钢渣高效渣铁解离细碎工艺研究

钢渣高效渣铁解离细碎工艺研究

2010年，中国粗钢产量达到6.26亿吨，比去年增加了9.3%。钢渣是炼钢生产过程中产生的主要固体副产品,随着我国粗钢产量不断地提高,钢渣产量也在不断地增加。2010年我国产生的钢渣约为7500万t,若不加以处理,将会占用大量土地、污染环境,同时会造成钢渣中的废钢和尾渣等资源的浪费,不利于炼钢工业的可持续发展。据资料统计,我国钢渣有效利用率仅为10%左右,这与国际上的钢渣利用水平差距很大。其原因是,我国钢渣处理设备还不够完善,钢渣处理所用的破碎设备不适合钢渣处理特性,特别是没有合适的钢渣细碎设备。因此,研制合理的钢渣细碎设备和钢渣加工技术是我国钢铁企业的一项紧迫的课题,只有在现有应用领域内进行科研攻关,解决钢渣细碎难题,才能经济地对钢渣进行深加工,实现钢渣的有效综合利用。1钢渣制备(1)钢渣破碎-65mm的磁选钢渣中约有7%～10%的废钢。钢渣的结构复杂,是渣和铁的结合体,它们互相夹杂包裹。在保证磁选渣钢(渣钢粒)的品位的前提下,钢渣破碎到-75mm后磁选,尾渣里面还有约4%～6%的金属铁;破碎到-35mm后磁选,尾渣里有约3%～5%的金属铁;当破碎到-10mm后磁选,尾渣中剩余的金属铁含量能降到1%左右;而钢渣破碎到-5mm后磁选,尾渣中的金属铁含量能降低到1%以下。显而易见,要回收更多的金属铁,就需要将钢渣破碎到尽可能细的粒度,实现渣钢和尾渣的有效解离。(2)降低粉磨粒度钢渣后续加工大多要经过粉磨,使废钢与尾渣进一步单体解离。粉磨理论和实践表明,物料破碎所需单位能耗随破碎粒度减小的变化率很小,而物料粉磨所需要的单位能耗随粉磨粒度减小急剧增加,而且这种变化率随粉磨粒度减小越来越大。所以,为了降低碎磨能耗有必要采用“多碎少磨”碎磨工艺,增加碎磨工作中矿石破碎比例、减少粉磨的比例,最大限度减小入磨物料的粒度,以减少整个碎磨过程的能耗。钢渣的可磨性差,粉磨功邦德指数为20～30kW·h/t,较一些矿石高很多。因此,钢渣碎磨时,更应该遵守“多碎少磨”原则,降低入磨粒度,提高碎磨效率,降低能耗。(3)影响磨机产量的因素钢渣如果没有细碎到一定粒度,其含铁量就较高,将会影响磨机产量,增加磨机能耗,缩短研磨体和衬板的寿命,增加成本。钢渣原料需要预先破碎至10mm以下后,才可以进行粉磨。2超细设备制造进展笔者走访了一些钢铁集团钢渣加工厂,发现我国钢铁企业细碎设备技术最近几年进展不大,主要还是采用颚式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机、液压圆锥破碎机和棒磨机。2.1实验破碎作用颚式破碎机是采用四杆机构原理,将连杆作为动颚,连杆随着曲柄的转动做周期往复摆动,利用压碎、弯曲方法对物料产生破碎作用。颚式破碎机主要用于矿山、公路和化工等行业中各种物料的粗碎和中碎,不适用于细碎工作。也有用小规格颚式破碎机配合闭路筛分来进行细碎工作,但效率极低,效果差,一般只能加工到-25+40mm。昆钢采用PEX-250×1200mm型颚式破碎机和闭路筛分机将钢渣破碎到-25mm,筛下产物进行分级磁选,金属铁回收率仅为64.98%。2.2轴、叶轮和辊皮辊式破碎机是在水平轴上平行装置两个相向回转的辊子,其中一个辊子的轴承固定,另一个辊子的轴承可动,可动辊装置有弹簧保护机器。破碎辊是由轴、轮毂和辊皮构成。用辊式破碎机将钢渣破碎到-10mm,但辊式破碎机不适用于钢渣的细碎,主要缺点有,一是它的两个辊子的轴心距可以变动,使得产品粒度容易发生变化,加工的钢渣产品粒度不均匀,只有闭路工作,在较大循环量时才能得到较细的产品;二是它在生产中钢渣容易飞溅,会给现场环境和安全带来问题;三是它装有2个电机,能耗较大;四是辊皮与钢渣直接接触,所以需要时常修补或更换辊皮,维修不便和使用成本较高。2.3抛向机体内的破碎板及破碎钢渣锤式破碎机是利用高速回转锤头的打击作用而进行破碎的。工作时,铰接的锤头高速回转,对给入的大块物料进行打击,并使其抛向机体内壁的破碎板上,在破碎板上物料进一步冲击破碎后,落到下面的格筛上,粒度合格的产物从筛条缝隙中排出。由于钢渣坚硬,一付锤头仅用8h,即使在锤头焊有硬质合金,运行20d已不能使用,不同材质的高铬锤、超高锰锤等都不耐用,磨损严重。经反复分析对比,认为不适于破碎钢渣。这已在河北等地区得到实践验证,较大的钢渣加工企业都淘汰了锤式破碎机。2.4反击式粉碎法反击式破碎机和立式冲击式破碎机的工作原理与锤式破碎机类似,都属于旋转冲击类破碎机,是使物料块在破碎腔内经受打击板和反击板的冲击产生破碎作用。它的结构和工作原理使得打击板成为最容易磨损的工作零件,要比其他破碎机的磨损程度严重得多,另外它的装机功率相对较大,因此反击式破碎机也不太适合钢渣细碎。济南某钢渣厂曾采用该种设备,在产品粒度为35～50mm时,产量能达到要求,但当产品粒度控制到-15mm时,它的产量减少了50%以上,并且还是达不到-8mm的产品应用要求。2.5液压拾遗破碎带检测液压圆锥破碎机的工作部分由动锥和定锥组成。在偏心轴套的作用下动锥在破碎腔内沿定锥的周边运动,当动锥靠近定锥时进行破碎,与之相对的一边则进行排料,如此连续地进行破碎和排料工作。由于它的传动机构是刚性的,因此设计有一定保护作用的液压装置。液压圆锥破碎机用于矿山软硬度矿石中细碎,一般能得到20～45mm的破碎产品,如果要达到-12mm入磨粒度,则需要采用筛分和返回循环的闭路配置。但钢渣的硬度较高,而且结构特殊、夹杂有金属铁,使用液压圆锥破碎机进行细碎时,如果排料口设定较小,则破碎机会频繁“过铁”,激发液压保护装置自动增大排料口,使钢渣未加工而直接排出,造成工作不连续;如果排料口设定较大,则破碎产品粒度大,不能满足生产要求。若为此采用闭路配置,则循环负荷大、工作效率低。当要求产品粒度-10mm时,液压圆锥破碎机的循环负荷高达70.8%。2.6钢棒磨机破碎钢渣的效果好棒磨机的筒体内装有适当的磨矿介质钢棒,通过驱动筒体回转,钢棒在离心力和摩擦力的作用下,被提升到一定高度后抛落,钢棒以很大的冲击力砸在筒体中的粗颗粒物料上,将一些物料砸碎。棒磨机用于破碎钢渣的效果也不太好。主要原因有,一是钢棒易磨损,钢棒泻落时,上层钢棒沿下层钢棒一步一步地向下滚跌,钢棒之间或与物料之间有冲击和研磨作用,使钢棒发生磨损,破碎钢渣一般使用2～3h后就磨损比较严重,出料口端磨损更加严重,使钢棒变成锥体、一端粗一端细;二是虽然研磨介质添加方便,但更换非常不方便;三是破碎产品粒度不稳定,开始几天产品粒度大部分能满足要求,当钢棒变形后研磨效果降低,产品合格率降低,如在天冶集团只能得到60%的-10mm产品;四是棒磨机的装机功率大,能耗利用效率低,使用成本高。3钢渣加工生产线的目前存在的问题经过查阅文献,我国一些钢厂的钢渣加工工艺、所使用的细碎设备、工艺流程设置的皮带条数、工作方式和产品粒度见表1。其中产品粒度为破碎加工工序最后的产品粒度,若工作方式为闭路则它由细碎工段后面的检查筛分所使用筛网的网孔尺寸所决定,若工作方式为开路则它由细碎设备的产品最大粒度所决定。从表1可看出,这些钢厂都是采用两段闭路破碎的加工工艺。为实现闭路循环和多级磁选,这些钢厂的钢渣加工生产线都设计了多条皮带,最多的高达8条。显然,皮带越多,工业流程就越复杂,生产效率就越低、生产线可操控性就越差。上述钢渣加工生产线最大的不足是,尽管它们采用了闭路的工作方式,细碎段有较大的循环量,但破碎加工的最后筛下产品的最大粒度依然较大,均在-25+35mm之间。由前面的分析可知,-35mm的尾渣还可能含有3%～5%的金属铁,如果这类尾渣用于筑路、填海等,将会造成很大的资源浪费。虽然在破碎加工之后还可以使用磁选回收一部分金属铁,但由于粒度大,金属铁和尾渣未能有效的解离,所以金属铁的回收率不高,而且回收的渣钢的铁品位低,一般不易直接循环利用。棒磨机、自磨机和卧磨机等能够采用闭路工作方式,得到几个毫米粒度的产品。但磨机装机功率大,比如Φ2700×3600mm棒磨机装机功率为400kW,而功耗只有很小部分用于物料的粉磨,大部分都消耗在发热、发声和磨机筒体动能上。另外,研究表明,磨机的功耗利用率约为6%～8%,不到破碎设备功耗利用率的50%。鉴于我国钢渣加工工业应用中设备存在的这些技术问题,有必要开发适用于钢渣细碎的破碎设备,研究出工艺流程简洁、产品粒度更细、金属铁和渣解离更充分的加工技术,促进我国钢渣加工技术完善和设备水平的提高,推动钢渣综合利用。4钢渣破碎工艺技术“钢渣高效渣铁解离细碎工艺及设备”研究项目,2010年通过了中国有色金属工业协会组织的科技成果鉴定,技术水平达到国际先进水平。该项目针对由于钢渣不均质且含有金属铁不易破碎解离,尤其是没有合适的细碎工艺和设备而导致目前我国钢渣的有效综合利用率较低的现状,通过相关理论分析,优化和研制出适合钢渣细碎和实现渣铁解离的设备,成功开发了新型钢渣高效渣铁解离细碎工艺。工艺流程见图1。该技术使用优化的GYP系列惯性圆锥破碎机作为钢渣细碎设备。惯性圆锥破碎机采用万向节柔性传动技术,解决了钢渣细碎过程中因频繁“过铁”的难题;使用激振器提供动力,得到更大的破碎力和破碎比,不仅能将钢渣破碎得很细,还能将渣铁砸扁排出,保证工作的连续和金属铁的回收。该技术设计配置两段加工工艺,能够实现开路工作,破碎产品粒度细,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型生产线产品粒度分别小于6mm、8mm和平于10mm,比前述的钢铁公司闭路工作的产品粒度小,甚至仅为后者的1/3大小。该技术能实现渣铁的高效解离,能提高金属铁的回收率,使尾渣中金属铁的含量小于1%,可得到的粒度很细的尾渣,能够满足水泥、钢铁冶炼等生产应用的要求。自2010年8月鉴定一年来,该技术和设备已在邯郸钢铁、西宁特钢、中天钢铁、天冶集团、重庆钢铁、广富集团等十多家钢铁公司工业应用。5钢渣的预处理(1)钢渣加工到-10mm后,在钢钢渣破碎和磁选后,保证其中渣钢品位时,能将尾渣剩余的金属铁含量降低到1%左右;破碎到-10mm的尾渣进行粉磨等深加工才有明显经济性。(2)颚式破碎机不适用于钢渣的细碎工作;锤式破碎机等旋转冲击类破碎机破碎钢渣时,易损件消耗快、更换周期短、生产成本高;液压圆锥破碎机加工钢渣需闭路配