CN103801443B - 一种活性矿渣粉末生产系统及其工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活性矿渣粉末的生产系统及其工艺流程，通过对矿渣粉生产过程中对输送物料的速度调节、对风量的控制、尤其对选粉机的优化改造，大大提高了矿渣微粉的生产产品细度和比表面积，同时本发明的活性矿渣粉末制备方法简单，防止空磨及满磨，减轻运行、劳动强度，减少维护费用，改善工作环境，实现了整个粉磨过程的自动控制，并对整个粉磨过程进行优化，具有结构合理，操作方便的优点。

Description

一种活性矿渣粉末生产系统及其工艺流程

技术领域

本发明属于非金属建筑材料技术领域，尤其涉及一种活性矿渣粉末的生产系统及其工艺流程。

背景技术

据不完全统计，2007年我国矿渣粉产量达到7000万吨，平均售价不足150元/吨。若能将其中10％产品适当深加工至D97≤10μm，价值提高到硅灰的1/2（1500元左右/吨），将增加额外附加值（1500元/吨－150元/吨）×（7000万吨×10％）＝94.5亿元。将冶金渣再加工，代替硅灰等资源，不仅是钢铁行业新的经济增长点，也是建筑工程、橡塑、沥青、防水行业寻找新原料、新改性填充剂的里程碑，是最大化实现循环经济的集中体现。循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征的经济模式。

当今建筑混凝土正在向着高强、高耐久、高性能方向发展，目前提高强度的主要措施是使用高标号水泥、掺入高效减水剂、，掺入纤维和硅灰等。硅灰粒径约为水泥的1/100，比表面积高达2万m2/kg，对提高混凝土的强度十分有效，但由于该物质是生产硅铁合金的副产品，我国年产量约为30000～40000吨，只能满足约万分之一混凝土量的要求（目前我国每年进口硅灰约1万吨，国内硅灰市场价格高达2000～5000元/吨）。国内混凝土界寻求硅灰替代品研究正方兴未艾，清华大学、同济大学、重庆大学采用煅烧高岭土、烧结稻壳灰、磨细矿渣粉、磨细粉煤灰等替代研究均已取得一定效果，但是受生产工艺及设备限制，目前国内还未见大规模超细生产线（平均粒径在5微米）的建设和工业化生产报道，在建筑工程领域亦未有规模使用微细矿渣粉的应用成果和报告。在国外，如新加坡、日本、韩国等有磨细矿渣粉（比表面积在600～800m2/kg），使用效果很好，并建立了产品标准，但生产技术保密目前无法引进整套生产设备。

图1所示，显示出现有技术中矿渣粉的工业生产流程，来自料场的矿渣经过皮带输送机进入中间缓冲料仓，皮带机上安装有电磁除铁器和金属探测仪以防止大块的金属进入磨机对磨盘和磨辊造成损害。料仓下设有定量给料称，矿渣经过计量由皮带输送机送入立磨进行粉磨，合格的细粉借助排风机产生的气流带入高效袋收尘器分离收集。收尘器收集的粉尘即为成品，经空气输送斜槽、一斗式提升机进入圆库储存。难粉磨的物料通过磨机下部的溢流装置排出立磨。排出的物料经外循环一斗式提升机进入磁鼓除铁器除铁，包含在矿渣内的金属铁大部分在这个环节被选出，减轻了对磨盘衬板和辊套的磨损，除铁后的物料经由回转喂料器送回立磨内循环粉磨。矿渣粉磨要求供热稳定，调节方便，矿渣粉磨烘干所需的热风通过专用热风炉供给。为最大限度地利用余热，排风机抽出的废气大部分循环，热风炉产生的热烟气和循环风进行充分混合后入磨，少量废气经烟囱排放。

掺入超细矿渣能较好地提高混凝土的强度，其机理是矿渣在二次水化反应中吸收大量的CH晶体，使混凝土中尤其是在界面区的CH晶粒变小变少，改善了界面粘结强度，由于CH被大量吸收掉，从而促进了C3S和C2S的水化反应速度，使掺超细矿渣混凝土的早期强度少受或不受影响，而后期强度也因超细矿渣的不断水化使强度增长较多。矿渣微粉应用的基本要求之一是必须有足够大的细度，S95级矿渣微粉比表面积一般在430m2/kg，小于30μm的颗粒较多，能够填补较大裂缝的工程，而且S95级矿渣微粉的7d活性指数在80％左右，28d活性指数一般在102％左右，对混凝土的后期强度有较好的效果，但是对混凝土早期强度没有很明显的作用。纵观粒化高炉矿渣发展历史大致经过了认识和研究上由浅到深，应用上从有到专，产品上由粗及细的过程。但由于国家、地区的技术壁垒，目前矿渣超细粉磨生产技术及设备（细度达到1250目，D97≤10微米）尚处保密阶段。

发明内容

基于上述问题，为提高国内企业的矿渣生产技术水平，本发明针对现有技术的不足，而提供了一种新型的活性矿渣粉末的生产工艺，使得生产出的矿渣粉具有比表面积为800～2000 m2/kg，平均粒径4μm左右，其具有的超活性不仅能提高混凝土的后期强度，而且对混凝土的早期强度有明显改善，填补工程的微小缝隙。经过试验和生产检验，其具有稳定的生产效率和较低成本。

在矿渣粉的生产过程中，选粉机具有重要的作用，其是将磨机粉磨到一定粒度的矿渣细粉分离出去成为合格产品，粗粉重新返回磨机进行再粉磨；并能防止细粉在磨内钻附研磨体引起缓冲作用，提高磨机的粉磨效率，调节颗粒组成，防止细粉不均匀现象，所以对选粉机进行合适地控制能够保证粉磨质量，保证微粉颗粒的各项指标要求。

研究发现，转子转速是最直接影响选粉机产量、产品细度的重要参数，实践经验分析，分离粒径的大小与转子的回转速度、转子的半径、颗粒的密度、气体的密度、粘度有直接关系，在己使用的设备中，有的参数己无法更改或改变比较困难，如转子的半径、颗粒的密度、气体的密度、粘度等，可以改变的有转子的转速及气流的径向分速度，而影响径向分速度大小则为该处的风速，在选粉机转速不变时，风速越大，产品细度越粗，比表面积越小；而风速不变时，选粉机转速越快，产品细度越细，比表面积越大。在实际生产中，出磨风量是稳定的，该处的风速也变化不大，因此控制选粉机转速是控制产品细度和比表面积的主要手段，即通过改变转子的回转速度来改变产品细度和比表面积。

物料流速是指物料在磨机内的流动速度，也就是物料从进入立磨机开始，到从磨机出口流出，会在磨机内停留一段时间，一般物料在磨机内停留的时间愈长，研磨的细度越小，停留时间愈短，研磨的细度越大。一般情况下，控制物料流速通常是控制进入立磨机的物料的单位供给量。单位时间内供给量无论对开路磨或闭路磨都会直接影响其产品细度和产量，太多会造成粉磨颗粒的过粗过大，而且容易发现机械故障，因而需要对物料速度进行控制调节以保证粉磨质量。磨机内的通风量，一方面能够降低磨机内物料温度，防止“包球”现象的出现，另一方面能够将磨机内的细粉带出防止过磨，因而磨机内的通风量即影响粉磨过程的稳定、安全运行，又对粉磨过程产量有一定影响。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案正是利用综合控制上述对矿渣细粉颗粒的生成影响因素，利用串联的选粉机结构，构建新型的矿渣生成工艺流程，具体为：一种活性矿渣粉末的生产系统，主要包括矿渣粉堆场，用来将矿渣输送到矿渣仓的装载机，用来对矿渣进行初级干燥的初级干燥装置，连接到初级干燥装置的后端的初级除铁器，将经过预处理的矿渣输送到预研磨装置中的皮带输送机，预研磨装置用来对矿渣进行初步地研磨，二次除铁器连接到预研磨装置出口端，用来将矿渣内的金属铁大部分地去除，辊式立磨机用来对矿渣进行粉磨，热风炉用来将热风吹入辊式立磨机中，第一选粉机和第二选粉机串联地连接，其中第一选粉机连接到于辊式立磨机的出口端，第一选粉机的返回端连接到辊式立磨机的入口端，其用来将未粉磨合格的较粗的颗粒重新返回到辊式立磨机中进行再次粉磨，第二选粉机连接到第一选粉机的出口端，其用来将经过初步筛选出的细颗粒进行二次筛选，筛选出细度更加合格的微粉颗粒，第二选粉机的返回端连接到第一选粉机的入口端或入风口，用来将未筛选出的微粉颗粒返回到第一选粉机中进行再次筛选或直接返回到辊式立磨机中再次研磨，连接第一和第二选粉机的管道上安装有第一阀门，在第一选粉机和第二选粉机与袋式收尘器连接，在第一选粉机与袋式收尘器的连接管道上安装有第二阀门，经过二次筛选后的合格的微粉颗粒借助气流带入袋式收尘器进行分离收集，收尘器收集的微粉即为合格成品，经空气输送斜槽、斗式提升机进入矿渣成品库进行存储，而后进入缓存包装机进行包装出厂；在袋式收尘器或空气输送斜槽附近设置成品检测装置来实时检测产品的各项指标，成品检测装置的信号反馈端连接到中央控制器单元上，中央集成控制器控制连接第一选粉机电机A，第二选粉机电机B，皮带输送机电机C以及第一阀门和第二阀门,和热风炉。

根据本发明的一个方面，第二选粉机的返回端连接到第一选粉机的入口端或入风口，用来选择将未筛选出的微粉颗粒直接返回到辊式立磨机中再次研磨。

根据本发明的另一个方面，中央集成控制器通过控制皮带输送机电机C而调节皮带输送机的物料供给速度，通过控制第一选粉机电机A，第二选粉机电机B而调节第一选粉机和第二选粉机的转速，通过控制第一阀门和第二阀门而调节微粉流的流动路径，通过控制热风炉而调节送风量。

根据本发明的另一个方面，控制第一选粉机电机的转速小于第二选粉机电机的转速。

根据本发明的另一个方面，当处于高负荷生产状态时，打开第一阀门同时关闭第二阀门，当处于低负荷生产状态时，关闭第一阀门同时打开第二阀门。

根据本发明的另一个方面，一种利用上述的活性矿渣粉末的生产系统的生产工艺，包括以下步骤：

（1）预处理步骤：对矿渣粉原料进行初级干燥和初级除铁，进行预研磨后再次进行二次除铁；

（2）研磨步骤：利用辊式立磨机对经过预处理的矿渣粉进行深度研磨；

（3）多次选粉筛选步骤：利用串联的第一选粉机和第二选粉机进行二次研磨选粉；

（4）检测步骤：对经过上述步骤生产的矿渣微粉进行检测，检测其是否符合指标要求，并将反馈信号输送给中央集成控制器；

（5）反馈调节步骤：中央集成控制器根据收集到的数据反馈调节皮带轮输送速度、选粉机转速以及热风炉风量。

采用本发明的技术方案所带来的技术效果是：采用本发明的生产工艺流程产生出的活性矿渣粉末的比表面积为800～2000 m2/kg，平均粒径4μm左右，产品质量稳定，细度大，活性高，1d活性指数大约为110～120％，28d活性指数大约为120～125％，由于细度较细，能够增大反应物的接触面积，加速水泥的反应速度，大大提高水泥和混凝土的早期强度，不仅可作为建材领域的超细高活性混凝土掺合料，也可应用在橡塑填充改性、油田固井、耐磨地坪等领域。同时本发明的活性矿渣粉末制备方法简单，可有效降低磨体震动，防止空磨及满磨，减轻运行、劳动强度，减少维护费用，改善工作环境，实现了整个粉磨过程的自动控制，并对整个粉磨过程进行优化，具有结构合理，操作方便，节能降耗的优点。

附图说明

现在将描述如本发明的优选但非限制性的实施例，本发明的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中：

图1是现有技术中矿渣粉磨的生产流程图；

图2是根据本发明的经过改进的矿渣粉磨的优选生产工艺示意图；

图3 是根据本发明的经过改进的矿渣粉磨的另一生产工艺示意图；

图4 是根据本发明的经过改进的矿渣粉磨的生产的P8000型微矿粉粒度分布检测图；

图5 是根据本发明的经过改进的矿渣粉磨的生产的P10000型微矿粉粒度分布检测图；

其中：

1-矿渣粉堆场，2-装载机，3-矿渣仓，4-初级干燥装置，5-初级除铁器，6-皮带输送机，7-预研磨装置，8-二次除铁器，9-辊式立磨机，101-第一选粉机，102-第二选粉机，11-袋式收尘器，12-热风炉，13-空气输送斜槽，14-斗式提升机，15-矿渣成品库，16-缓存包装机，17-排风机，18-成品检测装置，19-第一阀门，20-第二阀门，A-第一选粉机电机，B-第二选粉机电机，C-皮带输送机电机，30-中央集成控制器。

具体实施方式

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

同时需要指明的是，附图中的所有连接线仅是示意性表示，实践上可代表具体的管道连接，流体连接或电连接等方式，同时各个装置的型号具有普遍适应性，其并不限制为本发明所公开的内容。

如图2所示，本发明的活性矿渣粉末的生产系统主要包括矿渣粉堆场1，用来将矿渣输送到矿渣仓3的装载机2，用来对矿渣进行初级干燥的初级干燥装置4，连接到初级干燥装置4的后端的初级除铁器5，将经过预处理的矿渣输送到预研磨装置7中的皮带输送机6，预研磨装置7用来对矿渣进行初步地研磨，二次除铁器8连接到预研磨装置7出口端，用来将矿渣内的金属铁大部分地去除，辊式立磨机9用来对矿渣进行粉磨，热风炉12用来将热风吹入辊式立磨机9中，第一选粉机101和第二选粉机102串联地连接，其中第一选粉机101连接到于辊式立磨机9的出口端，第一选粉机101的返回端连接到辊式立磨机9的入口端，其用来将未粉磨合格的较粗的颗粒（主要是比表面积小于100-300 m2/kg的微粉）重新返回到辊式立磨机9中进行再次粉磨，第二选粉机102连接到第一选粉机101的出口端，其用来将经过初步筛选出的细颗粒进行二次筛选，筛选出细度更加合格的微粉颗粒（例如满足筛余量小于10%，比表面积大于800 m2/kg的微粉成品），第二选粉机102的返回端连接到第一选粉机101的入口端或入风口，用来将未筛选出的微粉颗粒（主要是比表面积位于500-700 m2/kg的微粉，这些微粉有可能已经出现包球现象，通过二次筛选能够减轻包球现象的发生）返回到第一选粉机101中进行再次筛选或直接返回到辊式立磨机9中再次研磨，连接第一和第二选粉机的管道上安装有第一阀门19，在第一选粉机101和第二选粉机102与袋式收尘器11连接，在第一选粉机101与袋式收尘器11的连接管道上安装有第二阀门20，经过二次筛选后的合格的微粉颗粒借助气流带入袋式收尘器11进行分离收集，收尘器11收集的微粉即为合格成品，经空气输送斜槽13、斗式提升机14进入矿渣成品库15进行存储，而后进入缓存包装机16进行包装出厂；在袋式收尘器11或空气输送斜槽13附近设置成品检测装置18来实时检测产品的各项指标（例如细度，比表面积，杂质含量等），成品检测装置18的信号反馈端连接到中央控制器单元30上，中央集成控制器30控制连接第一选粉机电机A，第二选粉机电机B，皮带输送机电机C以及第一阀门19和第二阀门20和热风炉12。

更进一步地，中央集成控制器30可通过成品检测装置18的信号反馈或其他例如转速传感器、温度传感器、压力传感器（未示出）等信号进行综合控制，其主要通过控制皮带输送机电机C而调节皮带输送机6的物料供给速度，通过控制第一选粉机电机A，第二选粉机电机B而调节第一选粉机101和第二选粉机102的转速，通过控制第一阀门19和第二阀门20而调节微粉流的流动路径，通过控制热风炉12而调节送风量。

在生产过程中，根据生产原料矿渣的成分不同，可调节整个生产系统进行高负荷生产状态和低负荷生产状态，在进行高负荷生成状态时，首先确保皮带输送机电机C的转速保持恒定，热风炉12送出的风量保持稳定，连通第一选粉机101和第二选粉机102电源开关，打开第一阀门19同时关闭第二阀门20，控制第一选粉机电机A的转速小于第二选粉机转速，优选的，第一选粉机转速保持700±100转/分，第二选粉机转速保持1000±100转/分，这样是因为选粉机转速越大，细度越细，比表面积越大，而产量越低，在第一选粉机101中首先要保证产量足够否则容易造成阻塞等故障，而在第二选粉机102中要保证产品质量也就是微粉细度，这样设置后矿渣原料经过前述的矿渣粉堆场1，装载机2，矿渣仓3，初级干燥装置4，初级除铁器5，皮带输送机6，预研磨装置7，二次除铁器8后进入辊式立磨机9进行研磨，第一选粉机101将研磨后的微粉进行初步筛选，微粉随着风流带出，而第二选粉机102连接着第一选粉机101的出口端，对微粉进行二次筛选，当打开第一阀门19同时关闭第二阀门20时，流入收尘袋11中的细粉来自于第二选粉机102，所产生出的矿渣粉是否符合生产要求还需要进行检验，在成品检测装置18中对生产出的矿渣微粉进行检测，主要检测其是否符合各项生产要求（例如细度，比表面积，杂质含量等），同时将检测结果反馈给中央集成控制器30，假如检测结果为不合格，微粉颗粒过粗，则需要调节皮带轮速度、热风炉风量、选粉机转速等参数，例如减慢皮带轮转速延长物料研磨时间，适当增加选粉机转速，假如检测结果合格但产量过低，可适当增加皮带轮转速，适当降低选粉机转速，使得产量增加。

上述成品检测装置18可以是电子自动检测装置也可以是人工手动调节手段，在此不赘述。自然地，按照目前的电子控制理论，上述调节过程可以事先在实验室阶段进行参数标定，实现中央集成控制器30根据各种参数指标的自动控制，从而满足最大程度地生产需求。

在进行低负荷生成状态时，通常是在所研磨的矿渣原料容易研磨充分或生产细度指标要求不高时使用，与高负荷生成状态不同之处在于，这时可以关闭第二选粉机102（或者如图3中所示拆除该装置），同时关闭第一阀门19同时打开第二阀门20，这时流入收尘袋11中的细粉来自于第一选粉机101的筛选，同时在成品检测装置18中对生产出的矿渣微粉进行检测，主要检测其是否符合各项生产要求（例如细度，比表面积，杂质含量等），同时将检测结果反馈给中央集成控制器30进行控制调节。图3示出将第二选粉机102拆除后的控制示意图，其他工作组件以及工艺流程与图2所示相同。

需要指出的是，上述第一选粉机101可以和立磨机9组合使用，第二选粉机102可以是独立的选粉机，也可视情况配合其他辅助设备例如风机联合使用。预研磨装置7可以是任何合适的研磨装置或机械粉碎装置。本发明所使用的其他组件或装置均为本领域内的常用技术和常用型号。

这样通过对矿渣粉生产过程中输送物料的速度调节、对风量的控制、尤其对选粉机的优化改造，大大提高了矿渣微粉的生产产品细度和比表面积，同时本发明的活性矿渣粉末制备方法简单，防止空磨及满磨，减轻运行、劳动强度，减少维护费用，改善工作环境，实现了整个粉磨过程的自动控制，并对整个粉磨过程进行优化，具有结构合理，操作方便的优点。

如图4和图5，显示出采用英国进口Malvern公司制造Mastersizer型激光粒度仪测得P8000型与P10000型微矿粉粒度分布曲线，可以看出采用本申请的矿渣粉生产工艺所生产出的微粉具有较好的粒度分布，具体参数可见下表所示。

Claims (5)

1. 一种活性矿渣粉末的生产系统，主要包括矿渣粉堆场（1），装载机（2），初级干燥装置（4），连接到初级干燥装置（4）的后端的初级除铁器（5），将经过预处理的矿渣输送到预研磨装置（7）中的皮带输送机（6），预研磨装置（7）用来对矿渣进行初步地研磨，二次除铁器（8）连接到预研磨装置（7）出口端，辊式立磨机（9）用来对矿渣进行粉磨，热风炉（12）用来将热风吹入辊式立磨机（9）中，第一选粉机（101）和第二选粉机（102）串联地连接，其中第一选粉机（101）连接到辊式立磨机（9）的出口端，第一选粉机（101）的返回端连接到辊式立磨机（9）的入口端，其用来将未粉磨合格的较粗的颗粒重新返回到辊式立磨机（9）中进行再次粉磨，第二选粉机（102）连接到第一选粉机（101）的出口端，其用来将经过初步筛选出的细颗粒进行二次筛选，第二选粉机（102）的返回端连接到第一选粉机（101）的入口端或入风口，用来将未筛选出的微粉颗粒返回到第一选粉机（101）中进行再次筛选，连接第一和第二选粉机的管道上安装有第一阀门（19），第一选粉机（101）和第二选粉机（102）与袋式收尘器（11）连接，在第一选粉机（101）与袋式收尘器（11）的连接管道上安装有第二阀门（20），经过二次筛选后的合格的微粉颗粒借助气流带入袋式收尘器（11）进行分离收集，袋式收尘器（11）收集的微粉即为合格成品，经空气输送斜槽（13）、斗式提升机（14）进入矿渣成品库（15）进行存储，而后进入缓存包装机（16）进行包装出厂；在袋式收尘器（11）或空气输送斜槽（13）附近设置成品检测装置（18）来实时检测产品指标，成品检测装置（18）的信号反馈端连接到中央集成控制器（30）上，中央集成控制器（30）控制连接第一选粉机电机（A），第二选粉机电机（B），皮带输送机电机（C）以及第一阀门（19）、第二阀门（20）和热风炉（12）。

2.如权利要求1所述的活性矿渣粉末的生产系统，其特征在于，中央集成控制器（30）通过控制皮带输送机电机（C）而调节皮带输送机（6）的物料供给速度，通过控制第一选粉机电机（A），第二选粉机电机（B）而调节第一选粉机（101）和第二选粉机（102）的转速，通过控制第一阀门（19）和第二阀门（20）而调节微粉流的流动路径，通过控制热风炉(12)而调节送风量。

3.如权利要求1或2所述的活性矿渣粉末的生产系统，其特征在于，控制第一选粉机电机（A）的转速小于第二选粉机电机（B）的转速。

4.如权利要求1或2所述的活性矿渣粉末的生产系统，其特征在于，当处于高负荷生产状态时，打开第一阀门（19）同时关闭第二阀门（20），当处于低负荷生产状态时，关闭第一阀门（19）同时打开第二阀门（20）。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的活性矿渣粉末的生产系统的生产工艺，包括以下步骤：

（1）预处理步骤：对矿渣粉原料进行初级干燥和初级除铁，进行预研磨后再次进行二次除铁；

（2）研磨步骤：利用辊式立磨机对经过预处理的矿渣粉进行深度研磨；

（3）多次选粉筛选步骤：利用串联的第一选粉机和第二选粉机进行二次研磨选粉；

（4）检测步骤：对经过上述步骤生产的矿渣微粉进行检测，检测其是否符合指标要求，并将反馈信号输送给中央集成控制器；

（5）反馈调节步骤：中央集成控制器根据收集到的数据反馈调节皮带轮输送速度、选粉机转速以及热风炉风量。