立磨现场照片Fig.1 Site photos of vertical mill

表1 LGMS4521 型矿渣立磨技术参数Tab.1 Technical parameters of LGMS4521 slag vertical mill

2 矿渣微粉生产工艺流程设计

该生产线生产工艺主要由矿渣储存、破碎及输送系统，矿渣粉磨及输送系统，矿渣微粉储存及输送系统组成。

2.1 矿渣储存、破碎及输送系统

矿渣储存、破碎及输送系统工艺流程如图 2 所示。湿矿渣通过汽车从信阳钢铁有限责任公司运送至长 107 m、宽 70 m 的矿渣堆棚。矿渣堆棚的储量为20 000 t，堆棚内设 6 个矿渣受料斗，用桥式抓斗起重机向受料斗送料，受料斗上设钢格栅以剔除大块料，受料斗下设定量给料机，通过输送带将矿渣运至筛分楼，大块板结的筛上料进入式破碎机，破碎后的物料及筛下料由输送带送至粉磨系统。在 2 条带式输送机上方均设有永磁自卸式除铁器，排除矿渣中的大块金属铁。

图2 矿渣储存、破碎及输送系统工艺流程Fig.2 Process flow of slag storage,crushing and conveying system

2.2 矿渣粉磨及输送系统[2]

矿渣粉磨及输送系统工艺流程如图 3 所示。入磨物料经螺旋输送机喂入立磨，在磨内进行烘干、粉磨和选粉。喂入磨机的矿渣在磨盘和摊铺板的共同作用下在磨盘上形成一定厚度的料层，受到磨辊的挤压作用而被粉磨，粉磨后的矿渣微粉受到热气流的剪切、烘干、气力输送和重力分级等的多重作用，一部分被送入位于立磨上部的高效动态选粉机，分选出粗粉和细粉；另一部分从排渣口排出。其中粗粉返回到磨盘上再次粉磨；细粉 (即成品) 随出磨气体进入主袋收尘器收集，由空气输送斜槽、斗式提升机等输送设备送入矿渣微粉库。选粉机可通过变频调速来调整成品的细度，选粉机转速越快，成品的细度越高。

图3 矿渣粉磨及输送系统工艺流程Fig.3 Process flow of slag grinding and conveying system

磨机正常运转时，从排渣口排出的物料经过电子皮带秤的称重计量、永磁自卸除铁器的除铁、斗式提升机的物料输送后送入磨机喂料输送带，和原料一起入磨重新粉磨；如果磨机出现非正常运转，排出大量物料超过磨机正常粉磨能力时，可通过设在斗提机出料口的三通阀外排。

出磨含尘气体经高效袋收尘器除尘后，一部分经烟囱排入大气，另一部分与热风炉提供的热风混合，作为循环风重新返回立磨，以减少系统的热损失。设计立磨主收尘器的过滤风速不大于 0.70 m/min，滤袋材质要适应矿渣粉磨的生产工况。

立磨内设喷水系统，根据物料及磨机运行情况适时开启或关闭喷水，以改善磨机运行工况[2]。粉磨系统的主风机采用变频控制，为便于检修布置于露天，电动机设防雨棚。烘干用热风由燃气热风炉提供，燃料为高炉煤气，热值为 3 140 kJ/Nm3。

2.3 矿渣微粉储存及输送系统

矿渣微粉储存及输送系统工艺流程如图 4 所示。合格的矿渣微粉经空气输送斜槽、提升机送入 2座22.5 m矿渣微粉库内储存，总储量为 30 000 t，储存期为 11 d。矿渣微粉库内设有开式充气箱，充气所需气源由罗茨风机供给，通过充气控制装置对库内的矿渣微粉充气，对物料进行均化和流态化卸料。每个库底均设有 2 套汽车散装机，并配置 2 套汽车衡，装车系统具备定值灌装功能，可将成品直接装车。

图4 矿渣微粉储存及输送系统工艺流程Fig.4 Process flow of slag powder storage and conveying system

3 物料平衡和立磨系统热量平衡计算

通过全厂物料平衡和立磨系统热量平衡计算可以得出物料、燃料进厂和产品出厂的需要量和生产量，可以作为工艺设计中选择主机和辅机规格的依据，以及厂内外总图设计的依据，也可作为计算产量成本的依据。该生产线按照每年生产300 d 计算，全厂物料平衡如表 3 所列，立磨系统热量平衡如图 5 和表 4 所列。

表3 物料平衡计算Tab.3 Calculation of material balance

表4 立磨系统热量平衡计算Tab.4 Calculation of thermal balance of vertical mill system

图5 立磨系统热量平衡示意Fig.5 Sketch of thermal balance of vertical mill system

4 生产工艺系统优化

4.1 矿渣储存、破碎及输送系统

该项目是信阳钢铁有限责任公司矿渣微粉生产线的三期工程，与一、二期工程不同，在湿矿渣堆棚内增设了 2 台桥式抓斗起重机。相比铲车上料、抓斗上料，增加了场地利用率和矿渣堆棚的有效储量，节省了运营成本。另外在振动筛后方增加了 1 台式破碎机，筛上大块料可以直接喂入破碎机进行破碎，破碎后的料通过带式输送机转运至粉磨系统，避免了大块料对场地的占用以及倒运流程，降低了工人的工作负荷，减轻了环境污染。

针对一、二期项目除铁效果不佳，导致部分铁物进入磨内，对磨盘和磨辊产生磨损的问题，三期项目中将带式输送机头部传动滚筒设置成永磁滚筒，筒表磁场强度达到 4 000 Gs，并在永磁滚筒下方增设了一个排铁溜管。从现场调试情况看，这些举措帮助系统排出了大量铁渣，有效降低了进入立磨的含铁量，保护了磨盘和磨辊，提高了其使用寿命。

4.2 矿渣粉磨及输送系统

本系统是整个项目的核心。在一、二期工程中，立磨采用回转下料阀喂料，在下料阀至立磨的溜管上设置了 4 台空气炮，主要是为防止立磨外循环排出的干料和新喂入的湿料混合后导致溜管处堵料，但是实际运行效果不佳，堵料情况时常发生，且空气炮需要频繁动作。在三期工程中，立磨采用了螺旋输送机喂料，这种喂料方式可直接将矿渣喂入立磨的磨盘中心，彻底避免了堵料情况的发生，并节省了 4 台空气炮。另外，在一、二期工程中，喂料楼上设置了一座返料钢仓，以备立磨运行异常时临时储料用。在三期工程中，取消了喂料楼上的返料钢仓以及仓下的闸板阀和定量给料机，异常返料直接通过溜管排放到喂料楼外的物料存放处，定期进行铲车清运。通过此优化设计，简化了工艺流程，节省了土建费用和设备采购成本，使得中控操作更加简单易行，减少了运行维护的工作量。

4.3 矿渣微粉储存及输送系统

相对于中标阶段采用的 2 座 IBAU 型钢筋混凝土中心室均化库 (以下简称“IBAU 库”)，在施工图设计阶段更改为 2 座22.5 m×57.5 m CP 型钢筋混凝土锥形混合室库 (以下简称“CP 库”)。CP 库的特点是：下部中心部位设一个圆锥形混合室，在混合室内和周围环形区都装有充气箱。矿粉经库顶分配器和放射状分布的小斜槽进入库内形成大致水平状料层，卸料时轮流向环形区一个小范围通入空气，使部分矿粉流向中心混合室。在由上至下的流动过程中，切割水平料层而产生重力混合作用，进入混合室后又因混合室内的连续充气搅拌而达到均化目的[3]。将 IBAU 库改为 CP 库，在保证储量、储期和均化效果基本不变的情况下，降低了土建、安装及设备采购成本，节省了投资，具体包括：取消了库底的轴流风机、矿渣微粉计量仓及其荷重传感器；大幅减少了阀门和空气输送斜槽数量；降低了库底袋收尘器、离心风机的规格。