CN101972687A

CN101972687A - 一种炭素成型粉的制备工艺

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Publication number: CN101972687A
Application number: CN201010500219.XA
Authority: CN
Inventors: 方莹; 李镇; 张少明
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2010-10-09
Filing date: 2010-10-09
Publication date: 2011-02-16

Abstract

本发明涉及一种炭素成型粉的制备工艺，具体说是一种采用风扫式球磨系统制备炭素成型粉的制备新工艺。本发明主要设备包括：原料仓、风扫式球磨机、高效转子式分级机、气箱脉冲袋式收尘器、主排风机、成品粉仓。本发明主要工作过程为：原料由给料机给料加入风扫式球磨机粉磨，经高效转子式分级机完成粗细粉分级，粗颗粒回磨内重新粉磨、细颗粒进入气箱脉冲袋式收尘器进行收集。本发明技术性能优点：系统出力高、单位产品电耗低；成品粉纯度高、均匀性与稳定性好；负压状态运行，彻底解决原工艺漏风冒灰现象。本发明工艺既适用于炭素成型粉生产过程中传统工艺优化技术改造、也适用于炭素成型粉制粉系统新建项目。

Description

一种炭素成型粉的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种炭素成型粉的制备工艺，具体地说是一种采用风扫式球磨系统，单风机气流开路运行工艺制备炭素成型粉。

背景技术

在生产炭素生阳极的配方中，炭素成型粉用量约占干粉总量的30%左右、但其比表面积却占总比表面积的90%以上，因此炭素成型粉的纯度与稳定性是影响生阳极糊料与预焙阳极质量的关键因素。而在目前的工业化生产中，因炭素成型粉制备工艺所存在的缺陷，其所制备的成型粉纯度与稳定性较差，进而影响生阳极糊料及预焙阳极质量。

目前炭素成型粉工业化制备工艺普遍采用双风机闭路循环工艺（简称闭路循环工艺），其工艺流程见图1。

该工艺特点主要为：采用圆盘喂料机4作为系统给料设备；采用粗粉分离器9作为粗细粉的分级设备；采用6风扫式球磨机作为粉磨设备；采用10旋风收尘器作为成品粉的分离收集设备；系统设一台循环风机12与一台排风机15，出循环风机12的气流分成三路：大部分气流经循环风管送至磨头；一部分气流经循环风管送至磨尾作为补充风；其余部分气流则作为尾排风，经袋式收尘器13风量收集所含细小颗粒后由15排风机排空；由旋风收尘器10与袋式收尘器13分离收集下来的物料作为成品（即炭素成型粉）由16成品输送机汇总送至18成品库。因该工艺设有两台风机、且大部分气流在系统中循环使用，故称双风机闭路循环工艺。

粗粉分离器作为第一代物料分选设备，具有结构简单、无运动部件及操作维护方便等特点，但因其结构与分级原理的限制，粗粉分离器的使用技术经济性能较差,在正常运行情况下，选粉效率一般只有40%～50%左右、分级精度0.45、且产品细度调节困难，成品粉纯度低、稳定性差。另外，再加上上述工艺上所存在的缺陷，该系统在实际生产运行中普遍存在如下问题：

1、系统出力低、单位产品电耗高：主要原因是因为粗粉分离器选粉效率低，致使回磨粗粉中含有大量（约50%左右）的合格粉料，磨内存在较严重的过粉磨现象所致；另外，由于粗粉分离器的细度控制不灵敏，为保证成品细度合格，系统通常只能维持在较低的处理风量下运行。系统处理风量偏低，磨内风速与携尘能力降低，也是造成粉磨效率低、系统出力不高的原因之一；

2、成品粉纯度低、稳定性差：由于粗粉分离器的结构与分级原理的限制，其成品细度的调节与控制主要由改变挡板的角度进行，粗细粉互混现象严重，成品粉经常有跑粗与波动现象（由于其可控性差，有些企业在系统运行时有将粗粉分离器短路、废弃不用的现象存在）；

3、成品粉均匀性差：因粗粉分离器的效率低、细度控制不灵敏，成品中含有较多的粗颗粒，其均匀性指数通常只有0.7～1.0之间，对制品质量产生不良影响；

4、粉尘污染严重：因采用循环气流运行，系统部分循环管道与设备处于正压状态，在风管与设备各连接接口出往往存在冒灰现象，致使车间粉尘污染严重；

5、设备磨损严重：因旋风收尘器的收尘效率不高，一般在90％左右，入循环风机的气流携带有较多的细小颗粒，其含尘浓度一般在200～500mg/m3，长期运行风机叶片磨损严重，影响其使用寿命与系统运转率，设备检修维护费用也随之增加。

6、系统工艺与管网布置复杂，运行操作与控制困难，系统设备投资与非标管道安装等费用较高。

为解决上述问题，必须就上述工艺与主机设备进行优化改造，以提高炭素成型粉的纯度、稳定性，降低单位产品电耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种炭素成型粉的制备工艺，以解决现有闭路循环工艺所存在的上述问题，切实提高所制备炭素成型粉的纯度与稳定性、提高系统粉磨效率与出力、降低单位产品电耗，并杜绝生产车间的粉尘污染、明显改善其工作环境，优化并简化系统工艺流程、增强产品细度可控性、使其操作运行更为方便稳定。

本发明的技术方案为：一种炭素成型粉的制备工艺，其特征在于：在负压下运行，物料由皮带称重给料机22将物料送入风扫式球磨机6，经粉磨后的物料颗粒由磨内气流携带进入高效转子式分级机7；经高效转子式分级机的分级作用，粗颗粒作为回磨粗粉经帘式锁风卸料阀21重新送回磨内粉磨，细颗粒则由气流携带进入气箱脉冲袋式收尘器13实现气固分离过程，气流则在净化后由主排风机15排空。

其工艺流程见图2。主要设备包括： 2原料仓、22皮带称重给料机、6风扫式球磨机、7高效转子式分级机、13气箱脉冲袋式收尘器、15主排风机、20电动取样器、18成品粉仓。

本发明的具体制粉过程如下：

炭素原料经输送设备进入原料仓2，原料仓底部下设手动插板阀3（正常生产时手动插板阀处于常开状态），物料从原料仓经手动插板阀3由皮带称重给料机22定量给料送入风扫式球磨机6，加入磨内的物料因受到钢球的冲击与研磨作用而得到粉磨，经粉磨后的物料颗粒由气流携带进入高效转子式分级机7；在分级机内物料颗粒在重力场、惯性力场与离心力场的分级作用下实现粗细粉的分级，粗颗粒作为回磨粗粉经帘式锁风卸料阀21重新送回磨内粉磨，细颗粒则由气流携带进入气箱脉冲袋式收尘器13实现气固分离过程，细颗粒被高效地从气流中分离出来成为制粉系统的成品。气流出袋式收尘器后经电动百叶阀14由主排风机15排空；成型粉成品则由收尘器底部的螺旋输送机13.1与星型卸料阀13.2连续送入成品输送机16，再由该输送机连续转运入成品粉仓18，至此完成炭素成型粉的主制备过程。

为实时在线监控原料仓与成品粉仓的料位、即仓内存料量的情况，原料仓与成品粉仓都配置有荷重传感器2.1、18.1；为实现磨内风量平衡，在磨头及磨尾部位设电动蝶阀5；为实时监控成品粉纯度与细度情况，在星型卸料阀13.2与成品输送机16之间的非标管道上安装电动取样器20；为防止原料仓与成品粉仓在进料过程中的粉尘扬起，在其仓顶分别设置仓顶除尘器1与粉尘除尘器17；在成品粉仓底部设电动插板阀19，以满足成品粉送至下道工序的卸料状态调节之需。

本发明的主要特点之一是采用分级机（申请号/专利号：03220472.8）作为物料的分选设备，高效转子式分级机作为第三代高效选粉机，具有选粉效率与分级精度高、细度调节方便等特点。因其选粉效率高，一般在80%以上，可有效改善粉磨系统的过粉磨现象，而提高系统的粉磨效率与台时产量、降低单位产品电耗；因其分级精度高，粗细粉可得到高精度的分选、互混现象少，而保证炭素成型粉（即成品）的高纯度；高效转子式分级机主要采用离心力场作为分级力场，结构上采用倒锥形分级转子、具有明确的分级界面，该分级转子通过电机传动，其转速可通过配套的变频器无级调速，优选当分级转子转速在180—365r/min间改变时，分级室内的旋转流场（即离心力场）也随之发生变化，使流场中不同大小的颗粒受力情况也相应改变，从而改变炭素成型粉的成品细度，其变化规律为：在系统处理风量一定时，当转子转速增加、成品变细，转速降低、则成品变粗，因此，本发明工艺的炭素成型粉成品细度调节方便，可实现在线的无级调节，满足不同的工艺细度要求。

高效转子式分级机的结构示意图如图3所示，经风扫式球磨机粉磨后的物料在气流的携带下，由进风管30高速引入转子式分级机，进入分级机以后，一是气流中的部分粗颗粒先与约束内锥29下沿发生碰撞、二是因约束内锥29与外壳体26形成的过流截面增加、气流上升速度降低，而使粗颗粒沉降沿壁面下滑；气流继续上升，当进入选粉室27后、在分级转子28转动的携带作用下（分级转子由电机23经传动装置25的减速后驱动），气流也随之做相应速度的旋转运动而产生离心力场，此时在气相中的较粗颗粒因受到较大的离心力而向外壳体26做离心沉降、运动至筒体壁面后也沿壁面下滑、与前述的粗颗粒一起由粗粉卸料口31排出成为回磨粗粉；细小颗粒则在气流的携带下、穿过分级转子28的分级界面、由出风管24排出、经后续的分离装置分离收集后成为成品。

因转子式分级机的旋转流场由分级转子（180—365r/min）的携带作用产生，其气流旋转速度与离心力场强度都较高、且可在较宽范围灵活调节（离心因子一般可在5～30之间、通过改变电机转速无级在线调节）；另外，该分级机的分级转子采用倒锥形笼型结构、由48～60片耐磨钢板形成一明确的分级界面，可根据工艺要求对物料实现粗细粉的精确分级，从而保证了分级机优越的使用性能，选粉效率可达80%以上，可明显提高炭素成型粉制备系统的出力与成品粉质量。

本发明的另一特点是整个工艺采用气流开路运行，系统所有设备与非标管道皆处于负压状态，优选负压为-5000Pa~-8000Pa。

有益效果：

本发明（即一种炭素成型粉的制备工艺）与传统工艺相比，其工艺特点与性能优点表现在以下几个方面：

1、系统出力提高、单位产品电耗降低：主要原因（1）配套的转子式分级机选粉效率高达80%以上，磨内过粉磨现象得到明显改善；（2）由于转子式分级机对炭素成型粉成品细度控制灵敏并精确，系统可在高风量状态下稳定运行，系统处理风量增加、磨内风速与气流携尘能力提高，有利于粉磨效率与系统出力提高；

2、成品粉纯度高、稳定性好：因系统配套的转子式分级机分级精度高，粗细粉可得到高精度的分选、互混现象少，从而提高炭素成型粉成品纯度；另外，因其成品细度可由变频器通过改变转子转速实现无级调节，细度调节时响应灵敏，从而保证成品细度的稳定性好、波动小。

3、成品粉均匀性好：因转子式分级机的选粉效率与分级精度高，成品粉中过粗与过细的颗粒含量较少、其粒度分布相对集中，使其成品粉的均匀性得到改善，其均匀性指数一般可达到1.1～1.4之间，有利于提高后续制品的质量；

4、车间粉尘污染低：因本发明工艺采用气流开路运行，系统所有设备与非标管道皆处于负压状态，可有效抑制跑冒灰现象，车间粉尘污染得到明显改善；

5、设备磨损情况得到明显改善：因本发明采用单风机气流开路运行工艺，配套的气箱脉冲袋式收尘器的收尘效率高达99.95％以上，入主排风机的气流其含尘浓度极低，一般可控制在50mg/m3以下，基本可不考虑风机叶片的磨损问题，有利于提高设备的使用寿命与系统运转率，设备检修维护费用也随之降低；

6、系统工艺布置简单、流畅，运行操作与控制方便，系统设备投资与非标管道安装等费用降低。

本发明工艺即适用于炭素成型粉生产过程中传统工艺的优化技术改造、也适用于炭素成型粉制粉系统的新建项目。

附图说明

图1为传统的炭素成型粉双风机闭路循环制备工艺的工艺流程图；其中：1仓顶除尘器、2原料仓、2.1荷重传感器、3手动插板阀、4圆盘给料机、5磨头蝶阀、6风扫式球磨机、8锁风卸灰阀、9粗粉分离器、10旋风收尘器、11星型卸料阀、12循环风机、13袋式收尘器、13.1螺旋输送机、13.2星型卸料阀、14电动百叶阀、15排风机、16成品输送机、17粉尘除尘器18成品仓、18.1荷重传感器、19电动插板阀；

图2为本发明一种炭素成型粉制备工艺的工艺流程图；其中：1仓顶除尘器、2原料仓、2.1荷重传感器、3手动插板阀、22皮带称重给料机、5磨头电动蝶阀、6风扫式球磨机、7高效转子式分级机、21帘式锁风卸料阀、13气箱脉冲袋式收尘器、13.1螺旋输送机、13.2星型卸料阀、14电动百叶阀、15主排风机、20电动取样器、16成品输送机、17粉仓除尘器、18成品粉仓、18.1荷重传感器、19电动插板阀；

图3为本发明一种炭素成型粉制备工艺配套的高效转子式分级机结构示意图；其中：23电机、24出风管、25传动装置、26外壳体、27选粉室、28分级转子、29约束内锥、30进风管、31粗粉卸料口。

具体实施方式

下面结合附图就本发明一种炭素成型粉的制备工艺的具体实施方式进一步描述如下：

本发明是一种炭素成型粉的制备工艺，如图2所示。本发明所述的制备工艺设备主要包括：1仓顶除尘器、2原料仓、2.1荷重传感器、3手动插板阀、22皮带称重给料机、5磨头电动蝶阀、6风扫式球磨机、7高效转子式分级机、21帘式锁风卸料阀、13气箱脉冲袋式收尘器、13.1螺旋输送机、13.2星型卸料阀、14电动百叶阀、15主排风机、16成品输送机、17粉仓除尘器、18成品粉仓、18.1荷重传感器、19电动插板阀、20电动取样器。所述工艺流程为：物料由皮带称重给料机（22）将物料送入风扫式球磨机（6），经粉磨后的物料颗粒由磨内气流携带进入高效转子式分级机（7）；经高效转子式分级机的分级作用，较粗颗粒作为回磨粗粉经帘式锁风卸料阀（21）重新送回磨内粉磨，较细颗粒则由气流携带进入气箱脉冲袋式收尘器（13）实现气固分离过程，气流则在净化后由主排风机（15）排空。

实施例1 双风机闭路循环工艺改造

针对洛阳龙泉天松碳素有限公司的双风机闭路循环工艺制粉系统改造，应用此发明工艺。整个系统在-5860Pa运行下的开路系统，原料为废旧阳极及炭素石油焦，调节高效转子式分级机（NHMF-200）的转子转速（223r/min）,利用气箱脉冲袋式收尘器（型号LPM2×5C-920），主排风机（型号XY6B-SM1600D，风量：48000～63900m3/h）。该工艺改造后效果：1大幅度提高系统出力。现系统出力为12t/h，改造后，在保证原控制细度（<80μm的质量为80%）的情况下，系统出力提高20％，达到原有10~12t/h的设计要求。2、系统稳定性提高、成品粉均匀性好。技改后系统在12t/h稳定生产，其成品粉的均匀指数（n）平均为1.29。3、成品粉细度调节范围宽且灵敏。通过变频器无级调速调整高效转子式分级机的转子转速可方便调节成品粉的细度，可在线灵活控制。

实施例2 本发明工艺新建项目

对山东南山铝业有限责任公司生阳极车间粉磨系统新建项目，应用此发明工艺。整个系统在-6500Pa运行下的开路系统，原料为炭素石油焦，调节高效转子式分级机（NHMF-240）的转子转速（265r/min）,利用气箱脉冲袋式收尘器（型号LPM2×5C-920），主排风机（型号7-29-11 №14.25D，风量：50000～70000m3/h）。该项目建成后系统出力为14t/h，达到原有12~14t/h的设计要求。系统稳定性提高、成品粉均匀性好。技其成品粉的均匀指数（n）平均为1.30。通过变频器无级调速调整高效转子式分级机的转子转速可方便调节成品粉的细度，可在线灵活控制。

Claims

1.一种炭素成型粉的制粉工艺，其特征在于：在负压下运行，物料由皮带称重给料机（22）将物料送入风扫式球磨机（6），经粉磨后的物料颗粒由磨内气流携带进入高效转子式分级机（7）；经高效转子式分级机的分级作用，粗颗粒作为回磨粗粉经帘式锁风卸料阀（21）重新送回磨内粉磨，细颗粒则由气流携带进入气箱脉冲袋式收尘器（13）实现气固分离过程，气流则在净化后由主排风机（15）排空。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：采用高效转子式分级机转子转速为180—365r/min。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述的负压为-5000Pa~-8000Pa。