立式磨和袋式除尘器在矿渣粉磨系统中的应用
摘 要:阐述了矿渣微粉的应用、粉磨工艺和设备现状，并对立式磨生产工艺、立式磨结构和工作原理、袋式除尘器结构和工作原理等进行了重点介绍，分析了工程应用实例，认为国产立式磨和袋式除尘器可为矿渣粉磨的节能减排提供可靠的技术和设备保障。
关键词:矿渣粉磨;立式磨;袋除尘器;应用
前言
高炉矿渣是钢铁厂生产过程中排出的废渣。目前，全国钢铁企业每年约产生1.2亿吨的矿渣，将矿渣磨细成矿渣微粉，等量代替水泥，既可以变废为宝，又可以节约生产水泥所需的矿山资源，是发展循环经济、实现可持续发展的重要途径。矿渣微粉是一种新型高强混凝土掺和料、优质水泥混合材，其原料是冶金行业的高炉矿渣，是利用工业废渣的新型环保产品。近十年来，国内许多大型钢铁企业纷纷投资建设矿渣粉磨生产线，把矿渣微粉项目列为非钢产业发展的一个重点。
矿渣粉磨可采用立式磨、辊压机、球磨机、振动磨四种终粉磨工艺，或者采用立式磨+球磨机、辊压机+球磨机的联合粉磨工艺，其中立式磨生产工艺最为普通，为各家钢铁公司首选。立式磨工艺的主机设备是立式磨和袋式除尘器，国内目前选用的立式磨主要是进口的，随着国产立式磨技术的进步，逐渐克服了其震动大和材质易磨损的不足，国产立式磨逐步用于矿渣微粉的生产。矿渣粉磨系统的终端设备是袋式除尘器。袋式除尘器具有收集成品和环保除尘的双重功能，在粉磨系统中起着至关重要的作用。矿渣粉磨系统废气的排放依据新标准《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2004）的规定执行，自2010年1月1日起，新老生产线的最高允许排放浓度是30mg／Nm3，为适应新标准的限值要求，必须选用新型高效的袋式除尘器。
1 立式磨生产工艺介绍
我国于2000年12月1日起实施了国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》GB/T10846-2000）；2002年12月1日起又实施了《高强、高性能混凝土中用矿物外加剂国家标准》。在该标准中正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”，纳入混凝土第六组份。目前企业生产的矿渣微粉，比表面积控制在420～450m2/kg之间。
为保证矿渣微粉的细度和节能减排的需要，国内矿渣粉磨系统主要选用立式磨工艺。与其他工艺相比，立式磨工艺具有节能显著、烘干效果好、占地面积小和土建投资省等优点。目前我国已建成或正在建设矿渣微粉生产线的企业有上海宝钢公司、武汉钢铁公司、鞍山钢铁公司、山西长冶钢铁公司、首都钢铁公司、马钢公司、沙钢公司、柳钢公司、济南钢铁公司、山东莱芜钢厂、日照钢厂、山西太原钢厂等，规模为年产60万吨、年产50万吨和年产30万吨不等。选用的立磨主要为日本川崎、宇部磨、丹麦史密斯磨、德国莱歇磨，德国伯利休斯等国外企业生产的立式磨。近年来，由于国产立式磨在生料粉磨和煤粉制备领域内的突破以及材料科学、液压技术、自动控制方面的不断发展，逐步克服了立式磨使用中存在的震动大、磨辊和磨盘磨损、除铁难等不利因素，国产立式磨的性能已基本接近进口立式磨，同时由于国产设备投资省、交货期和建设期短，国产立式磨在矿渣微粉生产线中逐步得到了推广和应用。
工艺流程简述如下：工厂原料矿渣经喂料斗由斗式提升机输送到矿渣仓储存，仓下装有螺旋闸门和控制入磨矿渣量的调速电子皮带秤，电子皮带秤按系统的需要把一定量的矿渣卸出，由除铁器除铁后经斗式提升机、锁风喂料机喂入立式磨内，在立式磨内通过磨辊和磨盘的相对运动而产生挤压、碾磨成粉体。粉体通过磨内选粉装置选粉，合格的粉体随磨内的气流带出磨外，被高浓度袋式除尘器收集为成品，粗颗粒落到磨盘上继续磨粉。磨内通入的热风由专用热风炉产生，根据工厂条件，可用燃煤热风炉，也可用燃油热风炉，蒸发原料带入的水分，保证产品含水率在1%以下。为提高立式磨的磨粉效率，在磨内选粉内循环的基础上，工艺布置采用了能把磨机吐出的粗渣由系统设备返回的设计，即磨机吐出的粗渣经除铁器除铁后再经皮带输送机输送回入磨提升机，通过调整粗渣返回量可以提高磨粉效率，并能延长磨辊及磨盘的寿命。除尘器收集的矿渣粉成品经输送斜槽送入矿粉储存库。
2 主机结构和工作原理
矿渣粉磨系统立式磨生产工艺的主机设备为立式磨和袋式除尘器。
2.1 立式磨结构和工作原理
国内磨制矿粉的立式磨主要有两种：一种是液压加压立式磨，如合肥水泥研究设计院在引进消化的基础上，经过长期生产实践，对设备结构进行优化设计而成的磨制各种矿粉的设备，代表型号为HRM型立式磨，它可以磨制1250目以下的各种矿粉；另一种是弹簧加压立式磨，如雷蒙磨。二者相比，液压加压的立式磨具有自动化程度高、单台产量大、能量利用率高、运行可靠、产品粒度易于调整、性能稳定等优点。
HRM型立式磨作为一种新型节能粉磨设备，其工作原理是：电动机驱动减速机带动磨盘转动，需粉磨的物料由喂料设备送入旋转的磨盘中心，在离心力作用下，物料向磨盘周边移动，进入粉磨辊道。在磨辊压力的作用下，物料受到挤压、研磨和剪切作用而被粉碎。同时，热风从围绕磨盘的风环高速均匀向上喷出，磨粉后的物料被风环处的高速气流吹起，一方面把粒度较粗的物料吹回磨盘重新磨粉，另一方面对悬浮物料进行烘干，细粉则由热风带入分离器进行分级，合格的细粉随同气流出磨，由收尘设备收集下来即为产品，不合格的粗粉在分离器叶片作用下重新落至磨盘，与新喂入的物料一起重新磨粉，如此循环，完成磨粉作业全过程。
HRM型立式磨主要部件的结构特点如下：
（1）传动装置
立式磨的传动装置由主电机、联轴器、减速机三部分组成，安装在磨机下部，既要带动磨盘传动，还要承受磨盘、物料、磨辊的重量以及加压装置施加的碾磨压力，是立式煤磨中最重要的部件之一。立式磨减速机采用圆锥齿轮与行星齿轮联合传动形式，一对直角传动的圆锥齿轮与一套输入轴为垂直向上的行星传动，通过弹性联轴器将二者联接起来。太阳轮用球头支承在止推块上，行星架的轴向支承由一组圆形可倾瓦推力轴承来承受。这两个自由度使内齿圈及三个行星轮受力均匀。内齿圈刚性地固定在箱体上，圆筒状的箱体为轴向推力轴承提供了理想的支承形式。另外，圆筒状的箱体的内外壁都配置了对称的加强筋，使箱体具有很好的刚性。圆锥齿轮采用螺旋齿。太阳轮、行星轮为渐开线直齿，这些齿轮采用高强度合金钢制造。齿轮经表面渗碳磨齿，具有较高的精度。减速机的所有支承轴承采用滚动轴承，轴向推力轴承为可倾瓦推力轴承，它承受立式磨机的垂直轴向力。工作时轴瓦浸泡在油池中，并经过环形喷嘴不断提供新鲜润滑油，使油池始终保持一定的液面高度。润滑系统采用独立的油站，并有油压、油温的自动保护系统，使全套装置工作安全可靠。该型式的减速机具有体积小、重量轻、减速比大、传动效率高等优点。
（2）碾磨装置
磨盘和磨辊是重要的研磨部件，其形状设计必须使被磨粉的物料在磨盘上形成厚度均匀稳定的料床，因此合理的磨盘形状配以相适应的磨辊，对于稳定料层、提高磨粉效率、减少研磨消耗有着极为重要的作用。通过大量的调研和类比，建议采用盘形的磨盘形状和轮胎形辊套，辊套为对称结构，在磨损到一定程度后可翻面使用，从而延长其使用寿命。
（3）加压装置
HRM型立式磨采用液压自动或手动控制系统来施加及控制其对物料的作用力，可以根据物料易磨性的变化而自动地调整压力，因而使磨机经常保持在最经济的条件下运行，这样，既可以减少无用功的消耗，又能使辊套、衬板的寿命得到延长。同时，由于蓄能器的保压及缓冲作用，使液压缸施加压力具有较大的弹性，又可自动调节，当遇到大而坚硬的杂物时，磨辊可以跳起，从而避免粉磨部件及传动装置因承受过大荷载而损坏。
（4）限位装置
HRM型立式磨独特的限位装置可以使磨机轻载启动，磨辊和磨盘之间的间隙可调，这样既能保持稳定的料层厚度，提高磨粉效率，又能保证在断料等不正常情况下磨辊和磨盘不直接接触，避免了磨机振动，对减速机起到了保护作用。
（5）分离装置
HRM型立式磨的分离器设计为机械传动、转速可调的分离器，该分离器通过锥形转子高速回转，叶片与粗颗粒撞击，给物料以较大的圆周速度，产生较大的离心力，使其进行分离，细颗粒可通过分离器叶片之间间隙出磨，由收尘器进行收集。该分离器分级效率高，调节余地大。
（6）磨辊装置
HRM型立式磨，磨辊的装置是采用一对调心滚子轴承，设计时对轴承作等寿命计算，轴承密封腔延伸到机壳外，不与含尘气体接触，所以只用简单的填料密封就能使磨辊轴承不进灰。磨辊设计为斜面安装，用楔形环压紧，更换辊套十分方便。
（7）其它特点
1）HRM型立式磨在下壳体设有排渣口，难磨异物可随时排出机外，停机后剩余物也可全部排空。
2）磨辊可借助液压翻辊装置翻出磨外进行检修，更换易磨件仅需三个班的时间，提高了磨机运转率。
3）磨辊和壳体间采用弧形板密封结构，与传统结构相比，具有密封效果好，经久耐用等特点。
2.2 袋式除尘器的结构和工作原理
随着袋式除尘器技术的不断发展，尤其是新型滤料的研制及应用和清灰技术的发展，使袋式除尘器在矿渣粉磨系统除尘中得到了更加广泛的应用。针对矿渣粉磨工艺系统和含尘废气的特性，国内外先后研制和应用的有反吹风型和脉冲喷吹型两类袋式除尘器。目前，气箱脉冲袋式除尘器的应用最为广泛，具有代表性的是FGM型矿渣用气箱脉冲袋式除尘器和KDMC大型低阻袋式除尘器，其能有效避免其他除尘器存在的阻力高、滤袋寿命短和电耗高等缺点。
（1）FGM型气箱脉冲袋式除尘器
主要由箱体、袋室、灰斗、进出风口、滤袋、袋笼、支柱、爬梯、栏杆、气路系统、提升阀系统、卸灰装置、清灰控制器等部分组成。工作原理：含尘烟气先由进风口进入，在风道斜隔板的导向下，风道截面扩大、风速降低，部分较粗尘粒在这里由于惯性碰撞、自然沉降等原因落入灰斗，大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被阻留在滤袋外侧，净化的烟气由滤袋内部进入净气箱，再由阀板孔、出风口排入大气，达到收尘的目的，随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧的积尘也逐渐增多，从而使收尘器的运行阻力也逐步增高。当阻力增到预先设定值1245～1470Pa），或者设定时间到时，清灰控制器发出信号，首先控制提升阀将阀板孔关闭，以切断该单元过滤烟气流，停止过滤过程，然后电磁脉冲阀打开，以极短的时间（0.1～0.15秒）向净气箱内喷入压力为0.5M～0.7MPa的压缩空气，压缩空气在净气箱内迅速膨胀，涌入滤袋内部，使滤袋产生变形、振动，加上逆气流的作用，袋室外部的粉尘便被清除下来掉入灰斗，清灰完毕后提升阀再次打开，收尘器又进入过滤状态。清灰动作均由PLC进行自动控制，清灰控制有定时式和定压式两种。
性能特点：1）能处理高浓度含尘气体，只要一级收尘，工艺流程简单；2）设备体积较小、钢耗较低、占地面积小和投资较少；3）清灰动能大，清灰彻底；4）设备运行阻力低，阻力小于1500Pa；5）滤袋使用寿命长，抗结露性能好。
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