前言
随着氧化铝生产企业规模化、大型化、现代化，氧化铝行业进入了激烈的竞争阶段。面对残酷的市场竞争，如何保持生产过程的稳定，提高产品的质量，减少能源消耗，降低生产成本，是当今氧化铝企业面临解决的首要问题。设备改进、工艺优化、新材料的应用、精细化管理是企业有效降低生产成本采取的措施。矿浆磨制工序是氧铝生产工序中的第一工序，担负着氧化铝生产的配矿及矿浆的磨制任务，为管道化溶出工序提供合格矿浆。喂料系统是矿浆磨制工序中的重要系统，它的稳定与否决定着矿浆质量及矿浆单位生产成本，在矿浆磨制中占有重要的位置。中国铝业山东分公司第二氧化铝厂东线采用拜耳法生产氧化铝，矿浆磨制系统是利用原山铝水泥厂原料磨喂料系统改造而成，在使用过程中磨机喂料系统出现磨头矿石仓严重蓬仓，矿石中大块难于处理、下料箱容易堵及使用周期短等问题，导致矿石下矿不稳定，磨机开停频繁，设备检修频繁。通过设施的技术改进及新设备新材料的使用等措施，提高了喂料系统的稳定性。
1 概况
中国铝业山东分公司第二氧化铝厂东线矿浆制备工序有Ф2.6m×13m双仓矿浆磨4台，磨机产能为115t/h。每台磨机的配套设备为Ф660mm旋流器、150HZJ-A65上料泵，工艺流程(如图 1 所示)，正常产量规模生产时开3台备1台。
图1 矿浆磨制工序工艺流程图
铝矿石仓是由原来磨制水泥生料浆时石灰石仓改造而成，整个仓为水泥浇筑结构，呈棱台状，仓底下料装置为Ф500mm直管。磨机喂料设备为皮带秤喂料机。矿石自喂料机流过下料箱口篦子再入下料箱，与旋流器底流混合后入磨。
2 问题及分析
2008年，利用水泥厂闲置水泥生料浆磨机磨制系统经简单改造后磨制氧化铝矿浆，在使用过程中喂料系统出现磨头仓严重蓬仓，大块铝矿石、硬块、冻块物料难于处理，下料箱频繁堵住，下料箱使用周期短等问题，进而造成下矿不稳定，配料指标合格率低，频繁砸空磨，磨皮掉衬板，磨皮断螺丝，磨机漏料等系列问题。处理蓬仓及清理磨机漏料导致流程进水量大，蒸发工序设备负荷大，蒸发成本高等次生系列问题。为提高喂料系统的喂料稳定性，提高配料指标合格率，降低生产成本，从设施的结构、材料的使用、安装质量等方面进行分析加以解决。
2.1 矿石仓蓬仓，下矿不稳定
使用中，当矿石中粘土成分含量高，粒径大于150mm的块状物料大于20%时，在仓底出料口上方出现矿石结拱难于下矿现象，蓬仓严重。从仓体侧面投仓口采取用钢钎捅搅的方式处理蓬仓，岗位员工劳动强度大，处理效率低。为保证正常生产，需增加岗位人员的数量，由每班1人增加到3人。人员的增加无疑会增加人力资源成本。同时，由于人员劳动强度高，体力消耗大，工作环境狭窄湿热，操作人员极易发生安全事故。用水冲的方式处理蓬仓时，比用钢钎捅搅方式要省事的多，处理效率也有所提高，但是在处理的过程中，尤其是处理通的瞬间，大批物料瞬间塌方落下，物料下降过程中强大的气流会使砂粒、泥浆会从投仓口及下料口喷射出，极易伤害操作人员，而且用水处理蓬仓，大量的生水进入流程，经统计每小时用水量达到20 m3/h，按照650 m3/h液量计算，溶出AO浓度降低4%，蒸发工序每小时增加汽耗成本1300余元。针对这一问题，经现场勘查分析，造成蓬仓的主要原因有：
1)仓底出料口小。经过对仓底出料口的测量发现，出料口直径仅为Φ500mm，由于矿石粘土成分高或者水分偏大时矿石粘度大，矿石极易粘到仓壁并逐渐积累，导致可用下料空间缩小，最终堵住出料口。块状料多时，在出料口上方由于块状料搭桥结拱而蓬仓。
2)仓体结构(如图 2 所示)不合理，仓体底部为平台状，影响下矿。磨制水泥料浆时盛放使用的物料是石灰石，由于石灰石呈球状，水分低，流动性较好，几乎不存在蓬仓问题。相反，铝土矿水分高，粘度较大，流动性差，由于仓底平台的存在，大量矿石堆积在底部角落，矿石向下流动时不是沿仓壁直接流动，而是要克服彼此间的摩擦而下滑，最终导致下矿困难。
图2 磨头矿石仓结构图
3) 磨头仓为水泥浇注结构。由于仓体内壁为水泥材质，表面不光滑，摩擦系数高，铝土矿不易沿壁滑动，容易粘料。在使用中，表面粘结的物料的厚度会逐渐加厚，致使仓体有效容积变小，有效下料截面积缩小，影响下矿量。
2.2 下料箱容易堵住
在使用中，由于矿石中有木头、大块矿石等，在下料箱底部及入磨口处容易堵住，导致旋流器底流、磨头调配液及矿石瞬间於出下料箱，污染环境，由于物料含碱性量高达200g/L，腐蚀性较强，对周边人员存在较大的安全隐患。而处理这种问题时，用钢钎捅戳，需要2-3小时，时间较长，岗位操作人员劳动强度大。经分析，导致下料箱堵的主要原因有：
1)料口篦子孔径过大。篦子孔尺寸为200mm*200mm，下料箱入磨处直径为Ф500mm,当大块物料较多时在入磨口处容易挤住，导致下料箱堵。
2)下料箱结构不合理。矿石从上部下来，在进入磨机处为非圆弧过渡安装，底部过料空间过于狭窄，木头、大块物料极易在此处卡住积累，最终堵住下料箱。
3)物料的流动性较差。在矿石进入磨机过程中只有旋流器底流进行冲刷，流动速度过低，流入磨机的物料过于集中。
2.3 下料箱使用周期短，检修频繁。
使用过程中，下料箱矿石落点冲击处、旋流器底流落点冲击处极易磨穿。在磨机运行时由于有碱液存在，对漏点不能直接焊接，必须停磨处理，因此磨机的运行效率受到影响。而焊接补丁过多时，接缝处容易漏料，现场卫生难于保持，液碱从砂眼处喷射存在对操作巡检人员造成一定的安全危害的隐患，问题得不到很好的解决。而大面积挖补，每次处理时间需要16-24小时，严重影响正常的生产。经过分析，下料箱使用周期短的原因有：
1)下料箱钢板厚度不够。下料箱为锰钢10mm板焊接而成，由于矿石通过量较大，矿石硬度大，落点高度大冲击力强，明显表现出厚度不够使用时间短的问题。
2)下料箱钢板耐磨性低。铝土矿莫氏硬度为2.5左右，硬度远高于钢板硬度，矿石对下料箱的冲击过于集中，使得局部过早出现砂眼。
3 采取措施
3.1 优化仓体结构，加装破拱设备
针对磨头仓蓬仓下矿不稳定问题，根据分析，采取对仓体结构进行改造，同时加装空气炮的改善措施。
1)加大仓体出料口截面积，由圆形改为方形。仓体出料口尺寸由Ф500mm改为800mm×1200mm。改造后出料口截面积由0.2 m2提高到0.96 m2。
2)仓体结构改造，取消原来底部平台，内壁铺设耐磨钢板。(如图3所示)。
图3 磨头仓结构改造图
为消除仓体平台对下矿的影响，仓体从出料口边缘到仓体上边缘整体铺设钢板。钢板采用厚度为16mm耐磨锰钢板。耐磨板的使用缓解了仓壁粘料，使得矿石下料过程由矿石与矿石间的摩擦改为矿石与钢板的摩擦，减少了矿石的流动阻力。同时，仓壁钢板四角接缝处再加护角钢板，使得四个角圆形过渡不积料，矿石向下滑动的阻力进一步减小。
3)仓体靠近四角位置，易蓬仓处增设4个空气炮。为了处理下矿过程中出料口上方的结拱问题，采用空气炮的瞬时高压风“爆破”拱桥，达到破拱目的。
3.2 降低入磨矿石粒度，改进下料箱结构
针对下料箱堵问题，采取了以下措施：
1)料口篦子尺寸由200mm×200mm，改为150mm×150mm。篦子净孔的缩小，使得粒径大于150mm的大块物料不能进入磨内，降低在箱体底部及入磨口处挤住的几率。篦子上的大块物料的增多，会增加岗位员工破块难度，为了及时处理大块，改善传统用大锤砸块效率低强度大的局面，采取在每台磨机的料口处配备1台风镐，用机械代替人力的改善措施，
2)下料箱结构进行改造(如图4所示)。由于下料箱体底部过料空间过于狭窄，大块矿容易卡住。为此，采取了增大箱体空间，箱体各结构面及角进行圆形过渡的改善措施。结构的改进可减少矿石物料、木头等杂物在死角处卡住的机会，进而降低箱体堵料的几率。
图4 下料箱改造前后图
3)下料箱料口及上部增加调配液冲刷管道。矿石经调配液冲刷，粘度降低，流动性提高，入磨流速加大，同时调配液及时冲刷箱体四周积累的细粘料，矿石难于停留积累，从而减少堵住的几率。
3.3 改善箱体材质，加装耐磨衬层
为延长下料箱的使用周期，采取了以下措施：
1)钢板材质由普通钢板改为锰钢板，钢板厚度由10mm改为16mm，厚度的增加无疑会增加使用周期。
2)在矿石落到下料箱的冲击部位，即箱体易磨出砂眼部位镶嵌20mm厚铸钢钢板，提高耐磨性。其他部位镶嵌双金属耐磨层。同时下料箱入料口出增加调配液冲刷管道，可使得矿石下落过程中由于管道安装角度的原因，使得物料能够分散落到箱体，缓解了箱体由于局部磨穿导致的周期短问题。
4 效果分析
通过技术改进和创新，矿浆磨喂料系统运行比较平稳，下料箱使用周期大大加长。喂料系统的平稳运行，使得矿石能够均匀喂料，为稳定配料创造了有力的条件，具体效果如下：
1)经过对仓底结构的改进及仓壁铺设钢板的处理，矿石仓蓬仓次数明显降低，使用常规矿石时，由原来每班蓬仓十几次，到现在几乎不蓬仓的状况。较粘矿石时偶尔出现蓬仓，但使用空气炮后，能够及时对蓬仓进行处理，基本影响不到下矿的稳定性。岗位员工数量由3人减到1人，人员数量的减少降低了生产人力资源成本。由于仓体结构的改进及空气炮设备的使用，使得处理蓬仓时的生水用量降低90%，效果非常显著，经统计年降低生水用量7.5万吨，年节约蒸汽用量3万吨，节约成本480万余元。由于矿石下矿比较平稳，配料技术指标得到了大幅度的提高，溶出AO合格率由60%提高到80%以上，溶出aK合格率由68%提高到81%，实际溶出率与净溶出率差值降低1%，矿耗降低0.025t/t-AO，年节约矿石成本350万元。综合年累计经济效益700余万元。
2)下料箱堵的现象基本消失。矿石篦子的净孔尺寸的缩小，降低了入磨矿石的粒度，有效降低了矿石挤住的几率。下料箱箱体空间加大及各部位的圆形过渡降低了木头、铁棍、大块矿等在死角处卡住的几率，使得矿石顺利进入磨机。下料箱料口及上部增加调配液冲刷管道，矿石经调配液冲刷流动性提高，入磨流速加大，同时调配液及时冲刷箱体四周积累的细粘料，矿石难于停留积累，从而减少堵住的几率。
3)改善箱体材质，加装耐磨衬层措施实施后，磨机的运行效率提高10%，下料箱的使用寿命由3个月延长到了8个月，年减少检修备件费用8万余元。
5 结语
喂料系统运行不稳定不仅影响生产效率，还严重影响工艺质量指标，处理蓬仓、下料箱等问题的过程中造成氧化铝生产成本提高，岗位员工劳动强度大。改进后，该岗位配备的人员数量降低，下矿稳定，不仅达到了稳定生产的目的，达到了节能降耗的目的，还大大降低了职工的劳动强度，达到了较好的预期效果。
6 参考文献
1 朱三棣.沥青混合料搅和机高耐磨筛网[J].《筑路机械与施工机械化》，2003,02：25-26
2 《中铝山东分公司第二氧化铝厂磨机管理台帐》，2010，01-12
声明：
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我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中国铝业山东分公司第二氧化铝厂
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2024年12月27日 ~ 29日 
