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钢渣高效渣铁解离细碎工艺及设备研究
发布时间：2013-10-13 08:28 来源：未知
2008年我国粗钢产量约为5.4亿t，2009年达到5.7亿t，2010年已达6.3亿t，而炼钢生产中，每生产It钢要排出0.12—0.20 t钢渣，可以推算出2008，2009，2010年我国产生钢渣近6 500万t、7000万t、7500万t，由此可见我国每年产生的钢渣数量之巨大。目前我国钢渣的综合利用率较低，其主要原因是钢渣质硬、块大、不易破碎加工分离，而钢渣的预处理工艺和设备又比较落后，达不到应用要求。钢渣不能及时处理和应用而堆弃，堆放钢渣会造成环境污染，而且因新建或扩建渣场需要占用大量土地和花费大量的资金，给社会和企业均带来很大负担。
国家“十二五”发展规划明确指出，要加快资源循环利用产业发展，加强矿产资源综合利用，鼓励产业废物循环利用，完善再生资源回收体系和垃圾分类回收制度，推进资源再生利用产业化�？⒂τ迷赐�、循环利用、再制造、零排放和产业链接技术，推广循环经济典型模式。钢渣的综合利用，成为钢铁企业乃至全社会的重要课题之一，找到合适的加工工艺处理钢渣，尤其是钢渣的细碎问题是亟需解决的重大技术难题。
1、钢渣综合循环利用现状
1.1钢渣性质
钢渣是炼钢过程排出的熔渣。钢渣主要是由金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬料和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料（如：石灰石、白云石、铁矿石、硅石等）等形成。
钢渣基本呈黑灰色，外观类似结块的水泥熟料，其中央带一些铁粒，硬度大，密度为2 800—3 500 kg/m3。钢渣的主要化学成分有：Ca0, Si02, Al203, Fe0, Fe203, Mg0, Mn0, P205,f-Ca0，有的还含有V205，Ti02等，成分有较大范围的波动。钢渣的特点是铁的氧化物以Fe0和Fe203形式存在，且大多以Fe0为主，总量在270/0以下。钢渣中一般均含有P205，其在钢渣矿物形成中起重要作用，首先，它和Ca0，S102生成活性较差的纳盖斯密特石阻碍了硅酸三钙的生产，另外，磷的存在也会使硅酸-钙分解，降低钢渣的活性。表l为我国部分钢铁厂转炉钢渣的化学成分。
1.2钢渣综合循环利用及国际国内钢渣破碎工艺
设备现状
随着钢渣处理及利用技术的发展，人们越来越充分地利用渣中有益成分，不再停留在最原始的填海和筑路等用途上，也不再仅仅以回收铁为目标，而是在回收铁的同时，将尾渣在钢渣水泥、冶金原料、混凝土、钢渣磷肥、水处理、建筑涂料等不同途径获得应用。
由于钢渣中含有和水泥相类似的C2S、C3S及铁铝酸盐等活性矿物，具有水硬胶凝性，故可作为生产无熟料水泥或少熟料水泥的原料，也可作水泥掺和料；钢渣可用作冶炼熔剂，回收渣中的钙、镁、锰、钒、铁的氧化物和稀有元素等有效成分；利用钢渣粉作为混凝土掺合料，能取代20%—50%的普通硅酸盐水泥，还能提高混凝土的性能，增强混凝土的抗气体渗透能力、抗氯离子渗透能力和抗碳化能力，并使混凝土的强度得到提高，延长混凝土的使用寿命；含磷高的钢渣可以生产钙镁磷肥、钢渣磷肥；由于钢渣具有一定的碱性和较大的比表面积，因此可考虑用于吸附处理废水及建筑材料等多种用途。
将尾渣在以上不同途径应用的前提是需要将尾渣中铁的含量控制在较低的水平，同时其粒度、粒形需要满足不同行业的需求。总体上讲钢渣破碎到粒度越小粒形越好，使用价值越高，应用的范围就越广。正因如此，钢渣的高效细碎工艺及设备的研究显得尤为重要。
钢渣细碎加工设备目前主要有锤式破碎机、立式冲击破碎机和单缸液压圆锥破碎机。前两者的工作原理类似，是通过物料流经加速发射后物料与物料、物料与锤头或反击板相互撞击完成破碎的设备。但它们加工钢渣产品的粒度不够细且不够均匀，若要求得到较细粒度时，则循环量较大、效率低；在钢渣中有大块度钢铁进入时会发生“过铁”的问题；易损件寿命短、更换频繁，运营费用高。单缸液压圆锥破碎机，在破碎锥底部设有液压支撑，具有一定的“过铁�；�”功能，但物料中铁较多时，或者有块度较大的铁进入时，设备可能会发生损坏。它的加工产品的粒度较前三者更大，而且使用它时一次性投资大，更换易损件和维修较困难。
传统钢渣破碎加工流程如图l所示，一般是经过粗碎、中碎、细碎而且是闭路循环破碎，再经过多道磁性筛分，将金属回收，尾渣堆积或再加工处理回收。现有的加工工艺及设备主要有以下问题需要解决。(1)出现大块铁时，设备会出现“卡铁”的现象，无法保证设备的连续正常运转，甚至是发生损坏。 (2)细碎设备的破碎比小，一次性加工粒度不够细，如果直接进入后面的磨矿分选流程能耗太大，甚至超过钢渣产品本身价值。而要得到细粒度钢渣，往往需要复杂的闭路循环处理工艺，循环量大，流程复杂，生产效率低。如图1所示，传统钢渣加工工艺均采用三段甚至四段闭路破碎磁选，通过一段或者两段颚式破碎机粗破后，再有两段圆锥破碎机或者立式冲击破碎机闭路破碎之10—15 mm，磁选出磁性铁后球磨。 (3)铁回收率不高，尾渣中含铁较高，造成资源的浪费，限制了尾渣使用范围，降低了尾渣的价值。 (4)易损件消耗快，运营成本高。
2、钢渣高效渣铁解离细碎工艺
钢渣抗压强度为169—306 MPa，莫氏硬度为5—7，质地坚硬难破碎，较难磨碎。因为钢渣比较致密、硬度高，结构特殊，是铁和渣的结合体，有的颗粒是渣包铁，有的颗粒是铁包渣，甚至有粒度比较大的铁块，普通破碎机都会出现“卡铁”现象，处理不及时都会出现损坏设备的情况，而水泥、冶金配料等应用需要的最大粒度在10 mm以下的尾渣，颚式破碎机预处理钢渣流程只能将它破碎到40—60mm，倘若这种粒度的尾渣为了后续利用而直接进入球磨机加工，必然效率很低和浪费很多能量，从而额外生产成本大大增加，甚至超过钢渣利用所带来的附加值。因此，钢渣的加工处理技术缺陷成为了制约钢渣综合利用发展的瓶颈，而最主要的难题就是它的细碎问题。
研究和实现钢渣高效渣铁解离工艺主要是为了解决钢渣难以加工或加工成本高的问题。钢渣高效渣铁解离工艺主要目的之一是回收其中的金属，其二是综合利用尾渣。在水泥和建材等行业发达的地区，尾渣可以百分之百地实现综合利用，但在水泥和建材等行业不发达的地区，尾渣仅有少量用作冶金熔剂使用，而大部分只能用于工程回填等用途。为此，对于可以充分利用的尾渣，要求具有较细的粒度，钢渣高效渣铁解离细碎工艺I如图2所示。对于无法利用的尾渣，为降低生产成本和提高生产效率，需要在中碎之后进行抛尾工作，仅让含铁量高的部分钢渣进入后续工序，钢渣高效渣铁解离细碎工艺Ⅱ如图3所示。
钢渣由普通颚式破碎机处理后，经磁选除去大块金属铁后进入改进型惯性圆锥破碎机，惯性圆锥破碎机由于原理及结构的优越性，对钢渣进行冲击挤压破碎，破碎的粒度较细，将渣、铁分离。再通过磁选将铁回收，尾矿中的含铁量大为降低，在保证铁回收品位的前提下，极大程度地提高了铁的回收率，减少了后续磨矿处理的循环量，实现了节能降耗。
本工艺的特点如下： (1)选用了钢渣高效渣铁解离细碎设备，两段开路破碎钢渣，使工艺流程得到简化，减少辅助振动筛、皮带等设备台数，方便现场布局，及节约设备和基建投资； (2)产品粒度细，产品粒度为国外新型钢渣处理工艺的1/2，实现了渣铁的充分解离，大大提高了钢渣中铁的回收率； (3)应用了关键细碎设备后，彻底解决了工艺因频繁“过铁”导致设备损坏的问题，有优良的“过铁�；�”性能，保证了流程的顺利进行；(4)由于采用了“选择性破碎”和“料层粉碎”原理，较少了设备磨损。
3、钢渣高效渣铁解离细碎工艺的关键设备
3种钢渣高效渣铁解离细碎工艺生产线配置如表2，其中中碎段为普通颚式破碎机，细碎段为改进型的惯性圆锥破碎机。
惯性圆锥破碎机的结构简图如图4所示，机体安装在隔振弹簧上，破碎机的破碎工作主要由定锥和动锥完成。两个锥体工作面均装有保护衬板，衬板对物料进行冲击挤压剪切以及物料之间的相互作用，完成对物料的破碎。动锥轴的滑动轴承上装有激振器。电动机的旋转运动通过三角皮带、联轴节传给激振器，使其绕动锥中心线转动。当激振器产生离心力时，离心力迫使球面支承上的动锥绕其球心做旋摆运动，以实现对物料的破碎。
钢渣是“渣”和“铁”的熔融结合体，渣与铁的硬度、延展性及耐磨度等都存在极大的差异，特别是其中存在块度较大的铁，用普通破碎机不仅将钢渣破碎到较细的粒度存在很大困难，而且还会时常发生“卡铁”现象，甚至是引起设备故障。本课题组经计算、模拟不断改进设计，改进后的惯性圆锥破碎机破碎力大且由于传动机构与破碎机构是柔性联结，出现大块铁时能将铁砸扁排出，不会引起设备故障，保证了设备的正常运转。而且惯性圆锥破碎机应用了选择性破碎和料层粉碎原理，钢渣在设备中是挤满状态，物料颗粒在负荷作用下，主要是沿晶体间的区域破坏而不破坏晶体本身，硬度大的物料将硬度小的物料挤压破碎，钢渣在其中经过十几次振动冲击破碎，被破碎到很细的粒度，实现了渣与铁的充分解离。
4、结论及展望
在充分调研了钢渣性质、国内外钢渣处理工艺和设备的基础上，本钢渣高效渣铁解离细碎工艺，克服了以往钢渣处理工艺流程复杂、粒度粗、钢渣中铁的回收率不高、投资大等缺点，具有流程简单高效、破碎粒度细、基本实现渣铁解离等优点�？⒌母咝Ц衷杆榻饫肷璞�，具有破碎比大、破碎粒度细且均匀、较好的“过铁�；�”性能，现场应用各项性能指标均为优良，是理想的钢渣细碎设备�？菲扑楦衷付任�-6 mm占90%的高效钢渣铁解离细碎工艺及设备，在河北唐山、辽宁本溪、山东青岛等多地成功运用于工业生产中，有非常好的技术经济指标，取得了良好的经济效益和社会效益，具有广阔的市场应用前景。
