我国钢渣细碎设备及钢渣加工技术现状

2010年，我国的粗钢产量为6.26亿t，同比增 长9.3%，创历史新高…。钢渣是炼钢生产过程中 产生的主要固体副产品，随着我国粗钢产量不断地 提高，钢渣产量也在不断地增加。2010年我国产生 的钢渣约为7500万t，若不加以处理，将会占用大量 土地、污染环境，同时会造成钢渣中的废钢和尾渣等 资源的浪费，不利于炼钢工业的可持续发展。

据资料统计，我国钢渣有效利用率仅为10%左 右，这与国际上的钢渣利用水平差距很大¨1。其原 因是，我国钢渣处理设备还不够完善，钢渣处理所用 的破碎设备不适合钢渣处理特性旧-，特别是没有合 适的钢渣细碎设备。因此，研制合理的钢渣细碎设 备和钢渣加工技术是我国钢铁企业的一项紧迫的课 题，只有在现有应用领域内进行科研攻关，解决钢渣 细碎难题，才能经济地对钢渣进行深加工，实现钢渣 的有效综合利用。

1 钢渣细碎的必要性

(1)可从钢渣中回收更多的金属铁。钢渣中约 有7%～10%的废钢。钢渣的结构复杂，是渣和 铁的结合体，它们互相夹杂包裹。在保证磁选渣钢 (渣钢粒)的品位的前提下，钢渣破碎到一75mm后磁 选，尾渣里面还有约4%～6%的金属铁;破碎到一 35mm后磁选，尾渣里有约3%～5%的金属铁;当破 碎到一10mm后磁选，尾渣中剩余的金属铁含量能降 到1%左右;而钢渣破碎到一5mm后磁选，尾渣中的 金属铁含量能降低到1%以下。显而易见，要回收 更多的金属铁，就需要将钢渣破碎到尽可能细的粒 度，实现渣钢和尾渣的有效解离。

(2)细碎有利于后续加工。钢渣后续加工大多 要经过粉磨，使废钢与尾渣进一步单体解离。粉磨 理论和实践表明，物料破碎所需单位能耗随破碎粒 度减小的变化率很小，而物料粉磨所需要的单位能 耗随粉磨粒度减小急剧增加，而且这种变化率随粉 磨粒度减小越来越大。所以，为了降低碎磨能耗有 必要采用“多碎少磨”碎磨工艺，增加碎磨工作中矿 石破碎比例、减少粉磨的比例，最大限度减小人磨物 料的粒度，以减少整个碎磨过程的能耗。钢渣的可 磨性差，粉磨功邦德指数为20～30kW·h/t，较一 些矿石高很多。因此，钢渣碎磨时，更应该遵守“多 碎少磨”原则，降低人磨粒度，提高碎磨效率，降低 能耗。

(3)可降低粉磨成本。钢渣如果没有细碎到一 定粒度，其含铁量就较高，将会影响磨机产量，增加 磨机能耗，缩短研磨体和衬板的寿命，增加成本。 钢渣原料需要预先破碎至10mm以下后，才可以进 行粉磨。

2钢渣细碎设备特点及适用性分析

笔者走访了一些钢铁集团钢渣加工厂，发现我 国钢铁企业细碎设备技术最近几年进展不大，主要 还是采用颚式破碎机、辊式破碎机、锤式破碎机、反 击式破碎机、液压圆锥破碎机和棒磨机。

2.1颚式破碎机

颚式破碎机是采用四杆机构原理，将连杆作为 动颚，连杆随着曲柄的转动做周期往复摆动，利用压 碎、弯曲方法对物料产生破碎作用。 颚式破碎机主要用于矿山、公路和化工等行业 中各种物料的粗碎和中碎，不适用于细碎工作。也 有用小规格颚式破碎机配合闭路筛分来进行细碎工 作，但效率极低，效果差，一般只能加工到一25+ 40mm。昆钢采用PEx-250×1200mm型颚式破碎机 和闭路筛分机将钢渣破碎到一25mm，筛下产物进行 分级磁选，金属铁回收率仅为64.98%。

2.2辊式破碎机

辊式破碎机是在水平轴上平行装置两个相向回 转的辊子，其中一个辊子的轴承固定，另一个辊子的 轴承可动，可动辊装置有弹簧保护机器。破碎辊是 由轴、轮毂和辊皮构成。

用辊式破碎机将钢渣破碎到一10mm，但辊式 破碎机不适用于钢渣的细碎，主要缺点有，一是它的 两个辊子的轴心距可以变动，使得产品粒度容易发 生变化，加工的钢渣产品粒度不均匀，只有闭路工 作，在较大循环量时才能得到较细的产品;二是它在 生产中钢渣容易飞溅，会给现场环境和安全带来问 题;三是它装有2个电机，能耗较大;四是辊皮与钢 渣直接接触，所以需要时常修补或更换辊皮，维修不 便和使用成本较高。

2.3锤式破碎机

锤式破碎机是利用高速回转锤头的打击作用而 进行破碎的。工作时，铰接的锤头高速回转，对给人 的大块物料进行打击，并使其抛向机体内壁的破碎 板上，在破碎板上物料进一步冲击破碎后，落到下面 的格筛上，粒度合格的产物从筛条缝隙中排出。

由于钢渣坚硬，一付锤头仅用8h，即使在锤头 焊有硬质合金，运行20d已不能使用，不同材质的高 铬锤、超高锰锤等都不耐用，磨损严重。经反复分析 对比，认为不适于破碎钢渣。这已在河北等地区 得到实践验证，较大的钢渣加工企业都淘汰了锤式 破碎机。

2.4反击式破碎机和立式冲击式破碎机

反击式破碎机和立式冲击式破碎机的工作原理 与锤式破碎机类似，都属于旋转冲击类破碎机，是使 物料块在破碎腔内经受打击板和反击板的冲击产生 破碎作用。 它的结构和工作原理使得打击板成为最容易磨 损的工作零件，要比其他破碎机的磨损程度严重得 多，另外它的装机功率相对较大，因此反击式破碎机 也不太适合钢渣细碎。济南某钢渣厂曾采用该种设 备，在产品粒度为35～50mm时，产量能达到要求， 但当产品粒度控制到一15mm时，它的产量减少了 50%以上，并且还是达不到一8mm的产品应用要求。

2.5液压圆锥破碎机

液压圆锥破碎机的工作部分由动锥和定锥组 成。在偏心轴套的作用下动锥在破碎腔内沿定锥的 周边运动，当动锥靠近定锥时进行破碎，与之相对的 一边则进行排料，如此连续地进行破碎和排料工作。 由于它的传动机构是刚性的，因此设计有一定保护 作用的液压装置。

液压圆锥破碎机用于矿山软硬度矿石中细碎， 一般能得到20—45mm的破碎产品，如果要达到一 12mm入磨粒度，则需要采用筛分和返回循环的闭 路配置。但钢渣的硬度较高，而且结构特殊、夹杂有 金属铁，使用液压圆锥破碎机进行细碎时，如果排料 口设定较小，则破碎机会频繁“过铁”，激发液压保 护装置自动增大排料口，使钢渣未加工而直接排出， 造成工作不连续;如果排料口设定较大，则破碎产品 粒度大，不能满足生产要求。若为此采用闭路配置， 则循环负荷大、工作效率低。当要求产品粒度一 10mm时，液压圆锥破碎机的循环负荷高达70. 8%[8l。

2.6棒磨机

棒磨机的简体内装有适当的磨矿介质钢棒，通 过驱动筒体回转，钢棒在离心力和摩擦力的作用下， 被提升到一定高度后抛落，钢棒以很大的冲击力砸 在筒体中的粗颗粒物料上，将一些物料砸碎。

棒磨机用于破碎钢渣的效果也不太好。主要原 因有，一是钢棒易磨损，钢棒泻落时，上层钢棒沿下 层钢棒一步一步地向下滚跌，钢棒之间或与物料之 间有冲击和研磨作用，使钢棒发生磨损，破碎钢渣一 般使用2—3h后就磨损比较严重，出料口端磨损更 加严重，使钢棒变成锥体、一端粗一端细;二是虽然 研磨介质添加方便，但更换非常不方便;三是破碎产 品粒度不稳定，开始几天产品粒度大部分能满足要 求，当钢棒变形后研磨效果降低，产品合格率降低， 如在天冶集团只能得到60%的一10mm产品;四是棒 磨机的装机功率大，能耗利用效率低，使用成本高。

3 我国几大钢厂钢渣加工现状

经过查阅文献，我国一些钢厂的钢渣加 工工艺、所使用的细碎设备、工艺流程设置的皮带条 数、工作方式和产品粒度见表1。其中产品粒度为 破碎加工工序最后的产品粒度，若工作方式为闭路 则它由细碎工段后面的检查筛分所使用筛网的网孔 尺寸所决定，若工作方式为开路则它由细碎设备的 产品最大粒度所决定。

从表1可看出，这些钢厂都是采用两段闭路破 碎的加工工艺。为实现闭路循环和多级磁选，这些 钢厂的钢渣加工生产线都设计了多条皮带，最多的 高达8条。显然，皮带越多，工业流程就越复杂，生 产效率就越低、生产线可操控性就越差。上述钢渣 加工生产线最大的不足是，尽管它们采用了闭路的 工作方式，细碎段有较大的循环量，但破碎加工的最 后筛下产品的最大粒度依然较大，均在一25+35mm 之间。由前面的分析可知，一35mm的尾渣还可能含 有3%～5%的金属铁，如果这类尾渣用于筑路、填 海等，将会造成很大的资源浪费。虽然在破碎加工 之后还可以使用磁选回收一部分金属铁，但由于粒 度大，金属铁和尾渣未能有效的解离，所以金属铁的 回收率不高，而且回收的渣钢的铁品位低，一般不易 直接循环利用。

棒磨机、自磨机和卧磨机等能够采用闭路工作 方式，得到几个毫米粒度的产品。但磨机装机功率 大，比如螂oo×3600mm棒磨机装机功率为 400kw，而功耗只有很小部分用于物料的粉磨，大部 分都消耗在发热、发声和磨机筒体动能上。另外，研 究表明，磨机的功耗利用率约为6%～8%，不到破 碎设备功耗利用率的50%。 鉴于我国钢渣加工工业应用中设备存在的这些 技术问题，有必要开发适用于钢渣细碎的破碎设备， 研究出工艺流程简洁、产品粒度更细、金属铁和渣解 离更充分的加工技术，促进我国钢渣加工技术完善 和设备水平的提高，推动钢渣综合利用。

4 钢渣高效渣铁解离细碎工艺及设备

“钢渣高效渣铁解离细碎工艺及设备”研究项 目，2010年通过了中国有色金属工业协会组织的科 技成果鉴定，技术水平达到国际先进水平。

该项目针对由于钢渣不均质且含有金属铁不易 破碎解离，尤其是没有合适的细碎工艺和设备而导 致目前我国钢渣的有效综合利用率较低的现状，通 过相关理论分析，优化和研制出适合钢渣细碎和实 现渣铁解离的设备，成功开发了新型钢渣高效渣铁 解离细碎工艺。工艺流程见图1。

该技术使用优化的GYP系列惯性圆锥破碎机 作为钢渣细碎设备。惯性圆锥破碎机采用万向节柔 性传动技术，解决了钢渣细碎过程中因频繁“过铁” 的难题;使用激振器提供动力，得到更大的破碎力和 破碎比，不仅能将钢渣破碎得很细，还能将渣铁砸扁 排出，保证工作的连续和金属铁的回收。该技术设 计配置两段加工工艺，能够实现开路工作，破碎产品 粒度细，其中I、Ⅱ、Ⅲ型生产线产品粒度分别小于 6mm、8mm和平于10mm，比前述的钢铁公司闭路工 作的产品粒度小，甚至仅为后者的1/3大小。该技 术能实现渣铁的高效解离，能提高金属铁的回收率， 使尾渣中金属铁的含量小于1%，可得到的粒度很 细的尾渣，能够满足水泥、钢铁冶炼等生产应用的要 求。

自2010年8月鉴定一年来，该技术和设备已在邯郸钢铁、西宁特钢、中天钢铁、天冶集团、重庆钢 铁、广富集团等十多家钢铁公司工业应用。

5 结 论

(1)钢渣加工到一10mm后，在钢钢渣破碎和磁 选后，保证其中渣钢品位时，能将尾渣剩余的金属铁 含量降低到1%左右;破碎到一10mm的尾渣进行粉 磨等深加工才有明显经济性。

(2)颚式破碎机不适用于钢渣的细碎工作;锤 式破碎机等旋转冲击类破碎机破碎钢渣时，易损件 消耗快、更换周期短、生产成本高;液压圆锥破碎机 加工钢渣需闭路配置，得到的破碎产品粒度较大，且 循环负荷大、生产效率低。

(3)棒磨机等粉磨设备能够采用闭路工作方式 破磨钢渣，得到较细的产品。但它们的装机功率大， 能耗利用率低;研磨介质磨损快，钢耗高;产品稳定 性差;而且生产成本很高。

(4)以惯性圆锥破碎机为主体设备的钢渣高效 渣铁解离细碎工艺及设备，解决了钢渣难以破碎和 破碎过程中频繁“过铁”的难题，能够两段开路破碎 钢渣，无循环负荷，高效细碎和解离渣铁，可将钢渣 破碎到6—10mm以下，尾渣的金属铁含量降低到 1%以下。