萬明華 張春江

德龍鋼鐵有限公司

摘要：在實(shí)施多項(xiàng)技改降低磨機(jī)能耗的前提下，不斷優(yōu)化高爐礦渣處理工藝，提高礦渣玻璃體含量、穩(wěn)定磨機(jī)操作提高礦粉比表面積、合理配用礦渣穩(wěn)定化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)了采用單一立磨粉磨方式，不使用助磨劑和激發(fā)活性添加劑的情況下，提高了礦粉活性指數(shù)。

關(guān)鍵詞：活性指數(shù) 比表面積 礦渣化學(xué)成分 玻璃體 立磨能耗

1、引言

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐水渣的資源化利用越來越受到重視。近些年，國內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)相繼建設(shè)了礦渣微粉生產(chǎn)線，但由于?；郀t礦渣質(zhì)量不穩(wěn)定、礦渣粉磨技術(shù)問題等原因造成礦渣微粉活性指數(shù)不達(dá)標(biāo)的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了礦粉質(zhì)量及其應(yīng)用前景。德龍鋼鐵有限公司采用單一立磨粉磨方式，在不使用助磨劑和激發(fā)活性的添加劑情況下，從優(yōu)化高爐礦渣微粉處理工藝入手，提高礦粉的比表面積、穩(wěn)定礦粉化學(xué)成分，從而提高礦粉活性指數(shù)。

2、影響礦粉活性的因素

2.1礦粉比表面積對(duì)活性的影響

    礦粉比表面積的高低直接影響到礦粉活性的發(fā)揮，同一品種的高爐礦渣粉磨至不同比表面積的礦粉其活性指數(shù)是不同的。對(duì)不同比表面積的礦粉多次試驗(yàn)證明得出如下規(guī)律：

1)  比表面積在430±10m²/kg時(shí)礦粉活性指數(shù)較好，是較為理想的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。因?yàn)榈V粉比表面積的高低與立磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和耗能有直接關(guān)系，比表面積的提高雖對(duì)質(zhì)量較為有利，但其耗能隨比表面積的增高而急劇增高，比表面積每增高20m²/kg，磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量降低10%。

2)  當(dāng)?shù)V粉的比表面積≥450m²/kg時(shí)，其活性已得到較充分的發(fā)揮，隨著比表面積的繼續(xù)，其活性指數(shù)幾乎相同，且能耗升高，不是理想的技術(shù)指標(biāo)。

2.2礦渣化學(xué)成分對(duì)礦粉活性的影響

高爐礦渣的化學(xué)成分一般為CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，和少量的TiO₂，這些金屬氧化物含量的多少直接影響著礦粉活性指數(shù)。

2.3玻璃體含量對(duì)礦粉活性的影響

?；郀t渣是結(jié)晶體和玻璃體的聚合物，前者是惰性組分，后者是活性組分，故玻璃體的成分越多，礦渣的活性就越大。

3、優(yōu)化高爐礦渣微粉處理工藝

3.1水渣直送搭配落地，控制入磨水分波動(dòng)

入磨礦渣水分波動(dòng)直接影響加熱爐煤氣耗量，水分過大（≥13％），需要提高磨機(jī)入口溫度（即加熱爐出口溫度），使磨機(jī)主電機(jī)和選粉機(jī)電流升高，磨內(nèi)壓差增大，外循環(huán)料量加大，加大磨機(jī)磨損和能耗。水分偏低（＜9％）不利于磨內(nèi)形成穩(wěn)定的料層，磨機(jī)振動(dòng)值偏高。

依據(jù)煉鐵高爐地理位置將2#、3#高爐礦渣采用隔班使用的辦法用皮帶直送，配用車輛倒運(yùn)的1#爐礦渣。這樣便省去了部分礦渣經(jīng)過皮帶卸料落地存放再用鏟車上料使用的中間環(huán)節(jié)，節(jié)約了渣場占地面積和運(yùn)輸費(fèi)用。經(jīng)過實(shí)踐，入磨礦渣水分可有效控制在12±1%范圍內(nèi)，減少了煤氣噸耗。

3.2推行多項(xiàng)技改，穩(wěn)定立磨操作，減少能耗

1)  煤氣加熱爐燒嘴前2米處加1.7米燃燒墻，促進(jìn)煤氣充分燃燒。

穩(wěn)定磨內(nèi)溫度。加熱爐爐膛內(nèi)的煤氣和助燃空氣在壓力波動(dòng)下引起燃燒位置的變化，并影響燃燒效果。若未能在爐膛內(nèi)充分燃燒，過剩的煤氣會(huì)隨氣流進(jìn)入管道和磨機(jī)內(nèi)進(jìn)一步燃燒，造成磨機(jī)系統(tǒng)內(nèi)溫度過高，導(dǎo)致熱風(fēng)管道變形和加劇磨內(nèi)設(shè)備損耗。在燒嘴前2米處砌筑一道燃燒墻，使煤氣混合氣體受到阻力后促進(jìn)充分燃燒，減少過剩煤氣被帶入磨內(nèi)的幾率。

2)  積極探索循環(huán)風(fēng)利用技術(shù)，減少能耗

進(jìn)入磨內(nèi)烘干物料的熱氣在主排風(fēng)機(jī)的作用下一部分通過廢氣閥經(jīng)煙囪外排，一部分通過調(diào)節(jié)閥經(jīng)循環(huán)風(fēng)管道返回加熱爐熱風(fēng)混風(fēng)室，再次預(yù)熱后又進(jìn)入磨機(jī)。循環(huán)風(fēng)量的調(diào)節(jié)依靠廢氣閥和循環(huán)風(fēng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，還要考慮加熱爐的出口為負(fù)壓（即磨機(jī)入口負(fù)壓），以穩(wěn)定磨內(nèi)壓差。經(jīng)過積極的摸索實(shí)踐，最終采取外排廢棄閥門不全開的方法（開度66%），循環(huán)風(fēng)閥門全開（開度100%），提高循環(huán)風(fēng)利用率，降低了煤氣消耗。

對(duì)比看出，德龍鋼鐵和首秦嘉華在利用循環(huán)風(fēng)技術(shù)降低煤氣噸耗方面相差甚大，德龍鋼鐵礦渣立磨在循環(huán)風(fēng)利用技術(shù)方面有著顯著優(yōu)勢。

3)  技改加熱爐助燃風(fēng)機(jī)電機(jī)變頻操作，穩(wěn)定煤氣加熱爐操作。

助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小依靠風(fēng)門開度的控制，中控反饋的風(fēng)門開度為模擬信號(hào)，與現(xiàn)場風(fēng)門開度并不呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，造成系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量易波動(dòng)和電機(jī)能耗的浪費(fèi)（電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定）。改為變頻操作后，避免了之前的“大馬拉小車”造成的能源浪費(fèi)，同時(shí)中控對(duì)加熱爐風(fēng)量的判斷和操作更為準(zhǔn)確。

4)  混風(fēng)室循環(huán)風(fēng)管道改造，平衡磨機(jī)兩側(cè)進(jìn)風(fēng)口溫差。

混風(fēng)室連接著循環(huán)風(fēng)管道和磨機(jī)兩側(cè)進(jìn)風(fēng)管道，使進(jìn)入磨內(nèi)的烘干氣體均勻穩(wěn)定。設(shè)計(jì)時(shí)因循環(huán)風(fēng)管道接口位于混風(fēng)室西側(cè)，負(fù)壓下循環(huán)風(fēng)過多的經(jīng)西側(cè)磨機(jī)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入磨機(jī)，致使西側(cè)磨機(jī)進(jìn)風(fēng)口溫度偏低，東側(cè)偏高，兩者溫差較大，增加磨機(jī)的操作難度。據(jù)了解其他企業(yè)也存在類似的磨機(jī)兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口溫差過大的現(xiàn)象。在混風(fēng)室內(nèi)循環(huán)風(fēng)管道延長450mm，平衡循環(huán)風(fēng)氣流與兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口的距離，達(dá)到均衡兩進(jìn)風(fēng)口溫度的目的。

3.3優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，通過控制磨內(nèi)壓差、風(fēng)量、喂料量和選粉機(jī)轉(zhuǎn)速，提高礦粉比表面積至440m²/kg。

在成功控制了入磨礦渣水分，改良加熱烘干系統(tǒng)后，對(duì)礦渣立磨系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)做了相應(yīng)調(diào)整——喂料量上調(diào)到165t/h，主排風(fēng)機(jī)風(fēng)板開度68%，加熱爐爐膛溫度800-850℃，磨機(jī)出口溫度≤350℃，磨內(nèi)壓差2.90±0.1kp，適當(dāng)減少外循環(huán)料量，控制選粉機(jī)轉(zhuǎn)速780-810r/min，出磨礦粉的比表面積成功達(dá)到430m²/kg以上。

3.4通過水渣速冷提高?；V渣的玻璃體含量

資料顯示未經(jīng)淬水的礦渣，其礦物形態(tài)呈穩(wěn)定性的結(jié)晶體，該結(jié)晶體除少部分C2S（硅酸二鈣）尚有一些活性外，其它礦物基本上不具有活性。如經(jīng)淬水急冷，在驟冷過程中，熔渣的絕大本分成分來不及形成穩(wěn)定化合物，而以玻璃體狀態(tài)將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而封存其內(nèi)，因此驟冷的熔渣具有較高的化學(xué)活性。

我們通過對(duì)高爐沖渣系統(tǒng)進(jìn)行改造，主要提高沖渣水壓，降低沖渣水溫，在高爐熔渣溫度渣流大小不變的情況下，使熔渣急速冷卻，提高了?；V渣的玻璃體含量，從而提高礦渣的潛在活性。（沖渣系統(tǒng)改造效果見下表）

表5：1#1080m³高爐沖渣系統(tǒng)改造前后參數(shù)對(duì)比

3.5合理搭配入磨礦渣，穩(wěn)定化學(xué)成分組成

高爐冶煉工藝及使用原材料的差異，其產(chǎn)生的礦渣在化學(xué)成分上也不盡相同。

以活性成分含量高的1#、3#高爐礦渣為主要原料，配以2#爐的礦渣混合使用，提高入磨礦渣中CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO含量，減少SiO₂、TiO₂含量。

可以看出，經(jīng)過優(yōu)化配用后，德龍鋼鐵礦渣的活性指數(shù)和質(zhì)量系數(shù)均高于邯鋼和水鋼生產(chǎn)的高活性堿性礦渣，為生產(chǎn)出高活性的礦渣微粉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由上圖看出，在穩(wěn)定礦粉化學(xué)成分組成，有效控制活性礦物CaO含量39-40%，Al₂O₃含量13%左右，減少惰性礦物SiO₂含量≤31%，使礦粉的活性指數(shù)達(dá)到了7天≥84%、28天≥110%，分別高出GB/T18046-2008關(guān)于S95級(jí)礦粉技術(shù)指標(biāo)要求的7天（≥75%）和28天（≥95%）活性指數(shù)9個(gè)百分點(diǎn)和15個(gè)百分點(diǎn)，尤其是28天的活性指數(shù)，已達(dá)到了S105級(jí)的28天活性要求（≥105%）。

4、結(jié)論：

通過有效控制礦渣活性成分CaO、Al₂O₃、MgO含量，減少惰性成分SiO₂、含量，將高爐礦渣粉磨至比表面積430m²/kg時(shí)，礦粉7天和28天活性指數(shù)有了很大提高，分別達(dá)到了≥84%和≥110%?！秲?yōu)化高爐礦渣微粉處理工藝》項(xiàng)目在大型礦渣立磨處理工藝方面提供了可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)，被河北省科技學(xué)技術(shù)廳評(píng)為“國內(nèi)領(lǐng)先”。