摘要：我国钢渣的加工以及有效综合利用水平处于较低的状态。其主要原因在于钢渣细碎存在困难。本文详细阐述了钢渣进行细碎的必要性。还介绍了多种钢渣细碎设备的结构以及工作原理。并且对这些设备在钢渣细碎中的适用性进行了分析。研究表明，颚式破碎机和锤式破碎机等设备并不适用于钢渣细碎。液压圆锥破碎机和棒磨机等设备也存在较多的问题。同时，对我国一些钢厂的钢渣加工技术现状进行了对比与分析。介绍了在近两年中取得的、值得推广和应用的钢渣高效渣铁解离细碎工艺以及设备先进技术。这种技术能够对钢渣进行高效加工，以开路方式工作，回收绝大部分的金属铁，使尾渣中金属铁的含量降低至 1%以下，并且能够得到粒度很细的、便于进行深加工和综合利用的尾渣。

钢渣加工需要进行钢渣细碎，而细碎设备的适用性对于渣铁解离很重要，其中惯性圆锥破碎机在这方面有着独特的作用。

随着我国粗钢产量不断提高，钢渣产量也在不断增加。2010 年我国产生的钢渣大概有 7500 万 t。如果不进行处理，就会占用大量土地并且污染环境。同时，还会导致钢渣中的废钢和尾渣等资源被浪费，这对炼钢工业的可持续发展是不利的。

资料统计显示，我国钢渣的有效利用率仅在 10%左右。这表明我国的钢渣利用水平与国际相比存在很大差距。其原因在于，我国的钢渣处理设备尚不完善，用于钢渣处理的破碎设备不适应钢渣处理的特性，尤其缺乏合适的钢渣细碎设备。因此，研制钢渣细碎设备和钢渣加工技术是紧迫的课题。我国钢铁企业需要在现有应用领域进行科研攻关，解决钢渣细碎难题，这样才能经济地对钢渣进行深加工，实现钢渣的有效综合利用。

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钢渣中大概有 7%到 10%是废钢。钢渣的结构较为复杂，它是渣与铁的结合体，并且两者互相夹杂、相互包裹。钢渣破碎到－5mm 后进行磁选，尾渣中的金属铁含量能降低到 1%以下。很明显，要回收更多的金属铁，就需要把钢渣破碎到尽可能细小的粒度，以达到渣钢和尾渣能够有效解离的目的。

(2) 细碎有利于后续加工。

钢渣后续加工通常需要经过粉磨这一过程，目的是让废钢与尾渣进一步单体解离。从粉磨的理论和实践来看，物料破碎时所需的单位能耗，随着破碎粒度的减小，其变化率是很小的。然而，物料粉磨所需要的单位能耗，却会随着粉磨粒度的减小而急剧增加，并且这种变化率会随着粉磨粒度的继续减小而变得越来越大。所以，有必要采用“多碎少磨”碎磨工艺来降低碎磨能耗。要增加碎磨工作中矿石破碎的比例，减少粉磨的比例，这样就能最大限度地减小入磨物料的粒度，从而减少整个碎磨过程的能耗。钢渣的可磨性差，其粉磨功邦德指数为 20～30kW·h /t，比一些矿石的粉磨功邦德指数高很多。钢渣碎磨时，应当遵守“多碎少磨”的原则。这样可以降低入磨粒度，进而提高碎磨效率，同时也能降低能耗。

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钢渣若未细碎到一定粒度，含铁量就会较高。这样会影响磨机产量，会增加磨机能耗，会缩短研磨体和衬板的寿命，还会增加成本。钢渣原料需预先破碎到 10mm 以下，之后才可进行粉磨。

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钢渣细碎设备特点及适用性分析

笔者走访了部分钢铁集团的钢渣加工厂。经观察发现，我国钢铁企业在细碎设备技术方面，近几年以来没有取得显著的进展。目前，主要仍在使用颚式破碎机、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

不适用于细碎工作。有采用小规格颚式破碎机配合闭路筛分来进行细碎工作的情况，然而其效率极低，效果也差，通常只能加工到－25 + 40mm。昆钢利用 PEX-250×型颚式破碎机和闭路筛分机把钢渣破碎至－25mm，对筛下产物进行分级磁选，金属铁的回收率仅为 64．98%。

2． 2 辊式破碎机

辊式破碎机在水平轴上平行安装了两个相向回转的辊子。其中一个辊子的轴承是固定的，而另一个辊子的轴承则是可动的。可动辊装置带有弹簧，用于保护机器。破碎辊由轴、轮毂和辊皮构成。辊式破碎机可将钢渣破碎至－10mm。然而，辊式破碎机并不适用于钢渣的细碎。其主要缺点如下：其一，两个辊子的轴心距能够变动，这导致产品粒度容易发生变化，加工出的钢渣产品粒度不均匀，只有在闭路工作且循环量较大时，才能获得较细的产品；其二，在生产过程中，钢渣容易飞溅，会对现场环境和安全造成问题；其三，它装有 2 个电机，能耗相对较大；其四，辊皮与钢渣直接接触，因此需要经常修补或更换辊皮，这使得维修不便且使用成本较高。

2． 3 锤式破碎机

锤式破碎机依靠高速回转的锤头进行打击从而实现破碎。工作期间，铰接的锤头高速旋转，对送入的大块物料予以打击，接着使物料抛向机体内壁的破碎板。在破碎板上，物料再次受到冲击而破碎，之后落到下方的格筛上。粒度符合要求的产物从筛条缝隙排出。钢渣坚硬，一副锤头仅使用 8 小时。即便锤头焊有硬质合金，运行 20 天也已无法使用。不同材质的高铬锤、超高锰锤等都不耐用，磨损情况十分严重。经过反复的分析对比，得出不适于破碎钢渣的结论。

河北等地区已经对其进行了实践验证，较大的钢渣加工企业都将锤式破碎机淘汰了。

2． 4 反击式破碎机和立式冲击式破碎机

反击式破碎机与立式冲击式破碎机的工作原理和锤式破碎机相近，二者都属于旋转冲击类破碎机，能让物料块在破碎腔内遭受打击板和反击板的冲击，从而产生破碎作用。其结构和工作原理致使打击板成为最易磨损的工作零件，磨损程度比其他破碎机严重很多。并且它的装机功率相对较大，所以反击式破碎机不太适合对钢渣进行细碎。天源二手物资曾使用该设备。产品粒度为 35 ～ 50mm 时，其产量可达到要求。然而，当产品粒度被控制到－15mm 时废钢破碎机锤头，它的产量降低了 50% 多。同时，即便如此，仍无法满足－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构成。动锥在偏心轴套的作用下，于破碎腔内沿着定锥的周边进行运动。当动锥靠近定锥时会进行破碎工作，而与之相对的那一边则进行排料工作。如此这般，会连续地进行破碎和排料的工作。因为它的传动机构是刚性的，所以设计了具有一定保护作用的液压装置。

液压圆锥破碎机可用于矿山软硬度矿石的中细碎作业。通常能产出 20 ～ 45mm 的破碎产品。若要达到－12mm 的入磨粒度，就需要采用筛分以及返回循环的闭路配置。钢渣硬度较高，其结构特殊且夹杂金属铁。用液压圆锥破碎机细碎时，若排料口设定较小，破碎机就会频繁“过铁”，进而激发液压保护装置自动增大排料口，导致钢渣未被加工就直接排出，造成工作不连续；若排料口设定较大，破碎产品粒度就会大，无法满足生产要求。采用闭路配置会导致循环负荷大且工作效率低。当需要产品粒度为－10mm 时，液压圆锥破碎机的循环负荷能高达 70.8%。

2． 6 棒磨机

棒磨机的筒体内有适当的磨矿介质钢棒。驱动筒体回转后，钢棒在离心力和摩擦力的作用下被提升到一定高度，接着抛落下来。钢棒以很大的冲击力砸在筒体中的粗颗粒物料上，从而将一些物料砸碎。

棒磨机用于破碎钢渣的效果也不太好。主要原因如下：其一，钢棒容易磨损，当钢棒泻落时，上层钢棒会沿着下层钢棒逐步向下滚跌，钢棒之间以及钢棒与物料之间会产生冲击和研磨作用，从而导致钢棒发生磨损，一般使用 2 至 3 小时后，破碎钢渣的钢棒磨损就会比较严重，尤其出料口端磨损更为严重，会使钢棒变成锥体，呈现一端粗一端细的状态；其二，研磨介质添加较为方便，但更换起来却非常不便；其三，破碎产品的粒度不稳定，开始的几天，产品粒度大多能满足要求，但当钢棒变形后，研磨效果会降低废钢破碎机锤头，产品合格率也会下降，例如在天冶集团，只能得到 60%的-10mm 产品；其四，棒磨机的装机功率较大，但能耗利用效率较低，使用成本较高。

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我国几大钢厂钢渣加工现状

我国一些钢厂的相关情况见表 1。通过查阅文献得知，这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、工作方式以及产品粒度等方面的信息在表 1 中有体现。产品粒度指的是破碎加工工序最后的产品粒度。当工作方式为闭路时，产品粒度由细碎工段后面的检查筛分所使用筛网的网孔尺寸决定；当工作方式为开路时，产品粒度由细碎设备的产品最大粒度决定。

从表 1 能够看出，这些钢厂均采用两段闭路破碎的加工工艺。为达成闭路循环以及多级磁选的目的，这些钢厂的钢渣加工生产线都规划设计了多条皮带，其中数量最多的达到了 8 条。很明显，皮带的数量越多，工业流程就会越繁杂，生产效率也就会越低，生产线的可操控性也会越差。上述钢渣加工生产线存在最大不足。它们虽采用闭路工作方式，细碎段循环量较大，但破碎加工最后筛下产品的最大粒度仍较大，都在－25 +35mm 之间。从前面的分析能看出，－35mm 的尾渣可能含有 3% ～ 5%的金属铁。若这类尾渣用于筑路、填海等，会造成很大资源浪费。破碎加工之后能够使用磁选回收一部分金属铁。然而，因为粒度大的缘故，金属铁和尾渣未能实现有效的解离。所以，金属铁的回收率不高，并且回收的渣钢的铁品位低，通常不容易直接进行循环利用。

棒磨机、自磨机以及卧磨机等可以采用闭路工作方式，从而能够得到几个毫米粒度的产品。然而，磨机的装机功率较大，例如，Φ2700×的棒磨机装机功率为 400kW，但其功耗只有很小的一部分是用于物料的粉磨，大部分都消耗在发热、发声以及磨机筒体的动能上。另外，研究显示，磨机的功耗利用率处在 6%到 8%这个范围。并且，它还不到破碎设备功耗利用率的 50%。

我国钢渣加工工业应用中设备存在一些技术问题。因此，有必要开发适用于钢渣细碎的破碎设备。同时，要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。这样做有助于促进我国钢渣加工技术的完善和设备水平的提高，进而推动钢渣的综合利用。

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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”的研究项目，在 2010 年经由中国有色金属工业协会组织了科技成果的鉴定。此项目的技术水平达到了国际先进的水平。该项目针对目前我国钢渣存在的现状，即钢渣不均质且含有金属铁不易破碎解离，尤其缺乏合适的细碎工艺和设备，致使钢渣的有效综合利用率较低。通过相关理论分析，优化并研制出适合钢渣细碎以及实现渣铁解离的设备，从而成功开发出新型钢渣高效渣铁解离细碎工艺。工艺流程见图 1。

该技术把优化的 GYP 系列惯性圆锥破碎机当作钢渣细碎设备。惯性圆锥破碎机运用了万向节柔性传动技术，从而解决了钢渣细碎过程中因频繁“过铁”而产生的难题；通过激振器提供动力，能够获得更大的破碎力和破碎比，不但可以将钢渣破碎得很细，而且还能把渣铁砸扁并排出，以此保证工作的连续性以及金属铁的回收。该技术设计配置了两段加工工艺。它能够实现开路工作。破碎后的产品粒度较细。其中，Ⅰ型生产线产品粒度小于 6mm，Ⅱ型生产线产品粒度小于 8mm，Ⅲ型生产线产品粒度小于 10mm。这些产品粒度比前述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。该技术可以让渣铁实现高效解离，还能提升金属铁的回收率，使得尾渣中金属铁的含量低于 1%，能够得到粒度很细的尾渣，并且这种尾渣能够满足水泥、钢铁冶炼等生产应用的需求。

从 2010 年 8 月开始鉴定到现在已经一年了。在这一年里，该技术和设备已经在邯郸钢铁、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得到了工业应用。

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结 论

钢渣加工至－10mm 后，经过钢渣破碎和磁选，在保证渣钢品位的情况下，能够将尾渣剩余的金属铁含量降低到 1%左右；只有将破碎到－10mm 的尾渣进行研磨等深加工，才会有明显的经济性。

颚式破碎机不能用于钢渣的细碎工作；锤式破碎机等旋转冲击类破碎机在破碎钢渣时，其易损件消耗速度快，更换周期短，导致生产成本较高；液压圆锥破碎机加工钢渣需要闭路配置，这样得到的破碎产品粒度较大，并且循环负荷大，生产效率低。

棒磨机等粉磨设备可以通过闭路工作方式来破磨钢渣，从而获得较细的产品。然而，这些设备的装机功率较大，能耗利用率却比较低。同时，研磨介质磨损速度较快，导致钢耗较高。此外，产品的稳定性也较差，并且生产成本很高。

惯性圆锥破碎机作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以及破碎过程中频繁“过铁”的问题。该工艺能够两段开路破碎钢渣，不存在循环负荷，能够高效细碎和解离渣铁，可把钢渣破碎至 6 ～ 10mm 以下，尾渣的金属铁含量能降低到 1%以下。

文章作者：陈 帮 ( 北京矿冶研究总院，北京 )