棒磨機(jī)在秦郵特鋼冶金渣處理廠的應(yīng)用研究

張勝利，秦在智，邵俊濤，路文志

1洛陽(yáng)大華重工科技股份有限公司 河南洛陽(yáng) 471023

2揚(yáng)州秦郵特種金屬材料有限公司 江蘇揚(yáng)州 225000

我國(guó)鋼廠星羅棋布，擁有煉鋼能力的鋼企近 600家，產(chǎn)能過剩的同時(shí)還產(chǎn)生了眾多廢棄物，即冶金渣，又叫鋼渣。每煉一噸鋼材將會(huì)產(chǎn)生 10% 的鋼渣[1]。例如，一家年產(chǎn)量為 500 萬 t 的鋼企，鋼渣產(chǎn)量將達(dá)到 50 萬 t/a，如此龐大的廢棄物急待處理。鋼渣棒磨機(jī)的應(yīng)用使這些廢棄物變廢為寶，鐵經(jīng)過提純后直接回爐，渣被用于水泥、建材等行業(yè)[2-3]。

揚(yáng)州秦郵特鋼公司 (以下簡(jiǎn)稱“秦郵特鋼”) 是一家專門生產(chǎn)建材用鋼的企業(yè)，年產(chǎn)量 500 萬 t 以上，鋼渣堆存量每年可達(dá) 50 萬 t。秦郵特鋼用很大一片空地來儲(chǔ)存鋼渣，土地資源浪費(fèi)嚴(yán)重，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成惡劣影響。鋼渣堆存量每天都在增加，為了盡快將這些廢棄物回收利用，2018 年之前，秦郵特鋼曾經(jīng)裝備了球磨機(jī)、圓錐機(jī)等生產(chǎn)線，但是效果都不太理想，最后都淘汰了。2018 年 6 月建成并投產(chǎn)了 1 條棒磨機(jī)生產(chǎn)線，這些鋼渣才得到了良好處理。由于進(jìn)料粒度變化以及秦郵特鋼需要擴(kuò)大產(chǎn)量，該棒磨機(jī)生產(chǎn)線在調(diào)試階段進(jìn)行了改造，如今應(yīng)用情況良好，產(chǎn)量翻番。

1 工藝工況

1.1 工況

秦郵特鋼地處南方，氣候濕潤(rùn)，年降雨量大，鋼渣露天堆存。剛出爐的鋼渣通常要經(jīng)過熱潑處理，含水量較大。鋼渣分為老渣和新渣，老渣未經(jīng)過分揀和除鐵工序，老渣中的鐵塊、殘牙、鋼球等不可破碎物較多 (見圖 1)。單缸圓錐機(jī)不能頻繁過鐵，因此不能使用，否則會(huì)堵料，且堵料后無法自動(dòng)清腔，需要人工清理，工作量很大，同時(shí)由于鋼渣含水量較大，經(jīng)常出現(xiàn)下料不暢，不適合采用圓錐機(jī)[4]，而球磨機(jī)的出料方式為中心排料，未分揀出的不可破碎物最后都堆存在了球磨機(jī)筒體里，導(dǎo)致產(chǎn)量越來越低，這種工況也不適合球磨機(jī)；棒磨機(jī)采用周邊排礦結(jié)構(gòu)粉磨物料，進(jìn)料口和出料口都比較大，適合于大顆粒物料的進(jìn)出，不可破碎物不會(huì)影響其使用效果，再加上筒體內(nèi)部的鋼棒介質(zhì)運(yùn)動(dòng)作用，物料破碎比大(見圖 2、3)。

圖1 不可破碎物

圖2 入磨機(jī)前鋼渣

圖3 入磨后鋼渣及鋼棒

1.2 技術(shù)參數(shù)

棒磨機(jī)生產(chǎn)線的主要設(shè)備是棒磨機(jī)，鋼廠結(jié)合自身及市場(chǎng)條件要求進(jìn)料粒度小于 80 mm，出料粒度小于 10 mm，產(chǎn)量為 80 t/h。經(jīng)過選型計(jì)算，最終選擇 GMBZ2745 型棒磨機(jī) 1 臺(tái)。棒磨機(jī)裝機(jī)功率為 500 kW，配 10 kV 高壓電，減速機(jī)為硬齒面減速機(jī)，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為斜齒傳動(dòng)，筒體襯板為波紋結(jié)構(gòu)，筒體出料口區(qū)域鋼板加厚，兩端主軸承采用調(diào)心滾子軸承，大端蓋結(jié)構(gòu)配備行星輪輔傳裝置。

1.3 工藝

如圖 4 所示，棒磨機(jī)處理鋼渣工藝流程可分為3 個(gè)階段：第 1 階段，物料經(jīng) 300 mm 格篩，再經(jīng)鎧甲式磁選機(jī)，含鐵量大于 90% 的磁性渣會(huì)被直接選出并作為廢鋼塊回爐[5]；第 2 階段，磁性較低的物料會(huì)進(jìn)入下面 2 道串聯(lián)的顎破，粒度小于 80 mm 的進(jìn)入棒磨機(jī)，2 道顎破均為 PEY 液壓保護(hù)顎式破碎機(jī)，該系列破碎機(jī)具有液壓保護(hù)功能，因此過鐵時(shí)動(dòng)顎自動(dòng)退讓，避免“卡鋼”問題，附帶的蓄能器可實(shí)時(shí)補(bǔ)償壓力，動(dòng)顎自動(dòng)復(fù)位，不會(huì)影響正常生產(chǎn)；第 3 階段，顎破出來的物料經(jīng)過 10 mm 篦條篩，篩上物進(jìn)入棒磨機(jī)，篩下物進(jìn)入磁選機(jī)，該磨機(jī)為閉路系統(tǒng)，物料出磨后經(jīng)振動(dòng)篩篩分，篩上物料重新回棒磨機(jī)，篩下物料進(jìn)入磁選工序[6]。需要重點(diǎn)說明的是，棒磨機(jī)前需要配置緩沖料倉(cāng)，以避免給料不連續(xù)造成的磨機(jī)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，同時(shí)也可以暫緩因給料量過大而造成的磨機(jī)“漲肚”問題。料倉(cāng)與棒磨機(jī)之間為弧形給料機(jī)，該給料機(jī)可以直接將物料送入磨機(jī)內(nèi)部，效率很高。

圖4 棒磨機(jī)設(shè)備處理鋼渣工藝路線圖

1.4 實(shí)際應(yīng)用情況

(1) 原料問題 實(shí)際進(jìn)料為 0～300 mm，且鐵塊較多。其中 80 mm 以上物料占比 30% 以上，最大300 mm，工況超出預(yù)期。不可破碎物分 2 部分，一部分磁性較低，物料較硬，經(jīng)顎破可以破碎到 100～ 160 mm；另一部分無磁性，物料較硬，顎破無法破碎，直接進(jìn)入磨機(jī)筒體內(nèi)部。如此應(yīng)用造成亂棒和返料量大。

根據(jù)前期理論參數(shù)設(shè)計(jì)的裝棒規(guī)格及裝棒量，如表 1 所列。

表1 初期裝棒參數(shù)

按上表裝棒后，由于老渣多、物料較大、不可破碎物 (見圖 5) 較多的緣故，出現(xiàn)φ90 鋼棒斷裂情況。φ90 鋼棒是針對(duì) 80 mm 以下物料設(shè)計(jì)的，物料過大會(huì)出現(xiàn)亂棒現(xiàn)象，造成鋼棒折彎、斷裂。同時(shí)由于不可破碎物沒有在返料前分揀，造成鋼棒磨損加劇。

圖5 老渣

由于給料不均勻，筒體內(nèi)部物料時(shí)多時(shí)少，再加上前期有斷棒現(xiàn)象，筒體內(nèi)部鋼棒減少，物料未充分破碎就排出來了。物料中老渣含鐵量較高、體積大，不易破碎，這也是返料量大的原因。返料量的劇增造成料倉(cāng)堵塞、給料不暢、磨機(jī)空轉(zhuǎn)、襯板頻繁松動(dòng)，增加了設(shè)備維護(hù)工作量。

(2) 產(chǎn)量問題 原設(shè)計(jì)產(chǎn)量為 80 t/h，經(jīng)測(cè)試，產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因環(huán)保原因，需錯(cuò)峰生產(chǎn)，生產(chǎn)任務(wù)加劇，所以秦郵特鋼計(jì)劃提高產(chǎn)量至 120 t/h。但由于弧形振動(dòng)給料機(jī)為 U 形給料口，且進(jìn)入磨機(jī)筒體的勺體部分尺寸收縮，如圖 6 所示。進(jìn)料斗弧板 1 與進(jìn)料斗弧板 2 存在過渡區(qū)域，因此會(huì)出現(xiàn)堵料，影響產(chǎn)量的提高。

圖6 給料機(jī)料斗結(jié)構(gòu)

2 設(shè)備改進(jìn)

針對(duì)以上實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)設(shè)備進(jìn)行如下更改。

2.1 調(diào)整裝棒量

眾所周知，鋼渣棒磨機(jī)設(shè)備除了消耗電能，還會(huì)消耗襯板、鋼棒等耗材，其中鋼棒的耗損最大。因此合理控制裝棒量將直接影響到設(shè)備的使用效果以及能耗的高低。在棒磨機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，裝棒量和配比直接影響到設(shè)備的出料粒度、產(chǎn)量和電耗。針對(duì)秦郵特鋼工況特點(diǎn)對(duì)裝棒量做出調(diào)整，如表 2 所列。

表2 調(diào)整后的裝棒參數(shù)

φ90 鋼棒不再添加，全部按φ150 添加，并且采用 65 正火圓鋼，提高鋼棒的耐磨性，減少棒耗。

2.2 料倉(cāng)下料口加大

將料倉(cāng)與給料機(jī)下料斗的過流面改大，從而減少物料停留時(shí)間，增加入料量。

2.3 改造給料機(jī)

給料機(jī)料斗改為整體鋼管結(jié)構(gòu)，不再有過渡角，鋼管伸進(jìn)中空軸的部分加長(zhǎng)，鋼渣可直接進(jìn)入筒體。由于鋼渣流動(dòng)性較差，采用鋼管結(jié)構(gòu)可以提高其流動(dòng)速度，增大給料量。同時(shí)鋼管材質(zhì)采用不銹鋼，鋼渣承受的摩擦力更小，流動(dòng)性更強(qiáng)。

2.4 增加分揀工序

入磨前增加分揀工序，盡可能將不可破碎物剔除。同時(shí)從磨機(jī)出來的鋼渣也增加分揀工序，保證不可破碎物不再回磨機(jī)，從而降低對(duì)筒體的沖擊，減少不可破碎物與鋼棒的接觸，提高鋼棒壽命。

3 改造后的使用情況

3.1 生產(chǎn)能力

GMBZ2745 棒磨機(jī)改造后產(chǎn)能從 80 t/h 提高到130 t/h，進(jìn)料粒度控制在 150 mm 以內(nèi)，出料粒度均勻，返料量從 10 t/h 降低到 4 t/h。

如圖 7 所示，篩后 10 mm 以下物料可占 70%，40 mm 以上物料主要是不可破碎物。

圖7 粒度曲線

3.2 設(shè)備情況

筒體內(nèi)部料棒配比和充填量恰當(dāng)，物料對(duì)設(shè)備的沖擊減少，從而消除了襯板松動(dòng)情況；不可破碎物的減少，給料量的增加，使鋼棒消耗量減少，沒有再出現(xiàn)斷棒現(xiàn)象，且電流穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

棒磨機(jī)用于鋼渣的細(xì)碎處理是正確的選擇，改造后的 GMBZ2745 棒磨機(jī)已連續(xù)運(yùn)行 4 個(gè)月，每天除了 1～ 2 h 的設(shè)備維護(hù)時(shí)間，均處于生產(chǎn)狀態(tài)，運(yùn)行良好。棒磨機(jī)作為鋼渣處理設(shè)備，可靠性高、破碎比大、維護(hù)簡(jiǎn)單、產(chǎn)能大，是鋼企處理鋼渣的終端設(shè)備。