2008年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量約為5.4億t，2009年達(dá)到5.7億t，2010年已達(dá)6.3億t，而煉鋼生產(chǎn)中，每生產(chǎn)It鋼要排出0.12—0.20 t鋼渣，可以推算出2008，2009，2010年我國(guó)產(chǎn)生鋼渣近6 500萬(wàn)t、7000萬(wàn)t、7500萬(wàn)t，由此可見(jiàn)我國(guó)每年產(chǎn)生的鋼渣數(shù)量之巨大。目前我國(guó)鋼渣的綜合利用率較低，其主要原因是鋼渣質(zhì)硬、塊大、不易破碎加工分離，而鋼渣的預(yù)處理工藝和設(shè)備又比較落后，達(dá)不到應(yīng)用要求。鋼渣不能及時(shí)處理和應(yīng)用而堆棄，堆放鋼渣會(huì)造成環(huán)境污染，而且因新建或擴(kuò)建渣場(chǎng)需要占用大量土地和花費(fèi)大量的資金，給社會(huì)和企業(yè)均帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。
    國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃明確指出，要加快資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源綜合利用，鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)廢物循環(huán)利用，完善再生資源回收體系和垃圾分類回收制度，推進(jìn)資源再生利用產(chǎn)業(yè)化。開(kāi)發(fā)應(yīng)用源頭、循環(huán)利用、再制造、零排放和產(chǎn)業(yè)鏈接技術(shù)，推廣循環(huán)經(jīng)濟(jì)典型模式。鋼渣的綜合利用，成為鋼鐵企業(yè)乃至全社會(huì)的重要課題之一，找到合適的加工工藝處理鋼渣，尤其是鋼渣的細(xì)碎問(wèn)題是亟需解決的重大技術(shù)難題。
1、鋼渣綜合循環(huán)利用現(xiàn)狀
1.1鋼渣性質(zhì)
    鋼渣是煉鋼過(guò)程排出的熔渣。鋼渣主要是由金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和補(bǔ)爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料（如：石灰石、白云石、鐵礦石、硅石等）等形成。
    鋼渣基本呈黑灰色，外觀類似結(jié)塊的水泥熟料，其中央帶一些鐵粒，硬度大，密度為2 800—3 500 kg/m3。鋼渣的主要化學(xué)成分有：Ca0, Si02, Al203, Fe0, Fe203, Mg0, Mn0, P205,f-Ca0，有的還含有V205，Ti02等，成分有較大范圍的波動(dòng)。鋼渣的特點(diǎn)是鐵的氧化物以Fe0和Fe203形式存在，且大多以Fe0為主，總量在270/0以下。鋼渣中一般均含有P205，其在鋼渣礦物形成中起重要作用，首先，它和Ca0，S102生成活性較差的納蓋斯密特石阻礙了硅酸三鈣的生產(chǎn)，另外，磷的存在也會(huì)使硅酸-鈣分解，降低鋼渣的活性。表l為我國(guó)部分鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐鋼渣的化學(xué)成分。
1.2鋼渣綜合循環(huán)利用及國(guó)際國(guó)內(nèi)鋼渣破碎工藝
    設(shè)備現(xiàn)狀
    隨著鋼渣處理及利用技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越充分地利用渣中有益成分，不再停留在最原始的填海和筑路等用途上，也不再僅僅以回收鐵為目標(biāo)，而是在回收鐵的同時(shí)，將尾渣在鋼渣水泥、冶金原料、混凝土、鋼渣磷肥、水處理、建筑涂料等不同途徑獲得應(yīng)用。
    由于鋼渣中含有和水泥相類似的C2S、C3S及鐵鋁酸鹽等活性礦物，具有水硬膠凝性，故可作為生產(chǎn)無(wú)熟料水泥或少熟料水泥的原料，也可作水泥摻和料；鋼渣可用作冶煉熔劑，回收渣中的鈣、鎂、錳、釩、鐵的氧化物和稀有元素等有效成分；利用鋼渣粉作為混凝土摻合料，能取代20%—50%的普通硅酸鹽水泥，還能提高混凝土的性能，增強(qiáng)混凝土的抗氣體滲透能力、抗氯離子滲透能力和抗碳化能力，并使混凝土的強(qiáng)度得到提高，延長(zhǎng)混凝土的使用壽命；含磷高的鋼渣可以生產(chǎn)鈣鎂磷肥、鋼渣磷肥；由于鋼渣具有一定的堿性和較大的比表面積，因此可考慮用于吸附處理廢水及建筑材料等多種用途。
    將尾渣在以上不同途徑應(yīng)用的前提是需要將尾渣中鐵的含量控制在較低的水平，同時(shí)其粒度、粒形需要滿足不同行業(yè)的需求。總體上講鋼渣破碎到粒度越小粒形越好，使用價(jià)值越高，應(yīng)用的范圍就越廣。正因如此，鋼渣的高效細(xì)碎工藝及設(shè)備的研究顯得尤為重要。
    鋼渣細(xì)碎加工設(shè)備目前主要有錘式破碎機(jī)、立式?jīng)_擊破碎機(jī)和單缸液壓圓錐破碎機(jī)。前兩者的工作原理類似，是通過(guò)物料流經(jīng)加速發(fā)射后物料與物料、物料與錘頭或反擊板相互撞擊完成破碎的設(shè)備。但它們加工鋼渣產(chǎn)品的粒度不夠細(xì)且不夠均勻，若要求得到較細(xì)粒度時(shí)，則循環(huán)量較大、效率低；在鋼渣中有大塊度鋼鐵進(jìn)入時(shí)會(huì)發(fā)生“過(guò)鐵”的問(wèn)題；易損件壽命短、更換頻繁，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。單缸液壓圓錐破碎機(jī)，在破碎錐底部設(shè)有液壓支撐，具有一定的“過(guò)鐵保護(hù)”功能，但物料中鐵較多時(shí)，或者有塊度較大的鐵進(jìn)入時(shí)，設(shè)備可能會(huì)發(fā)生損壞。它的加工產(chǎn)品的粒度較前三者更大，而且使用它時(shí)一次性投資大，更換易損件和維修較困難。
    傳統(tǒng)鋼渣破碎加工流程如圖l所示，一般是經(jīng)過(guò)粗碎、中碎、細(xì)碎而且是閉路循環(huán)破碎，再經(jīng)過(guò)多道磁性篩分，將金屬回收，尾渣堆積或再加工處理回收�，F(xiàn)有的加工工藝及設(shè)備主要有以下問(wèn)題需要解決。(1)出現(xiàn)大塊鐵時(shí)，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)“卡鐵”的現(xiàn)象，無(wú)法保證設(shè)備的連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至是發(fā)生損壞。 (2)細(xì)碎設(shè)備的破碎比小，一次性加工粒度不夠細(xì)，如果直接進(jìn)入后面的磨礦分選流程能耗太大，甚至超過(guò)鋼渣產(chǎn)品本身價(jià)值。而要得到細(xì)粒度鋼渣，往往需要復(fù)雜的閉路循環(huán)處理工藝，循環(huán)量大，流程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低。如圖1所示，傳統(tǒng)鋼渣加工工藝均采用三段甚至四段閉路破碎磁選，通過(guò)一段或者兩段顎式破碎機(jī)粗破后，再有兩段圓錐破碎機(jī)或者立式?jīng)_擊破碎機(jī)閉路破碎之10—15 mm，磁選出磁性鐵后球磨。  (3)鐵回收率不高，尾渣中含鐵較高，造成資源的浪費(fèi)，限制了尾渣使用范圍，降低了尾渣的價(jià)值。  (4)易損件消耗快，運(yùn)營(yíng)成本高。
2、鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝
    鋼渣抗壓強(qiáng)度為169—306 MPa，莫氏硬度為5—7，質(zhì)地堅(jiān)硬難破碎，較難磨碎。因?yàn)殇撛�比較致密、硬度高，結(jié)構(gòu)特殊，是鐵和渣的結(jié)合體，有的顆粒是渣包鐵，有的顆粒是鐵包渣，甚至有粒度比較大的鐵塊，普通破碎機(jī)都會(huì)出現(xiàn)“卡鐵”現(xiàn)象，處理不及時(shí)都會(huì)出現(xiàn)損壞設(shè)備的情況，而水泥、冶金配料等應(yīng)用需要的最大粒度在10 mm以下的尾渣，顎式破碎機(jī)預(yù)處理鋼渣流程只能將它破碎到40—60mm，倘若這種粒度的尾渣為了后續(xù)利用而直接進(jìn)入球磨機(jī)加工，必然效率很低和浪費(fèi)很多能量，從而額外生產(chǎn)成本大大增加，甚至超過(guò)鋼渣利用所帶來(lái)的附加值。因此，鋼渣的加工處理技術(shù)缺陷成為了制約鋼渣綜合利用發(fā)展的瓶頸，而最主要的難題就是它的細(xì)碎問(wèn)題。
    研究和實(shí)現(xiàn)鋼渣高效渣鐵解離工藝主要是為了解決鋼渣難以加工或加工成本高的問(wèn)題。鋼渣高效渣鐵解離工藝主要目的之一是回收其中的金屬，其二是綜合利用尾渣。在水泥和建材等行業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，尾渣可以百分之百地實(shí)現(xiàn)綜合利用，但在水泥和建材等行業(yè)不發(fā)達(dá)的地區(qū)，尾渣僅有少量用作冶金熔劑使用，而大部分只能用于工程回填等用途。為此，對(duì)于可以充分利用的尾渣，要求具有較細(xì)的粒度，鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝I如圖2所示。對(duì)于無(wú)法利用的尾渣，為降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，需要在中碎之后進(jìn)行拋尾工作，僅讓含鐵量高的部分鋼渣進(jìn)入后續(xù)工序，鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝Ⅱ如圖3所示。
    鋼渣由普通顎式破碎機(jī)處理后，經(jīng)磁選除去大塊金屬鐵后進(jìn)入改進(jìn)型慣性圓錐破碎機(jī)，慣性圓錐破碎機(jī)由于原理及結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，對(duì)鋼渣進(jìn)行沖擊擠壓破碎，破碎的粒度較細(xì)，將渣、鐵分離。再通過(guò)磁選將鐵回收，尾礦中的含鐵量大為降低，在保證鐵回收品位的前提下，極大程度地提高了鐵的回收率，減少了后續(xù)磨礦處理的循環(huán)量，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。
    本工藝的特點(diǎn)如下：  (1)選用了鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎設(shè)備，兩段開(kāi)路破碎鋼渣，使工藝流程得到簡(jiǎn)化，減少輔助振動(dòng)篩、皮帶等設(shè)備臺(tái)數(shù)，方便現(xiàn)場(chǎng)布局，及節(jié)約設(shè)備和基建投資；  (2)產(chǎn)品粒度細(xì)，產(chǎn)品粒度為國(guó)外新型鋼渣處理工藝的1/2，實(shí)現(xiàn)了渣鐵的充分解離，大大提高了鋼渣中鐵的回收率；  (3)應(yīng)用了關(guān)鍵細(xì)碎設(shè)備后，徹底解決了工藝因頻繁“過(guò)鐵”導(dǎo)致設(shè)備損壞的問(wèn)題，有優(yōu)良的“過(guò)鐵保護(hù)”性能，保證了流程的順利進(jìn)行；(4)由于采用了“選擇性破碎”和“料層粉碎”原理，較少了設(shè)備磨損。
3、鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝的關(guān)鍵設(shè)備
    3種鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝生產(chǎn)線配置如表2，其中中碎段為普通顎式破碎機(jī)，細(xì)碎段為改進(jìn)型的慣性圓錐破碎機(jī)。
    慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示，機(jī)體安裝在隔振彈簧上，破碎機(jī)的破碎工作主要由定錐和動(dòng)錐完成。兩個(gè)錐體工作面均裝有保護(hù)襯板，襯板對(duì)物料進(jìn)行沖擊擠壓剪切以及物料之間的相互作用，完成對(duì)物料的破碎。動(dòng)錐軸的滑動(dòng)軸承上裝有激振器。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)三角皮帶、聯(lián)軸節(jié)傳給激振器，使其繞動(dòng)錐中心線轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)激振器產(chǎn)生離心力時(shí)，離心力迫使球面支承上的動(dòng)錐繞其球心做旋擺運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的破碎。
    鋼渣是“渣”和“鐵”的熔融結(jié)合體，渣與鐵的硬度、延展性及耐磨度等都存在極大的差異，特別是其中存在塊度較大的鐵，用普通破碎機(jī)不僅將鋼渣破碎到較細(xì)的粒度存在很大困難，而且還會(huì)時(shí)常發(fā)生“卡鐵”現(xiàn)象，甚至是引起設(shè)備故障。本課題組經(jīng)計(jì)算、模擬不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，改進(jìn)后的慣性圓錐破碎機(jī)破碎力大且由于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與破碎機(jī)構(gòu)是柔性聯(lián)結(jié)，出現(xiàn)大塊鐵時(shí)能將鐵砸扁排出，不會(huì)引起設(shè)備故障，保證了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而且慣性圓錐破碎機(jī)應(yīng)用了選擇性破碎和料層粉碎原理，鋼渣在設(shè)備中是擠滿狀態(tài)，物料顆粒在負(fù)荷作用下，主要是沿晶體間的區(qū)域破壞而不破壞晶體本身，硬度大的物料將硬度小的物料擠壓破碎，鋼渣在其中經(jīng)過(guò)十幾次振動(dòng)沖擊破碎，被破碎到很細(xì)的粒度，實(shí)現(xiàn)了渣與鐵的充分解離。
4、結(jié)論及展望
    在充分調(diào)研了鋼渣性質(zhì)、國(guó)內(nèi)外鋼渣處理工藝和設(shè)備的基礎(chǔ)上，本鋼渣高效渣鐵解離細(xì)碎工藝，克服了以往鋼渣處理工藝流程復(fù)雜、粒度粗、鋼渣中鐵的回收率不高、投資大等缺點(diǎn)，具有流程簡(jiǎn)單高效、破碎粒度細(xì)、基本實(shí)現(xiàn)渣鐵解離等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)發(fā)的高效鋼渣細(xì)碎解離設(shè)備，具有破碎比大、破碎粒度細(xì)且均勻、較好的“過(guò)鐵保護(hù)”性能，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用各項(xiàng)性能指標(biāo)均為優(yōu)良，是理想的鋼渣細(xì)碎設(shè)備。開(kāi)路破碎鋼渣細(xì)度為-6 mm占90%的高效鋼渣鐵解離細(xì)碎工藝及設(shè)備，在河北唐山、遼寧本溪、山東青島等多地成功運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，有非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。