利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，包括（1）原料制備：鉻鐵礦粉與焦粉混勻后在圓盤造球機上造球；(2)預(yù)還原：將生球團均勻布于鏈篦機上進行預(yù)熱干燥，所用的熱源為回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣；經(jīng)預(yù)熱干燥的生球團裝入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行預(yù)還原,使用終還原段鐵浴爐產(chǎn)生的煤氣燃燒供熱；(3)終還原：高溫的預(yù)還原球團通過螺旋排料器從鐵浴爐頂部加入，熱裝入鐵浴爐進行熔分；利用煤氧噴槍向鐵浴中噴吹煤粉和氧氣，煤粉和氧氣在鐵浴中燃燒，為熔分提供所需的熱量；熔分完成后，進行渣鐵分離，出鐵出渣。本發(fā)明能大量地處理鉻鐵礦粉，增加對粉礦的利用，從而降低鉻鐵合金的生產(chǎn)成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金的生產(chǎn)方法，具體涉及一種利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，屬于非高爐煉鐵領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]鉻鐵合金是生產(chǎn)不銹鋼必不可少的原料，大量的鉻鐵合金用于不銹鋼的生產(chǎn)，因此鉻鐵工業(yè)對不銹鋼工業(yè)的影響很大。電爐是目前鉻鐵合金的主要生產(chǎn)設(shè)備，冶煉需要消耗大量的電能和焦炭。我國鉻礦資源貧乏，大部分鉻鐵礦要依靠進口。目前，世界上每年開采的鉻礦中粉礦約占80%。粉礦品位較高，價格相對低廉，但在冶煉過程中粉礦過多會使?fàn)t況惡化，增加冶煉電耗，并降低鉻的回收率，嚴重影響各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。因此，探索節(jié)電節(jié)焦的鉻鐵還原新工藝，加強鉻鐵礦粉的利用，是降低鉻鐵合金生產(chǎn)能耗、提高市場競爭力的重要措施。
[0003]DRC法是加拿大國際金屬回收公司開發(fā)的一種生產(chǎn)鉻鐵合金的工藝。該法使用轉(zhuǎn)底爐還原球團。該法在球團內(nèi)配加碳素還原劑，使用圓盤造球機造出直徑約1mm球團，連續(xù)裝入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，爐床上的球團厚度約為35_。在爐床旋轉(zhuǎn)過程中，球團被爐內(nèi)高溫氣流預(yù)熱還原。爐內(nèi)壁設(shè)有噴油或噴煤粉(由氧氣帶入)的燒嘴，燃燒溫度可以達到1400°C。高溫氣流與球團逆向運動，球團在爐床上旋轉(zhuǎn)一周后以1200°C的高溫排出。熱球團加熔劑在電爐內(nèi)熔煉出鉻鐵合金。Cr2O3的還原度可達80%以上，F(xiàn)e2O3的還原度可達90%以上，冶煉電耗為 2000kWh/tHM，綜合能耗為 1548kgce/tHM。
[0004]DRC法使用轉(zhuǎn)底爐作為預(yù)還原反應(yīng)器，可以實現(xiàn)1300°C左右的高溫快速還原，對球團強度要求不高。但轉(zhuǎn)底爐存在以下缺點和技術(shù)難點:熱氣流不通過料層，主要靠輻射傳熱，熱效率低；料層僅為2至3個球的厚度，要達到一定的生產(chǎn)能力，設(shè)備占地面積要大，因此生產(chǎn)能力和設(shè)備尺寸很難與鐵浴終還原反應(yīng)器匹配。該方法使用電爐作為熔煉鉻鐵合金的終還原反應(yīng)器，電耗較高，不適合在電能緊張或成本高的地區(qū)推廣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)提出一種新的兩步法熔融還原處理鉻鐵礦粉的方法，實現(xiàn)鉻鐵礦粉的高效利用。該方法預(yù)還原段使用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯作為預(yù)熱和預(yù)還原球團的反應(yīng)器，終還原段使用鐵浴爐作為熔煉鉻鐵合金的反應(yīng)器。該工藝屬于一種非高爐煉鐵工藝。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
使用鉻鐵礦粉與焦粉混合生產(chǎn)含碳鉻鐵球團，含碳鉻鐵球團首先在鏈篦機中被干燥、預(yù)熱，然后在回轉(zhuǎn)窯的高溫環(huán)境下被還原成具有一定金屬化率的金屬化球團，最后將金屬化球團熱裝入鐵浴爐生產(chǎn)液態(tài)的鉻鐵合金。鐵浴爐通過噴煤和吹氧來達到高溫與還原性氣氛，產(chǎn)生的煤氣送入回轉(zhuǎn)窯中與過剩的空氣混合燃燒來達到鉻鐵氧化物直接還原反應(yīng)所需的高溫?；剞D(zhuǎn)窯窯尾煤氣全部進入鏈篦機中用于干燥和預(yù)熱含碳鉻鐵生球團。
[0007]為了進一步詳細的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面就本發(fā)明的具體步驟進行論述:
(1)原料制備:鉻鐵礦粉與焦粉混勻后在圓盤造球機上造球，球團直徑為10至30mm，最佳為20mm ;造球所用的其他原料還包括膨潤土和水，生球碳氧比為1.0至1.5 ;
(2)預(yù)還原:將生球團均勻布于鏈篦機上進行預(yù)熱干燥，所用的熱源為回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣；經(jīng)預(yù)熱干燥的生球團裝入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行預(yù)還原；含碳球團的預(yù)還原以自還原為主；從終還原段產(chǎn)生的高溫高熱值氣體引入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，和助燃空氣混合燃燒，提供預(yù)還原所需的高溫；
(3)終還原:高溫的預(yù)還原球團通過螺旋排料器從鐵浴爐頂部加入，熱裝入鐵浴爐進行熔分；利用煤氧噴槍向鐵浴中噴吹煤粉和氧氣，煤粉和氧氣在鐵浴中燃燒，為熔分提供所需的熱量；熔分完成后，進行渣鐵分離，出鐵出渣。
[0008]本發(fā)明中，配碳比指碳氧比，是碳與鉻鐵氧化物中的氧的物質(zhì)的量之比。
[0009]本發(fā)明的原理是:(I)含碳球團自還原技術(shù):含碳球團在無外界還原氣氛條件下加熱，自身發(fā)生的還原現(xiàn)象稱為自還原。含碳球團的自還原有一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，是包括碳的氣化、直接還原、間接還原、傳熱、傳質(zhì)等的綜合過程。在惰性氣氛中，當(dāng)溫度大于900°C時，含碳球團內(nèi)部會發(fā)生自還原反應(yīng)，并且有抗CO2氧化的能力。由于鐵礦和還原劑混合成球，含碳球團中鐵氧化物的還原速度明顯高于其它球團和礦石。在沒有固體碳存在的條件下，許多氧化物不能被CO所還原，如Cr2O3和Fe2S14,但在有C參加反應(yīng)時，還原能夠進行，因此含碳球團金屬化率理論上可以達到100%。(2)鉻鐵礦中脈石的主要成分是氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅，還有少量的氧化鈣。經(jīng)過對各種渣系相圖的研究，確定合理的CaO-S12-Al2O3-MgO四元爐洛組成,保證還原反應(yīng)的正常進行,使洛、鐵具有良好的流動性，保證渣鐵分離良好。
[0010]終還原段產(chǎn)生的煤氣送入預(yù)還原段燃燒供熱，為爐料提供還原所需熱量，還原爐內(nèi)還原氣氛可控，同時便于控制爐內(nèi)溫度。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:(I)創(chuàng)新的生產(chǎn)方式:該工藝將還原過程分解為固體狀態(tài)的預(yù)還原和熔融狀態(tài)的終還原兩個階段，并在兩個反應(yīng)器中分別進行。預(yù)還原階段在回轉(zhuǎn)窯中完成，利用鐵浴爐產(chǎn)生的高溫還原性氣體做燃料，將含碳鉻鐵球團還原到一定的金屬化率，再由終還原階段完成熔化、最終的還原和生產(chǎn)出鉻鐵合金的任務(wù)。(2)鐵浴爐不需要焦炭和電能，可使用低等級的粉煤，通過煤氧燃燒供熱，反應(yīng)強度大，反應(yīng)速度快，容積利用系數(shù)高。(3)采用含碳球團自還原技術(shù)，使用鉻鐵礦粉和焦粉作為造球配碳原料，球團力學(xué)性能良好，反應(yīng)動力學(xué)條件優(yōu)越，反應(yīng)速度快，金屬化率較高。(4)工藝設(shè)備緊湊，預(yù)還原段和終還原段之間的物料輸送使用熱裝熱送技術(shù)?；剞D(zhuǎn)窯生產(chǎn)的高溫金屬化球團通過螺旋排料器熱裝入鐵浴爐，鐵浴爐熔煉產(chǎn)生的高溫還原性氣體通入回轉(zhuǎn)窯作為供熱燃料，熱量得到充分利用。(5)大量使用鉻鐵礦粉和廉價的煤資源，生產(chǎn)成本低。
[0012]總體而言，該工藝為兩步法熔融還原工藝，能夠大量地處理鉻鐵礦粉，增加對粉礦的利用，從而降低鉻鐵合金的生產(chǎn)成本；使用煤粉作為還原劑和熱源，擺脫了對焦炭和電能的依賴，節(jié)約能源；預(yù)還原球團熱裝入終還原爐，減少了能量損失；終還原爐為還原性氣氛，避免了還原產(chǎn)物的二次氧化，金屬收得率高；生產(chǎn)周期短，處理能力強，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，需要理解的是，具體實施例僅是對本發(fā)明做進一步的說明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0015](I)原料準(zhǔn)備:將鉻鐵礦粉、焦粉、膨潤土、水混勻后在造球機上造球，其中:焦粉的添加量按生球碳氧比為1:1確定，膨潤土添加量為鉻鐵礦粉質(zhì)量的3%，水的添加量為鉻鐵礦粉質(zhì)量的5%，球團直徑為20mm。
[0016](2)預(yù)熱干燥:將生球均勻散布在慢速運行的鏈篦機篦板上，利用回轉(zhuǎn)窯窯尾排出的熱氣流對生球進行干燥和預(yù)熱，在鏈篦機驅(qū)動裝置的作用下，含碳生球團在篦床上依次經(jīng)過鼓風(fēng)干燥段、抽風(fēng)干燥段和預(yù)熱段，經(jīng)干燥脫水、預(yù)熱，初步固結(jié)并獲得一定強度后通過給料溜槽送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。鏈篦機入口煤氣溫度850°C，出口煤氣溫度120°C。
[0017](3)預(yù)還原:回轉(zhuǎn)窯體按一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，鉻鐵球團從窯尾加料段連續(xù)加入。爐料從鏈篦機到回轉(zhuǎn)窯的界面溫降為20°C。隨著窯體的轉(zhuǎn)動，固體物料不斷地翻滾，向窯頭排料端移動。由鐵浴爐產(chǎn)生的經(jīng)熱旋風(fēng)除塵器除塵之后的高溫還原煤氣，通過兌入冷卻煤氣降溫后引入回轉(zhuǎn)窯窯頭燒嘴燃燒，提供預(yù)還原所需的熱量。球團移動過程中，被逆向高溫氣流加熱，鉻鐵氧化物被球團中的碳還原，形成具有一定金屬化率的金屬化球團。經(jīng)預(yù)還原得到的金屬化球團中鐵的金屬化率為90%，鉻的金屬化率為65%。回轉(zhuǎn)窯的出料溫度為1100°C，噴吹煤氣溫度為800°C，窯尾煤氣溫度為850°C，助燃空氣過剩系數(shù)為1.05。
[0018](4)終還原:在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)預(yù)還原的高溫金屬化球團通過螺旋排料器加入鐵浴爐，爐料從回轉(zhuǎn)窯到鐵浴爐的界面溫降為50°C。氧氣和煤粉通過噴槍加入到渣層和渣焦軟熔帶中劇烈反應(yīng)，提供熱量和還原劑。預(yù)還原球團中有一定的殘?zhí)?，可作為鐵浴爐的部分熱量和還原劑來源。鐵浴爐爐頂煤氣溫度為1350°C，煤氣氧化度為0.15。煤氣引出后首先經(jīng)過熱旋風(fēng)除塵器除塵，除塵效率為80%，收集到的爐塵返吹到鐵浴爐內(nèi)。通過調(diào)節(jié)石灰石、白云石、硅石的加入量來控制爐渣的熔點。爐渣溫度為1650°C，二元堿度為0.3，渣中S12含量為0.4,MgOAl2O3為0.75，保證該爐渣的熔化溫度在1500至1550°C之間。熔煉得到的鉻鐵合金溫度為1600°C。
[0019](5)出渣鐵:鐵浴爐冶煉結(jié)束后，爐渣和鉻鐵合金分別排出。
【權(quán)利要求】
1.利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，其特征在于包括如下步驟: .(1)原料制備:鉻鐵礦粉與焦粉混勻后在圓盤造球機上造球，球團直徑為10至30mm；造球所用的其他原料還包括膨潤土和水，生球碳氧比為1.0至1.5 ; . (2)預(yù)還原:將生球團均勻布于鏈篦機上進行預(yù)熱干燥，所用的熱源為回轉(zhuǎn)窯窯尾廢氣；經(jīng)預(yù)熱干燥的生球團裝入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行預(yù)還原；含碳球團的預(yù)還原以自還原為主；從終還原段產(chǎn)生的高溫高熱值氣體引入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，和助燃空氣混合燃燒，提供預(yù)還原所需的高溫； .(3)終還原:高溫的預(yù)還原球團通過螺旋排料器從鐵浴爐頂部加入，熱裝入鐵浴爐進行熔分；利用煤氧噴槍向鐵浴中噴吹煤粉和氧氣，煤粉和氧氣在鐵浴爐中燃燒，為熔分提供所需的熱量；熔分完成后，進行渣鐵分離，出鐵出渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，其特征在于:所述的原料制備，是將鉻鐵礦粉、焦粉、膨潤土、水混勻后在造球機上造球，其中:焦粉的添加量按生球碳氧比為1:1確定，膨潤土添加量為鉻鐵礦粉質(zhì)量的3%，水的添加量為鉻鐵礦粉質(zhì)量的5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，其特征在于:所述的球團直徑為20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用鉻鐵礦粉兩步法熔融還原生產(chǎn)鉻鐵合金的方法，其特征在于:經(jīng)預(yù)還原得到的金屬化球團中鐵的金屬化率為90%，鉻的金屬化率為65% ;回轉(zhuǎn)窯的出料溫度為1100°C，噴吹煤氣溫度為800°C，窯尾煤氣溫度為850°C，助燃空氣過剩系數(shù)為1.05。
【文檔編號】C21B13/14GK104404189SQ201410678529
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王君 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司