粒化高炉矿渣粉生产线设计要点

任朝军 王 迪

1.上海宝钢节能技术有限公司；2.上海宝钢新型建材科技有限公司

1 引言

宝钢是国内第一家建设粒化高炉矿渣粉生产线的钢铁企业，通过引进消化吸收再创新的模式，20余年以来在上海、南京、乌鲁木齐、湛江等地建设10余条粒化高炉矿渣粉生产线，其中绝大多数生产线由宝钢内部设计单位负责设计。总结现有生产线在设计过程的经验和不足，整理汇总生产线的设计要点，可以持续优化后续生产线的设计质量和设计效率。

2 粒化高炉矿渣粉介绍

高炉炼铁的基本任务为使用还原剂（焦炭、煤等）在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁，其主要产品为液态生铁，副产品为液态炉渣、高炉煤气及煤气附带的炉尘。铁矿石中的脉石以及焦炭燃烧后剩余的灰分（主要成分为SiO2、Al2O3）与碱性助熔剂中的CaO、MgO结合形成低熔点化合物，在高炉内熔化为流动性良好的高炉炉渣。高炉炉渣的主要成分为CaO、SiO2、Al2O3，三种主要成分的总比例超过90%，和MgO、FeO 等氧化物及一些硫化物（CaS 和MnS、FeS 等），个别情况下可能还有TiO2、P2O5等。液态高炉炉渣从高炉排出，经过高压水水淬形成粒化高炉矿渣。粒化高炉矿渣可以作为高炉矿渣粉、矿渣硅酸盐水泥、矿渣棉、微晶玻璃的主要原料，应用途径非常广泛。

粒化高炉矿渣经过粉磨、干燥，制备为粒化高炉矿渣粉，在粉磨过程中可以加入适量的天然石膏和助磨剂。高炉矿渣粉的主要应用途径是作为水泥和混凝土的掺合料，其组成成分、性能参数均应符合国家标准GB/T 18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。

3 粒化高炉矿渣粉生产线工艺流程

粒化高炉矿渣通过定量给料机、带式输送机等设备定量输送至立磨机磨盘上部，磨盘转动产生离心力使料移至周边，进入磨辊与磨盘之间，磨辊在液压装置和加压机构作用下，向磨辊与磨盘间的物料施加压力，物料逐渐被碾压成细粉。热风炉产生的高温气流送入立磨机，热风将碾磨生成的细粉送至立磨机上部的选粉机区域，该过程中细粉经过高温加热后水分挥发。未随热风上升的粗粉及铁粉从磨盘边缘落入排料口卸出立磨机，通过外循环系统再返回磨盘循环粉磨。选粉机将符合产品规格要求的细粉选出，粒径不合格的细粉则沿返料斗再次落到磨盘上被碾磨。主引风机运行后产生负压气流，选粉机选出的合格细粉在负压气流的作用下从立磨机排出进入袋式收粉器。气流穿过袋式收粉器的滤袋后排放，细粉被滤袋捕集后落入灰斗，该细粉即为粒化高炉矿渣粉。袋式收粉器收集的粒化高炉矿渣粉通过空气输送斜槽等输送设备或气力输送设备进入矿渣粉储存库内，矿渣粉储存库上部为物料层，下部为卸料层。物料层底部设置气化设备，持续向物料层输送高压气流，防止粒化高炉矿渣微粉板结。卸料层设置卸料装车机、袋式除尘器等卸料设备，产品运输车辆行驶至卸料层，启动卸料设备，粒化高炉矿渣粉从物料层底部卸出进入运输车辆。粒化高炉矿渣粉生产线的工艺流程详见图1。

注：

高炉矿渣上料单元：1-定量给料机、2-带式输送机；

高炉矿渣粉磨单元：3-立磨机、4-斗式提升机、5-袋式收粉器、6-主引风机、7-热风炉、8/10-空气输送斜槽、9-斗式提升机；

高炉矿渣粉储存单元：11-矿渣粉储存库、12-袋式除尘器、13-库底气化设备、14-卸料装车机。

图1 粒化高炉矿渣粉生产线工艺流程图

4 粒化高炉矿渣粉生产线设计要点

粒化高炉矿渣粉生产线由高炉矿渣储存单元、高炉矿渣上料单元、高炉矿渣粉磨单元、高炉矿渣粉储存单元组成，配套设施包括中央控制单位、能源介质单元、总图单元、办公设施单元。各单元的设计要点如下。

4.1 高炉矿渣储存单元

高炉矿渣储存单元的生产用途为储存生产线的原材料-高炉矿渣等，确保生产线连续运行，主要设施包括封闭厂房、储存料格、布料设施，该单元的设计要点如下。

①为避免扬尘污染环境，粒化高炉矿渣必须储存在封闭厂房内。②根据项目占地面积、建设投资等因素确定高炉矿渣的储存量，储存量不宜小于生产线72h的需求量。③粒化高炉矿渣的含水率为8%～13%，在储存期间会沥出部分水分，沥出水呈碱性；要求厂房必须设置防水地坪，以防止污染土壤及地下水。④厂房地坪设置排水沟以收集沥出水，收集的沥出水优先消耗于生产线，剩余沥出水必须经水处理设施净化处理合格后才能排放。

4.2 高炉矿渣上料单元

高炉矿渣上料单元的生产用途为将储存单元内的高炉矿渣连续、定量输送至粉磨单元，主要设施包括取料设施、受料斗、定量给料机、带式输送机、中间仓、电磁除铁器，该单元设计要点如下：①取料设施包括堆取料机、起重机抓斗、斗式装载机等不同型式，根据建设投资、储料规模、生产线产量、运行成本等因素选择取料设施。②受高炉矿渣的粒径、含水率等因素影响，带式输送机最适宜作为高炉矿渣的短距离输送设备。③取料设施运行状况受操作工人的影响较大，为确保生产线连续运行须设置中间仓，中间仓的储料能力不宜小于生产线2h的需求量。④为避免高炉矿渣洒落至地面，带式输送机必须设置全封闭通廊，通廊地坪也全封闭。⑤尽量减少带式输送机的数量，既可以降低建设投资，同时可以降低运行成本、降低设备故障机率。

4.3 高炉矿渣粉磨单元

高炉矿渣粉磨单元的生产用途为将高炉矿渣粉磨、干燥为高炉矿渣粉，主要设施包括立磨机、袋式收粉器、主引风机、排气筒、热风炉，该单元设计要点如下：①立磨机为粒化高炉矿渣粉生产线的核心设备，立磨机的台时产能为生产线的台时产能，立磨机的选型决定了生产线其他设备的选型。目前，以台时产能为参数，成熟运行的国产立磨机的规格多为90t/h、130t/h、180t/h，并有继续向大型化发展的趋势。②选粉效果直接决定高炉矿渣粉的品质，热风炉、选粉机、袋式收粉器、主引风机等设备组成一风力平衡系统，该风力平衡系统内的所有进料口、出料口均需设置锁风阀门，以确保系统稳定运行。③粒化高炉矿渣中含有1%～3%的铁粒、铁粉，在进入立磨机前必须设置除铁装置。④袋式收粉器收集的高炉矿渣粉向矿渣粉储存库的运输方式，通常有空气输送斜槽输送和气力输送2种途径，空气输送斜槽适用于近距离输送、气力输送适用于长距离输送。

4.4 高炉矿渣粉储存单元

高炉矿渣粉储存单元为生产线产品的仓储库，主要设施包括矿渣粉储存库、库底气化设备、卸料装车机，该单元设计要点如下：①高炉矿渣粉属于粉尘，在输送、储存、装车等环节均存在扬尘现象，合理的除尘系统为该单元的设计要点。②矿渣粉储存库的结构型式包括钢筋混凝土、焊接式钢板仓、螺旋式钢板仓，不同结构型式在建造成本、维护成本、寿命周期等方面存在差异，需要根据生产线的地理位置、投资规模、管理水平等因素综合考虑。

4.5 总图单元

总图单元包括全厂总图布置、全厂道路、全厂运输、外部管线、全厂绿化等内容，该单元的设计要点如下：①生产线运行期间，高炉矿渣粉磨单元存在较大其他、高炉矿渣粉储存单元存在扬尘隐患，办公设施单元尽量远离高炉矿渣粉磨单元和高炉矿渣粉储存单元。②粒化高炉矿渣粉生产线的生产原料-高炉矿渣、产品-高炉矿渣粉的运输量大，运输车辆多，生产区域道路与办公区域道路应设计物理隔离。③高炉矿渣粉通常采用气力吸排罐车运输，经常出现吸排罐车排队装车的现象，应设计专用停车场或增加道路宽度用于吸排罐车停车排队。

5 结束语

粒化高炉矿渣粉生产线具有产能大、装备重、单元多、运输量大的特点，进行粒化高炉矿渣粉生产线设计，必须根据地理位置、投资规模、外部条件等因素因地制宜、多次论证，掌握生产线各单元设计要点，持续优化各单元设计，确保生产线的投资、建设、运营、环保等综合效益最大化。