氧化鐵超細粉磨技術(shù)
合肥水泥研究設計院 楊春保 朱春啟
球磨機系統(tǒng)廣泛用于各種無機非金屬礦的深加工。它用于氧化鐵的超細粉磨，具有臺時產(chǎn)量高，生產(chǎn)綜合成本低，易于操作和管理，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制等優(yōu)點，但也存在電機功率大，電耗高，對超細粉磨產(chǎn)品質(zhì)量還難以達到要求等缺點。提高管磨機效率、降低電耗，是管磨機研究的最重要的課題。
1 普通開流磨存在的問題
象粉磨任何物料一樣，普通的開流管磨機粉磨氧化鐵也存在臺時產(chǎn)量低、電耗高等問題。在平均粒徑為4.5μ時，平均電耗高達134kwh/噸。主要的原因是：現(xiàn)在用于粉磨氧化鐵的開流管磨機技術(shù)都是套用粉磨水泥的開流管磨機，其襯板、隔倉板型式?jīng)]有大的改變，更不用說考慮各技術(shù)參數(shù)與氧化鐵的粉磨特性相適應的問題。其倉位長度分布、研磨體級配、隔倉板流通率等重要技術(shù)存在不合理的因素，因而導致了粉磨效率低，電耗高等問題。
根據(jù)我們對粉磨氧化鐵的管磨機所作的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)它存在以下幾個問題：⑴球、段倉間隔倉板篦孔尺寸較大(12mm)，物料從球倉到段倉的流動幾乎是暢通無阻，大量的粗物料(5mm以上)進入段倉，糊磨現(xiàn)象嚴重;⑵磨內(nèi)物料流速太快，從而導致料球比過低。如Ф1.5×5.7m磨機正常停磨時，球倉內(nèi)幾乎沒有存料。這樣，生產(chǎn)時球砸球，不但效率低，而且磨音特別大，球耗及襯板消耗高;⑶磨內(nèi)物料溫度高達200～240。C，粉磨工況惡化。圖1是南京磁材廠普通Ф1.5×5.7m氧化鐵開流管磨機內(nèi)物料篩余曲線。它表明：球倉的后半部分各個粒徑的篩析曲線是一條接近于水平的線段，說明球倉后半部分的粉磨效率很低，倉位布置不合理。在段倉內(nèi)2mm～5mm的物料篩余下降緩慢，說明鋼段對這些物料的粉磨效果不佳。
圖1 普通開流管磨氧化鐵篩余曲線
總之，普通氧化鐵開流管磨機存在較嚴重的粉磨工況紊亂和效率低的問題，“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”只有解決這些問題，才能大幅提高磨機產(chǎn)量，達到增產(chǎn)降耗的目的。
2 氧化鐵超細粉磨技術(shù)的原理
“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”的核心是磨內(nèi)篩分裝置，它能有效擋截對于鋼段來說難于研磨的粗顆粒，從而優(yōu)化了球倉與段倉的粉磨過程，大幅提高臺時產(chǎn)量，降低電耗。
2.1 球、段倉間增設高效物料篩分裝置
實行磨內(nèi)選粉，較粗的顆粒返回球倉繼續(xù)粉磨，滿足要求的細粉(0.5mm以下)進入段倉。管磨機粉磨效率不高。世界很多學者研究證明，管磨機實際的粉磨功率的利用，僅為總能耗的百分之三到百分之八。粉磨效率之所以不高，其原因是多方面的，而過粉磨是其中一個重要的原因。從粉磨工藝來考察，在粉磨過程中，物料在磨內(nèi)沿著磨機從磨頭到磨尾的縱長方向上的細度發(fā)展，由粗到細，直至出磨細度為合格料，似乎形成一個合理的細度梯度。若進一步深入分析，從縱向的每一點的橫截面上來看，物料顆粒粗細懸殊，細度極不均勻。在段倉內(nèi)，0.5mm以上的顆粒，有的大到5mm～10mm，這些大顆粒在段倉內(nèi)，粉磨效率低，很難磨細，我們把它稱之為鋼段的“難磨物料”。為了達到出磨細度的要求，只好用過長的粉磨時間來完成。另一方面，在磨內(nèi)沿著磨機縱向的粉磨物料，在細度發(fā)展過程中，由磨頭到磨尾合格料的百分含量越集越大，但必須要等待全部物料達到細度指標合格后，方可排出磨外。這里的第一個問題是少量粗料過早地與細粉料一起混入下一個倉室 ，耗費過多的粉磨時間;第二個問題是磨內(nèi)不能及時排出合格料，而浪費大量的能量，一般把它稱為過粉磨。這兩個問題之間存在一定的因果關(guān)系，并且從兩個方面共同影響著“過粉磨”這一矛盾過程的發(fā)生與發(fā)展。入磨物料粒度越小，影響過粉磨性能也小，反之，入磨物料粒度越大，影響過粉磨性能也大。出磨產(chǎn)品細度越細，影響過粉磨越惡劣，出磨產(chǎn)品越粗，影響過粉磨性能得以緩和。這是因為入磨物料粒度大小，引起磨內(nèi)粉料顆粒組成中的級別的粗細，以此影響著過粉磨，而使粉磨效率難以提高?？傊?，進入段倉物料較粗和出磨物料細度要求高，是氧化鐵超細粉磨產(chǎn)生過粉磨和粉磨效率低下的兩大常見原因。后者不可改變，而前者可通過一定的技術(shù)手段加以改造。“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”的設計原理，就是在球段倉間增設磨內(nèi)篩分裝置，實行磨內(nèi)選粉，使進入段倉的物料不含粗顆粒。以此為中心，對各隔倉裝置、各技術(shù)參數(shù)作相應的設計與調(diào)整，從而大幅提高粉磨效率，達到增產(chǎn)降耗的目的。磨內(nèi)篩分也改變了球倉的物料分布，粗物料含量提高，便于集中破碎，提高了球倉的粉磨能力。在球、段倉間增設物料篩分裝置后，它有效擋截粗物料，進入段倉的物料只有易于研磨的微粉(小于0.5mm)，出磨細度易于控制，粉磨效率高。
2.2 料位調(diào)節(jié)
磨內(nèi)料位調(diào)節(jié)是針對磨內(nèi)物料流速過快或過慢而設計的一項技術(shù)。對氧化鐵的超細粉磨，因其易磨性差，質(zhì)量要求高，因而產(chǎn)量較低。如果控制不好，磨內(nèi)料球比就會嚴重偏低，往往不及正常狀態(tài)時的三分之一。因此，強化料位調(diào)節(jié)尤其必要。“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”根據(jù)對產(chǎn)、質(zhì)量要求和粉磨物料的特性，使用溢流隔倉板、溢流出口篦板和擋料圈，有效控制磨內(nèi)料球比在一個合理的范圍以內(nèi)，大幅提高粉磨效率，降低磨音，并降低研磨體和襯板的消耗。
2.3 使用微型鋼段
對于氧化鐵超細粉磨技術(shù)，由于產(chǎn)品質(zhì)量要求高，一般成品細度控制在20μm以下，平均粒徑4μm～8μm，使用普通的鋼段難以達到質(zhì)量要求。但在普通的開流管磨機內(nèi)，因為段倉內(nèi)存在大量的粗顆粒，完全使用微型鋼段效果也不好。而“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”，通過物料篩分裝置分選后進入段倉內(nèi)的微粉，顆粒的均齊性比較好，使用微型鋼段粉磨效率明顯提高。由于有針對性地采用了上述多項技術(shù)措施，從根本上消除了惡性粉磨現(xiàn)象，系統(tǒng)的粉磨效率提高30%～50%。 3.“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”對氧化鐵管磨機的改造 寶鋼集團梅山鋼鐵集團公司(南京磁材廠)，利用自身的鐵鱗生產(chǎn)氧化鐵磁鐵粉，產(chǎn)品供不應求，效益良好。但該公司由于管磨機產(chǎn)量偏低，整體上沒有達到應有的生產(chǎn)規(guī)模。為此，該公司做了多次試驗，花費數(shù)十萬元，效果始終不明顯。最后，他們來到合肥水泥研究設計院，尋求解決技術(shù)難題。 針對以上問題，合肥水泥研究設計院把氧化鐵的超細粉磨作為一項課題，組織技術(shù)攻關(guān)。根據(jù)對氧化鐵粉磨特性的分析及其質(zhì)量的要求，研制和開發(fā)了“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”。2004年對寶鋼集團梅山鋼鐵集團公司四臺氧化鐵管磨機進行了“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”改造，經(jīng)過2005年全年的生產(chǎn)總結(jié)，證明這項技術(shù)達到了預期的效果，本技術(shù)的研制是成功的。下表是其技術(shù)經(jīng)濟指標比較。
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序號
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磨機規(guī)格m
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臺時產(chǎn)量t/h
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電耗 kWh/t
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研磨體消耗g/t
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改造前
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改造后
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改造前
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改造后
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改造前
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改造后
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||
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1
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Ф1.5×5.7
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0.9
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1.15
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132
|
108
|
1100
|
708
|
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2
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Ф1.5×5.7
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0.9
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1.2
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132
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104
|
1100
|
705
|
|
3
|
Ф1.2×5.2
|
0.37
|
0.48
|
137
|
105
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1105
|
690
|
|
4
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Ф1.2×5.2
|
0.37
|
0.48
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137
|
105
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1105
|
690
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可見，應用“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”后，平均臺時產(chǎn)量提高30%，電耗下降22%，噸研磨體消耗下降37%。該技術(shù)的主要特點是：⑴在磨內(nèi)球、段倉之間增設物料篩分裝置，嚴格控制進入段倉物料的粒徑。圖2是氧化鐵管磨機技改后的磨內(nèi)篩余曲線，可見，進入段倉內(nèi)的物料1mm以上的基本為零。
圖2 開流超細管磨氧化鐵篩余曲線
?、普{(diào)整各倉倉長和研磨體的級配，使其與氧化鐵的粉磨特性相適應。⑶控制好磨內(nèi)物料流速，使正常生產(chǎn)條件下，料球比達到正常的狀態(tài)。⑷加強磨內(nèi)通風，降低磨內(nèi)物料的溫度。技改后磨機出口溫度從2400C降到1900C。
4 氧化鐵超細粉磨技術(shù)經(jīng)濟效益分析
4.1.增產(chǎn)效益(規(guī)模效益)
南京磁材廠在使用“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”后，平均臺時產(chǎn)量提高了30%，解決了長期困擾企業(yè)發(fā)展的窯磨能力不平衡問題，使公司年生產(chǎn)規(guī)模相應提高了30%，公司年產(chǎn)量從1.8萬t提高到2.33萬t，年增產(chǎn)0.53萬噸。以t利潤300元計算，年增利潤159萬元。
4.2.節(jié)電效益
技改前平均粉磨電耗134kWh/t，技改后平均105kWh/t，省電22%。以每t省電29度、每度電0.5元計算，該公司可年省電費23300t×29kWh/t×0.5元/度=33.785萬元。 4.3.節(jié)省鋼材效益 由于臺時產(chǎn)量提高，并改善了磨內(nèi)的粉磨工況，大幅提高了料球比，降低了磨音，因而研磨體及襯板消耗大為降低。
⑴研磨體消耗。技術(shù)改造前研磨體消耗1100g/t，改造后消耗700g/t，節(jié)省37%。該公司年省研磨體9.3t，按每噸0.55萬元計，年省5.1萬元。
⑵襯板消耗：技改后不再發(fā)生空磨和球砸球、球砸襯板等現(xiàn)象，延長了襯板的使用壽命。到目前為止，技改時換上的襯板還光潔如新，其使用壽命暫時無法統(tǒng)計。即使按同等壽命計算，由于產(chǎn)量提高30%，每噸氧化鐵所消耗的襯板降低23%。
4.4.節(jié)省投資效益
由于“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”提高臺時產(chǎn)量30%，對新建磁鐵粉生產(chǎn)線可以大大節(jié)省投資費用。一是可以少買少用管磨機而達到同等的生產(chǎn)規(guī)模，二是可用較小規(guī)格的“氧化鐵超細磨”取代較大規(guī)格的普通磨，達到同樣的生產(chǎn)能力。這兩種選擇都可以大幅降低管磨機及其附屬設備、磨房的基建投資。僅計算節(jié)電和節(jié)省鋼材兩項，保守的估計，用于“氧化鐵超細粉磨技術(shù)技術(shù)”的投資只需半年時間即可全部收回。
5 結(jié)語
由于“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”全面優(yōu)化了粉磨過程，克服了普通管磨機內(nèi)諸多不良的粉磨過程和現(xiàn)象，并針對具體礦物的粉磨特性、產(chǎn)、質(zhì)量要求而設計多項合理的技術(shù)參數(shù)，因而大大提高粉磨效率，生產(chǎn)高質(zhì)量要求的產(chǎn)品。通過生產(chǎn)實踐的證明，“氧化鐵超細粉磨技術(shù)”可比普通管磨機提高臺產(chǎn)30%～50%，節(jié)電30%～40%左右，降低金屬消耗40%～50%。
