蒋俊  姜永华  杨鑫博  李志芹 熊杰

（云南天朗再生资源有限责任公司  昆明 安宁65002）

摘  要：党的十九届四中全会以来，国家提出全面建立资源高效利用制度。计划到2020年全国工业固废综合利用率达73%。钢渣作为钢铁冶炼过程中产生的一种工业废渣，约占全国工业固体废弃物总产量的24％，但综合利用率仅为20-30%，大量钢渣因利用困难，堆存占用土地，造成污染环境。然而钢渣中含有硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙，具有水硬性的基础条件，接近普通硅酸盐水泥熟料组分，选择合适的处理工艺将为钢渣建材方面综合利用提供重要支撑。本文通过对未除铁块渣、预除铁块渣及球磨除铁细渣进行物化分析及粉磨功指数分析，并以三组渣样为例开展粉磨试验，探讨“筛分技术”+“破磨分离”+“磁选装置”粉磨工艺。

关键词：钢渣；粉磨；技术

1  前言

钢渣是炼钢过程中的副产物，产生量约为每吨钢100～150kg，物理外观方面钢渣外观形态随着成分和冷却条件的不同而不同。碱性低的钢渣气孔多，呈黑色光泽；碱性高的钢渣呈灰黑色，结构较密实，在高温熔融状态下，进行热闷后的钢渣成粉粒状，自然冷却的钢渣成块状或粒状；化学成分方面钢渣以钙、硅、铁化合物为主并含有硅酸二钙、硅酸三钙、铁铝酸四钙，使得其具有水硬性，且接近普通硅酸盐水泥熟料组分，但由于钢渣的生成温度过高，并溶入了较多的FeO、MgO等杂质使结晶较完善，与水泥中的相同矿物相比活性要低得多并且质地坚硬难破碎。再加上钢渣中含有大量不稳定的游离MgO和游离CaO，游离氧化物的不安定性，严重限制钢渣在建材方向的利用。但如将钢渣经过粉磨至微粉后，机械破坏其晶体结构，物料中潜在活动得到释放，安定性也得到彻底解决，为钢渣在建材应用提供有效支撑，然而如何降低钢渣微粉的生产成本并提高其产品活性又是产业所面临的瓶颈问题。

2  钢渣粉磨

选取昆明钢铁股份有限公司自产钢渣样品进行试验。

2.1  试样物化性能分析

对钢渣试样进行金属铁含量、密度、粉磨功指数及化学成分分析，详细结果如下所示：

（1）金属铁含量

（2）密度

（块状）钢渣粉密度：ρ＝3.59g/cm³

（球磨除铁预处理）钢渣粉密度：ρ＝3.57g/cm³

（3）粉磨功指数

（块状）钢渣粉磨功指数：Bi=26.7kWh/t

（球磨除铁预处理）钢渣粉磨功指数：Bi=19.33kWh/t

（4）钢渣化学成分分析

2.2  粉磨试验

根据表1试样配比，分别对未除铁块渣、预除铁块渣及球磨除铁细渣开展粉磨试验。

表1 试样配比

2.3  试验结果

磨辊粉磨力不能全部做功：当磨辊的粉磨力作用于磨盘上的物料时，被粉磨的原料实际是通过相互间挤压破碎再相互间填充再挤压的过程达到破碎。当原料颗粒较脆时，挤压力就先将大颗粒挤碎填充到小颗粒中，同时将挤压力传递到小颗粒上，小颗粒受力作用被挤碎。当原料中有部分硬而且韧性大的颗粒，粉磨力在研压这部分颗粒时，颗粒产生塑性变形，大颗粒大部分仅被剪切，而挤压力不能全部有效传递到其它小颗粒上。由于金属铁颗粒的特点是硬而有延展性，并有良好的韧性，当磨辊粉磨力作用于铁颗粒上时，大部分是直接传递到磨盘而不能有效传递到其它脆性物料上，属无效载荷，做的是无用功。无用功增加，粉磨能力就下降。

未除铁块状钢渣、预除铁块状钢渣及球磨除铁钢渣的粉磨情况如表2-表4所示。试验结果显示：试验立式辊磨粉磨该物料至比表450m²/kg时，块状钢渣粉磨电耗高于50kWh/t，属于难磨钢渣；经过球磨除铁处理后的钢渣粉磨电耗31.67kWh/t，中等易磨性的钢渣。故优化钢渣粉磨工艺技术研究，选铁是关键，将金属铁从钢渣中提取出来，返回炼钢或炼铁，既节约资源又可有效降低单位磨耗。

表2 块状钢渣（未预除铁）试验结果统计

表3 块状钢渣（预除铁）试验结果统计

表4 球磨除铁钢渣试验结果统计

3  钢渣粉磨工艺探讨

针对钢渣以上特点，采用“筛分技术”+“破磨分离”+“磁选装置”工艺形式。

3.1  “筛分技术”是前提

钢渣粒径分布受预处理方式影响较大，通过对物料进行指定筛分可将大粒径物料暂时去掉，有效提高后端粉磨效率，降低风选磨饱磨的概率，也为后面的高细磨入磨颗粒大小均匀性提供条件。

3.2  “破磨分离”即以破代磨，破磨分离是核心

以破代磨是目前提高粉磨效率的有效途径。目前大部分磨粉机虽然采用分仓，但由于破碎仓和研磨仓是共用一个筒体，在结构上和运动上都不能分开，要实现破碎和研磨的最佳运动形式是不可能的，而磨机以研磨作业为主，因此将主要的破碎作业从磨机中分离出来，这样可以又进一步分别使破碎和粉磨效率最大化。故配合添置风选磨是以破代磨有效方案。

虽经过筛分及风选磨在前端处理，物料大部分已成粉状，但仍然有少量粗颗粒，使后端磨机还不能完成实现微介质高效粉磨，故后端磨机仍需分为两仓，严格隔仓筛分，对粗颗粒部分破碎作业完成。粗磨仓具有粉料流速快，让细粉尽快进入细磨仓同时留下粗颗粒的效能；细磨仓采用具有高比表的微介质粉磨，细磨仓不需要再行破碎作业，同时严格控制进入细磨仓的粉料粒径大小，以实现破磨分离的作业。

3.3  “磁选”是手段

由于钢渣特性是渣包铁，钢渣中即包裹了金属铁，又或者有一些其他难以粉磨的磁性金属化合物，为有效降低磁性金属物料对工艺的影响，磁选手段必须在整个工艺过程中进行运用，破碎之后要除铁，研磨之前要除铁。有效降低含铁量能够提高粉磨效率，磨机级配及工艺工况稳定性。

4  结论

未经球磨除铁处理的块状钢渣由于金属铁含量高，易磨性差，磨耗大，粉磨高，比表面积成品比较困难，经过球磨除铁处理后的钢渣金属铁含量低，粉磨电耗低，磨耗小，易磨性略差。由于钢渣的渣和铁解离度低，建议在粉磨钢渣前建设一条钢渣破碎、筛分、磁选生产线对块状钢渣进行预处理后入磨粉磨，将金属铁含量控制在1.2%以下，以延长粉磨设备使用寿命和降低磨损成本。