水泥球磨机改造成微矿粉磨的几点做法

朱徐平，刘伟

（海安县东方特种建材有限公司，江苏 南通 226631）

0 引言

矿渣是炼铁过程中排出的工业废料，通常经水淬处理成为粒状颗粒，其化学成分和部分组成与硅酸盐水泥熟料类似。经水淬处理后的矿渣，玻璃体含量多，能量处于不稳定状态，将矿渣制成微细粉，具有较强的水化活性，可作为水泥与高性能混凝土的活性混合材料。随着分别粉磨技术的推广运用，海安东方特种建材公司2012年在工艺调整、技术改造过程中，将原Ф3.2 m×13 m的水泥球磨机改造成微矿粉磨，经过几个月的生产运行，各项技术指标均达到预期效果。

1 微矿粉主要性能及化学成分

矿渣微粉具有较高的潜在活性，是较好的混凝土掺合料和水泥混合材料，有改善水泥性能、提高混凝土综合性能的作用。对新拌混凝土具有提高塌落度、降低水化热、可塑性好、耐久性能好、抗侵蚀性能好等特点。较低的水化热具有抗微缩、抗裂缝的效果，常用于配制高性能大体积混凝土。因此，通过单独粉磨后能充分发挥矿渣的活性，达到科学、合理利用资源的目的。

海安东方公司选用沙钢生产的粒化高炉矿渣，其化学成分见表1。

表1 粒化高炉矿渣化学成分

2 矿渣粉磨前的工艺要求

矿渣具有质硬易碎难磨特点，按传统生产方式作为水泥混合材一同粉磨，矿渣仍处于不能充分发挥性能的较粗状态。在这次工艺调整中采用了单独粉磨工艺。要想达到高细度、高比表面积及较高的时产，必须抓好生产过程中的每一个环节。

（1）矿渣入磨前的烘干

水淬矿渣呈空心粒状，到厂水份在8～16%左右，由于矿渣在高温状态下经过水淬急冷后形成的活性，所以烘干过程必须掌握好适当的温度，烘干不当会影响矿渣微粉的活性。水份偏高会在粉磨过程中使矿渣中的水份溢出，造成糊球、结团现象，因此入磨矿渣的含水量对粉磨效果十分敏感，故在工艺系统中，要求严格控制入磨矿渣水份低于1.2%。海安东方公司配备Ф3.2 m×7.0 m三筒烘干机来配套Ф3.2 m×13 m矿粉磨，三筒烘干机配套沸腾炉加热，在沸腾炉不同位置安装几组热电偶。根据仪表温度通过皮带计量秤调节矿渣流量，可及时调整加煤量、用风量，有效控制矿渣烘干水份。

（2）矿渣入磨前的除铁

矿渣对设备的磨损等因素受矿渣中夹杂的铁含量影响较大，由于铁具有较强可塑性，细磨矿渣所需的研磨体平均球径较小，当含铁物质进入磨机后很难在粉磨设备中被细磨。矿渣中的铁会渐渐附集在粉磨系统中，容易导致一仓积料，堵塞内筛分式双层隔仓板篦缝，造成过料、通风不畅，影响磨机产量，同时也会增加设备的磨损。为此，需在烘干后和入磨前各安装一道除铁器。

（3）矿渣的粒度分选

矿渣原料中大颗粒含量很少，粒度相对均匀，粒径多集中于8 mm以下，但由于矿渣长时间堆积后会出现结块，在入烘干机前必须要经过钢筋网筛分离出粗块，防止块料及杂物进入烘干机造成堵料现象。同时为了有利于球仓优化级配也要控制入磨粒度，所以在原料入库前，需安装40 mm左右的方格震动筛进行原料分选。

3 微矿粉磨机内仓位及内部结构选择

（1）磨内仓位的选择

磨内隔仓板将磨机合理地分为几个仓室，使研磨体级配分仓配置，一台磨机的分仓和仓的长短，主要视磨机的规格和产品的细度要求及工艺方式而定，对微矿粉磨而言，力求细磨仓有足够的长度。在Ф3.2 m×13 m磨改成矿粉磨时选用三个仓位（未配辊压设备）闭路粉磨工艺见（表2）。

（2）磨内衬板的选用

矿渣粉磨各仓选用衬板形式，随着粉磨矿渣细度的变化，各仓衬板形式也应与之作相应变化，以满足研磨体变小而接触面积增大的特性。一仓、二仓选用了小阶梯沟槽衬板，隔仓板前使用平衬板，第三仓选用小波纹衬板，并增加四道活化衬板 （不等分安装），来调整物料流速及料层厚度（表2）。为了更好激活研磨仓的研磨体，运用正反螺旋活化衬板，让研磨体在不同空间层面上受到激活，进而充分发挥研磨功能，改善离筒体表面较远的钢段运动强度，防止段层形成滞留区，从而实现粉磨效率的提高。由于微矿粉磨磨内物料填充率低，衬板磨损大，为此选用铬锰钼合金作为衬板材料来延长使用周期。

表2 仓长及各仓衬板类型

（3）隔仓板的改进

矿渣的易磨性很差，磨内隔仓要具备筛分能力，只有用单位体积研磨表面积大的小研磨体对物料进行研磨才能增强磨机的研磨能力，而小研磨体对粒度较大的矿渣物料研磨能力不足，根据微矿粉磨特点设计了复合式筛分装置。首先在保证筛分装置通过能力的同时，又能使细碎后的矿渣强制筛分，较小粒径的矿渣物料迅速进入后仓，较大粒度矿渣返回前仓得到重新破碎研磨，充分发挥前仓破碎能力，为此把一仓隔板篦孔调至小于二仓隔板篦孔。为防止铸钢件难以加工成较小篦孔，选用了16 Mn合金板采取等离子切割方法来制作完成（2.5 mm），使一仓物料的流速减缓，延长停留时间，这样将较细的物料被强制提入细磨仓，使进入细磨仓的物料粒度稳定性提高。

（4）磨尾出料装置

研磨仓采用小钢段作为研磨体，出磨装置采用普通磨机的出料篦板。为防止运行中的碎段杂物出现堵塞现象，在磨尾出料篦板前采用具有料段分离功能的出料装置，使物料强制出磨，而研磨体则返回段仓。

4 研磨体级配及装载量

磨机的粉磨效率与研磨体的装载量、填充系数及其级配密切相关。粉磨矿渣时，由于入磨物料粒度的减小，球磨机磨内研磨体的平均球径必然要随之减小，级配时仍坚持大球不能缺，小球不可少的基本原则。在确保各仓能力平衡的前提下，要保持一仓有一定的冲击动能，二仓随着物料粒径的逐步下降，研磨体平均球径也随之下降，相应装载量（填充系数）也有所增大，以提高研磨体的量来提高磨机产量。海安东方公司Ф3.2 m×13 m的矿粉磨，一、二仓选用钢球级配，研磨仓使用四级钢段级配（表3～表5），同样重量钢段的表面积比球高，研磨能力也比钢球强。球磨机粉磨的颗粒优于立磨颗粒，是由于球磨机研磨体对物料千锤百炼，微小颗粒的边角被压拆掉，再进行磨圆修复，使微粉颗粒分布及其形貌得以改善。同时考虑到矿渣难磨，对研磨体的要求比较高，要具备耐磨、不失圆、有效周期延长等优势，确保相关系数的稳定性，也是磨机台时产量稳定的基本条件，所以选用了高铬钢球、钢段研磨体。

表3 仓钢球级配及装载量

表4 二仓钢球级配

表5 三仓钢段级配

5 高效选粉机的使用

原Ф3.2 m×13 m磨在粉磨水泥时为闭流生产工艺，选用高效涡流S-2000型选粉机。该选粉机采用高效平面涡流分级原理，并运用高效低阻旋风筒收集方式。在改为矿渣粉磨时仍采用闭流工艺，虽然微矿粉细度、比表面积要求高，考虑选粉机分级精度能否达到要求，在选粉机主风机电机、笼型转子电机部位都分别安装了变频器，对指标控制增加了可靠性。同时又能通过选粉机的循环用风降低物料温度，由于闭流粉磨的循环负荷使磨内用风量增大，加快磨内物料流速，明显降低了磨内温度，又能有效将合格细粉分离出来，改善了磨机的粉磨条件。此外，在保持成品细度合格的前提下，可适当调整选粉机转速，使磨机循环负荷减小、成品量增加、回料量减少，从而使磨机产量逐渐提高。

6 采用助磨剂技术

随着助磨剂技术的不断成熟，使用助磨剂能显著提高粉磨效率，降低粉磨电耗，消除静电现象，减轻磨内的过粉磨，同时也能够提高选粉机的选粉效率。当然，使用助磨剂必须同时要调整磨机、选粉机、收尘器的操作参数，要与使用助磨剂的工况相匹配，才能最大限度发挥助磨剂的作用。所使用的万分之三的助磨剂，在提高粉磨效率的同时不仅也要兼顾对微矿粉活性提高的作用，更要考虑配制的水泥与混凝土外加剂有较好的相容性。

7 生产过程中的管理

（1）合理用风

矿渣在粉磨过程中随着粉磨时间的延长，物料比表面积逐渐增大，其表面积也能增大，因而微细颗粒相互聚集，结团的趋势也逐步增强。为了防止磨机内高温产生的静电吸附，出现糊球和篦孔堵塞，要通过选粉机参数、磨机主机电流的变化及时调整，保持磨内足够的冷风和通风量，及时将磨内的细粉排出磨机，避免形成过粉磨，并带走粉磨热量。

（2）磨机的水冷却

由于矿渣的易磨性差及比表面积要求高，在粉磨过程中，长时间运行会产生较高温度，通过筒体的传导直接影响磨机中空轴、大齿轮等部件，所以要用大量的水对相关部件进行冷却，以保证磨机设备的安全运行。

（3）及时补充磨内研磨体

要使矿渣微粉具有稳定的比表面积、台时产量，保持研磨体合理级配是一项重要的课题。在日常生产中可根据磨机电流变化，磨音高低和磨机产量质量变化情况及时补充研磨体。平时要积累吨产品研磨体消耗量，不断修正完善，使研磨体级配在系统中发挥最佳粉磨效率。

（4）收尘设备的使用与维护

Ф3.8 m×13 m矿粉磨配套96-6气箱脉冲袋式收尘器，风机电机55 KW，并安装变频器。磨内通风过高或过低，会直接影响磨内物料流速，造成磨机产量、质量的不稳定。因此，要定期对排灰装置、锁风装置、气罐排水、排风、滤袋等部件检查维护，确保除尘系统运行正常。

8 结语

这次工艺改造主要是应用闭路粉磨与磨内筛分技术的有效结合，提高磨内的粉磨效率。采用小规格研磨介质，对物料研磨次数增多，表面接触增大，能使出磨微矿粉细粉的含量得到提高，再通过高性能涡流选粉机的有效分选，使微矿粉颗粒级配达到合理、可控颗粒形貌圆钝化程度好的目的。

通过上列几项技术的应用，海安东方公司Ф3.2 m×13 m的水泥磨顺利改造成微矿粉磨。台时产量稳定在31 t以上，吨电耗小于65度，比表面积能达到400 m2/kg左右，活性性能、泌水性能等项目试验结果为好，为生产高品质水泥奠定了基础。