鋼渣粉制備系統(tǒng)電耗變化的試驗(yàn)研究

鋼渣粉制備系統(tǒng)電耗變化的試驗(yàn)研究

鋼渣是鋼精機(jī)行業(yè)的副產(chǎn)品，其產(chǎn)生量約為12%15%。2009年我國粗鋼產(chǎn)量為56803.3萬噸（來源于《中華人民共和國2009年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》），據(jù)此計(jì)算，2009年我國鋼渣產(chǎn)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(huán)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(jìn)行下列反應(yīng)：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(dá)20年之久，由于上述原因?qū)е率褂娩撛墓こ讨黧w產(chǎn)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(jié)原料、冶金爐熔劑、筑路材料、鋼渣水泥、在農(nóng)業(yè)中作為農(nóng)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(dú)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(gòu)件硬化之前與水反應(yīng)完畢，徹底消除了鋼渣的體積穩(wěn)定性問題?，F(xiàn)在每噸鋼渣粉的市場價在100元左右，加上生產(chǎn)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(dá)100元左右。同時，減少了水泥熟料的用量，間接減少了生產(chǎn)水泥的能耗和CO2的排放。在利用鋼渣生產(chǎn)水泥方面，我國是開路先鋒。20世紀(jì)60年代，我國就開始用鋼渣生產(chǎn)水泥的研究并投入生產(chǎn)。經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，目前已經(jīng)制定了一系列鋼渣水泥標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。目前國內(nèi)的鋼渣粉制備設(shè)備主要為能量利用率很低的小型球磨機(jī)，加工能耗高，生產(chǎn)規(guī)模小，因此，開發(fā)一種生產(chǎn)能力大、系統(tǒng)能耗低的鋼渣粉制備系統(tǒng)是非常必要的。近年來，在水泥粉磨工業(yè)中，使用料床粉磨設(shè)備（輥壓機(jī)、輥式磨等）部分或全部取代球磨機(jī)進(jìn)行水泥粉磨作業(yè)已經(jīng)相當(dāng)普遍。如果能用料床粉磨設(shè)備代替球磨機(jī)生產(chǎn)鋼渣微粉，那么，其系統(tǒng)電耗一定會有大幅度的降低。圖1是用料床粉磨設(shè)備代替球磨機(jī)生產(chǎn)鋼渣微粉的系統(tǒng)電耗變化關(guān)系（產(chǎn)品比表面積450m2/kg）。1鋼渣粉的制備工藝1.1鋼渣微粉制備試驗(yàn)研究從2003年開始，筆者進(jìn)行了一系列用料床粉磨設(shè)備來制備鋼渣微粉的試驗(yàn)研究。與以往研究不同的是，所用試驗(yàn)設(shè)備皆為半工業(yè)化設(shè)備，具體參數(shù)見表2。各試驗(yàn)系統(tǒng)流程見圖2、3、4。1.2物料處理的能力輥壓機(jī)的處理能力：式中：B——輥寬，mV——輥?zhàn)泳€速度，m/sQ——輥壓機(jī)生產(chǎn)能力，t/hγ2——料餅容重，t/m3S2——料餅厚度，m目前市場上現(xiàn)有的輥壓機(jī)，其輥?zhàn)泳€速度都是固定的，因此，對于同一臺輥壓機(jī)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(jī)輥面間摩擦力和物料內(nèi)摩擦力的大小。圖5是同一臺輥壓機(jī)處理不同種類物料時的處理能力的關(guān)系。作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，其半成品的比表面積約為2000～3000cm2/g，因此物料在輥壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)必須多次循環(huán)，表3是進(jìn)行循環(huán)輥壓試驗(yàn)的結(jié)果，在半成品的比表面積為2799cm2/g的情況下，輥壓機(jī)系統(tǒng)的循環(huán)負(fù)荷為556%。1.3增效系數(shù)對水泥熟料的影響鋼渣的易磨性差，粉磨功指數(shù)（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(jī)進(jìn)行粉磨，經(jīng)多次試驗(yàn)，其輥壓機(jī)增效系數(shù)在3.0～4.5之間，遠(yuǎn)大于輥壓機(jī)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(jī)進(jìn)行粉磨。圖6是球磨機(jī)粉磨輥壓后的鋼渣和未輥壓鋼渣的實(shí)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(jī)主機(jī)電耗比粉磨未經(jīng)輥壓的鋼渣要低50kWh/t左右。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(shù)與礦渣相近，所以其粉磨電耗也與礦渣相近（圖7）。1.4高爐礦渣與水淬鋼渣粉磨試驗(yàn)結(jié)果由于水淬鋼渣與高爐礦渣的粒度組成相近，絕大多數(shù)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(yàn)輥式磨對水淬鋼渣進(jìn)行了粉磨性能試驗(yàn)，主機(jī)電耗與比表面積之間的關(guān)系見圖9。2輥壓機(jī)與球磨機(jī)的配比對聯(lián)合粉磨工藝的影響球磨機(jī)、輥式磨和輥壓機(jī)是目前水泥粉磨中使用的三種主要粉磨設(shè)備，如果用它們來粉磨鋼渣，那么球磨系統(tǒng)雖然操作簡單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，對物料的適應(yīng)性好，但是能量利用率僅有1%左右，電耗太高，大型粉磨系統(tǒng)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(tǒng)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是對于輥式磨系統(tǒng)來說，大部分物料都是在磨內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，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(jī)的穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)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(jī)與球磨機(jī)組成的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)更為合理，因?yàn)椋撛?jīng)輥壓機(jī)擠壓后，包裹在渣塊內(nèi)的金屬鐵粒就會與鋼渣分離，而且與輥式磨系統(tǒng)不同的是，擠壓后的鋼渣是通過機(jī)械輸送設(shè)備進(jìn)行外部循環(huán)，所以，金屬可以在外部循環(huán)過程中由除鐵設(shè)備除去。輥壓機(jī)粉磨系統(tǒng)有預(yù)粉磨系統(tǒng)、聯(lián)合粉磨系統(tǒng)和終粉磨系統(tǒng)三種形式，工藝流程見圖10。輥壓機(jī)預(yù)粉磨系統(tǒng)的特點(diǎn)是流程簡單，輥壓機(jī)可以單獨(dú)操作，但輥壓機(jī)分擔(dān)的粉磨任務(wù)小，因此這種工藝流程的節(jié)能幅度較小。輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)的所有粉磨任務(wù)都由輥壓機(jī)完成，但由該系統(tǒng)粉磨所得到的產(chǎn)品的粒度分布過于集中，這將對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生一定的影響，另一方面，當(dāng)入輥壓機(jī)的物料中細(xì)顆粒比例過高時，粉磨區(qū)內(nèi)不容易形成料床，從而影響輥壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定。而聯(lián)合粉磨系統(tǒng)（圖11）在輥壓機(jī)后裝一球磨，是目前輥壓機(jī)應(yīng)用的主要流程，雖然相對來講系統(tǒng)流程復(fù)雜，但是操作靈活。輥壓機(jī)與球磨機(jī)聯(lián)運(yùn)作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運(yùn)行，在球磨機(jī)停機(jī)的情況下，輥壓機(jī)可以以終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行，在輥壓機(jī)停機(jī)的情況下，球磨機(jī)可以以圈流系統(tǒng)生產(chǎn)。另外，該系統(tǒng)對物料有非常好的適應(yīng)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(dāng)作為聯(lián)合粉磨系統(tǒng)運(yùn)行時，輥壓機(jī)自成系統(tǒng)，壓出的料餅經(jīng)粗選粉機(jī)分選后，粗料返回輥壓機(jī)再壓，細(xì)粉作為中間產(chǎn)品喂入后續(xù)球磨中繼續(xù)粉磨至要求的細(xì)度。如此一來，因?yàn)榧?xì)粉的選出，使得輥壓機(jī)輥壓更為有效，同時由于細(xì)粉的粒度小且均勻，使得后續(xù)球磨機(jī)研磨體級配更加合理，粉磨效率更高。當(dāng)作為輥壓機(jī)終粉磨系統(tǒng)運(yùn)行時，高效選粉機(jī)的粗粉也返回輥壓機(jī)循環(huán)輥壓。當(dāng)作為圈流球磨系統(tǒng)運(yùn)行時，新喂料直接進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)