矿渣微粉基本知识

2012年1月绪言矿渣：又称粒化高炉矿渣，是由高炉炼铁熔融的矿物经水淬骤冷时，来不及结晶而大部分形成的玻璃态物质。高炉生产过程中，入炉的各种原、燃料经冶炼后，除获得铁水外(炼钢生铁或铸造生铁)和副产品高炉煤气以外，铁矿石中的脉石、燃料中的灰分和熔剂矿物融合就形成液态炉渣，其一般温度为1450～1550℃，定时从渣口、铁口排出。高炉炉渣的化学成分取决于原料成分、冶炼铁种、操作方法和冶炼过程中的炉况变化。其主要组分由氧化钙，氧化镁，氧化硅和氧化铝组成，共占总量的95%以上。矿渣是高炉炼铁的副产品，它具有较高的潜在活性和水硬性，主要用途是作为水泥生产中的混合材料，以改善水泥的性能并降低生产成本和能耗。用水淬高炉矿渣作为水硬性混合材料，和硅酸盐水泥熟料，适量石膏共同磨细混匀可制得矿渣硅酸盐水泥。矿渣硅酸盐水泥中水渣的掺加量按重量计为20%-70%。矿渣微粉的产生：由于矿渣易磨性差，与水泥熟料共同粉磨时，细度往往偏粗而活性得不到有效发挥。如将矿渣单独粉磨，粉磨到预定细度后掺人水泥中或在拌制混凝土时掺人，则其活性可以得到充分的发挥。这种经过粉磨细度和颗粒细小的矿渣就是矿渣微粉。矿渣微粉作为一个独立的产品出现在建筑市场.广泛应用于预制和预拌混凝土中。可以替代约50%水泥。矿渣微粉生产技术有三大类：1、球磨机、振动磨开路粉磨系统。2、球磨机闭路粉磨系统。3、立磨、辊压机闭路粉磨系统。其中立磨集烘干和粉磨功能，以高效节能、可靠性高、占地面积小等综合优点得到广泛的推广。第一章矿渣微粉及基础知识第一节基本概念一、胶凝材料在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。它分为无机和有机两大类。无机胶凝材料又按照硬化条件，又可分为水硬性和非水硬性两种。水硬性胶凝材料指在拌水后既能在空气中又能在水中硬化的材料，如水泥。非水硬性胶凝材料不能在水中硬化，而只能在空气中硬化，故称为气硬性胶凝材料，如石灰、石膏等。二、水泥广义上说，水泥泛指一切能够硬化的无机胶凝材料；而狭义的水泥则专指现代水泥，即具有水硬性的胶凝材料。三、矿渣的定义：在高炉冶炼生铁时，所得以硅铝酸盐为主要成分的熔融物经淬冷成粒后，具有潜在水硬性的材料，即为粒化高炉矿渣（简称矿渣）。四、矿渣的质量系数K：矿渣中氧化钙、氧化镁、三氧化二铝质量分数之和与二氧化硅、二氧化钛、氧化亚锰质量分数之和的比值。矿渣质量系数越高活性越好五、玻璃体：粒化高炉矿渣中的非晶态固体称玻璃体。玻璃体亦称为无定形体或非晶体。玻璃体的结构特征为原子质点在空间上呈非周期性排列。具有一定化学成分的熔融物质，在急冷时，若质点来不及或因某些原因不能按一定的规律排列，而凝固成固体，则得到玻璃体结构的物质，玻璃体物质相对于晶体处于高能状态，处于亚稳定状态，有向晶体转化的趋势，这种变化叫晶化或脱玻化。要求矿渣微粉中玻璃体含量≥85%。六、活性：物质与其他物质发生化学反应的能力，矿渣的活性又指水化活性，是指矿渣粉与水及水泥中硅酸盐矿物水化时产生的水化产物CaOH发生化学反应的能力。矿渣的活性与矿渣本身的化学成分和矿物组成（质量系数和玻璃体含量）有关，也与矿渣粉磨的比表面积有关。矿渣本身活性较差，与水仅能发生微弱的化学反应，但在有水泥中硅酸盐矿物水化时产生的水化产物CaOH存在时可提高矿渣的水化活性，通过人为的物理、化学方法提高矿渣活性的方法称为激活（又叫激发）。物理激发（机械活化）：矿渣通过粉磨至一定比表面积可增加水化反应发生的接触面积，减小水化反应时传质过程的扩散距离。从而提高水化活性。粉磨比表面积越高水化活性越高，但矿渣本身易磨性较差，通过粉磨提高比表面积增加矿渣活性的方法能耗较高，特别是在比表面积≥420㎡/Kg时。化学激发：化学激发包括碱激发和硫酸盐激发，主要手段是石灰激发和石膏激发。但这两种组分在水化硬化过程中均有负面影响，在于水泥和混凝土中矿渣微粉中作用有限。七、矿渣粉的定义：以粒化高炉矿渣为主要原料，可掺加少量石膏磨制成一定细度的粉体，称粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉。第二节矿渣微粉的性能一、技术要求：在GB/T18046—2008中对矿渣微粉的质量指标作如下规定：抗压强度比上表中密度、氯离子含量、烧失量、三氧化硫含量、玻璃体含量、放射性指标由矿渣和相关组分材料本身性质决定。含水量、比表面积指标由粉磨过程控制，取决于粉磨过程质量。活性指数和需水量指标受矿渣和相关组分材料本身性质和粉磨过程质量两方面因素影响。依据矿渣微粉和比表面积和活性指数分为S105、S95、S75三个等级，生产企业可根据出厂产品的性能作相应的等级评定。二、组分材料要求：矿渣的性能要求：依据GB/T203—2008要求如下：三、矿渣微粉的用途：1、水泥生产中按一定比例直接掺入水泥中，是生产矿渣硅酸盐水泥的组分材料。2、在预拌混凝土和水泥制品中等量替代或超量替代部分水泥，作为胶凝材料直接用于拌制混凝土和砂浆，改善其工作性能。第一节矿渣粉的生产过程一、按生产主机设备和工艺分为三类：1、球磨机、振动磨开路粉磨系统。2、球磨机闭路粉磨系统。3、立磨、辊压机闭路粉磨系统。二、各类粉磨系统的工艺特点及优劣性：1、利用高细球磨机、振动磨进行开路粉磨。这种粉磨方式的优点是系统简单、操作方便、投资较低。但从粉磨原理分析，开路粉磨工艺不可避免存在过粉磨的问题，由此导致质量低、系统电耗高。出磨成品温度很高，易吸潮结块、降低矿粉活性，库存周期短，对于原料波动所引起的成品质量波动无法及时控制。需在粉磨前进行烘干作业。第二章矿渣微粉的生产方法及工艺2、采用高细球磨机的闭路粉磨。优点是工艺简单、粉磨效率高、维护管理方便。对矿渣以及其他物料的的超细粉磨具有比较广泛的适应性，该系统利用选粉机对超细粉体分级，使粉磨系统在生产400～500㎡/kg比表面积的超细矿渣时，达到系统实际电耗在70～110kWh/t左右，需在粉磨前进行烘干作业。下图为系统工艺原理图。3、立磨和辊压机进行闭路粉磨。这种粉磨方式的优点是集粉磨、烘干、选粉一体，系统简单、粉磨效率高、节约能耗、单机台时产量高。由于立磨可以对矿渣的玻璃体进行料层间挤压粉碎，因此能量利用率得到了较大的提高，一般来说这种系统将矿渣粉磨到400～450㎡/kg比表面积时的单位电耗为30一50kwh/t。其缺点在于投资规模巨大。主机的维修费用昂贵,对生产管理要求很高;此外立磨系统难以实现高等级的矿渣微粉生产，虽然在粒度分布和颗粒形貌（圆度系数）劣于前两种生产系统。但基本可满足S95级矿渣微粉的生产要求。获得广泛的推广。随大型立磨国产化，投资成本逐渐降低，目前我国新建矿渣微粉项目以立磨系统为主。本厂即采用中信重工LGMS5725矿渣立磨粉磨系统。下图为立磨矿渣系统工艺流程图：第二节矿渣微粉立磨生产系统一、系统的组成和各子系统功能：矿渣微粉立磨生产系统按功能由矿渣计量输送系统、立磨主机系统、立磨外循环系统、热风炉系统、引风收尘系统、成品矿粉输送和储存系统六大系统组成。1、矿渣计量输送系统组成：缓存仓（3）、棒阀（3）、定量给料机（3）、胶带输送机（2）、永磁除铁器（2）、喷水设施（2）。功能：矿渣入磨量的计量、控制和输送；入磨矿渣中铁质杂质的分离；入磨矿渣水分调整，稳定入磨矿渣水分。常见工艺故障和原因：Ⅰ、缓冲仓断料：原因可能是缓冲仓无料；棒阀开度过小；大块物料堵塞下料口；缓冲仓内物料结拱导致下料不畅。Ⅱ、定量给料机计量失准：表象一：给料机反馈量正常或反馈量远小于给定量，实际下料量大、入磨皮带电流升高，原因可能是荷重传感器断线或称重托辊或杠杆机构卡死；测速传感器断线或传感器与测速盘发生位移。表象二：给料机反馈量正常，实际皮带秤不转，无料卸出，入磨皮带电流降低。现场可观察到给料机头部传动滚筒运转正常。原因是皮带负荷大、皮带拉长后张紧力不足而产生打滑。此时应迅速停给料机，以免磨断给料皮带。Ⅲ、胶带输送机打滑：表象是电机运行正常，胶带机低速报警，通过摄像头可观察到胶带机不运转，原因可能是皮带负荷大、张紧力不足、头部张紧滚筒移位导致驱动滚筒包角发生变化，此时应迅速停给料机，以免磨断给料皮带。2、立磨主机系统组成：立磨主机、主减速机及润滑站、主电机及润滑站、选粉机（电机、减速机及主轴承干油自动润滑系统）、磨辊润滑站、摆臂轴承干油自动润滑系统、密封风机（2）、主辊液压站、辅辊液压站、锁风喂料阀（2）、物料入磨管道吹堵空气炮（10）、排渣单层重锤阀、翻辊液压站、立磨辅助传动（电机、减速机）功能：物料喂入、粉磨、烘干、选粉、成品随气流出磨。常见工艺故障及原因：Ⅰ、入磨锁风阀堵料：在表象是锁风阀卡死跳停，原因入磨矿渣水分较高且含有一定量的粉料，易粘附与其接触的设备表面，造成入磨管道堵塞导致积料过多、锁风阀转子格子板粘料过多过料能力下降导致积料过多、锁风阀转子同外壁间卡大块物料也导致锁风阀卡死跳停，如故障频繁发生时需停机清堵。Ⅱ、入磨物料管道下料不畅甚至堵料：表象入磨物料下料不均匀，磨机料层厚度和压差波动大，磨况不稳。原因是物料入磨管道吹堵空气炮工作不正常，管道内物料粘壁现象严重，过料面积减小导致积料严重。严重时需停机清堵。Ⅲ、磨机排渣道内积料过多严重时物料翻入进风管道影响磨机通风。原因是排渣量大排渣系统能力小来不及排出；停磨时大量磨内物料清入排渣道；排渣单层重锤阀卡死动作不灵活，物料无法排出。3、立磨外循环系统组成：定量给料机（2）、永磁除铁器（2）、斗式提升机、称重仓及仓顶料位计、双向螺旋闸门（2）、袋式收尘器、气动侧三通阀、外排小仓、喷水设施。功能：立磨外循环物料的计量排出、暂存、金属杂质的分离、外循环物料计量入磨或外排、返料楼扬尘点的粉尘治理。常见工艺故障及原因：Ⅰ、斗式提升机进料口、出料口堵塞：原因进料量大或提升机设备故障（如传动链条断、液藕保护、联轴器尼龙棒断）造成进料口积料、称重仓满提升机物料无法卸出造成出料口堵料。Ⅱ、返料楼扬尘大：表象一：收尘点正压跑灰，原因可能是风管堵塞；收尘器灰斗积料严重影响通风；收尘清灰工作不正常或压缩空气压力低导致收尘器压差大；风机进口阀门开度小或未打开；风机反转。表象二：收尘器出口粉尘浓度大，原因可能是收尘器滤袋破损严重或掉袋、收尘器净风箱破损含尘气体直接进入净风箱排出。Ⅲ、气动三通阀漏料：原因可能是阀板未动作到位、阀板变形导致间隙过大。四、热风炉系统：组成：热风炉、胶带输送机、煤破碎机、提升机、小煤仓（2）、棒闸阀、圆盘喂料机（3）、离心鼓风机（2）、放散阀门、补风阀门（2）、永磁除铁器。功能：提供物料烘干所需的热风源，调整、控制入磨风温。五、引风收尘系统：组成：离心通风机主排风机（离心通风机和进风风阀）、低压长袋脉冲袋收尘器（主收尘及灰斗卸灰充气用风机和双层翻板阀）、通风管道及膨胀节、入磨热风调节阀门和冷风调节阀门（2）、循环风阀门、通风系统配属风温、风压测量仪表。功能：保证系统生产过程中处于负压状态减小粉尘排放、提供系统通风所需的负压源、保证磨内各部位合理的风速使物料在磨内与热空气充分接触，完成换热烘干、风送和选粉工作、在收尘器内完成气料分离，成品通过灰斗收集后卸出、洁净空气通过排风机和烟囱排入大气或作为循环风重新入磨。因系统工作状态通风温度较高，为补偿设备和管道受热变形通风管道和过料管道均设置必要的膨胀节。常见工艺故障：Ⅰ主收尘器灰斗积料：原因可能是下部成品空气输送斜槽堵塞灰斗内卸料不畅；双层翻板卡死、灰斗内开式斜槽透气层破损或卸灰风机工作状态不良导致卸料不畅。在灰斗密封不良时易造成灰斗漏灰，严重时影响收尘器通风，导致收尘器压差大，甚至收尘器支撑变形侧倾或灰斗脱落的严重事故。Ⅱ主收尘压差大：原因可能是灰斗积料严重；压缩空气压力低或清灰程度出错导致收尘器清灰效果差滤袋风阻大；压缩空气压力低提升阀气缸提升力不够导致提升阀全部处于关闭位置；风温过低导致收尘器内结露。六、成品输送和储存系统：组成