中国球团生产于年在武汉程潮首次运用高压辊磨机，并取得了良好效果。紧接着包钢、柳钢等大型钢铁公司也开始逐步应用高压辊磨机。但是随着高压辊磨机使用时间的增加，设备的磨损也越来越严重，尤其是辊面的磨损，导致辊磨效果越来越差，因此多数矿山企业采用辊磨机边料循环工艺，以保证高压辊磨机两侧的物料更加均匀、优化辊磨效果。该工艺不仅可以在辊面磨损的情况下达到增加物料比表面积的目的，而且可以很好地解决系统料量平衡的问题，这是因为根据高压辊磨机工作原理要求，必须是压力给料，且物料通过量较大，但下游出皮带的能力往往都小于辊磨机的处理能力。因此，边料循环工艺不仅能保证辊磨机充分发挥设备高效节能的特点，而且能防止下游设备因负荷过小而影响生产。

中国球团生产关于高压辊磨机边料循环工艺的报道大多还停留在实验室或工业试验阶段，且主要集中在不同配矿制度以及链箅机-回转窑工艺下高压辊磨机的应用和球团矿制备。能够结合带式焙烧机生产实践展开高压辊磨边料循环应用并进行有效的经济效益分析的报道相对较少。福建三钢球团项目于年12月正式投产，为国内首条拥有自主产权带式焙烧机的球团工艺。该车间利用边料循环工艺，不仅充分发挥了高压辊磨机的产能，提高生球的质量和产量以及焙烧球的抗压强度，同时还降低了膨润土的配比以及生球的返球率，为企业创造了良好的经济效益和社会效益，也给国内带式焙烧机应用高压辊磨机边料循环工艺提供了参考和借鉴。

1试验原料和方法

1.1试验原料

试验用铁精矿为福建本地马坑矿业股份公司的磁铁精矿和卡拉拉进口磁铁精粉，二者混合比例为马坑：卡拉拉=7:3，混合样水分8.0%，-0.mm含量(质量分数)为92.25%，-0.mm含量(质量分数)为78.82%，两种铁精矿的化学成分见表1。

试验用膨润土作为黏结剂，其化学成分和物理性能见表2和表3。由表可知，该膨润土中SiO2质量分数为55.71%，Al2O3质量分数为12.25%，蒙脱石含量(质量分数)为86.9%，-0.mm粒级含量(质量分数)达98.5%，各项物理性能均达到铁矿球团用膨润土性能指标。

1.2试验设备及研究方法

试验所用高压辊磨机型号为HPGR/14.5-OWMPG，辊筒直径为mm，有效辊筒直径为mm，最大处理量为t/h。高压辊磨机辊速为17r/min，工作压力取13MPa，静态辊子间隙为15mm，工作辊子间隙为25mm，矿样水分为8%。如图1所示，使用三通分料门将边料(指辊面两端的粉碎产品)与中心产品比例分别设置为4:6、5:5和6:4(辊面宽度比例)。

高压辊磨机边料循环工艺流程如图2所示。由图2可知，铁精矿原料首次进入高压辊磨机后，通过挤压辊的挤压作用被排出外面，高压辊磨机排料口下方设置三通分料门以调节边料循环的比例，其中中心产品作为合格料进入下游作业，用于造球作业，边料产品通过胶带机返回，并与铁精矿原料混合再次进入高压辊磨机。8~16mm粒级的生球通过布料皮带进入带式焙烧机进行氧化固结反应，不合格生球则通过返料皮带返回造球盘。

根据现场生产实际情况，物料循环一次所用时间为15min，因此，铁精矿经过高压辊磨机后分别按15、30、45、60、75和90min的时间(所对应的铁精矿边料循环辊磨次数分别为：1、2、3、4、5和6)取边料样，分别对中心样品、返料样品和混合样品进行比表面积检测，并对焙烧后的球团矿进行抗压性能测试。

图1三通分料门设置图

Fig.1Threewaymaterialdistributiondoorsettingdiagram

图2边料循环工艺流程图

Fig.2Processflowchartofedgematerialcirculation

2试验结果与讨论

2.1边料循环工艺对高压辊磨机辊磨效果的影响

不同比例边料循环的铁精矿比表面积随时间的变化如图3所示。由图3可知，铁精矿经过一次高压辊磨后，比表面积增加显著;随着辊磨时间的延长，即铁精矿边料循环辊磨次数的增加，铁精矿的中心产品和边料的比表面积趋于稳定。经过高压辊磨机预处理后，不同边料循环比例铁精矿的最终产品比表面积由cm2/g分别提高到cm2/g(40%边料循环)、1cm2/g(50%边料循环)和cm2/g(60%边料循环)。

由此可知，最终产品的比表面积值取决于分料门的中心/边料比，边料循环比例增加越大，最终产品的比表面积越大。这也证实了高压辊磨机边缘效应理论，即辊子两端边缘的压力会逐渐衰减而导致越往辊子边缘的物料粉碎效果越差。

不同边料循环比例的铁精矿粒度和水分变化见表4。由表4可知，不断增加边料循环的比例，铁精矿-0.mm和-0.mm粒级越来越高，且提高效果较为明显，这与比表面积试验结果相吻合。另一方面，随着高压辊磨机投入使用，铁精矿原料水分逐渐变干，表明铁精矿在挤压的过程中，将部分机械能转化为热能。

另一方面，随着边料循环的增加，有效处理量将减少，设备的利用系数降低，以t/h处理量计算，40%边料循环、50%边料循环和60%边料循环下有效处理量分别为、和t/h。

因此边料循环比例的调整需根据产品的质量而不断调整，在满足造球需求下，尽量减少边料循环比例，增加设备利用系数，减少耗能。

(a)边料循环40%

(b)边料循环50%

(c)边料循环60%

(a)边料循环40%;(b)边料循环50%;(c)边料循环60%。

图3不同比例边料循环的铁精矿比表面积随辊磨时间的变化

Fig.3Variationofspecificsurfaceareaofironconcentratewithdifferentproportionofedgerecyclewithrollermillingtime

2.2边料循环工艺对生球质量的影响

高压辊磨机不同边料循环比例对生球品质及造球的影响见表5。由表5可知，保持造球条件不变，运用高压辊磨机后，生球质量明显提高，以40%的边料循环为例，降低膨润土用量为1%，仍可保证生球落下强度与不使用高压辊磨机相比略有提高，且返球率显著降低，与王昌安等研究结果相吻合。另一方面，随高压辊磨边料循环比例提高，生球质量和返球率均有改善，这与高压辊磨机的工作原理有关。高压辊磨采用料层粉碎，物料不是在辊磨机工作面上作单个颗粒粉碎，而是在高压下形成料层，导致料层内的不同颗粒相互挤压，直至破碎、断裂，并产生裂缝或劈碎，由于高压辊磨机边缘的压力弱于中间，中间物料的处理效果稍优于边缘，因此，60%边料循环的辊磨效果最好，铁精矿成球性能最好。

2.3边料循环工艺对球团焙烧性能的影响

由于带式焙烧机的全部焙烧过程(干燥、预热、焙烧、均热、冷却)均在一台设备上完成，因此，预热和焙烧时间由台车运行时间以及预热段和焙烧段长度控制。福建三钢带式焙烧预热段和焙烧段长度分别是12和18m，台车正常运行速度为2.0m/min，因此，球团矿预热和焙烧时间为6和9min。

表6为不同边料循环比例对热风工艺制度及球团矿焙烧性能的影响。由表6可知，经过高压辊磨机预处理后的铁精矿焙烧球抗压强度显著增加，预热段和焙烧段温度明显降低;随着边料循环比例的增加，球团矿焙烧性能显著改善，所需预热和焙烧温度随之降低。这是因为，铁精矿经过高压辊磨机预处理后，微细颗粒含量明显增加，而微细粒子的产生有利于焙烧过程中矿物颗粒的扩散，进而加快固相固结反应，提高球团矿抗压强度，同时降低球团矿预热和焙烧温度。

为了消除由于热工制度不同对球团强度所产生的影响，在相同热工制度条件下(预热温度为℃，预热时间为6min;焙烧温度为℃，焙烧时间为9min)进行焙烧试验，考察边料循环比例对焙烧球强度的影响，结果见表7。由表7可知，经过高压辊磨预处理后，焙烧球强度由N分别提高到N(40%边料循环)、N(50%边料循环)和N(60%边料循环)。

2.4高压辊磨机投入使用前后经济效益对比

表8为高压辊磨机投入使用前后球团矿电耗、煤气消耗和膨润土消耗情况。由表8可知，高压辊磨机投入使用后，球团矿的电耗成本增加约7~8kW·h/t，煤气消耗有所降低，而膨润土消耗却大幅度降低，与不使用高压辊磨机相比，节约一半的消耗。

以日产0t球团矿，工业用电为0.59元/kW·h，焦炉煤气为0.56元/m3，膨润土为元/t，主机年工作天计算，电耗、煤气耗和膨润土的经济效益分析见表9。由表9可知，高压辊磨机50%边料循环时可取得最佳经济效益，与不使用高压辊磨机相比，每年可节省.45万元。已知高压辊磨机设备投资成本为万元左右，因此，设备投入使用1年多就能收回成本，产生效益。另一方面，使用高压辊磨机，球团矿强度提高，能够有效降低球团矿粉化现象，而预热和焙烧温度降低还有利于延长耐材使用寿命，减少设备损耗，其产生的经济和环境效益也是不可忽略的。

因此，球团厂投入高压辊磨机并采用边料循环工艺，不仅能够改善铁精矿的成球性能、提高球团矿质量，而且可以为企业节约大量的生产运行成本，取得良好的经济和环境效益。

3结论

(1)增加高压辊磨边料循环比例，铁精矿比表面积明显提高，生球和焙烧球团性能显著改善，但高压辊磨机处理能力越小，合格产品越少。生产上应根据产品的质量需求不断调整边料循环的比例，在满足生产需求的同时减少边料循环比例，增加设备利用系数，降低耗能。

(2)在造球水分为8%的条件下，边料循环50%的铁精矿比表面积及生球各指标与同配比未经高压辊磨处理的相比均有明显提高，铁精矿比表面积增加到1cm2/g，0.5m落下强度达到10次，返球率降到15%，成品球团抗压强度达到N，膨润土配比减少1.1%，

(3)福建三钢球团厂高压辊磨机采用50%边料循环时，可取得最佳经济效益，与不使用高压辊磨机相比，每年生产成本降低约.45万元，不仅满足生产要求，还取得了良好的经济和环境效益。

作者：许宝科，胡文祥，易安南，潘建

责编：向贤成

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