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(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，廢棄資源日益增多，環(huán)境負(fù)擔(dān)日益嚴(yán)重，提高廢棄物再循環(huán)的利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染成為新的發(fā)展目標(biāo)。2013年1月山東煒燁新型建材有限公司與中材裝備集團(tuán)有限公司簽訂了國(guó)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(yùn)行平穩(wěn)、可靠，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，填補(bǔ)了國(guó)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本文將對(duì)TRMS型鎳渣輥磨的技術(shù)特點(diǎn)、性能和粉磨工藝流程等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，供大家參考。

廢棄資源；鎳渣；輥磨；經(jīng)濟(jì)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(jì)效益；同時(shí)經(jīng)過(guò)篩選的成品微粉摻入水泥中，形成復(fù)合水泥，可大大增加經(jīng)濟(jì)效益及廢棄資源利用率，減少這些廢渣對(duì)土地的占用和對(duì)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(tuán)有限公司簽訂了國(guó)內(nèi)首條用于鎳鐵渣粉磨的生產(chǎn)線總承包合同。本項(xiàng)目年產(chǎn)60萬(wàn)噸鎳渣微粉，核心設(shè)備為中材裝備集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)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(chē)運(yùn)輸儲(chǔ)存于露天堆場(chǎng)中，由鏟車(chē)上料經(jīng)篩板入地坑，經(jīng)計(jì)量皮帶秤、皮帶輸送機(jī)和螺旋給料機(jī)喂料至磨盤(pán)上，恒速旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)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(jìn)入粉磨區(qū)域前先進(jìn)行預(yù)壓實(shí)、排氣，同時(shí)料床上的物料受到3個(gè)磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細(xì)的物料在磨盤(pán)邊緣處被從風(fēng)環(huán)進(jìn)入的熱氣體帶起并進(jìn)入到選粉機(jī)中進(jìn)行分選（動(dòng)靜態(tài)組合式高效選粉機(jī)能有效調(diào)節(jié)鎳渣微粉細(xì)度，產(chǎn)品比表面積可以控制在4000～5000cm2/g范圍內(nèi)），合格細(xì)粉被袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤(pán)再次粉磨；大顆粒物料（包括鎳鐵）在風(fēng)環(huán)處落入進(jìn)風(fēng)道，通過(guò)吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)。在此過(guò)程中，物料與熱氣體進(jìn)行了充分熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，按工藝要求操作，通過(guò)選粉機(jī)分選的合格細(xì)粉水分能控制在<0.5%。部分難磨的大顆粒物料落入風(fēng)環(huán)，通過(guò)吐渣口進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)干式磁選機(jī)選鐵排出后，再次進(jìn)入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過(guò)空氣輸送斜槽、提升機(jī)等設(shè)備送入到成品庫(kù)中。

磨機(jī)通風(fēng)和烘干需要的熱空氣由熱風(fēng)爐提供，熱風(fēng)通過(guò)管道進(jìn)入磨機(jī)，出磨氣體通過(guò)收塵器凈化后由系統(tǒng)風(fēng)機(jī)送出，一部分排入大氣，另一部分循環(huán)入磨。圖1為T(mén)RMS43.3鎳渣粉磨系統(tǒng)流程簡(jiǎn)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(guò)磨輥、磨盤(pán)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)研磨鎳渣的機(jī)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(wàn)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(diǎn)

3.1 TRMS型鎳渣輥磨的工作原理

TRMS型鎳渣輥磨本體由傳動(dòng)裝置、磨盤(pán)裝置、磨輥裝置、搖臂裝置、機(jī)架、進(jìn)風(fēng)道、中殼體、分離器、操作平臺(tái)、加壓裝置、翻輥裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)等部件組成。

輥磨的工作原理為：物料通過(guò)輸送皮帶，經(jīng)過(guò)螺旋給料機(jī)下落到磨盤(pán)中央，磨盤(pán)在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)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(jìn)行碾壓，在磨盤(pán)邊緣物料被甩出磨盤(pán)，一部分通過(guò)風(fēng)環(huán)進(jìn)入磨內(nèi)的熱氣體將物料送入分離器進(jìn)行分選，在此過(guò)程中物料與熱氣體進(jìn)行了充分的熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，通過(guò)調(diào)節(jié)分離器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)控制成品細(xì)度，不合格的物料被送回至磨盤(pán)再次粉磨。另外一部分粗顆粒掉落下來(lái)，通過(guò)刮料裝置送入磨外，再通過(guò)輸送和提升裝置重新送入磨內(nèi)粉磨，如此循環(huán)往復(fù)，完成研磨作業(yè)全過(guò)程。

3.2 TRMS型鎳渣輥磨的特點(diǎn)

TRMS43.3鎳渣輥磨采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在吸收原有國(guó)外礦渣、水泥輥磨成熟技術(shù)的同時(shí)，又進(jìn)行了多項(xiàng)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(yùn)行情況

4.1 系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

鎳渣輥磨系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)的研磨壓力；選粉機(jī)密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)風(fēng)溫和風(fēng)量；磨輥與磨盤(pán)、擋料圈的情況等。在實(shí)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(lái)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(xué)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(xué)成分，%

表3 磨機(jī)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?；郀t渣相比，存在著鐵、MgO含量較高、渣為酸性等特點(diǎn)。因此，如果摻入水泥或混凝土中使用，其水化產(chǎn)物會(huì)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(huì)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(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性有較大影響，根據(jù)實(shí)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(shí)該磨機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，產(chǎn)量可以達(dá)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(guò)調(diào)節(jié)磨內(nèi)噴水裝置噴水量來(lái)穩(wěn)定料層、減小磨機(jī)的振動(dòng)、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(huì)發(fā)生較大變化，因此在操作時(shí)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(shí)，喂料量、風(fēng)溫和風(fēng)量的變化所產(chǎn)生的磨機(jī)振動(dòng)、回料量大小及磨輥位置問(wèn)題；不同水分的混合物料粉磨時(shí)所需額外噴水量，以保持料床穩(wěn)定；由于對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等。

通過(guò)對(duì)鎳渣生產(chǎn)線系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了同類(lèi)產(chǎn)品的國(guó)際先進(jìn)水平，調(diào)試期間磨機(jī)的運(yùn)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(guò)近三周的調(diào)試，其主機(jī)設(shè)備和工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，生產(chǎn)運(yùn)行日趨穩(wěn)定。成品在90t/h時(shí)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(wèn)題。山東煒燁新型建材有限公司聘請(qǐng)了第三方北京科技大學(xué)對(duì)TRMS43.3鎳渣輥磨的成品進(jìn)行了性能檢測(cè)，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(jiàn)表5。其中<3μm的超細(xì)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(cè)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(cè)定結(jié)果。

5.2 成品流動(dòng)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(duì)粉磨試驗(yàn)獲得的三種比表面積的鎳鐵渣微粉分別進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表7。

5.3 成品特性

經(jīng)過(guò)以上對(duì)電爐鎳鐵渣的試驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論：

（1）電爐鎳鐵渣的化學(xué)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(huì)因?yàn)镸gO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(guò)程應(yīng)采用某種方法及時(shí)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(jī)電耗和煤耗

表5 鎳渣成品顆粒級(jí)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(dòng)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(duì)比表面積300m2/kg、 400m2/kg、500m2/kg以上的電爐鎳鐵渣微粉進(jìn)行了技術(shù)指標(biāo)測(cè)定，結(jié)果表明，除活性指數(shù)難以滿足同級(jí)技術(shù)指標(biāo)外，其余指標(biāo)均滿足國(guó)標(biāo)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(jí)別的技術(shù)指標(biāo)要求，但比表面積＞400 m2/kg的電爐鎳鐵渣微粉可降級(jí)作為S75級(jí)別的微粉使用。同時(shí)，降低電爐鎳鐵渣對(duì)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(duì)水泥的替代率分別降低到40%、30%、30%，則可分別滿足S75、S95、S105級(jí)別的國(guó)標(biāo)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)中材裝備集團(tuán)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(jī)系統(tǒng)設(shè)備及工藝參數(shù)不斷得到優(yōu)化，生產(chǎn)運(yùn)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(guò)外排后的磁選機(jī)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)輥磨在鎳鐵廢渣微粉處理領(lǐng)域的空白。

[1]姚丕強(qiáng)，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(jìn)展[N].中國(guó)建材報(bào)，2006.

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

超耐磨1200h只消耗1.8mm更節(jié)能?chē)嵥喙?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(yùn)行更穩(wěn)定，更耐磨，更節(jié)能，性價(jià)比非常好?！边@是5月上旬在河北召開(kāi)的一次超級(jí)耐磨輥套技術(shù)交流會(huì)上，國(guó)內(nèi)一家知名水泥集團(tuán)企業(yè)對(duì)中鋼集團(tuán)邢臺(tái)機(jī)械軋輥有限公司（下稱中鋼邢機(jī)）和中材裝備集團(tuán)有限公司（下稱中材裝備）聯(lián)合研制的超級(jí)耐磨復(fù)合輥套產(chǎn)品的肯定。用戶突出的使用業(yè)績(jī)，使“中鋼邢機(jī)超耐磨輥套”被迅速叫響。

復(fù)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(fù)合輥套的耐磨性和抗沖擊性?！币患覅?huì)建材裝備企業(yè)代表如是說(shuō)，“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(jìn)行堆焊修復(fù)，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(huì)掉塊，可修復(fù)性還差。這次來(lái)參會(huì)，就是想看看會(huì)議推介的中鋼邢機(jī)、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超級(jí)耐磨輥套，是怎樣的耐磨法?！?/p>

中鋼邢機(jī)、中材裝備近年聯(lián)合研制的超級(jí)耐磨復(fù)合輥套，采用了目前世界上最先進(jìn)的高合金鋼多重離心復(fù)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(qiáng)。與傳統(tǒng)工藝制造的輥套相比，在實(shí)際使用中能夠承受更大的變動(dòng)載荷，且磨損小、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)。

“在水泥行業(yè)，這種制造技術(shù)絕對(duì)是一項(xiàng)創(chuàng)新。一比較你就會(huì)知道，使用效果非常好?！苯鹩缂瘓F(tuán)鹿泉鼎鑫水泥有限公司副總經(jīng)理李太功不無(wú)贊賞地說(shuō)：“我們企業(yè)去年7月投產(chǎn)的1814水泥生產(chǎn)線，因?yàn)楣て谠?，最初用的是堆焊輥套，今?月?lián)Q成中鋼邢機(jī)、中材裝備共研的超耐磨輥套。我們測(cè)算了一下，到這次來(lái)參會(huì)前，他們的超耐磨輥套已經(jīng)累計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，堆焊輥套每使用20天到3個(gè)月，就必須在線修復(fù)1次，磨損量達(dá)6mm。6～8個(gè)月離線大修1次，大修3次，輥套就報(bào)廢了。而中鋼邢機(jī)、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(huì)期間，筆者隨行來(lái)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(zhǎng)1.7m的中鋼邢機(jī)、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(jī)上避峰就谷，安靜地停機(jī)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(jī)，使用中，輥套的工作效率遠(yuǎn)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(jìn)行了首次修復(fù)，修復(fù)時(shí)不用停產(chǎn)，修復(fù)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(fèi)用。

高耐磨、高節(jié)能、可再造。好的性能、實(shí)實(shí)在在的使用效果，讓中鋼邢機(jī)、中材裝備聯(lián)合研發(fā)的超耐磨輥套在這次交流會(huì)期間，迅速贏得了眾多參會(huì)水泥建材企業(yè)的青睞，交流會(huì)還沒(méi)結(jié)束，已經(jīng)有好幾家國(guó)內(nèi)外企業(yè)向他們表達(dá)了合作意向?！拔覀兪窃诓痪们暗谋本﹪?guó)際水泥技術(shù)及裝備展會(huì)上聽(tīng)說(shuō)他們的超耐磨輥套的，這次實(shí)地考察了他們企業(yè)的制造能力，實(shí)地觀摩了他們超耐磨輥套的使用效果，我們已經(jīng)準(zhǔn)備改用他們的超耐磨輥套?！?/p>

隨著我國(guó)建材行業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展，用科技力量實(shí)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(shí)。在這次交流會(huì)上，面對(duì)撲面而來(lái)的認(rèn)可、贊譽(yù)和青睞，中鋼邢機(jī)、中材裝備參會(huì)代表越發(fā)信心篤定，交流會(huì)結(jié)束時(shí)，中鋼邢機(jī)異型軋輥公司負(fù)責(zé)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(lái)，我們要給水泥生產(chǎn)企業(yè)帶去更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。”

（李云芳王海洋供稿）

TQ172.632.5

A

1001-6171（2014）04-0037-04

中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；

2014-02-26；編輯：趙蓮