鋼渣微粉加工工藝探討

□□石國平

鋼渣微粉加工工藝探討

□□石國平

采用不同的半工業化粉磨試驗系統對塊狀鋼渣和水淬鋼渣進行粉磨試驗，并對不同的粉磨工藝進行了分析比較，從而確定由輥壓機加球磨組成的聯合粉磨系統是目前較為理想的鋼渣微粉生產工藝。

鋼渣；鋼渣微粉；聯合粉磨系統

鋼渣是煉鋼過程中的副產物，其產生量約為粗鋼產量的12%～15%。2009年我國粗鋼產量為56803.3萬噸（來源于《中華人民共和國2009年國民經濟和社會發展統計公報》），據此計算，2009年我國鋼渣產生量為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）遇水進行下列反應：

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間可長達20年之久，由于上述原因導致使用鋼渣的工程主體產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、燒結原料、冶金爐熔劑、筑路材料、鋼渣水泥、在農業中作為農肥施用、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件硬化之前與水反應完畢，徹底消除了鋼渣的體積穩定性問題。現在每噸鋼渣粉的市場價在100元左右，加上生產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100元左右[1]。同時，減少了水泥熟料的用量，間接減少了生產水泥的能耗和CO2的排放。

在利用鋼渣生產水泥方面，我國是開路先鋒。20世紀60年代，我國就開始用鋼渣生產水泥的研究并投入生產。經過近半個世紀的發展，目前已經制定了一系列鋼渣水泥標準，如表1所示。

表1 鋼渣水泥系列標準

目前國內的鋼渣粉制備設備主要為能量利用率很低的小型球磨機，加工能耗高，生產規模小，因此，開發一種生產能力大、系統能耗低的鋼渣粉制備系統是非常必要的。近年來，在水泥粉磨工業中，使用料床粉磨設備（輥壓機、輥式磨等）部分或全部取代球磨機進行水泥粉磨作業已經相當普遍。如果能用料床粉磨設備代替球磨機生產鋼渣微粉，那么，其系統電耗一定會有大幅度的降低。圖1是用料床粉磨設備代替球磨機生產鋼渣微粉的系統電耗變化關系（產品比表面積450m2/kg）。

1 鋼渣粉制備工藝

1.1 鋼渣微粉半工業化加工試驗

從2003年開始，筆者進行了一系列用料床粉磨設備來制備鋼渣微粉的試驗研究。與以往研究不同的是，所用試驗設備皆為半工業化設備，具體參數見表2。

各試驗系統流程見圖2、3、4。

1.2 輥壓機處理鋼渣

輥壓機的處理能力：

式中：B——輥寬，m

V——輥子線速度，m/s

Q——輥壓機生產能力，t/h

γ2——料餅容重，t/m3

S2——料餅厚度，m

目前市場上現有的輥壓機，其輥子線速度都是固定的，因此，對于同一臺輥壓機在處理不同種類的物料時，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輥面間摩擦力和物料內摩擦力的大小。圖5是同一臺輥壓機處理不同種類物料時的處理能力的關系。

作為聯合粉磨系統，其半成品的比表面積約為2000～3000cm2/g，因此物料在輥壓機系統內必須多次循環，表3是進行循環輥壓試驗的結果，在半成品的比表面積為2799cm2/g的情況下，輥壓機系統的循環負荷為556%。

1.3 球磨機處理鋼渣

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

表3 鋼渣循環輥壓試驗結果

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，因此我們用試驗輥式磨對水淬鋼渣進行了粉磨性能試驗，主機電耗與比表面積之間的關系見圖9。

2 粉磨工藝和選擇

球磨機、輥式磨和輥壓機是目前水泥粉磨中使用的三種主要粉磨設備，如果用它們來粉磨鋼渣，那么球磨系統雖然操作簡單，系統運行穩定，對物料的適應性好，但是能量利用率僅有1%左右，電耗太高，大型粉磨系統一般不予考慮。輥式磨和球磨相比，有粉磨效率高、粉磨能耗低、系統簡單等優點，但是對于輥式磨系統來說，大部分物料都是在磨內進行循環，因此，粉磨過程中解離出來的金屬鐵不容易被及時除去，從而增大易損件的磨損，影響磨機的穩定運行。不過在粉磨水淬鋼渣時，由于水淬鋼渣的粒度組成與礦渣相近，用輥式磨進行粉磨也是一個很好的選擇。而對于塊狀鋼渣粉磨，還是選用輥壓機與球磨機組成的聯合粉磨系統更為合理，因為，鋼渣經輥壓機擠壓后，包裹在渣塊內的金屬鐵粒就會與鋼渣分離，而且與輥式磨系統不同的是，擠壓后的鋼渣是通過機械輸送設備進行外部循環，所以，金屬可以在外部循環過程中由除鐵設備除去。

輥壓機粉磨系統有預粉磨系統、聯合粉磨系統和終粉磨系統三種形式，工藝流程見圖10。

表4 不同規模的主機配置

輥壓機預粉磨系統的特點是流程簡單，輥壓機可以單獨操作，但輥壓機分擔的粉磨任務小，因此這種工藝流程的節能幅度較小。輥壓機終粉磨系統的所有粉磨任務都由輥壓機完成，但由該系統粉磨所得到的產品的粒度分布過于集中，這將對產品的性能產生一定的影響，另一方面，當入輥壓機的物料中細顆粒比例過高時，粉磨區內不容易形成料床，從而影響輥壓機運行的穩定。而聯合粉磨系統（圖11）在輥壓機后裝一球磨，是目前輥壓機應用的主要流程，雖然相對來講系統流程復雜，但是操作靈活。輥壓機與球磨機聯運作為聯合粉磨系統運行，在球磨機停機的情況下，輥壓機可以以終粉磨系統運行，在輥壓機停機的情況下，球磨機可以以圈流系統生產。另外，該系統對物料有非常好的適應性，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。當作為聯合粉磨系統運行時，輥壓機自成系統，壓出的料餅經粗選粉機分選后，粗料返回輥壓機再壓，細粉作為中間產品喂入后續球磨中繼續粉磨至要求的細度。如此一來，因為細粉的選出，使得輥壓機輥壓更為有效，同時由于細粉的粒度小且均勻，使得后續球磨機研磨體級配更加合理，粉磨效率更高。當作為輥壓機終粉磨系統運行時，高效選粉機的粗粉也返回輥壓機循環輥壓。當作為圈流球磨系統運行時，新喂料直接進入球磨機進行粉磨。綜上所述，我們選擇輥壓機聯合粉磨系統作為鋼渣超細粉磨的粉磨系統。

3 系統推薦（表4）

4 結論

同一臺輥壓機處理鋼渣時，其處理能力比處理水泥熟料時大20%～30%。

通過對不同的粉磨工藝進行分析比較，從而確定由輥壓機加球磨組成的聯合粉磨系統是目前較為理想的鋼渣微粉生產工藝。

[1]趙愛新.濟南鋼鐵廠鋼渣微粉生產實踐[J].水泥，2007，（2）:20－22.

[2]石國平，柴星騰.鋼渣微粉加工技術[C].2009國內外水泥粉磨新技術交流大會論文集，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