鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝研究

鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝研究

2010年，中國粗鋼產(chǎn)量達(dá)到6.26億噸，比去年增加了9.3%。鋼渣是煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要固體副產(chǎn)品,隨著我國粗鋼產(chǎn)量不斷地提高,鋼渣產(chǎn)量也在不斷地增加。2010年我國產(chǎn)生的鋼渣約為7500萬t,若不加以處理,將會(huì)占用大量土地、污染環(huán)境,同時(shí)會(huì)造成鋼渣中的廢鋼和尾渣等資源的浪費(fèi),不利于煉鋼工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),我國鋼渣有效利用率僅為10%左右,這與國際上的鋼渣利用水平差距很大。其原因是,我國鋼渣處理設(shè)備還不夠完善,鋼渣處理所用的破碎設(shè)備不適合鋼渣處理特性,特別是沒有合適的鋼渣細(xì)碎設(shè)備。因此,研制合理的鋼渣細(xì)碎設(shè)備和鋼渣加工技術(shù)是我國鋼鐵企業(yè)的一項(xiàng)緊迫的課題,只有在現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行科研攻關(guān),解決鋼渣細(xì)碎難題,才能經(jīng)濟(jì)地對(duì)鋼渣進(jìn)行深加工,實(shí)現(xiàn)鋼渣的有效綜合利用。1鋼渣制備(1)鋼渣破碎-65mm的磁選鋼渣中約有7%～10%的廢鋼。鋼渣的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是渣和鐵的結(jié)合體,它們互相夾雜包裹。在保證磁選渣鋼(渣鋼粒)的品位的前提下,鋼渣破碎到-75mm后磁選,尾渣里面還有約4%～6%的金屬鐵;破碎到-35mm后磁選,尾渣里有約3%～5%的金屬鐵;當(dāng)破碎到-10mm后磁選,尾渣中剩余的金屬鐵含量能降到1%左右;而鋼渣破碎到-5mm后磁選,尾渣中的金屬鐵含量能降低到1%以下。顯而易見,要回收更多的金屬鐵,就需要將鋼渣破碎到盡可能細(xì)的粒度,實(shí)現(xiàn)渣鋼和尾渣的有效解離。(2)降低粉磨粒度鋼渣后續(xù)加工大多要經(jīng)過粉磨,使廢鋼與尾渣進(jìn)一步單體解離。粉磨理論和實(shí)踐表明,物料破碎所需單位能耗隨破碎粒度減小的變化率很小,而物料粉磨所需要的單位能耗隨粉磨粒度減小急劇增加,而且這種變化率隨粉磨粒度減小越來越大。所以,為了降低碎磨能耗有必要采用“多碎少磨”碎磨工藝,增加碎磨工作中礦石破碎比例、減少粉磨的比例,最大限度減小入磨物料的粒度,以減少整個(gè)碎磨過程的能耗。鋼渣的可磨性差,粉磨功邦德指數(shù)為20～30kW·h/t,較一些礦石高很多。因此,鋼渣碎磨時(shí),更應(yīng)該遵守“多碎少磨”原則,降低入磨粒度,提高碎磨效率,降低能耗。(3)影響磨機(jī)產(chǎn)量的因素鋼渣如果沒有細(xì)碎到一定粒度,其含鐵量就較高,將會(huì)影響磨機(jī)產(chǎn)量,增加磨機(jī)能耗,縮短研磨體和襯板的壽命,增加成本。鋼渣原料需要預(yù)先破碎至10mm以下后,才可以進(jìn)行粉磨。2超細(xì)設(shè)備制造進(jìn)展筆者走訪了一些鋼鐵集團(tuán)鋼渣加工廠,發(fā)現(xiàn)我國鋼鐵企業(yè)細(xì)碎設(shè)備技術(shù)最近幾年進(jìn)展不大,主要還是采用顎式破碎機(jī)、輥式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、液壓圓錐破碎機(jī)和棒磨機(jī)。2.1實(shí)驗(yàn)破碎作用顎式破碎機(jī)是采用四桿機(jī)構(gòu)原理,將連桿作為動(dòng)顎,連桿隨著曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)做周期往復(fù)擺動(dòng),利用壓碎、彎曲方法對(duì)物料產(chǎn)生破碎作用。顎式破碎機(jī)主要用于礦山、公路和化工等行業(yè)中各種物料的粗碎和中碎,不適用于細(xì)碎工作。也有用小規(guī)格顎式破碎機(jī)配合閉路篩分來進(jìn)行細(xì)碎工作,但效率極低,效果差,一般只能加工到-25+40mm。昆鋼采用PEX-250×1200mm型顎式破碎機(jī)和閉路篩分機(jī)將鋼渣破碎到-25mm,篩下產(chǎn)物進(jìn)行分級(jí)磁選,金屬鐵回收率僅為64.98%。2.2軸、葉輪和輥皮輥式破碎機(jī)是在水平軸上平行裝置兩個(gè)相向回轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?其中一個(gè)輥?zhàn)拥妮S承固定,另一個(gè)輥?zhàn)拥妮S承可動(dòng),可動(dòng)輥裝置有彈簧保護(hù)機(jī)器。破碎輥是由軸、輪轂和輥皮構(gòu)成。用輥式破碎機(jī)將鋼渣破碎到-10mm,但輥式破碎機(jī)不適用于鋼渣的細(xì)碎,主要缺點(diǎn)有,一是它的兩個(gè)輥?zhàn)拥妮S心距可以變動(dòng),使得產(chǎn)品粒度容易發(fā)生變化,加工的鋼渣產(chǎn)品粒度不均勻,只有閉路工作,在較大循環(huán)量時(shí)才能得到較細(xì)的產(chǎn)品;二是它在生產(chǎn)中鋼渣容易飛濺,會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和安全帶來問題;三是它裝有2個(gè)電機(jī),能耗較大;四是輥皮與鋼渣直接接觸,所以需要時(shí)常修補(bǔ)或更換輥皮,維修不便和使用成本較高。2.3拋向機(jī)體內(nèi)的破碎板及破碎鋼渣錘式破碎機(jī)是利用高速回轉(zhuǎn)錘頭的打擊作用而進(jìn)行破碎的。工作時(shí),鉸接的錘頭高速回轉(zhuǎn),對(duì)給入的大塊物料進(jìn)行打擊,并使其拋向機(jī)體內(nèi)壁的破碎板上,在破碎板上物料進(jìn)一步?jīng)_擊破碎后,落到下面的格篩上,粒度合格的產(chǎn)物從篩條縫隙中排出。由于鋼渣堅(jiān)硬,一付錘頭僅用8h,即使在錘頭焊有硬質(zhì)合金,運(yùn)行20d已不能使用,不同材質(zhì)的高鉻錘、超高錳錘等都不耐用,磨損嚴(yán)重。經(jīng)反復(fù)分析對(duì)比,認(rèn)為不適于破碎鋼渣。這已在河北等地區(qū)得到實(shí)踐驗(yàn)證,較大的鋼渣加工企業(yè)都淘汰了錘式破碎機(jī)。2.4反擊式粉碎法反擊式破碎機(jī)和立式?jīng)_擊式破碎機(jī)的工作原理與錘式破碎機(jī)類似,都屬于旋轉(zhuǎn)沖擊類破碎機(jī),是使物料塊在破碎腔內(nèi)經(jīng)受打擊板和反擊板的沖擊產(chǎn)生破碎作用。它的結(jié)構(gòu)和工作原理使得打擊板成為最容易磨損的工作零件,要比其他破碎機(jī)的磨損程度嚴(yán)重得多,另外它的裝機(jī)功率相對(duì)較大,因此反擊式破碎機(jī)也不太適合鋼渣細(xì)碎。濟(jì)南某鋼渣廠曾采用該種設(shè)備,在產(chǎn)品粒度為35～50mm時(shí),產(chǎn)量能達(dá)到要求,但當(dāng)產(chǎn)品粒度控制到-15mm時(shí),它的產(chǎn)量減少了50%以上,并且還是達(dá)不到-8mm的產(chǎn)品應(yīng)用要求。2.5液壓拾遺破碎帶檢測(cè)液壓圓錐破碎機(jī)的工作部分由動(dòng)錐和定錐組成。在偏心軸套的作用下動(dòng)錐在破碎腔內(nèi)沿定錐的周邊運(yùn)動(dòng),當(dāng)動(dòng)錐靠近定錐時(shí)進(jìn)行破碎,與之相對(duì)的一邊則進(jìn)行排料,如此連續(xù)地進(jìn)行破碎和排料工作。由于它的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是剛性的,因此設(shè)計(jì)有一定保護(hù)作用的液壓裝置。液壓圓錐破碎機(jī)用于礦山軟硬度礦石中細(xì)碎,一般能得到20～45mm的破碎產(chǎn)品,如果要達(dá)到-12mm入磨粒度,則需要采用篩分和返回循環(huán)的閉路配置。但鋼渣的硬度較高,而且結(jié)構(gòu)特殊、夾雜有金屬鐵,使用液壓圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎時(shí),如果排料口設(shè)定較小,則破碎機(jī)會(huì)頻繁“過鐵”,激發(fā)液壓保護(hù)裝置自動(dòng)增大排料口,使鋼渣未加工而直接排出,造成工作不連續(xù);如果排料口設(shè)定較大,則破碎產(chǎn)品粒度大,不能滿足生產(chǎn)要求。若為此采用閉路配置,則循環(huán)負(fù)荷大、工作效率低。當(dāng)要求產(chǎn)品粒度-10mm時(shí),液壓圓錐破碎機(jī)的循環(huán)負(fù)荷高達(dá)70.8%。2.6鋼棒磨機(jī)破碎鋼渣的效果好棒磨機(jī)的筒體內(nèi)裝有適當(dāng)?shù)哪サV介質(zhì)鋼棒,通過驅(qū)動(dòng)筒體回轉(zhuǎn),鋼棒在離心力和摩擦力的作用下,被提升到一定高度后拋落,鋼棒以很大的沖擊力砸在筒體中的粗顆粒物料上,將一些物料砸碎。棒磨機(jī)用于破碎鋼渣的效果也不太好。主要原因有,一是鋼棒易磨損,鋼棒瀉落時(shí),上層鋼棒沿下層鋼棒一步一步地向下滾跌,鋼棒之間或與物料之間有沖擊和研磨作用,使鋼棒發(fā)生磨損,破碎鋼渣一般使用2～3h后就磨損比較嚴(yán)重,出料口端磨損更加嚴(yán)重,使鋼棒變成錐體、一端粗一端細(xì);二是雖然研磨介質(zhì)添加方便,但更換非常不方便;三是破碎產(chǎn)品粒度不穩(wěn)定,開始幾天產(chǎn)品粒度大部分能滿足要求,當(dāng)鋼棒變形后研磨效果降低,產(chǎn)品合格率降低,如在天冶集團(tuán)只能得到60%的-10mm產(chǎn)品;四是棒磨機(jī)的裝機(jī)功率大,能耗利用效率低,使用成本高。3鋼渣加工生產(chǎn)線的目前存在的問題經(jīng)過查閱文獻(xiàn),我國一些鋼廠的鋼渣加工工藝、所使用的細(xì)碎設(shè)備、工藝流程設(shè)置的皮帶條數(shù)、工作方式和產(chǎn)品粒度見表1。其中產(chǎn)品粒度為破碎加工工序最后的產(chǎn)品粒度,若工作方式為閉路則它由細(xì)碎工段后面的檢查篩分所使用篩網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸所決定,若工作方式為開路則它由細(xì)碎設(shè)備的產(chǎn)品最大粒度所決定。從表1可看出,這些鋼廠都是采用兩段閉路破碎的加工工藝。為實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)和多級(jí)磁選,這些鋼廠的鋼渣加工生產(chǎn)線都設(shè)計(jì)了多條皮帶,最多的高達(dá)8條。顯然,皮帶越多,工業(yè)流程就越復(fù)雜,生產(chǎn)效率就越低、生產(chǎn)線可操控性就越差。上述鋼渣加工生產(chǎn)線最大的不足是,盡管它們采用了閉路的工作方式,細(xì)碎段有較大的循環(huán)量,但破碎加工的最后篩下產(chǎn)品的最大粒度依然較大,均在-25+35mm之間。由前面的分析可知,-35mm的尾渣還可能含有3%～5%的金屬鐵,如果這類尾渣用于筑路、填海等,將會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)。雖然在破碎加工之后還可以使用磁選回收一部分金屬鐵,但由于粒度大,金屬鐵和尾渣未能有效的解離,所以金屬鐵的回收率不高,而且回收的渣鋼的鐵品位低,一般不易直接循環(huán)利用。棒磨機(jī)、自磨機(jī)和臥磨機(jī)等能夠采用閉路工作方式,得到幾個(gè)毫米粒度的產(chǎn)品。但磨機(jī)裝機(jī)功率大,比如Φ2700×3600mm棒磨機(jī)裝機(jī)功率為400kW,而功耗只有很小部分用于物料的粉磨,大部分都消耗在發(fā)熱、發(fā)聲和磨機(jī)筒體動(dòng)能上。另外,研究表明,磨機(jī)的功耗利用率約為6%～8%,不到破碎設(shè)備功耗利用率的50%。鑒于我國鋼渣加工工業(yè)應(yīng)用中設(shè)備存在的這些技術(shù)問題,有必要開發(fā)適用于鋼渣細(xì)碎的破碎設(shè)備,研究出工藝流程簡(jiǎn)潔、產(chǎn)品粒度更細(xì)、金屬鐵和渣解離更充分的加工技術(shù),促進(jìn)我國鋼渣加工技術(shù)完善和設(shè)備水平的提高,推動(dòng)鋼渣綜合利用。4鋼渣破碎工藝技術(shù)“鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝及設(shè)備”研究項(xiàng)目,2010年通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織的科技成果鑒定,技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目針對(duì)由于鋼渣不均質(zhì)且含有金屬鐵不易破碎解離,尤其是沒有合適的細(xì)碎工藝和設(shè)備而導(dǎo)致目前我國鋼渣的有效綜合利用率較低的現(xiàn)狀,通過相關(guān)理論分析,優(yōu)化和研制出適合鋼渣細(xì)碎和實(shí)現(xiàn)渣鐵解離的設(shè)備,成功開發(fā)了新型鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝。工藝流程見圖1。該技術(shù)使用優(yōu)化的GYP系列慣性圓錐破碎機(jī)作為鋼渣細(xì)碎設(shè)備。慣性圓錐破碎機(jī)采用萬向節(jié)柔性傳動(dòng)技術(shù),解決了鋼渣細(xì)碎過程中因頻繁“過鐵”的難題;使用激振器提供動(dòng)力,得到更大的破碎力和破碎比,不僅能將鋼渣破碎得很細(xì),還能將渣鐵砸扁排出,保證工作的連續(xù)和金屬鐵的回收。該技術(shù)設(shè)計(jì)配置兩段加工工藝,能夠?qū)崿F(xiàn)開路工作,破碎產(chǎn)品粒度細(xì),其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型生產(chǎn)線產(chǎn)品粒度分別小于6mm、8mm和平于10mm,比前述的鋼鐵公司閉路工作的產(chǎn)品粒度小,甚至僅為后者的1/3大小。該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)渣鐵的高效解離,能提高金屬鐵的回收率,使尾渣中金屬鐵的含量小于1%,可得到的粒度很細(xì)的尾渣,能夠滿足水泥、鋼鐵冶煉等生產(chǎn)應(yīng)用的要求。自2010年8月鑒定一年來,該技術(shù)和設(shè)備已在邯鄲鋼鐵、西寧特鋼、中天鋼鐵、天冶集團(tuán)、重慶鋼鐵、廣富集團(tuán)等十多家鋼鐵公司工業(yè)應(yīng)用。5鋼渣的預(yù)處理(1)鋼渣加工到-10mm后,在鋼鋼渣破碎和磁選后,保證其中渣鋼品位時(shí),能將尾渣剩余的金屬鐵含量降低到1%左右;破碎到-10mm的尾渣進(jìn)行粉磨等深加工才有明顯經(jīng)濟(jì)性。(2)顎式破碎機(jī)不適用于鋼渣的細(xì)碎工作;錘式破碎機(jī)等旋轉(zhuǎn)沖擊類破碎機(jī)破碎鋼渣時(shí),易損件消耗快、更換周期短、生產(chǎn)成本高;液壓圓錐破碎機(jī)加工鋼渣需閉路配