□□石國平

鋼渣微粉加工工藝探討

□□石國平

采用不同的半工業(yè)化粉磨試驗(yàn)系統(tǒng)對塊狀鋼渣和水淬鋼渣進(jìn)行粉磨試驗(yàn)，并對不同的粉磨工藝進(jìn)行了分析比較，從而確定由輥壓機(jī)加球磨組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)是目前較為理想的鋼渣微粉生產(chǎn)工藝。

鋼渣；鋼渣微粉；聯(lián)合粉磨系統(tǒng)

鋼渣是煉鋼過程中的副產(chǎn)物，其產(chǎn)生量約為粗鋼產(chǎn)量的12%～15%。2009年我國粗鋼產(chǎn)量為56803.3萬噸（來源于《中華人民共和國2009年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》），據(jù)此計(jì)算，2009年我國鋼渣產(chǎn)生量為8000萬噸左右，有效利用率僅為10%，絕大部分鋼渣仍然棄置，不僅占用土地而且污染環(huán)境。

究其原因，主要是由于鋼渣中的游離氧化鈣（fCaO）和游離氧化鎂（fMgO）遇水進(jìn)行下列反應(yīng)：

fCaO＋H2O→Ca(OH)2體積膨脹98%

fMgO＋H2O→Mg(OH)2體積膨脹148%

尤其fMgO常溫下完全消解的時(shí)間可長達(dá)20年之久，由于上述原因?qū)е率褂娩撛墓こ讨黧w產(chǎn)生開裂起鼓而被破壞。

目前，鋼渣綜合利用的途徑，主要有煉鋼和煉鐵的原材料、燒結(jié)原料、冶金爐熔劑、筑路材料、鋼渣水泥、在農(nóng)業(yè)中作為農(nóng)肥施用、回填材料等。但對于這些利用途徑來說，鋼渣的附加值低。如單獨(dú)將鋼渣粉磨到比表面積450m2/kg左右，鋼渣可作為水泥的混合材或混凝土的活性摻合料。鋼渣粉的顆粒粒度很小，游離氧化鈣和游離氧化鎂在構(gòu)件硬化之前與水反應(yīng)完畢，徹底消除了鋼渣的體積穩(wěn)定性問題?，F(xiàn)在每噸鋼渣粉的市場價(jià)在100元左右，加上生產(chǎn)過程中磁選出來的鐵精粉和顆粒鋼，則每處理1t鋼渣的凈利潤可達(dá)100元左右[1]。同時(shí)，減少了水泥熟料的用量，間接減少了生產(chǎn)水泥的能耗和CO2的排放。

在利用鋼渣生產(chǎn)水泥方面，我國是開路先鋒。20世紀(jì)60年代，我國就開始用鋼渣生產(chǎn)水泥的研究并投入生產(chǎn)。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前已經(jīng)制定了一系列鋼渣水泥標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 鋼渣水泥系列標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)的鋼渣粉制備設(shè)備主要為能量利用率很低的小型球磨機(jī)，加工能耗高，生產(chǎn)規(guī)模小，因此，開發(fā)一種生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)能耗低的鋼渣粉制備系統(tǒng)是非常必要的。近年來，在水泥粉磨工業(yè)中，使用料床粉磨設(shè)備（輥壓機(jī)、輥式磨等）部分或全部取代球磨機(jī)進(jìn)行水泥粉磨作業(yè)已經(jīng)相當(dāng)普遍。如果能用料床粉磨設(shè)備代替球磨機(jī)生產(chǎn)鋼渣微粉，那么，其系統(tǒng)電耗一定會(huì)有大幅度的降低。圖1是用料床粉磨設(shè)備代替球磨機(jī)生產(chǎn)鋼渣微粉的系統(tǒng)電耗變化關(guān)系（產(chǎn)品比表面積450m2/kg）。

1 鋼渣粉制備工藝

1.1 鋼渣微粉半工業(yè)化加工試驗(yàn)

從2003年開始，筆者進(jìn)行了一系列用料床粉磨設(shè)備來制備鋼渣微粉的試驗(yàn)研究。與以往研究不同的是，所用試驗(yàn)設(shè)備皆為半工業(yè)化設(shè)備，具體參數(shù)見表2。

各試驗(yàn)系統(tǒng)流程見圖2、3、4。

1.2 輥壓機(jī)處理鋼渣

輥壓機(jī)的處理能力：

式中：B——輥寬，m

V——輥?zhàn)泳€速度，m/s

Q——輥壓機(jī)生產(chǎn)能力，t/h

γ2——料餅容重，t/m3

S2——料餅厚度，m

目前市場上現(xiàn)有的輥壓機(jī)，其輥?zhàn)泳€速度都是固定的，因此，對于同一臺輥壓機(jī)在處理不同種類的物料時(shí)，其處理能力主要由料餅容重（γ2）與料餅厚度（S2）來決定，而料餅容重和料餅厚度又取決于物料的密度以及物料與輥壓機(jī)輥面間摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的大小。圖5是同一臺輥壓機(jī)處理不同種類物料時(shí)的處理能力的關(guān)系。

作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，其半成品的比表面積約為2000～3000cm2/g，因此物料在輥壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)必須多次循環(huán)，表3是進(jìn)行循環(huán)輥壓試驗(yàn)的結(jié)果，在半成品的比表面積為2799cm2/g的情況下，輥壓機(jī)系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為556%。

1.3 球磨機(jī)處理鋼渣

鋼渣的易磨性差，粉磨功指數(shù)（Bond法）大都在20～30kWh/t之間。但是鋼渣屬于脆性物料，非常適合用輥壓機(jī)進(jìn)行粉磨，經(jīng)多次試驗(yàn)，其輥壓機(jī)增效系數(shù)在3.0～4.5之間，遠(yuǎn)大于輥壓機(jī)粉磨水泥熟料時(shí)的2.0左右，說明與水泥熟料相比，鋼渣更適合用輥壓機(jī)進(jìn)行粉磨。圖6是球磨機(jī)粉磨輥壓后的鋼渣和未輥壓鋼渣的實(shí)際情況，從圖6上可以看出，在比表面積同為5000cm2/g時(shí)，粉磨輥壓五次后的鋼渣，球磨機(jī)主機(jī)電耗比粉磨未經(jīng)輥壓的鋼渣要低50kWh/t左右。

表3 鋼渣循環(huán)輥壓試驗(yàn)結(jié)果

上述鋼渣是熱處理的塊狀鋼渣，對于水淬鋼渣，因其原始粒度組成及易磨性指數(shù)與礦渣相近，所以其粉磨電耗也與礦渣相近（圖7）。

1.4 輥式磨處理水淬鋼渣

由于水淬鋼渣與高爐礦渣的粒度組成相近，絕大多數(shù)集中在0.2～5.0mm之間，總的來看，水淬鋼渣要比高爐礦渣粗（圖8），而且鋼渣中所含金屬鐵的量要比塊狀鋼渣的少，粒度要比塊狀鋼渣的小，因此我們用試驗(yàn)輥式磨對水淬鋼渣進(jìn)行了粉磨性能試驗(yàn)，主機(jī)電耗與比表面積之間的關(guān)系見圖9。

2 粉磨工藝和選擇

球磨機(jī)、輥式磨和輥壓機(jī)是目前水泥粉磨中使用的三種主要粉磨設(shè)備，如果用它們來粉磨鋼渣，那么球磨系統(tǒng)雖然操作簡單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，對物料的適應(yīng)性好，但是能量利用率僅有1%左右，電耗太高，大型粉磨系統(tǒng)一般不予考慮。輥式磨和球磨相比，有粉磨效率高、粉磨能耗低、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是對于輥式磨系統(tǒng)來說，大部分物料都是在磨內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，因此，粉磨過程中解離出來的金屬鐵不容易被及時(shí)除去，從而增大易損件的磨損，影響磨機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。不過在粉磨水淬鋼渣時(shí)，由于水淬鋼渣的粒度組成與礦渣相近，用輥式磨進(jìn)行粉磨也是一個(gè)很好的選擇。而對于塊狀鋼渣粉磨，還是選用輥壓機(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)更為合理，因?yàn)?，鋼渣?jīng)輥壓機(jī)擠壓后，包裹在渣塊內(nèi)的金屬鐵粒就會(huì)與鋼渣分離，而且與輥式磨系統(tǒng)不同的是，擠壓后的鋼渣是通過機(jī)械輸送設(shè)備進(jìn)行外部循環(huán)，所以，金屬可以在外部循環(huán)過程中由除鐵設(shè)備除去。

輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)有預(yù)粉磨系統(tǒng)、聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和終粉磨系統(tǒng)三種形式，工藝流程見圖10。

表4 不同規(guī)模的主機(jī)配置

輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)的特點(diǎn)是流程簡單，輥壓機(jī)可以單獨(dú)操作，但輥壓機(jī)分擔(dān)的粉磨任務(wù)小，因此這種工藝流程的節(jié)能幅度較小。輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的所有粉磨任務(wù)都由輥壓機(jī)完成，但由該系統(tǒng)粉磨所得到的產(chǎn)品的粒度分布過于集中，這將對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生一定的影響，另一方面，當(dāng)入輥壓機(jī)的物料中細(xì)顆粒比例過高時(shí)，粉磨區(qū)內(nèi)不容易形成料床，從而影響輥壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定。而聯(lián)合粉磨系統(tǒng)（圖11）在輥壓機(jī)后裝一球磨，是目前輥壓機(jī)應(yīng)用的主要流程，雖然相對來講系統(tǒng)流程復(fù)雜，但是操作靈活。輥壓機(jī)與球磨機(jī)聯(lián)運(yùn)作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運(yùn)行，在球磨機(jī)停機(jī)的情況下，輥壓機(jī)可以以終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行，在輥壓機(jī)停機(jī)的情況下，球磨機(jī)可以以圈流系統(tǒng)生產(chǎn)。另外，該系統(tǒng)對物料有非常好的適應(yīng)性，可以粉磨水泥原料、水泥、高爐礦渣、塊狀鋼渣及水淬鋼渣等等。當(dāng)作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，輥壓機(jī)自成系統(tǒng)，壓出的料餅經(jīng)粗選粉機(jī)分選后，粗料返回輥壓機(jī)再壓，細(xì)粉作為中間產(chǎn)品喂入后續(xù)球磨中繼續(xù)粉磨至要求的細(xì)度。如此一來，因?yàn)榧?xì)粉的選出，使得輥壓機(jī)輥壓更為有效，同時(shí)由于細(xì)粉的粒度小且均勻，使得后續(xù)球磨機(jī)研磨體級配更加合理，粉磨效率更高。當(dāng)作為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，高效選粉機(jī)的粗粉也返回輥壓機(jī)循環(huán)輥壓。當(dāng)作為圈流球磨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，新喂料直接進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行粉磨。綜上所述，我們選擇輥壓機(jī)聯(lián)合粉磨系統(tǒng)作為鋼渣超細(xì)粉磨的粉磨系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)推薦（表4）

4 結(jié)論

同一臺輥壓機(jī)處理鋼渣時(shí)，其處理能力比處理水泥熟料時(shí)大20%～30%。

通過對不同的粉磨工藝進(jìn)行分析比較，從而確定由輥壓機(jī)加球磨組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)是目前較為理想的鋼渣微粉生產(chǎn)工藝。

[1]趙愛新.濟(jì)南鋼鐵廠鋼渣微粉生產(chǎn)實(shí)踐[J].水泥，2007，（2）:20－22.

[2]石國平，柴星騰.鋼渣微粉加工技術(shù)[C].2009國內(nèi)外水泥粉磨新技術(shù)交流大會(huì)論文集，2009.

Processing Discussion of Steel Slag Powder

SHI Guo－ping
(Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin,300400)

Through different semi－industrial grinding tests,grinding was made on massive steel slag and water quenched slag.Analysis comparison was made on different grinding process.The results show that combined grinding system with roller press and ball mill is the ideal grinding method for steel slag powder production.

Steel slag;Steel slag powder;Combined grinding system

book=77,ebook=51

TQ172.44

：A

1001－6171（2010）05－0077－05

2010－05－14；編輯：沈 穎