張　莉

提高氧化鋁熟料粉磨效率途徑的探討

Discussion of Way to Improve Grinding Efficiency of Alumina Clinker

張莉

本文針對(duì)山西某氧化鋁車間熟料球磨機(jī)粉磨效率低下難題，通過對(duì)水泥廠預(yù)粉磨應(yīng)用技術(shù)調(diào)研，探討利用水泥輥磨預(yù)粉磨技術(shù)提高球磨機(jī)效率的可行性。同時(shí)通過粉磨理論計(jì)算，提出滿足系統(tǒng)增產(chǎn)節(jié)能工藝的方法和新途徑，促進(jìn)氧化鋁行業(yè)節(jié)能降耗新型粉磨技術(shù)的發(fā)展，對(duì)氧化鋁原料及熟料的粉磨具有很大的指導(dǎo)意義。

氧化鋁熟料；輥磨預(yù)粉磨；水泥磨；選粉機(jī)

1　前言

山西某鋁廠是上世紀(jì)80年代以來建成投產(chǎn)的大型氧化鋁生產(chǎn)基地，年產(chǎn)120萬噸氧化鋁，是亞洲最大的氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，規(guī)劃將來達(dá)到年產(chǎn)200萬噸的氧化鋁生產(chǎn)能力。一分廠生產(chǎn)工藝采用國內(nèi)較為成熟的混聯(lián)法（拜耳法+燒結(jié)法）生產(chǎn)工藝。鋁土礦礦石經(jīng)過拜耳法提取氧化鋁后的赤泥經(jīng)過燒結(jié)，進(jìn)入燒結(jié)法提取氧化鋁工藝。燒結(jié)法共有6臺(tái)燒結(jié)窯，熟料進(jìn)入后續(xù)的溶出磨作業(yè)。共有溶出球磨機(jī)8臺(tái)，規(guī)格為?2700mm× 3600mm格子型球磨機(jī)，與? 2400mm×8940mm單螺旋分級(jí)機(jī)組成閉路磨礦系統(tǒng)。

溶出磨主要處理燒結(jié)熟料，并在磨礦過程中添加溶出劑，磨礦過程中發(fā)生放熱反應(yīng)。目前球磨入磨粒度≤50mm，最大達(dá)80mm。磨礦濃度85%左右，溫度80℃左右，使用洗滌母液做磨礦液體。入磨物料以多孔狀正常燒結(jié)的熟料為最佳，密度一般要求1.0～1.1g/cm3，實(shí)際達(dá)到1.2g/cm3左右?，F(xiàn)場1號(hào)～3號(hào)磨機(jī)未安裝皮帶秤，4號(hào)～8號(hào)裝有皮帶秤，實(shí)際“6開2備”，溶出磨的整體處理量約為195t/h。

溢流產(chǎn)品粒度要求：300μm篩篩余13%，100μm篩篩余23%。

2　問題及現(xiàn)狀

該氧化鋁廠原設(shè)計(jì)中熟料鋁硅比（A/S）要求3.4～3.8，生產(chǎn)能力55t/h（實(shí)際2008年達(dá)到過65t/h）。目前隨著資源的缺乏，原礦品位下降，生產(chǎn)的原料為含鋁品位較低的赤泥，造成氧化鋁產(chǎn)量下降。為了保證氧化鋁的產(chǎn)量，生產(chǎn)中需要加大球磨機(jī)處理量。目前熟料A/S比降低到1.7左右，溶出磨處理同樣的熟料量，致使氧化鋁的產(chǎn)量下降，赤泥產(chǎn)率原為45%，目前達(dá)到了61%。為了穩(wěn)定氧化鋁的生產(chǎn)，急需將球磨機(jī)的產(chǎn)量提高到290t/h。

3　解決途徑探討

自上世紀(jì)80年代以來，碎磨領(lǐng)域最直接最廣泛并被認(rèn)可的有效技術(shù)之一就是“多碎少磨”，即盡可能降低進(jìn)入球磨機(jī)的產(chǎn)品粒度，提高磨機(jī)的粉磨效率。本文的目的如上所述，即在保證同等細(xì)度及電耗的情況下，將單臺(tái)球磨機(jī)的產(chǎn)能從30t/h提高到約50t/h，整個(gè)6套球磨機(jī)閉路系統(tǒng)的產(chǎn)量達(dá)到290～300t/h，提產(chǎn)幅度約67%。

為了降低入磨細(xì)度，該廠一度采用某制造廠提供的三輥彈簧式輥壓機(jī)作為細(xì)碎機(jī)，但由于氧化鋁熟料燒結(jié)過程中操作及溫度等變化、回轉(zhuǎn)式冷卻機(jī)排出的熟料尺寸及硬度相差較大、熟料溫度高等客觀因素，再加上所選設(shè)備結(jié)構(gòu)及原理的不適應(yīng)，無法連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而停用。經(jīng)過香港某公司組織專家多方面調(diào)研和考察，提出利用水泥輥磨預(yù)粉磨技術(shù)作為熟料進(jìn)入球磨機(jī)之前的預(yù)粉磨設(shè)備方案。該設(shè)備具有運(yùn)行平穩(wěn)、耐磨件壽命長、電耗低、耐高溫（最高可達(dá)400℃）、適應(yīng)范圍廣等特點(diǎn)，廣泛用于水泥原料、熟料預(yù)粉磨和終粉磨、煤、礦渣甚至鋼渣的終粉磨。近年來，絕大多數(shù)采用單一水泥球磨的水泥廠，開始采用輥壓機(jī)或輥磨預(yù)粉磨來降低入磨細(xì)度，達(dá)到提高水泥磨產(chǎn)量的目的。

3.1輥磨預(yù)粉磨技術(shù)介紹

水泥輥磨預(yù)粉磨是上世紀(jì)90年代在日本發(fā)展起來的一項(xiàng)旨在降低入磨細(xì)度、提高水泥磨產(chǎn)量的專業(yè)技術(shù)。其主機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

設(shè)備主要由磨輥和磨盤組成的研磨機(jī)構(gòu)，加壓搖臂、液壓缸液壓系統(tǒng)組成的加載機(jī)構(gòu)和主電機(jī)主減速機(jī)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成。磨盤在電機(jī)減速機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從給料系統(tǒng)（含緩沖倉、計(jì)量裝置、輸送機(jī)等）給進(jìn)的物料經(jīng)下料管從磨盤中間進(jìn)入磨盤，在離心力作用下向四周運(yùn)動(dòng)。此時(shí)磨輥在液壓系統(tǒng)的作用下，擠壓研磨物料。粉磨后的物料甩向外壁落入下殼體腔內(nèi)被刮板刮出，進(jìn)入分級(jí)或運(yùn)輸系統(tǒng)。分級(jí)不合格品返回磨盤再次被研磨。

圖1　輥磨預(yù)粉磨設(shè)備結(jié)構(gòu)原理

圖2　2號(hào)磨水泥粉磨系統(tǒng)工藝流程圖

3.2實(shí)際調(diào)研及實(shí)驗(yàn)研究

針對(duì)該氧化鋁廠提出的輥磨預(yù)粉磨方案，我們考察了采用這種技術(shù)粉磨水泥的山東某外資水泥廠。

這家工廠原有兩臺(tái)FLS公司?3.8m×13.5m水泥磨機(jī)（兩倉），主電動(dòng)機(jī)功率2640kW，產(chǎn)量為70t/h，生產(chǎn)美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM的T-V型水泥。為提高水泥磨產(chǎn)量，該廠于2003年引進(jìn)一臺(tái)日本熟料預(yù)粉碎設(shè)備UNP20.3輥磨。該輥磨頂部無選粉機(jī)，磨盤有效研磨直徑為2000mm，磨輥3個(gè)，加壓形式為液壓缸式，主電動(dòng)機(jī)功率為500kW。該機(jī)單獨(dú)加裝在2號(hào)水泥磨前，原熟料最大粒度為50～60mm。輥磨于2003年7月安裝完畢，正式投入使用。其工藝流程是輥磨產(chǎn)品不經(jīng)分級(jí)直接進(jìn)入球磨機(jī)，經(jīng)選粉機(jī)后合格產(chǎn)品進(jìn)入收塵器，不合格的直接返回球磨機(jī)再粉磨。

雖然入磨粒級(jí)-7mm含量從50%提高到77%，最大顆粒從53mm降低到25mm，經(jīng)過調(diào)整磨機(jī)參數(shù)和水泥磨鋼球配比等，磨機(jī)產(chǎn)能從64t/h最高提高到83.5t/h，達(dá)到提產(chǎn)30%的目標(biāo)，水泥功率消耗從38.6kWh/t降低到36.5kWh/t。

表1　預(yù)粉磨前后熟料的粒度分布

2007年，在1號(hào)磨安裝了UNP32.4型預(yù)粉磨輥磨，裝機(jī)功率1500kW。系統(tǒng)工藝流程和2號(hào)磨不同，預(yù)粉磨后經(jīng)選粉機(jī)選粉后，-0.5mm的物料作為半成品進(jìn)入水泥磨，＞0.5mm的物料返回輥磨繼續(xù)粉磨。圖3所示為安裝輥磨預(yù)粉磨的現(xiàn)場，頂部安裝了粗粉選粉機(jī)。

圖3　1號(hào)磨水泥輥磨預(yù)粉磨安裝現(xiàn)場

1號(hào)磨原始產(chǎn)量約70t/h，安裝預(yù)粉磨后，產(chǎn)量提高到120t/h。

圖4　熟料經(jīng)預(yù)粉磨粉磨前、后（未經(jīng)選粉機(jī)）對(duì)比

控制柜顯示主電機(jī)消耗功率750～850kW，粗粉單位電耗6.67kWh，系統(tǒng)電耗28.5kWh/t。經(jīng)取樣分析預(yù)粉磨未經(jīng)分級(jí)的排出粒級(jí)匹配和分級(jí)后的粒級(jí)匹配如表2所示。

表2　2號(hào)水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)粉磨后和粗分級(jí)后的粒級(jí)分布

原料最大粒級(jí)為65mm，由表2可看出，經(jīng)一次粉磨后，達(dá)到20mm左右，-3mm含量大約達(dá)到80%（P80），-0.3mm達(dá)到55%左右，而加權(quán)平均粒度Pa達(dá)3.91mm，其中-100μm達(dá)到50%，粉磨效果十分理想。

針對(duì)水泥熟料預(yù)粉磨，我們又考察了遼寧某水泥廠，出磨的粒度分布基本相似。水泥粉磨系統(tǒng)電耗32.5水泥30.5kWh/t，而42.5水泥可達(dá)到33.5kWh/t。

圖5　輥磨預(yù)粉磨系統(tǒng)初步流程方案

4　節(jié)能提產(chǎn)新途徑探討

由表2可以看出，輥磨一次性研磨后的300μm含量達(dá)到55%以上，也就是說，這一部分不經(jīng)研磨即可通過球磨機(jī)進(jìn)入螺旋分級(jí)機(jī)分選?，F(xiàn)在進(jìn)入球磨機(jī)的細(xì)度F80=20mm，如果按照表2的結(jié)果，去掉-300μm部分的F80約為2.4mm（Max3mm），則磨機(jī)產(chǎn)能增加35.7%左右，再加上50%左右的成品，磨機(jī)增產(chǎn)理想值在85.7%左右，故磨機(jī)的最大值降到3mm以下，產(chǎn)量從30t/h增加到50t/h，增產(chǎn)率66.7%是有保證的。除了輥磨預(yù)粉磨機(jī)之外，還要增加給料和篩分裝置，初步流程如圖5所示。具體工藝設(shè)計(jì)需要考察現(xiàn)場后制定。

圖6　實(shí)驗(yàn)效果圖

5　結(jié)語

通過對(duì)山西某鋁廠現(xiàn)場考察，與技術(shù)管理人員交流，大家一致認(rèn)為利用水泥輥磨的粉磨技術(shù)方案可以很好地解決目前生產(chǎn)中由于A/S比下降造成的氧化鋁減產(chǎn)的難題。通過實(shí)驗(yàn)室輥磨進(jìn)行的一次性研磨實(shí)驗(yàn)，充分證明了輥磨的可靠性和適應(yīng)性，實(shí)驗(yàn)效果如圖6所示。相信該預(yù)粉磨方案會(huì)為解決我國鋁行業(yè)普遍存在的由于資源緊缺和原料品位下降造成的產(chǎn)能低下難題提供幫助。

［1］孫春風(fēng).水泥粉磨系統(tǒng)增加輥磨預(yù)粉碎后的改造［J］.水泥，2006.（12）：56～59.

TQ172.632

A

1001-6171（2015）01-0043-03

通訊地址：中材成都重型機(jī)械有限公司，四川成都610051；

2014-07-28；編輯：趙蓮