萬明華 張春江
德龍鋼鐵有限公司
摘要：在實施多項技改降低磨機能耗的前提下，不斷優化高爐礦渣處理工藝，提高礦渣玻璃體含量、穩定磨機操作提高礦粉比表面積、合理配用礦渣穩定化學成分，實現了采用單一立磨粉磨方式，不使用助磨劑和激發活性添加劑的情況下，提高了礦粉活性指數。
關鍵詞：活性指數 比表面積 礦渣化學成分 玻璃體 立磨能耗
1、引言
隨著鋼鐵工業的發展，高爐水渣的資源化利用越來越受到重視。近些年，國內一些鋼鐵企業相繼建設了礦渣微粉生產線，但由于粒化高爐礦渣質量不穩定、礦渣粉磨技術問題等原因造成礦渣微粉活性指數不達標的情況時有發生，嚴重影響了礦粉質量及其應用前景。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活性的添加劑情況下，從優化高爐礦渣微粉處理工藝入手，提高礦粉的比表面積、穩定礦粉化學成分，從而提高礦粉活性指數。
2、影響礦粉活性的因素
2.1礦粉比表面積對活性的影響
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是不同的。對不同比表面積的礦粉多次試驗證明得出如下規律：
1) 比表面積在430±10m²/kg時礦粉活性指數較好，是較為理想的生產技術指標。因為礦粉比表面積的高低與立磨臺時產量和耗能有直接關系，比表面積的提高雖對質量較為有利，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，磨機臺時產量降低10%。
2) 當礦粉的比表面積≥450m²/kg時，其活性已得到較充分的發揮，隨著比表面積的繼續，其活性指數幾乎相同，且能耗升高，不是理想的技術指標。
2.2礦渣化學成分對礦粉活性的影響
高爐礦渣的化學成分一般為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。
2.3玻璃體含量對礦粉活性的影響
粒化高爐渣是結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
入磨礦渣水分波動直接影響加熱爐煤氣耗量，水分過大（≥13％），需要提高磨機入口溫度（即加熱爐出口溫度），使磨機主電機和選粉機電流升高，磨內壓差增大，外循環料量加大，加大磨機磨損和能耗。水分偏低（＜9％）不利于磨內形成穩定的料層，磨機振動值偏高。
依據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，配用車輛倒運的1#爐礦渣。這樣便省去了部分礦渣經過皮帶卸料落地存放再用鏟車上料使用的中間環節，節約了渣場占地面積和運輸費用。經過實踐，入磨礦渣水分可有效控制在12±1%范圍內，減少了煤氣噸耗。
3.2推行多項技改，穩定立磨操作，減少能耗
1) 煤氣加熱爐燒嘴前2米處加1.7米燃燒墻，促進煤氣充分燃燒。
穩定磨內溫度。加熱爐爐膛內的煤氣和助燃空氣在壓力波動下引起燃燒位置的變化，并影響燃燒效果。若未能在爐膛內充分燃燒，過剩的煤氣會隨氣流進入管道和磨機內進一步燃燒，造成磨機系統內溫度過高，導致熱風管道變形和加劇磨內設備損耗。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充分燃燒，減少過剩煤氣被帶入磨內的幾率。
2) 積極探索循環風利用技術，減少能耗
進入磨內烘干物料的熱氣在主排風機的作用下一部分通過廢氣閥經煙囪外排，一部分通過調節閥經循環風管道返回加熱爐熱風混風室，再次預熱后又進入磨機。循環風量的調節依靠廢氣閥和循環風調節閥進行控制，還要考慮加熱爐的出口為負壓（即磨機入口負壓），以穩定磨內壓差。經過積極的摸索實踐，最終采取外排廢棄閥門不全開的方法（開度66%），循環風閥門全開（開度100%），提高循環風利用率，降低了煤氣消耗。
對比看出，德龍鋼鐵和首秦嘉華在利用循環風技術降低煤氣噸耗方面相差甚大，德龍鋼鐵礦渣立磨在循環風利用技術方面有著顯著優勢。
3) 技改加熱爐助燃風機電機變頻操作，穩定煤氣加熱爐操作。
助燃風機風量的大小依靠風門開度的控制，中控反饋的風門開度為模擬信號，與現場風門開度并不呈對應關系，造成系統進風量易波動和電機能耗的浪費（電機轉速恒定）。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，同時中控對加熱爐風量的判斷和操作更為準確。
4) 混風室循環風管道改造，平衡磨機兩側進風口溫差。
混風室連接著循環風管道和磨機兩側進風管道，使進入磨內的烘干氣體均勻穩定。設計時因循環風管道接口位于混風室西側，負壓下循環風過多的經西側磨機進風口進入磨機，致使西側磨機進風口溫度偏低，東側偏高，兩者溫差較大，增加磨機的操作難度。據了解其他企業也存在類似的磨機兩個進風口溫差過大的現象。在混風室內循環風管道延長450mm，平衡循環風氣流與兩個進風口的距離，達到均衡兩進風口溫度的目的。
3.3優化系統參數，通過控制磨內壓差、風量、喂料量和選粉機轉速，提高礦粉比表面積至440m²/kg。
在成功控制了入磨礦渣水分，改良加熱烘干系統后，對礦渣立磨系統運行參數做了相應調整——喂料量上調到165t/h，主排風機風板開度68%，加熱爐爐膛溫度800-850℃，磨機出口溫度≤350℃，磨內壓差2.90±0.1kp，適當減少外循環料量，控制選粉機轉速780-810r/min，出磨礦粉的比表面積成功達到430m²/kg以上。
3.4通過水渣速冷提高粒化礦渣的玻璃體含量
資料顯示未經淬水的礦渣，其礦物形態呈穩定性的結晶體，該結晶體除少部分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定化合物，而以玻璃體狀態將熱能轉化為化學能而封存其內，因此驟冷的熔渣具有較高的化學活性。
我們通過對高爐沖渣系統進行改造，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，提高了粒化礦渣的玻璃體含量，從而提高礦渣的潛在活性。（沖渣系統改造效果見下表）
表5：1#1080m³高爐沖渣系統改造前后參數對比
3.5合理搭配入磨礦渣，穩定化學成分組成
高爐冶煉工藝及使用原材料的差異，其產生的礦渣在化學成分上也不盡相同。
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。
注：質量系數=（ CaO+ MgO+ Al2O3）/ SiO2
活性系數= Al2O3/ SiO2
可以看出，經過優化配用后，德龍鋼鐵礦渣的活性指數和質量系數均高于邯鋼和水鋼生產的高活性堿性礦渣，為生產出高活性的礦渣微粉奠定了堅實的基礎。
由上圖看出，在穩定礦粉化學成分組成，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%，使礦粉的活性指數達到了7天≥84%、28天≥110%，分別高出GB/T18046-2008關于S95級礦粉技術指標要求的7天（≥75%）和28天（≥95%）活性指數9個百分點和15個百分點，尤其是28天的活性指數，已達到了S105級的28天活性要求（≥105%）。
4、結論：
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，礦粉7天和28天活性指數有了很大提高，分別達到了≥84%和≥110%。《優化高爐礦渣微粉處理工藝》項目在大型礦渣立磨處理工藝方面提供了可借鑒的寶貴經驗，被河北省科技學技術廳評為“國內領先”。