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总结钢渣微粉的步骤

作者:admin来源:中国磨粉机网 日期:2012-2-16 10:50:54 人气: 标签:

  粗磨机出料有一定的细度,保证了绝大部分铁分离出来(少量的极细小的铁粒并不影响后续粉磨,对最终的微粉产品性能也没有不良影响);另一方面,磨机的出料篦缝(和隔仓板篦缝)设计的较大,物料通过的间隙较大(参见有关报告)。

  这样一来,铁能及时完全地分离出来并顺利出磨,粉磨作业不受影响。粗磨物料以选粉机分级时,铁因为较重而落入粗粉(落入细粉的铁是极少量极细小的铁)。通过设计出磨物料的细度及选粉机的工艺参数,可以设计此粗粉细度,使此细度方便于磁选作业(参见有关报告)。粗磨系统的细粉进入细磨机,前面已经提到,其中含有的铁极其细小,在开路操作的条件下,可以在磨内顺利通过和出磨;同时由于含量很少,消耗的粉磨功完全可以忽略,所以说对粉磨作业没有影响。但当采用闭路工艺时,铁绝大部分被收集到粗粉中,粗粉回磨,如此循环往复,磨内铁含量持续上升。虽然喂料的铁含量不高,磨机也将在不长的时间内最终留聚大量的铁,占据磨内物料的较大比例(参见有关报告)。在这个过程中,喂料持续下调,粉磨能力持续下降,直至丧失殆尽。

  由于粗粉细度很小,磁选时将带起大量细粉,除铁是不现实的(参见有关报告)。可见,细磨系统采用闭路工艺是不可行的。以上从可行性方面简述了两级粉磨工艺。前面曾经提到,这个工艺是目前最佳的方案。为什么这么说,因为其中有一些方案在适宜的阶段采用了技术相对先进的闭路工艺提高产量、节能降耗;在适宜的设备和阶段内进行渣、铁分离,分离十分完全,又在适宜的粒度条件下进行磁选,选净率高、带起细粉极少(参见有关报告)。可以说,这个方案,其工艺是合理的,技术是先进的。

  另一方面,钢渣含水率较高,尤其是其中的粉料;即使是其中的块料,其含水率也很难达到入磨物料含水率要求(一般低于2%),所以入磨前必须对钢渣进行烘干。这样的话,为了减少烘干机的磨损,破碎钢渣的块度又不能太大(一般为30mm左右),在原渣块度较大或处理量较大时,一级破碎将难以满足粒度和处理量的双重要求,可能要考虑设置两级破碎。然后进厂投入正式工艺线,进行烘干、粗磨除铁、细磨等工艺过程。

  破碎过程中可以提取一部分铁。但一方面由于渣铁没有完全分离,提取的铁块包裹一定量的钢渣;另一方面,由于钢渣太湿,磁选时带起较多的粉料,提取的渣铁粉含有较大比例的钢渣,品位普遍较低。但如果完全不除铁,特别是其中较大块的铁,则破碎机易被卡住。所以入破碎机前除去较大块的铁是必要的(这些铁要提纯,尚须入钢渣半自磨机或球磨机进行粉磨,参见有关的论述),可以采用磁选结合人工分拣的方式来进行。破碎的主要目的不是除铁,它是为后面的烘干和粉磨工序服务的。由于破碎过程中基本不具备产生铁(指较纯净的铁,也可以称为单质铁)的条件,提取较大的含渣铁块只是为了尽量减少乃至避免破碎机卡死,保证设备的安全连续运转。提取可以通过破碎机的较小的含渣铁块是没有必要的,因为前面已经说明,这些铁块还得投入后面的工序,即球磨机或钢渣半自磨机进行粉磨提纯,这一点现在可以明确了。当然了,如果并不投入后续磨机而是进入另外设置的磨机,那又另当别论了。

  前面的《总体工艺方案》中,指出了烘干工序在总体方案中的位置,是第一道工序;本文前述介绍了烘干工序的前道预处理工序,即破碎工序,并初步讨论了涉及到的一些关键工艺问题。

  至此,烘干及其前方预处理工序的有关工艺情况就基本交待完毕了(详细论述参见有关报告)。现在,就有关最有效的渣铁分离方法,有必要加以分析说明了。

  前面曾不止一次提到,最有效的渣铁分离方法是将钢渣进行粉磨。其实这种粉磨仅限于采用球磨机或钢渣半自磨机进行。当采用这类磨机粉磨时,钢渣在磨内多次受到研磨体的打击,而且这种打击在有刚性衬垫(指衬板或下方研磨体)的条件下进行,钢渣被震击粉碎,其中与铁包容的钢渣从铁上震落。由于打击的次数相对很多,渣铁分离的轮次很多,分离十分完全。但当采用其他形式的磨机,如进口及引进国产立磨、柱磨机、辊压机、环辊磨、华式立磨等磨机以及厂家报道的鼎盛PCF细碎机时,情况有所不同,也可以说,基本不同。进口及引进国产立磨、柱磨机是碾压形式的磨机,其中渣铁分离的情形与颚式破碎机基本一致。只是由于碾压的次数比颚式破碎机多,因而分离出的铁含钢渣较少一些;同时由于将钢渣粉磨得较细,可以分离更小粒径的铁,因而分离出的铁稍多一些。辊压机、环辊磨属辊压类型,其中渣铁分离的过程也与颚式破碎机相似。环辊磨实施多次辊压,似乎比辊压机优越,但它是最新推出的粉磨设备,其性能尚需经过广泛的生产实践的检验,因而是不宜对它寄予厚望的。华式立磨工作过程中兼有挤压和冲击作用,基本上可以认为它是挤压作用与冲击破碎的组合。与辊压机相比,它对物料还实施冲击作用,因而渣铁分离效果要好一些(当然,如果这种冲击作用设计在挤压作用之后,分离效果可能会更好一些。不过,这是有关华式立磨设备本身的话题了)。这从两者出机物料的粒度情况也可以得到佐证,华式立磨的出料更细一些。表中钢渣粉筛析资料是前期工业试验数据;辊压机资料是双阳水泥厂实际生产数据,是由天津院标定的。但与球磨机及钢渣半自磨机相比,华式立磨对物料的冲击次数太少,而且冲击作用又在没有刚性衬垫的情况下进行,钢渣受到震击及震落的几率极低,渣铁分离的完全程度与球磨机等设备不可同日而语,在分离粒径上也有相当大的差距。至于鼎盛PCF细碎机,它也是兼有冲击与挤压两方面作用,出料粒度比华式立磨要粗,渣铁分离效果不及华式立磨。华式立磨钢渣粉及双阳水泥厂辊压机水泥半成品出料粒度(累计筛余,%)以上在渣铁分离方法的讨论中提到了球磨机、立磨、辊压机等8种粉磨设备,因为这些主机都可以作为两级粉磨方案的粗磨设备。说到两级粉磨方案,这里需要作个补充说明。华式立磨、鼎盛PCF细碎机等设备准确地说只能作为预粉磨主机,它们的方案其实是预粉磨一级粉磨方案,所以之前在方案汇编中其名称为一级粉磨方案。但广义地说,这些方案也可以看作两级粉磨。

  《总体工艺方案》所界定的两级粉磨其实就是这种广义的说法。于是在上述渣铁分离的讨论中,我们将华式立磨等设备与其他磨机相提并论,以后,我们还将在其他的方面把这些设备放在一起讨论,这完全是出于行文方便的考虑。

  这些磨机笔者最终首选球磨机,其次是钢渣半自磨机,华式立磨。为什么作出这样的选择,除了上述便于分离铁这方面的原因外,当然还有粉磨细度等方面的因素,我们将在《钢渣微粉生产工艺》一文中进行讨论。

  钢渣综合处理方案探讨本着钢渣高附加值利用及零排放的指导思想,前述报告实际上已经形成了钢渣综合处理的最简便的模式。即首先将钢渣破碎到宜于烘干和粉磨的粒度,烘干后进行粗磨,以实现渣铁分离(或称为含渣铁颗粒的提纯),然后以磁选的方式提取铁,最后是钢渣细磨制粉。这种方式建议铁在提纯后提取,成为回收产品;提纯前期只选出影响设备(破碎机)运转的块状渣铁。在破碎预处理工序中以磁选的方式选出大量的渣铁(包括块料和粉料)后,再进入微粉工艺线;而选出的渣铁进入另外设置的磨机进行提纯。这是一种传统的处理方式。

  笔者参照某钢渣处理工场的实际生产情况,对上述传统方式作了大致的计算。主要依据是:钢渣原渣含铁12%,破碎磁选后含铁5%;渣铁磨机产出“精矿粉”(包括同时产出的较少量的粒子铁所折算的“精矿粉”)与排出泥浆的体积比例按1:1(一般情况下,实际的泥浆比例可能更高);渣铁中95%的铁回收进入产品,即“精矿粉”及粒子铁:“精矿粉”的全铁含量为50~55%(历年化验值);钢渣的化学成分:Fe2O3按10.5%,FeO按5%(化验值圆整)。计算结果列在中。某钢渣处理场的基本情况湿法除铁的方式,其优势在于提取铁时不带起钢渣粉,铁的品位可以较高。但现在看来这种优势并不明显,或者说没有充分发挥出来。中产品铁粉(即“精矿粉”,下同)的杂质(即钢渣)含量过半,其纯度(46.5%)甚至不及前期干式磁选生产试验选出的铁粉(62.2%,见)。华式立磨粉磨的钢渣粉磁选生产试验情况*根据RRB方程式回归的细度;**试验室磁选检验数据,非化验值。

  磨机直径小,研磨体冲击力不足,以及湿法作业降低冲击效率是一方面的原因。渣铁粉料磨机出磨物料中含有部分未粉碎颗粒,渣铁块料磨机出磨物料含有一定量低品位渣铁块,这都印证了上述冲击力不足的说法。中显示,为了提取原料钢渣中8.5%(基准为进场原渣干基,下同)的铁,带出了比例高达21.9%的钢渣。这些渣铁大部分为潮湿的粉料,难以晾干进行干式粉磨除铁,只好进行湿法作业(于是少部分可以晾干进行干式除铁的块料也只好进行湿法除铁)。这将浪费原渣中21.9%的钢渣,同时还进行二次排放,扣除产品铁粉带出的9.8%,排污比例为12.1%。

  我们提出的新模式,与传统模式相比,将大部分的铁放在微粉生产线中分离提取,微粉工艺线以外即上述渣铁磨机,只处理选出的大于10mm的渣铁块(此块度由入磨粒度决定,参见有关报告)。两部分铁的比例尚未测算,估计为10%和2%。这2%份额的铁存于其中的渣铁块料,占原渣的比例为7.1%,选出时不再另外带起钢渣(因为只对筛上块料进行磁选)。这些块料便于晾干进行干式粉磨、提取铁。即使以湿法提取铁,排污也极少,浪费的钢渣原料也极少(要让这部分泥浆状态的钢渣有所利用,目前只有检验细度及全铁含量后作为水泥铁质校正原料)。可以另外设置球磨机(取消出料篦板),钢渣半自磨机、钢渣自磨机(均未设计出料篦板)进行处理。但建议采用直径较大的磨机,以提高粉磨分离的效率。好了,采用了最有效的设备和方法,实现了渣铁的最有效分离或者说实现了铁的提纯,终极目的是提取铁作为回收产品,同时钢渣粉实现除铁以便于进一步细磨制粉。

前期的生产试验表明,在粉料磁选作业过程中,磁选机往往带出一部分非铁物料,粉料越细,带起的钢渣粉越多。是两次磁选生产试验的结果。可见细度30%左右的粉料已不宜于磁选,而细度83.4%的粉料,其磁选效果不错,粉料细度似有进一步降低的可能。

  磁选的要求是双重的,即选净率高,带出钢渣粉少。选净率不高,首要的是钢渣粉磨作业不易进行,没有保障,风险较大;带出钢渣粉多,首先是回收的铁不纯,品位较低。可以说,粉料磁选方案在钢渣综合处理方案中举足轻重,更成为钢渣微粉工艺论证的重心。因为它将左右钢渣综合处理的经济技术水平,也将在一定程度上左右钢渣微粉工艺的成败。

  根据影响程度的轻重不同,我们在方案设计中将选净率放在第一位来考虑,而将带出钢渣粉量放在次要一些的地位。因为我们首先要保证钢渣微粉工艺线的成功,其次才是在此基础上尽量提高钢渣综合处理的经济技术水平。具体地说,就是我们将尽量提高粗磨的细度,以便可以选出更多的铁,争取较高的选净率;这时将带出多一些的钢渣粉,所以是适当牺牲带出钢渣粉指标。

  为了提高选净率,我们设计了采用空气选粉机(如旋风式选粉机)组成粗磨系统闭路作业的方案。选粉机将粗磨物料中的铁几乎全部分配到粗粉中,因而只需对粗粉进行磁选就可以实现除铁的目的,而粗粉显然比出磨物料粗得多,方便了磁选作业。下面,笔者不妨对此作一下简单的阐述。

  当出磨物料在选粉机内的气流中分散后,获得了上升的初速度,颗粒在重力和浮力的合力作用下减速。同样大小的钢渣和铁颗粒,后者受到的重力更大,而浮力两者是一致的,所以,铁颗粒减速更快,因而落入粗粉的可能性更大。根据分离粒径计算公式,分离粒径与物料密度的平方根成反比,则铁的分离粒径是钢渣分离粒径的0.65倍。例如,如果钢渣的分离粒径为70μm,则铁的分离粒径将精确到45.5μm.简单的说,粒径d的钢渣颗粒与粒径0.65d的铁颗粒落入粗粉的几率是相同的。非空气型粗分级机如筛机,对不同物料,其分离粒径是完全一致的,不可能优先选出铁颗粒,更不可能达到上述细微的精确度。这是空气选粉机在除铁方面的巨大优势。

  根据多次磁选检验的结果,75μm以下的粉料,铁含量已经很低(见.表中还列出了两次磁选生产试验中选出的铁粉的75μm粒级的铁含量,也已经很低);况且这么小的铁颗粒对粉磨的影响已经微乎其微。于是,我们认为磁选作业只要可以选出75μm以上的铁颗粒,就可以确保钢渣粉磨作业正常进行,也就是确保了钢渣微粉工艺线的成功。

  对于降低带出钢渣粉量这个指标,目前还没有试验完毕。在钢渣微粉工艺设计计算中,给出了选粉机粗粉细度为64.4~71.4,同时给出了粒度级配。这是需要选用适宜的粉料磁选机进行磁选试验的。磁选是否可行磁选效果如何是试验中必须明确的主要问题。明确了这两个问题,才可以修正设计的粗粉细度,也才可以选定适宜的磁选设备。

  带出钢渣粉量与选净率不能割裂来看,因为两者并不是孤立的,而是相互联系的。一定的粒度及铁含量情况下,选净率越高,带出钢渣粉量越多;反之,带出钢渣粉量愈少,一定是选净率下降了。我们在计划选用选净率高而带出钢渣粉量相对较少的磁选机时,考虑对粗粉进行多级磁选,或采用多级磁选一体机,回收带出的钢渣粉,以降低磁选工序的带出钢渣粉量指标。从而实现磁选工序选净率高、带出钢渣粉量少的工艺要求。原计划的采用鼓吹选出物料的方式,回收部分带出的钢渣粉的方案,也可以结合起来一试。

 为讨论入磨粒度对粉磨能耗的影响,我们采用Bond计算法来计算不同入磨粒度时钢渣微粉的粉磨单耗。

  假设φ7*4m球磨机的入磨粒度为10mm时,粉磨单耗为1.由于钢渣各粒级的粉磨功指数没有测定,假设入磨粒度由35mm减小到10mm时,每递减5mm,粉磨功指数按等比例下降,计算出各入磨粒度时的粉磨单耗。为了同时讨论粉磨功指数对粉磨单耗的影响,就粉磨功指数等比下降的分数,表中假设了多个值进行计算。计算结果按上述不同的比例分数作出平滑曲线,如图所示。

 不同入磨粒度的粉磨单耗:不同入磨粒度的粉磨单耗由于35~10mm的粒度范围不大,在其中设定5mm这么小的变化幅度时,粉磨功指数下降的幅度实际上是很小的。我们假设的下降比例在0.95以上,不致于产生较大的误差或错误。

  随着上述比例的减小,各条曲线的趋势由凸形转变为直线形再趋向于凹形。说明随着上述比例的减小,即粉磨功降幅增大,或者说易磨性改善幅度增大时,粉磨单耗由较小的减速度增加转变为等速增加再趋向于较小的加速度增加。鉴于减速度或加速度不大,基本上可以认为是等速度增加的。就是说,随着入磨粒度的增大,粉磨单耗是等速增加的。换句话说,随着入磨粒度的减小,粉磨节省的单耗是等速增加的。

  破碎机能量利用率较高,而球磨机能量利用率较低,所以一般情况下,减小破碎的出料粒度所增加的破碎单耗低于入磨粒度减小而节省的粉工艺方案的全流程示意图,为便于查看,将基本方案与可选方案分别列出。全流程分为三个部分:1)破碎预处理工艺线;2)钢渣微粉工艺线;3)渣铁粉磨工艺线。对于钢渣微粉工艺线,在流程图中列出了二级磨机的另外两种工艺选择,这三种选择是平行的,只能选择其一。对于渣铁粉磨工艺线,渣铁磨机未设出料篦板,铁粉磨机出料篦缝25 ̄30mm.由于钢渣中较大的(比如>25mm)渣铁块越来越少,渣铁磨机的利用率较低,在可选方案中也可以只设置一台渣铁粉料磨机。渣铁块待晾干并积累到一定量后,集中喂入铁粉磨机,单独粉磨。为避免过于繁琐,图中未予列出。对于渣铁粉磨工艺线,当然也可以采用湿法作业,这是一个较好的权宜之计。STEELSCRAPOFCHINANO.1February2007磨单耗,因而总体上节省了单耗。但破碎粒度不能过小,因为粒度过小时破碎单耗将加速度上升,有可能超过节省的粉磨单耗,使总体单耗反而上升。这就是今天粉磨专业所形成的经济入磨粒度的概念。

  由于破碎能耗与粒度的关系鲜有研究,而由粉磨能耗与粒度的关系式所计算的粉磨单耗也往往存在着较大的偏差,所以目前完全无法从理论上对经济入磨粒度进行定量的推导。所形成的经济入磨粒度主要是定性的结论或经验数据,而且各人给出的数据还有些出入。下面是合肥院等单位给出的相应于磨机规格的经济入磨粒度,经济入磨粒度综合两组经济入磨粒度推荐值,我们可以将钢渣的经济入磨粒度确定为10~12mm左右。

  值得注意的是,经济入磨粒度除了与磨机的规格型式有关外,与破碎机的型式也是密切相关的。如果破碎机的适宜出料粒度较小,那么磨机的经济入磨粒度将是这个较小的粒度值。由此可见,上面给出的10~12mm粒度其实是经济入磨粒度的最大值。

  关于用于生产钢渣微粉的钢渣原料国家标准《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(报批稿)第3章明确定义了钢渣粉所用的钢渣原料是:符合YB/T022技术要求的转炉钢渣和电炉钢渣。冶金行业标准YB/T022《用于水泥中的钢渣》,目前正由钢渣粉国家标准的同一编制单位――冶金建筑研究总院组织修订,也已将钢渣的定义明确为转炉和电炉钢渣,删除了平炉(后期)钢渣,因为电炉炼钢工艺已普遍推广,而平炉炼钢目前已在国内淘汰。YB/T022中钢渣的技术要求即品质指标主要是:碱度系数CaO/(SiO2+P2O5)不小于1.8.所以用于生产钢渣粉的原料钢渣,实际上就是碱度系数1.8以上的转炉和电炉钢渣。

  中冶集团建筑研究总院曾对我国20多个大中型钢铁企业,40组钢渣的化学成分进行了统计,同时由这些钢渣制成钢渣粉进行了试验研究。结果表明:我国大中型钢铁企业的钢渣,其碱度系数的平均值在2.0以上,最低值不小于1.

  都能生产出符合《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》(报批稿)中技术要求的钢渣粉。上述钢渣既有转炉渣,也有电炉钢渣。所以说,转炉钢渣和电炉钢渣都是可以用于生产钢渣粉的。

  由于电炉和转炉炼钢工艺有所不同,电炉和转炉钢渣也略有差异。对于制成钢渣粉来说,主要的差异就是电炉渣的碱度系数稍低。

  中冶集团建筑研究总院的研究表明:随着碱度系数的增加,钢渣粉的活性指数上升。较高碱度系数的转炉渣及中低碱度的电炉渣各自的活性试验研究也符合上述规律。但将较高碱度系数的转炉渣与中低碱度的电炉渣活性相对比,电炉渣的碱度虽然比转炉渣低了许多,活性指数的劣势却并不大。转炉钢渣与电炉钢渣的活性试验结果及碱度系数另外,从试验结果来看,钢渣粉的活性与一级粉煤灰相当,或者略高。属于高活性水泥混合材和混凝土掺合料。

  钢渣粉的流动度与水泥相当。随着比面积的增加,钢渣粉的流动性能不下降,试验中的流动度还略有增加,其中电炉钢渣的流动度略大于转炉渣。可见钢渣粉的流动性能良好。在钢渣和矿渣双掺粉的试验研究中,电炉钢渣的活性比转炉钢渣稍低,但流动度较高。实际用于拌制混凝土时,将可以降低用水量,混凝土强度将会提高,可能完全消除与转炉钢渣在活性指数上的微小差距。

  在双掺粉的混凝土试验中,水泥取代量30%时,强度开始下降。但由于双掺粉样品的坍落度随掺量大幅度增加,实际使用时,可以不断下调混凝土的用水量,以致于取代量40%时混凝土强度也基本不下降;而20%以内的掺量时,混凝土强度将有较大幅度的提高,而不是试验中只比对比样品强度略有提高。至于钢渣粉用于混凝土可以降低水化热,减少坍落度损失,防止早期收缩裂缝,提高混凝土的后期强度,抗折强度,耐磨性,耐腐蚀性等优异性能,已是定论的结论。

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