鋼渣高效渣鐵解離細碎工藝研究

鋼渣高效渣鐵解離細碎工藝研究

2010年，中國粗鋼產量達到6.26億噸，比去年增加了9.3%。鋼渣是煉鋼生產過程中產生的主要固體副產品,隨著我國粗鋼產量不斷地提高,鋼渣產量也在不斷地增加。2010年我國產生的鋼渣約為7500萬t,若不加以處理,將會占用大量土地、污染環(huán)境,同時會造成鋼渣中的廢鋼和尾渣等資源的浪費,不利于煉鋼工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。據(jù)資料統(tǒng)計,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,我國鋼渣處理設備還不夠完善,鋼渣處理所用的破碎設備不適合鋼渣處理特性,特別是沒有合適的鋼渣細碎設備。因此,研制合理的鋼渣細碎設備和鋼渣加工技術是我國鋼鐵企業(yè)的一項緊迫的課題,只有在現(xiàn)有應用領域內進行科研攻關,解決鋼渣細碎難題,才能經濟地對鋼渣進行深加工,實現(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。鋼渣的結構復雜,是渣和鐵的結合體,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的粒度,實現(xiàn)渣鋼和尾渣的有效解離。(2)降低粉磨粒度鋼渣后續(xù)加工大多要經過粉磨,使廢鋼與尾渣進一步單體解離。粉磨理論和實踐表明,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,更應該遵守“多碎少磨”原則,降低入磨粒度,提高碎磨效率,降低能耗。(3)影響磨機產量的因素鋼渣如果沒有細碎到一定粒度,其含鐵量就較高,將會影響磨機產量,增加磨機能耗,縮短研磨體和襯板的壽命,增加成本。鋼渣原料需要預先破碎至10mm以下后,才可以進行粉磨。2超細設備制造進展筆者走訪了一些鋼鐵集團鋼渣加工廠,發(fā)現(xiàn)我國鋼鐵企業(yè)細碎設備技術最近幾年進展不大,主要還是采用顎式破碎機、輥式破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、液壓圓錐破碎機和棒磨機。2.1實驗破碎作用顎式破碎機是采用四桿機構原理,將連桿作為動顎,連桿隨著曲柄的轉動做周期往復擺動,利用壓碎、彎曲方法對物料產生破碎作用。顎式破碎機主要用于礦山、公路和化工等行業(yè)中各種物料的粗碎和中碎,不適用于細碎工作。也有用小規(guī)格顎式破碎機配合閉路篩分來進行細碎工作,但效率極低,效果差,一般只能加工到-25+40mm。昆鋼采用PEX-250×1200mm型顎式破碎機和閉路篩分機將鋼渣破碎到-25mm,篩下產物進行分級磁選,金屬鐵回收率僅為64.98%。2.2軸、葉輪和輥皮輥式破碎機是在水平軸上平行裝置兩個相向回轉的輥子,其中一個輥子的軸承固定,另一個輥子的軸承可動,可動輥裝置有彈簧保護機器。破碎輥是由軸、輪轂和輥皮構成。用輥式破碎機將鋼渣破碎到-10mm,但輥式破碎機不適用于鋼渣的細碎,主要缺點有,一是它的兩個輥子的軸心距可以變動,使得產品粒度容易發(fā)生變化,加工的鋼渣產品粒度不均勻,只有閉路工作,在較大循環(huán)量時才能得到較細的產品;二是它在生產中鋼渣容易飛濺,會給現(xiàn)場環(huán)境和安全帶來問題;三是它裝有2個電機,能耗較大;四是輥皮與鋼渣直接接觸,所以需要時常修補或更換輥皮,維修不便和使用成本較高。2.3拋向機體內的破碎板及破碎鋼渣錘式破碎機是利用高速回轉錘頭的打擊作用而進行破碎的。工作時,鉸接的錘頭高速回轉,對給入的大塊物料進行打擊,并使其拋向機體內壁的破碎板上,在破碎板上物料進一步沖擊破碎后,落到下面的格篩上,粒度合格的產物從篩條縫隙中排出。由于鋼渣堅硬,一付錘頭僅用8h,即使在錘頭焊有硬質合金,運行20d已不能使用,不同材質的高鉻錘、超高錳錘等都不耐用,磨損嚴重。經反復分析對比,認為不適于破碎鋼渣。這已在河北等地區(qū)得到實踐驗證,較大的鋼渣加工企業(yè)都淘汰了錘式破碎機。2.4反擊式粉碎法反擊式破碎機和立式沖擊式破碎機的工作原理與錘式破碎機類似,都屬于旋轉沖擊類破碎機,是使物料塊在破碎腔內經受打擊板和反擊板的沖擊產生破碎作用。它的結構和工作原理使得打擊板成為最容易磨損的工作零件,要比其他破碎機的磨損程度嚴重得多,另外它的裝機功率相對較大,因此反擊式破碎機也不太適合鋼渣細碎。濟南某鋼渣廠曾采用該種設備,在產品粒度為35～50mm時,產量能達到要求,但當產品粒度控制到-15mm時,它的產量減少了50%以上,并且還是達不到-8mm的產品應用要求。2.5液壓拾遺破碎帶檢測液壓圓錐破碎機的工作部分由動錐和定錐組成。在偏心軸套的作用下動錐在破碎腔內沿定錐的周邊運動,當動錐靠近定錐時進行破碎,與之相對的一邊則進行排料,如此連續(xù)地進行破碎和排料工作。由于它的傳動機構是剛性的,因此設計有一定保護作用的液壓裝置。液壓圓錐破碎機用于礦山軟硬度礦石中細碎,一般能得到20～45mm的破碎產品,如果要達到-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,而且結構特殊、夾雜有金屬鐵,使用液壓圓錐破碎機進行細碎時,如果排料口設定較小,則破碎機會頻繁“過鐵”,激發(fā)液壓保護裝置自動增大排料口,使鋼渣未加工而直接排出,造成工作不連續(xù);如果排料口設定較大,則破碎產品粒度大,不能滿足生產要求。若為此采用閉路配置,則循環(huán)負荷大、工作效率低。當要求產品粒度-10mm時,液壓圓錐破碎機的循環(huán)負荷高達70.8%。2.6鋼棒磨機破碎鋼渣的效果好棒磨機的筒體內裝有適當?shù)哪サV介質鋼棒,通過驅動筒體回轉,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,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后就磨損比較嚴重,出料口端磨損更加嚴重,使鋼棒變成錐體、一端粗一端細;二是雖然研磨介質添加方便,但更換非常不方便;三是破碎產品粒度不穩(wěn)定,開始幾天產品粒度大部分能滿足要求,當鋼棒變形后研磨效果降低,產品合格率降低,如在天冶集團只能得到60%的-10mm產品;四是棒磨機的裝機功率大,能耗利用效率低,使用成本高。3鋼渣加工生產線的目前存在的問題經過查閱文獻,我國一些鋼廠的鋼渣加工工藝、所使用的細碎設備、工藝流程設置的皮帶條數(shù)、工作方式和產品粒度見表1。其中產品粒度為破碎加工工序最后的產品粒度,若工作方式為閉路則它由細碎工段后面的檢查篩分所使用篩網的網孔尺寸所決定,若工作方式為開路則它由細碎設備的產品最大粒度所決定。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。為實現(xiàn)閉路循環(huán)和多級磁選,這些鋼廠的鋼渣加工生產線都設計了多條皮帶,最多的高達8條。顯然,皮帶越多,工業(yè)流程就越復雜,生產效率就越低、生產線可操控性就越差。上述鋼渣加工生產線最大的不足是,盡管它們采用了閉路的工作方式,細碎段有較大的循環(huán)量,但破碎加工的最后篩下產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,將會造成很大的資源浪費。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、自磨機和臥磨機等能夠采用閉路工作方式,得到幾個毫米粒度的產品。但磨機裝機功率大,比如Φ2700×3600mm棒磨機裝機功率為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)聲和磨機筒體動能上。另外,研究表明,磨機的功耗利用率約為6%～8%,不到破碎設備功耗利用率的50%。鑒于我國鋼渣加工工業(yè)應用中設備存在的這些技術問題,有必要開發(fā)適用于鋼渣細碎的破碎設備,研究出工藝流程簡潔、產品粒度更細、金屬鐵和渣解離更充分的加工技術,促進我國鋼渣加工技術完善和設備水平的提高,推動鋼渣綜合利用。4鋼渣破碎工藝技術“鋼渣高效渣鐵解離細碎工藝及設備”研究項目,2010年通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定,技術水平達到國際先進水平。該項目針對由于鋼渣不均質且含有金屬鐵不易破碎解離,尤其是沒有合適的細碎工藝和設備而導致目前我國鋼渣的有效綜合利用率較低的現(xiàn)狀,通過相關理論分析,優(yōu)化和研制出適合鋼渣細碎和實現(xiàn)渣鐵解離的設備,成功開發(fā)了新型鋼渣高效渣鐵解離細碎工藝。工藝流程見圖1。該技術使用優(yōu)化的GYP系列慣性圓錐破碎機作為鋼渣細碎設備。慣性圓錐破碎機采用萬向節(jié)柔性傳動技術,解決了鋼渣細碎過程中因頻繁“過鐵”的難題;使用激振器提供動力,得到更大的破碎力和破碎比,不僅能將鋼渣破碎得很細,還能將渣鐵砸扁排出,保證工作的連續(xù)和金屬鐵的回收。該技術設計配置兩段加工工藝,能夠實現(xiàn)開路工作,破碎產品粒度細,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型生產線產品粒度分別小于6mm、8mm和平于10mm,比前述的鋼鐵公司閉路工作的產品粒度小,甚至僅為后者的1/3大小。該技術能實現(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%,可得到的粒度很細的尾渣,能夠滿足水泥、鋼鐵冶煉等生產應用的要求。自2010年8月鑒定一年來,該技術和設備已在邯鄲鋼鐵、西寧特鋼、中天鋼鐵、天冶集團、重慶鋼鐵、廣富集團等十多家鋼鐵公司工業(yè)應用。5鋼渣的預處理(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,能將尾渣剩余的金屬鐵含量降低到1%左右;破碎到-10mm的尾渣進行粉磨等深加工才有明顯經濟性。(2)顎式破碎機不適用于鋼渣的細碎工作;錘式破碎機等旋轉沖擊類破碎機破碎鋼渣時,易損件消耗快、更換周期短、生產成本高;液壓圓錐破碎機加工鋼渣需閉路配