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铬铁冶炼工艺介绍

目前,冶炼铬铁合金的主要原料是铬块矿和铬粉矿。由于在冶炼过程中对炉料透气性的要求,通常铬块矿更适合冶炼。但随着当代铬铁合金工业对资源的大量需求,适合直接入炉的铬块矿不断减少,块矿与粉矿的价差也将越来越大。与此同时,随着铬矿开采量的加大和原矿品位的减低,铬粉矿的产出量越来越大。目前铬粉矿市场占有率已经达到50%。在冶炼的方面,与铬块矿相比,铬粉矿容易导致矿热炉透气性变差,不能直接入炉,但具有品位高、价格低等优势。

铬粉矿造块是解决铬粉矿应用的一有效途径。铬粉矿中铬尖晶石的熔点高,一般不采用烧结工艺,普遍使用球团工艺。处理工艺有预热与还原法、氧化球团法、冷压造块和冷压球团法等,其中氧化球团法中有一种转动的竖炉设备相比较国内普遍采用的固定竖炉从环保上有较大优势。

如何利用廉价粉矿,选择合适的铬铁粉矿加工工艺是降低我国铬系铁合金生产成本,提高铬系铁合金市场竞争力的有效措施之一。目前,铬铁粉矿主要的加工方法有压块法,球团法和烧结法。

压块法

其工艺特点是将铬精矿和5%的石灰、粘结剂冷压加工,或将铬精矿和粘结剂、4%焦粉冷压加工后入炉。其工艺优点为所用设备较少,建设快、投资省、好管理,一般不需要磨矿,费用低。压块可采用冷固结,减少了工序,节省了燃料,与电炉生产不需同步,灵活性大。但其工艺特点也是很缺陷的,使用冷压块矿冶炼的工艺技术指标难以得到改善,渣中跑铬损失大,很难冶炼出含碳小于8%的高碳铬铁。

球团法

球团法是当前铬粉矿加工工艺的主流工艺。主要有SRC法,DRC法以及COBO法等工艺。

SRC法是一种铬矿固态还原法,也称预还原球团法。1970年前后在日本用于工业生产。我国湖南、吉林、内蒙等地区也进行过实验,取得一定效果。其主要工艺流程是:铬粉矿和焦炭粉经过称量,按合适比例进行混合,通过皮带输入到干燥机内除去水分,传送到球磨机内细磨成粉,加入水分和膨润土送到造球机内造球。再进入链篦机内干燥预热,最后送到回转窑内,在1400℃左右条件下将部分铬和铁的氧化物还原。将赤热的预还原球团和其他辅热(焦炭、硅石等)一起投到热装罐内,最后通过吊车运输到电炉导上方料仓内,再投入到矿热炉内进行高碳铬铁冶炼。

SRC法的优点是:比传统的块矿冶炼节电30%。冶炼用焦减少45%。电炉生产率提高60%。从工序总能耗来看,该工艺与传统工艺接近,但前者可以煤代电。另外,生产能力的提高,可减少对电炉的基建投资。但是使用SRC法磨矿好点较多,为了防止回转窑结窑,对铬矿及燃料要求较严,要求煤粉灰分要低。由于生产管理、高温下配碳准确度要求等诸多因素的影响,完全做到球团热装入店里冶炼是很困难的,因此一般均设置冷装线,所以热装节电这一优点就难以完全实现。目前,由于SRC法对原材料成分、回转窑控制等要求苛刻,甚至链篦机+回转窑高成本投入及维护在国内并没有得到广泛应用。

DRC法是国际金属回收公司开发的一种预热球团工艺,与SRC法不同之处是,球团不是在回转窑而是在转底炉上还原。该工艺成球部分与SRC法相同,在造球盘制成10mm球后,将球连续喂入转底炉内,炉床上生球的厚度约为35mm。在炉床旋转过程中,球团被炉膛内的高温气流预热还原。炉内壁设有喷油、喷煤粉的烧嘴,燃烧温度可达到1400℃。高温气流与球团逆向运动,热球团再加熔剂在电炉内熔炼成高碳铬铁。

COBO法即蒸汽养生球团法。蒸汽养生工艺最早用于建材工业制造墙体材料这一工艺的基本原理是在高温蒸汽的作用下,由热液反应形成化学键产生凝胶物质,将固态颗粒粘结在一起,使球团具有一定强度。该法的优点是:比普通造球工艺工序简单,可在低温下硬化,可用廉价的粘结剂,对铬矿的适应性强,不足之处是:需要高压蒸汽,养生过程所需时间长,不适合大型矿热炉的生产。

旋转竖炉氧化球团工艺

工艺流程

旋转竖炉+矿热炉球团工艺,工艺主要包括配料、混合、润磨、造球、焙烧、配料热装等等。

配料和润磨

在磨矿前将铬粉矿2%的膨润土和返回料进行计量和混合,混合料在润磨机中混合和磨细。成品矿30-40%粒度小于200目。

造球

采用圆盘造球机造球,在工业生产中,湿球连续加到造球机中,母球在造球机中不断滚动而被压密,引起毛细管形状和尺寸的改变,从而使过剩的毛细水被迁移到母球表面,潮湿的母球在滚动中容易黏上一层润湿程度较低的湿料。在压密,表面再黏上一层湿料,如此反复多次,母球不断长大,一直到母球中的摩擦力比滚动时的机械压密作用力大为止。圆盘造球机具有结构简单、设备可靠、运转平稳、能耗低的优点,选用圆盘造球机,通过调整给料量,膨润土配比、造球水分及圆盘造球机的角度及速度来控制生球粒度和落下强度。

筛分

造好的球团,经过辊筛,将粒度为5-20mm的合格的球团筛出,然后运往旋转竖炉焙烧,球团从低温烘干至高温1100℃焙烧氧化,经历7-8小时达到合适强度后排出。

热配料

为了节约热能,烧结好的球团不冷却直接利用,烧结好的球团强度能达到40-100kg力,满足运输机配料的条件,此时与其他辅料进行热配料装于热料罐中,然后热料罐进入电炉冶炼系统。

工艺特点

该工艺针对性强,综合能耗低,运行成本低,主要体现在以下几方面

旋转竖炉特点

国内普遍采用固定式竖炉,即球团在竖炉内铺开后,球团之间相对是静止的,球团之间透气性及焙烧强度极大受制于料层厚度。旋转竖炉靠外筒的旋转带动球团的运动,利用内外筒的偏心缝隙实现球团下料,球团夹在筒之间不仅起到传力介质的作用,同时球团之间也产生运动,带来更好的透气性,合理利用热源焙烧尽量高的料层厚度。

该工艺流程短,针对性强。

针对南非粉矿,1mm以下≥80%。最大粒度为2mm。根据现有市场特点,普遍采用南非粉矿作为基本原料,该粒度要求的粉矿容易买到,便宜。针对这种粒度的粉矿,在磨粉环节只采用一道润磨机即可将粉矿磨至200目占比30-40%,保证造球,并且成球率达到95%。同时球团被皮带倒运6次不会碎裂。

综合经济效益

该工艺与烧结工艺相比,节省了焦粉的使用量80kg/t的铬铁产品,节省约80元/t的铬铁产品,节省了动力电消耗20kWH/t的铬铁产品,节省约20元/t的铬铁产品。

该工艺与SRC工艺比较,由于旋转竖炉良好的透气性带来的效益,节省了电炉煤气使用量。

针对目前国内正在实践的几种造球工艺,重点描述的旋转竖炉氧化球团工艺特点,完全符合国家节能减排相关产业政策,同时获得可观的经济效益,针对特定原料情况制定针对性强的短流程工艺路线,不仅有利于降本增效,同时减少可能存在的环境污染环节,符合铬铁企业生产原材料的处理技术,是未来的发展方向。




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