开流矿渣微粉管磨机特点及其应用

1、开流矿渣微粉管磨机特点及其应用一、前言高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种工业废渣，从化学成份来看是属于硅酸盐质材料，主要是硅酸盐与铝酸盐的熔融体，通过水淬冷却形成的粒状矿渣。粒化高炉矿渣具有结晶相及玻璃相二重性的性质，因此矿渣的活性既取决于析出晶体种类及晶体的数量，又决定玻璃态数量及性能，矿渣中含有较多的钙成分，在形成过程中生成了一些硅酸盐、铝酸盐及大量含钙的玻璃质（如C2sCAS2C2ASC3AC2F和CaSO舒），具有独立的水硬性，在氧化钙与硫酸钙的激发作用下，遇到水就能硬化，通过细磨后，则能使这个硬化过程可以大大加快。通常矿粉在比表面积在350500m2/kg时矿渣颗粒愈细，比表面积

2、愈大，水硬性就愈高。矿渣在细磨后不仅增加了水化表面，而且在粉磨时破坏了高炉矿渣在形成时产生的表面致密壳体，从而使水化进程加快。因此当矿渣被粉磨到一定比表面积时活性才会急剧增加。但是矿粉比表面积如果500m2/kg时，由于矿粉中V5um粒的微粉增多，应用于混凝土中一部分微粉会产生二次水化热，影响混凝土的质量。矿渣微粉具有的潜在水硬性，成为水泥或混凝土的优质混合、掺合材料。用矿渣微粉作为混凝土掺合料不仅可等量取代水泥，而且可使混凝土的多项性能得到极大改善。用部分矿渣微粉取代水泥而拌制的混凝土具有：泌水少，可塑性好；水化析热速度慢，水化热小，有利于防止大体积混凝土因内部温升引起的开裂；矿渣微粉内的钙

3、矶石微品，可补偿因混凝土中细粉过多引起的收缩；硬化混凝土具有良好的抗硫酸盐、抗氯盐、抗碱-活性集料反应性能，并能使后期强度得以大幅提高，具有良好的耐久性。随着粉磨工艺的发展及混凝土预搅拌业的兴起，矿渣微粉作为水泥混合材料和混凝土掺合料得以广泛的应用。随着粉磨工艺的发展及碎搅拌业的兴起，矿渣微粉作为水泥混合材料和混凝土掺合料得以广泛的应用。自上世纪80年代以来，英、美、力口、日、法、澳等国相继制定了矿渣微粉的国家标准，使其应用得到了快速的发展。随着我国经济建设的迅速发展，科学技术的日益进步，大型建设工程不断增多，建筑物的大型化和高层化以及沿海、水、地下工程，均迫切需要高强型的高性能混凝土。上世纪

4、九十年代初，在我国北京、上海，长沙等城市的一些工程中也已采用了矿渣微粉。试验和生产表明，比例约为20-30%勺矿渣微粉替代525P.0水泥；比例约为3050%勺矿渣微粉替代525P.H水泥，适用于配制C30-C60混凝土。止匕外，用矿渣微粉和硅酸盐水泥混合制备的新型矿渣硅酸盐水泥，其性能与传统意义上的矿渣硅酸盐水泥有较大的不同，美国ASTMC98994标准就规定可用矿渣微粉与硅酸盐水泥混合生产符合ASTMC59的矿渣水泥。将矿渣粉磨成比表面积在350m2/kg以上的微粉后掺入水泥，从而可以合理的控制水泥细度，实现硅酸盐水泥和矿渣微粉的最佳配比。由此配制的新型矿渣硅酸盐水泥，具有矿渣掺入量大（具

5、掺入量可达4565%,水泥标号高（能满足生产42.5号矿渣硅酸盐水泥的要求），水化热低、多项性能高等特点。普通硅酸盐水泥具有水化快（28天已水化70%80%,早期强度高的特点，其粉磨比表面积一般控制在300320m2/kg即可满足使用要求。而掺入较多矿渣混合粉磨的水泥却早期强度较低，后期强度较高（如180天后强度）。其原因是由于矿渣和硅酸盐水泥熟料的易磨性有较大的差异，熟料与矿渣一起粉磨时，由于矿渣相对难磨，其易磨性功指数约为水泥熟料的1.4倍(有资料显示，国内的矿渣易磨性功指数平均值为21.313.0X11m不等。其特点是：需要另配矿渣烘干系统。工艺流程复杂，影响设备运转率。技术管理要求及投

6、资较高。矿渣微粉比表面积达420m2/kg时，粉磨系统电耗约75kWh/to3、开流管磨机系统。该系统与开流水泥粉磨系统基本相同。主要有普通管磨机，高效磨，高细磨等。磨机规格有：力1.83X7m(J)2.2X7m(J)2.4X(8-11)mb力3.0 x11m等。其特点是：需另配烘干系统，且对入磨矿渣水份要求严格。工艺流程简单，操作管理方便，设备运转率高。投资低，电耗高。矿渣微粉比表面积达到420m2/kg时，粉磨系统电耗约为75kWh/to4、辗压机、分级机加开路筛分磨系统需另配烘干系统，且对入磨矿渣水份要求严格。工艺流程复杂，操作管理要求高。投资高，电耗低。矿渣微粉比表面积达到420m2/

7、kg时，粉磨系统电耗约为55kWh/t。5、立式磨加开路筛分磨系统集烘干、预粉磨于一体、工艺流程复杂，操作管理要求高。投资较高，电耗适中。矿渣微粉比表面积达到420m2/kg时，粉磨系统电耗约为60kWh/to（二）开流矿渣微粉管磨机由于目前国内尚没有专门针对矿渣粉磨特性及产品要求而开发的粉磨设备及工艺。按水泥生产方式粉磨矿渣，电耗偏高，影响了效益的发挥。因此我院历时两年，经反复试验，终于开发研制出适合市场需要，专门针对矿渣粉磨特性及矿渣微粉要求的投资少、电耗低、见效快的矿渣微粉生产系列设备一开流矿渣微粉磨机。开流矿渣微粉磨机是在我院开流高产高细水泥管磨机的基础上，专门针对矿渣粉磨特性及产品质

8、量要求，以最大限度的挖掘磨机的研磨能力为目标，通过设置合理的仓数、仓长比及内筛分装置，调节、平衡各仓的能力和筛分效率；重新设计各仓的衬板结构，调整磨机的破碎、研磨能力；全部以中、小型钢段作研磨体，增大研磨体比表面积；采用溢流行出料篦板，提高料段比，延长物料的研磨时间等多项措施，以实现提高磨机粉磨效率和矿渣微粉质量、增产降耗的目的。自2002年以来，我们先后利用上述技术措施对1.83X6.4m、1.83X7m2.2X7m2.2X11m、2.4X8m、2.4X11m2.4x13m2.6x13m3X9m3X13m3.2x13m等近40台开流管磨机上进行了改造，均取得了成功，为用户创造了良好的经济效益

9、，也使此项技术日臻完善。尤其是在江苏杨中大地水泥有限公司全新的f2.4313m开流矿渣微粉管磨机上，应用了上述全部技术措施，实现了生产含15%粉煤灰、比表面积487m/kg、45mnW余*2.5%的矿渣微粉12.4311/1%磨机粉磨电耗53.097kWh/t的良好效果。并通过省级科技成果鉴定，与会专家对此项技术给予了高度评价：“经科技查新和专家讨论认为；该磨机的一仓使用中钢段，磨内衬板的设计与使用和溢流型出口篦板的使用属国内首创，主要技术经济指标在同类型管磨系统中居国内领先水平。为矿渣粉磨提供了一种经济、可靠的设备，具有较好的经济效益和社会效益，可广泛推广应用。”从目前近30台开流矿渣微粉磨

10、机的运行情况，无论从工艺流程、操作管理、产品质量、电力消耗、建设投资来看，磨机的性能与矿渣的粉磨特性相匹配，各项综合指标绝不亚于进口设备，广泛推广后必将产生巨大的社会经济效益。另在此值得一提的是：开流矿渣微粉管磨机的结构特点决定了其只要通过调整仓位、筛分装置和研磨体级配，就可成为理想的开流高细粉煤灰微粉管磨机，台时产量是矿渣微粉管磨机的3倍；或成为理想的开流高细钢渣水泥管磨机，台时产量是矿渣微粉管磨机的2倍。这两种磨机也必将为投资者带来良好的经济效益。三、开流矿渣微粉管磨机的特点及结构特征开流管磨机自发明以来，通过不断的改进、完善，至今已使用100多年，以其结构简单、运转可靠、操作方便、工作稳

11、定等特点，被人们所青睐，并一直应用于工业生产的粉磨工艺中。近些年来虽然随着社会及技术发展，出现了多种新型的粉磨设备及工艺。但使用广泛的仍然是开流管磨机。在我国，尤其是上世纪八十年代中期以来，以我院著名粉磨专家蒋玉灿先生为首的工程技术人员，经过长期、艰苦、细致的研究，发现了开流管磨机粉磨效率不高的主要原因是在粉磨过程中，磨机内的物料虽然在沿着磨机从磨头到磨尾的纵长方向上的细度是由粗到细，直至出磨为合格料，似乎形成了一个合理的细度梯度。但从纵向的每一点的横截面来看，物料的粒度粗细悬殊，极不均匀。有的大到510mm这些大颗粒，一旦进入研磨仓，要磨至合格的细度，必须有一定的时间；另一方面，在磨内沿着磨

12、机纵向的粉磨物料，在细度的发展方向上，不断地被粉磨为合格料，却不能及时的排出磨外，且自磨头至磨尾的百分比含量越积越高，但非要等到全部粉磨物料达到合格后，才能排出磨外。即因少量的粗颗粒过早的与细物料一起混入研磨仓，而耗费大量的研磨时间；合格的物料不能及时的排出磨外，而消耗大量的能量。因此发明了设置在磨内适当位置的磨内筛分装置，从而有效的实现物料的粗细分离，缩短了物料的粉磨时间，使开流管磨机的粉磨效率提高30%以上，成为开流高细高产管磨机，并将开流管磨机的应用推向了高潮。笔者作为开流高细高产管磨机的研究者之一，认为开流高细高产管磨机的技术原理同样可以应用于开流矿渣微粉管磨机，但必须针对矿渣的粉磨特

13、性及矿渣微粉的质量要求有全面的突破，才能达到预期的目标。矿渣具有粒度小、脆性大、易破碎、难研磨的特点，用于水泥中的粒化高炉矿渣技术标准规定“大于10mn粒含量（以重量计）合格品不大于8%优等品不大于3%。而平均粒径仅2-3mmo因含有较多的结晶相及玻璃相导致其易破碎、难研磨。且矿渣微粉比表面积要求高（生产企业为了追求矿渣微粉的活性及增掺粉煤灰，一般均要求比表面积400m2/kg甚至更高）。因此应尽一切可能调整磨机的破碎能力，增强磨机的研磨能力，只有这样的开流矿渣微粉管磨机才是真正意义上矿渣粉磨专用设备。围绕这一目标，我们在磨机内主要做了以下几方面的工作：1、磨机的仓数及仓长比：针对入磨矿渣粒度

14、小，易破碎、难研磨、水份要求略高及产品要求细等特点，磨机确定为两仓磨。一仓为细碎仓，二仓为研磨仓。并做到在保证矿渣在一仓内能得到充分细碎并稳产高产的同时，尽可能的调整二仓的长度，以延长矿渣在二仓的研磨时间。由于矿渣易磨性差,产品要求细，入磨粒度小，产量仅为同细度水泥的1/2强。由于磨内物料变少，研磨体之间的摩擦力加大，磨内温度升高，矿渣在研磨过程中流速过快容易跑粗。因此为了确保磨机产量的稳定和研磨能力的发挥，磨机仓长比的必须合理。2、研磨体及其级配一般的开流管磨机在细碎仓内均采用钢球为研磨体,平均球径视入磨物料的粒度，水分来确定。而针对矿渣粒度小，易破碎、难研磨等特点，必需调整破碎能力，强化研

15、磨能力。因此要根据磨机的衬板结构特点选择合适的研磨体，以保证在细碎仓的既破碎又兼粗磨的功能实现。在磨机的研磨仓我们全部采用微型钢段，通过增加研磨体比表面积的方式，达到提高研磨能力的目的。3、内筛分装置使磨机研磨仓内的微型研磨体发挥最大研磨能力的前提是必须将其所研磨的矿渣粒度限制在一定范围之内，如颗粒过大，微型研磨体将无能为力。而所担当这一任务的，就是我院“新型高细磨”技术的核心一磨内弧型筛分装置。但这一弧型筛分装置也必须根据物料在破碎仓的筛余曲线、物料的水分、产质量要求以及安装时与磨机配套性来确定并重新设计。因此我们根据磨机的规格，矿渣在细碎仓内的细度，矿渣水分、产、质量要求等设计了与之相应的

16、筛分装置，以确保研磨仓内微型钢段研磨能力的发挥及产、质量达标。4、磨机衬板针对矿渣的特性及产品的质量要求，要达到高产、优质、低耗、高效的目的，必须挖掘磨机的潜在能力，而在磨机功率、研磨体形式、装载量、级配等确定后，对磨机的衬板进行与之相应的重新设计十分必要。传统的衬板（最常用的如阶梯、大波纹、小波纹等）是根据水泥熟料的易磨性，常规的入磨粒度和研磨体及水泥的产质量要求设计并与之相适应的。而对于矿渣的特性、产质量要求以及研磨体的形式、级配则明显不足，应有所改变。在细碎仓，如果采用常规形式的衬板，如阶梯、小波纹等。由于阶梯衬板对于钢段提升的高度过高，则使钢段无法抛落在物料聚集的部位；而小波纹衬板又带

17、段能力不足，钢段提升高度不够，均影响破碎效率。因此，为了使这一级配的钢段实现既能破碎又兼粗磨的功能，我们重新设计了提升能力介于阶梯式和小波纹衬板之间的双波纹衬板，较好解决了在细碎仓使用钢段担当破碎又兼粗磨的问题。在研磨仓的衬板，为了提高微段的研磨效率，必须适当的加大带段能力，增加微段的动能及运动范围，因此设计出比小波纹衬板的波纹数量减少，加大波纹高度的新型三波纹衬板。提高了微段的研磨效率，效果良好。另外，为了克服因研磨仓加长，钢段段径减小可能导致的钢段运动中的“涡流”现象，我们设计了高效“活化衬板”和溢流档料环，使其均布在研磨仓内，减缓“涡流”现象的产生，扩大微段的运动范围，增强研磨能力。结果

18、表明，新设计的衬板达到了预期的目的。5、出料篦板为了达到提高研磨效率的目的，除了增加研磨体的研磨面积和增大研磨体的动能外，还要设法延长矿渣在研磨仓内的停留时间，控制料段比，加大研磨机会。为了减缓矿渣在研磨仓内的流动速度，增加研磨时间，我们对出料篦板根据矿渣微粉的产质量要求，设计了强溢流型出料篦板，通过精密加工和安装，达到增加料段比，延长矿渣在研磨仓内的停留时间，加大研磨机会，提高产品比表面积的目的。综上所述，我们始终围绕着矿渣的粉磨特性及矿粉的产、质量要求，有针对性的对磨机内的各个环节进行了改进。几乎可以说，除了磨机筒体，磨头衬板、及衬板螺栓外，磨内所需的一切配件都重新进行了设计和改进，达到并

19、超过了预期的效果。开发出了真正意义的“开流矿渣微粉管磨机。二、磨机的结构特点开流矿渣微粉管磨机的结构不意图如下：本磨机为两仓磨。一仓是细碎仓，隔仓板是内含弧型筛分装置的双层隔仓板。二仓是研磨仓，均布多排激活构件。出料篦板为溢流型篦板。矿渣和粉煤灰等物料在磨外经电子计量秤后喂入磨机的一仓，经中钢段细碎后，通过一仓篦板进入内筛分装置进行筛分，合格料过筛进入研磨仓，不合格料经返料板导回一仓继续细碎；进入二仓的物料经微段充分研磨合格后，经出料篦板排出磨外，成为产成品入库。四、磨机运行实际效果举例1、江苏省扬中市大地水泥有限公司该公司位于长江之中的扬中市沙家港，紧靠长江，原、燃料运输便利，运费低廉。现有

20、2条机立窑生产线，年产水泥约30万吨，主要供应扬中市的建筑市场。由于政策、环保、场地、市场等因素限制，扩大生产规模已不可能。为了降低生产成本，改善产品质量，增强市场竞争能力。公司决策层经过反复调研、试验，决定新上一台力2.4x13m的开流矿渣微粉管磨机，单独生产450m2/kg比表面积以上的矿渣微粉，掺入水泥中销售。该公司的矿渣来自南京钢铁有限公司，水运进厂烘干入磨。粉煤灰来自当地电厂。小2.4x13m开流矿渣微粉管磨机是由新购进的普通管磨机，按我院提供的磨内全套图纸改造而成。自2004年3月下旬投运以来，在公司的技术和操作人员的精心操作下，磨机运行稳定，生产含15%粉煤灰的矿渣微粉，产、质量

21、均超过预期的技术经济指标。由生产车间4月1日至4月26日的生产记录显示：磨机共运行552小时，生产矿渣微粉6861.38吨。经合肥水泥研究设计院粉磨所粉体检测中心抽样测试比表面积及颗粒级配，所测结果为：比表面积的平均值487.7m2/kg粒度平均值17.51仙m中值12.36m峰值24.80所实现的技术经济指标汇总如下：1、45人m筛筛余：V2.5%2、产品比表面积：450m2/kg3、台时产量：12.43t4、磨机粉磨电耗：53.097kWh/t经济效益初步测算矿渣微粉的生产成本比水泥生产成本低55元/吨，全部掺入水泥中销售，按全年生产矿渣微粉8.64万吨计算，仅降低水泥生产成本一项就达55

22、X8.64=475.2万元。由于掺入矿渣微粉后，使水泥总产量增加8.64万吨，按每吨水泥年平均利润10元计算，增产水泥8.64万吨新增利润10X8.64=86.4万元。仅上述两项经济效益合计，采用开流矿渣微粉管磨机后，公司年可获效益475.2+86.4=561.6万元。本项目共投资约380万元。资金回收期（月）=380+561.6X12=8.12（月）。另自水泥中掺入30%的矿渣微粉后，过去偶尔出现安定性不良的情况得到彻底根除，水泥质量较以前有很大提高，更受用户欢迎。在社会效益方面，年产8.64万吨矿渣微粉，掺入水泥中销售，可减少生产该水泥所消耗的石灰石、粘土、燃煤等一次性资源，节约电力及运输

23、用油等资源，同时也减少生产水泥所造成的大气污染，社会效益显著。2、杭州高强微粉有限公司该公司位于杭州市平康桥杭州半山发电有限公司旁边，距杭州钢铁有限公司矿渣堆场较近，物料均采用汽车运输。该公司主要利用上述两家公司的矿渣及粉煤灰，生产销售掺加20啕煤灰，45筛筛余小于3%比表面积460m2/kg的矿渣微粉，供应杭州及邻近城市的混凝土搅拌站使用。该公司2002年前，陆续建设了61.83X7m62.2X7m三条普通开流管磨机矿渣微粉生产系统。产品销路较好，售价随水泥价格的波动而波动，经济效益明显。为了进一步节能降耗，提高经济效益，2002年春决定采用我院开流矿渣微管磨机技术对三台磨机进行改造后，磨机

24、产量立即提高了20%以上，力1.83x7m磨机产量达到3.6-3.8t/h。62.2x7m磨机产量达到5.8t/h,每吨矿渣微粉节省电费约6元。该厂年产矿渣微粉11万吨，每年可节约电费66万元以上。同时通过提高产量，年可多产矿渣微粉1.45万吨，新增利润1.45X40=58万元。3台磨机的改造费用9万元，改造时间共7天，不到一个月就可收回改造费用。3、南通宝中建材有限公司该公司位于南通市如皋县九华镇长江村。建有一条62.4x11m“开流高细磨”的矿渣微粉生产线。紧靠长江，水路交通便利，且运费低廉。矿渣主要来自张家港和南京两家钢铁公司，生产销售80pm筛余小于1%比表面积370m2/kg的纯矿渣微粉，产品全部供应上海建筑市场，经济效益明显。当得知扬中大地水泥有限公司开流矿渣微粉管磨机运行情况后，于2004年6月采用开流矿渣微粉管磨机技术对该磨机进行改造，磨机产量由10.5t/h提高到12.5t/h以上，粉磨电耗下降约10千瓦时/吨。全年可节电80万千瓦时、增产矿渣微粉近万吨、可新增经济效益100万元以上。4、华西超细矿粉有限公司该公司位于江阴市华西村，隶属于华西实业总公司。矿渣及粉煤灰均来自总公司内部。2004年8月开工建设2条力2.4X13m开流矿渣微粉管磨生产线，2005年1月8日投产。生产含7煤灰的