蔣俊  姜永華  楊鑫博  李志芹 熊杰

（云南天朗再生資源有限責任公司  昆明 安寧65002）

摘  要：黨的十九屆四中全會以來，國家提出全面建立資源高效利用制度。計劃到2020年全國工業固廢綜合利用率達73%。鋼渣作為鋼鐵冶煉過程中產生的一種工業廢渣，約占全國工業固體廢棄物總產量的24％，但綜合利用率僅為20-30%，大量鋼渣因利用困難，堆存占用土地，造成污染環境。然而鋼渣中含有硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，具有水硬性的基礎條件，接近普通硅酸鹽水泥熟料組分，選擇合適的處理工藝將為鋼渣建材方面綜合利用提供重要支撐。本文通過對未除鐵塊渣、預除鐵塊渣及球磨除鐵細渣進行物化分析及粉磨功指數分析，并以三組渣樣為例開展粉磨試驗，探討“篩分技術”+“破磨分離”+“磁選裝置”粉磨工藝。

關鍵詞：鋼渣；粉磨；技術

1  前言

鋼渣是煉鋼過程中的副產物，產生量約為每噸鋼100～150kg，物理外觀方面鋼渣外觀形態隨著成分和冷卻條件的不同而不同。堿性低的鋼渣氣孔多，呈黑色光澤；堿性高的鋼渣呈灰黑色，結構較密實，在高溫熔融狀態下，進行熱悶后的鋼渣成粉粒狀，自然冷卻的鋼渣成塊狀或粒狀；化學成分方面鋼渣以鈣、硅、鐵化合物為主并含有硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵鋁酸四鈣，使得其具有水硬性，且接近普通硅酸鹽水泥熟料組分，但由于鋼渣的生成溫度過高，并溶入了較多的FeO、MgO等雜質使結晶較完善，與水泥中的相同礦物相比活性要低得多并且質地堅硬難破碎。再加上鋼渣中含有大量不穩定的游離MgO和游離CaO，游離氧化物的不安定性，嚴重限制鋼渣在建材方向的利用。但如將鋼渣經過粉磨至微粉后，機械破壞其晶體結構，物料中潛在活動得到釋放，安定性也得到徹底解決，為鋼渣在建材應用提供有效支撐，然而如何降低鋼渣微粉的生產成本并提高其產品活性又是產業所面臨的瓶頸問題。

2  鋼渣粉磨

選取昆明鋼鐵股份有限公司自產鋼渣樣品進行試驗。

2.1  試樣物化性能分析

對鋼渣試樣進行金屬鐵含量、密度、粉磨功指數及化學成分分析，詳細結果如下所示：

（1）金屬鐵含量

（2）密度

（塊狀）鋼渣粉密度：ρ＝3.59g/cm³

（球磨除鐵預處理）鋼渣粉密度：ρ＝3.57g/cm³

（3）粉磨功指數

（塊狀）鋼渣粉磨功指數：Bi=26.7kWh/t

（球磨除鐵預處理）鋼渣粉磨功指數：Bi=19.33kWh/t

（4）鋼渣化學成分分析

2.2  粉磨試驗

根據表1試樣配比，分別對未除鐵塊渣、預除鐵塊渣及球磨除鐵細渣開展粉磨試驗。

表1 試樣配比

2.3  試驗結果

磨輥粉磨力不能全部做功：當磨輥的粉磨力作用于磨盤上的物料時，被粉磨的原料實際是通過相互間擠壓破碎再相互間填充再擠壓的過程達到破碎。當原料顆粒較脆時，擠壓力就先將大顆粒擠碎填充到小顆粒中，同時將擠壓力傳遞到小顆粒上，小顆粒受力作用被擠碎。當原料中有部分硬而且韌性大的顆粒，粉磨力在研壓這部分顆粒時，顆粒產生塑性變形，大顆粒大部分僅被剪切，而擠壓力不能全部有效傳遞到其它小顆粒上。由于金屬鐵顆粒的特點是硬而有延展性，并有良好的韌性，當磨輥粉磨力作用于鐵顆粒上時，大部分是直接傳遞到磨盤而不能有效傳遞到其它脆性物料上，屬無效載荷，做的是無用功。無用功增加，粉磨能力就下降。

未除鐵塊狀鋼渣、預除鐵塊狀鋼渣及球磨除鐵鋼渣的粉磨情況如表2-表4所示。試驗結果顯示：試驗立式輥磨粉磨該物料至比表450m²/kg時，塊狀鋼渣粉磨電耗高于50kWh/t，屬于難磨鋼渣；經過球磨除鐵處理后的鋼渣粉磨電耗31.67kWh/t，中等易磨性的鋼渣。故優化鋼渣粉磨工藝技術研究，選鐵是關鍵，將金屬鐵從鋼渣中提取出來，返回煉鋼或煉鐵，既節約資源又可有效降低單位磨耗。

表2 塊狀鋼渣（未預除鐵）試驗結果統計

表3 塊狀鋼渣（預除鐵）試驗結果統計

表4 球磨除鐵鋼渣試驗結果統計

3  鋼渣粉磨工藝探討

針對鋼渣以上特點，采用“篩分技術”+“破磨分離”+“磁選裝置”工藝形式。

3.1  “篩分技術”是前提

鋼渣粒徑分布受預處理方式影響較大，通過對物料進行指定篩分可將大粒徑物料暫時去掉，有效提高后端粉磨效率，降低風選磨飽磨的概率，也為后面的高細磨入磨顆粒大小均勻性提供條件。

3.2  “破磨分離”即以破代磨，破磨分離是核心

以破代磨是目前提高粉磨效率的有效途徑。目前大部分磨粉機雖然采用分倉，但由于破碎倉和研磨倉是共用一個筒體，在結構上和運動上都不能分開，要實現破碎和研磨的最佳運動形式是不可能的，而磨機以研磨作業為主，因此將主要的破碎作業從磨機中分離出來，這樣可以又進一步分別使破碎和粉磨效率最大化。故配合添置風選磨是以破代磨有效方案。

雖經過篩分及風選磨在前端處理，物料大部分已成粉狀，但仍然有少量粗顆粒，使后端磨機還不能完成實現微介質高效粉磨，故后端磨機仍需分為兩倉，嚴格隔倉篩分，對粗顆粒部分破碎作業完成。粗磨倉具有粉料流速快，讓細粉盡快進入細磨倉同時留下粗顆粒的效能；細磨倉采用具有高比表的微介質粉磨，細磨倉不需要再行破碎作業，同時嚴格控制進入細磨倉的粉料粒徑大小，以實現破磨分離的作業。

3.3  “磁選”是手段

由于鋼渣特性是渣包鐵，鋼渣中即包裹了金屬鐵，又或者有一些其他難以粉磨的磁性金屬化合物，為有效降低磁性金屬物料對工藝的影響，磁選手段必須在整個工藝過程中進行運用，破碎之后要除鐵，研磨之前要除鐵。有效降低含鐵量能夠提高粉磨效率，磨機級配及工藝工況穩定性。

4  結論

未經球磨除鐵處理的塊狀鋼渣由于金屬鐵含量高，易磨性差，磨耗大，粉磨高，比表面積成品比較困難，經過球磨除鐵處理后的鋼渣金屬鐵含量低，粉磨電耗低，磨耗小，易磨性略差。由于鋼渣的渣和鐵解離度低，建議在粉磨鋼渣前建設一條鋼渣破碎、篩分、磁選生產線對塊狀鋼渣進行預處理后入磨粉磨，將金屬鐵含量控制在1.2%以下，以延長粉磨設備使用壽命和降低磨損成本。