高壓料床擠壓對鋼渣易磨性改善的應用研究

丁 浩，羅 帆中建材（合肥）粉體科技裝備有限公司；安徽 合肥 230051]

0 引言

鋼渣原料中因常含有大量的金屬鐵和磁性鐵，難破碎、難粉磨、難分選，現階段國內關于鋼渣粉磨的生產線都或多或少的存在著產量低、電耗高、產品質量不穩定、設備故障率高、投資大、生產成本高等問題[1]。鋼渣微粉的生產也難以形成產業化，從而限制了鋼渣大規模的工業應用。本文依據輥壓機高壓料床擠壓粉碎原理，采用輥壓機對鋼渣進行擠壓試驗，開展了擠壓前后鋼渣易磨性變化試驗研究，并通過復合摻加方法來改善鋼渣微粉的活性。結果表明輥壓機聯合鋼渣粉磨系統有效的攻克了鋼渣難破碎難粉磨的技術難關[2]，提高了粉磨效率、降低了粉磨電耗、減少設備損耗，復合摻加方法有效提高了鋼渣微粉的活性，為鋼渣的規模化處理提供了一條行之有效的途徑。

1 鋼渣的化學成分及礦物組成分析

1.1 試驗原材料

原料：鋼渣原料，吉林通鋼熱燜鋼渣，比重3.23g/cm3；馬鋼存量較大的熱潑鋼渣（老渣），其化學成分見表1，密度為3.36 g/cm3，邦德功指數為36.06 kWh/t，經X射線衍射分析，其主要物相為C2S和C3S、Ca5（PO4）2SiO4、Ca2FeO5、Al14Ca12O33、Fe3O4、（MgO）x（FeO）y、CaO及少量的金屬Fe。

相對熟料來說，鋼渣中的硅酸鹽相含量低，這與化學分析中的CaO和SiO2含量相印證，正因為如此，盡管鋼渣具有一定膠凝性能，但其膠凝性能卻遠遠低于硅酸鹽水泥熟料。盡管鋼渣的化學分析中的MgO含量較高，但X射線結果表明MgO的存在形式是以R-O相存在，唐明述等人研究結果表明[3]，以固溶態存在的R-O相，無論是方鐵石還是MgO、FeO、MnO形成的固溶體，對水都比較穩定，用高溫高壓也不能加速其水化，即認為R-O相是非活性的。較多研究表明導致鋼渣安定性不良的因素主要是游離f-CaO，應通過一定工藝處理手段降低其含量。

1.2 實驗方法

輥壓機擠壓試驗：將200 kg原料通過斗式提升機入試驗用HFCG60-15輥壓機的穩流稱重倉，保證物料擠滿給料，物料經高壓輥磨機擠壓后，得到擠壓物料，選取擠壓后均勻物料用作下一步測試。設定輥壓機線速度為0.68m/s，輥壓機試驗壓力4～4.5 MPa。

表1 鋼渣、熟料的化學成分 %

相對易磨性試驗：參照開路易磨性試驗方法[4]，將試樣破碎并篩分至2.5 mm下，選取2.5 kg干基物料，加入至Ф305mm×305mm磨內，磨機每運轉一定時間停磨取樣，測定其比表面積。

邦德功指數：參照標準GB/T 26567—2011《水泥原料易磨性試驗方法（邦德法）》方法，功指數值Wi（kWh/t）以磨機平均每轉新生成的成品量G和入磨試樣80%通過的粒度F80、成品80%通過的粒度P80計算而得。

圖1 馬鋼熱潑鋼渣原料的XRD衍射圖譜

1.3 不同地區的鋼渣原料的邦德功指數測試

邦德功指數作為原料粉磨特性的一個重要參數，已經被廣泛采用來表征某種材料的粉磨的難易程度，并可作為粉磨系統產量和能耗推斷的重要依據。測試了不同廠家的鋼渣原料的邦德功指數，受測試樣共計32個，見表2；邦德功指數從18.9～36.1 kWh/t，平均值在26～31 kWh/t，相對于已經做過的大量的熟料和礦渣的功指數（熟料：15～17 kWh/t、礦渣：22～26 kWh/t），鋼渣相對較難磨[5]。

2 輥壓機擠壓后鋼渣相對易磨性

2.1 試驗輥壓機擠壓前后鋼渣的易磨性

此次研究將使用實驗型輥壓機，規格為HFCG60-15，處理量5～12 t/h，工作壓力在3～5 MPa可調，對通鋼鋼渣原料進行擠壓試驗，選取擠壓前后的鋼渣原料和擠壓料，采用相對易磨性試驗方法，對比擠壓一次前后的易磨性數據，表征輥壓機對鋼渣原料易磨性改善效果以及節能效果，測定的數據如表3和圖2。

表3的數據表明每一次擠壓循環能夠產生約40 m2/kg的比表面積，粉磨至420m2/kg比表面積時，原鋼渣用試驗球磨機粉磨時，需要約51.69 kWh/t，經輥壓機4.3 MPa壓力擠壓一次后，粉磨到同樣420 m2/kg比表面積時，試驗球磨機的能耗降低至38.76 kWh/t，減少幅度25%。表明鋼渣原料在通過壓力區時受到高壓料床粉碎擠壓力作用并接受大量的能量輸入，使得鋼渣原料中的大部分顆粒被破碎并在顆粒內部形成裂紋，使得鋼渣易磨性得到了較大改善。

表2 國內不同廠家的鋼渣原料的邦德功指數

表3 通鋼鋼渣擠壓前后的試驗粉磨數據

圖2 實驗磨鋼渣擠壓前后的能耗對比

2.2工業生產時擠壓前后鋼渣的易磨性

為了使實驗室數據與工業生產數據較好結合和充分驗證，特選取了馬鞍山B廠鋼渣微粉生產線的鋼渣原料以及經輥壓機擠壓后入磨前的鋼渣料，采用同樣的易磨性方法，對比擠壓前后易磨性改善效果以及節能效果，具體數據見表4和圖3。

表4 馬鞍山B廠工業生產時鋼渣擠壓前后的試驗磨粉磨數據

圖3 實驗磨工業生產的鋼渣擠壓前后的能耗

實驗室球磨機能耗變化說明經擠壓后的鋼渣易磨性得到了改善，表現在球磨機能耗的降低，輥壓機在擠壓時的能耗統計如何，因此根據國家建筑材料工業水泥能效環保評價檢測測試中心于2012年1月測定了鋼渣微粉生產線生產能力、噸產品的綜合電耗、噸產品主機電耗及成品的細度和比表面積，見表5。

按照原料易磨性數據計算球磨機粉磨到成品比表540 m2/kg的系統能耗62 kWh/t，而實測配備輥壓機工業生產線系統能耗47.6 kWh/t，其中輥壓機能耗9.3 kWh/t，球磨機能耗28.1 kWh/t，其他輔機能耗10 kWh/t，系統能耗降低23%。

表5 系統產量和單位產品綜合電耗

3 結論

不同地區的鋼渣邦德功指數值說明，相對于熟料和礦渣，鋼渣較難磨，其粉磨功指數的均值Wi在26～31 kWh/t；鋼渣的擠壓和易磨性試驗表明：鋼渣原料經輥壓機高壓料床粉碎擠壓作用后接受了大量的能量輸入，使得鋼渣原料中的大部分顆粒被破碎并在顆粒內部形成裂紋，改善了鋼渣的易磨性，有效的降低了鋼渣的粉磨電耗，實驗室和工業運行數據表明經輥壓機高壓料床擠壓后可降低鋼渣粉磨系統能耗20%左右。