利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，包括（1）原料制备：铬铁矿粉与焦粉混匀后在圆盘造球机上造球；(2)预还原：将生球团均匀布于链篦机上进行预热干燥，所用的热源为回转窑窑尾废气；经预热干燥的生球团装入回转窑内进行预还原,使用终还原段铁浴炉产生的煤气燃烧供热；(3)终还原：高温的预还原球团通过螺旋排料器从铁浴炉顶部加入，热装入铁浴炉进行熔分；利用煤氧喷枪向铁浴中喷吹煤粉和氧气，煤粉和氧气在铁浴中燃烧，为熔分提供所需的热量；熔分完成后，进行渣铁分离，出铁出渣。本发明能大量地处理铬铁矿粉，增加对粉矿的利用，从而降低铬铁合金的生产成本，便于大规模生产。
【专利说明】利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金的生产方法，具体涉及一种利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，属于非高炉炼铁领域。
【背景技术】
[0002]铬铁合金是生产不锈钢必不可少的原料，大量的铬铁合金用于不锈钢的生产，因此铬铁工业对不锈钢工业的影响很大。电炉是目前铬铁合金的主要生产设备，冶炼需要消耗大量的电能和焦炭。我国铬矿资源贫乏，大部分铬铁矿要依靠进口。目前，世界上每年开采的铬矿中粉矿约占80%。粉矿品位较高，价格相对低廉，但在冶炼过程中粉矿过多会使炉况恶化，增加冶炼电耗，并降低铬的回收率，严重影响各项技术经济指标。因此，探索节电节焦的铬铁还原新工艺，加强铬铁矿粉的利用，是降低铬铁合金生产能耗、提高市场竞争力的重要措施。
[0003]DRC法是加拿大国际金属回收公司开发的一种生产铬铁合金的工艺。该法使用转底炉还原球团。该法在球团内配加碳素还原剂，使用圆盘造球机造出直径约1mm球团，连续装入转底炉内，炉床上的球团厚度约为35_。在炉床旋转过程中，球团被炉内高温气流预热还原。炉内壁设有喷油或喷煤粉(由氧气带入)的烧嘴，燃烧温度可以达到1400°C。高温气流与球团逆向运动，球团在炉床上旋转一周后以1200°C的高温排出。热球团加熔剂在电炉内熔炼出铬铁合金。Cr2O3的还原度可达80%以上，Fe2O3的还原度可达90%以上，冶炼电耗为 2000kWh/tHM，综合能耗为 1548kgce/tHM。
[0004]DRC法使用转底炉作为预还原反应器，可以实现1300°C左右的高温快速还原，对球团强度要求不高。但转底炉存在以下缺点和技术难点:热气流不通过料层，主要靠辐射传热，热效率低；料层仅为2至3个球的厚度，要达到一定的生产能力，设备占地面积要大，因此生产能力和设备尺寸很难与铁浴终还原反应器匹配。该方法使用电炉作为熔炼铬铁合金的终还原反应器，电耗较高，不适合在电能紧张或成本高的地区推广。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的关键问题是:针对现有技术提出一种新的两步法熔融还原处理铬铁矿粉的方法，实现铬铁矿粉的高效利用。该方法预还原段使用链篦机-回转窑作为预热和预还原球团的反应器，终还原段使用铁浴炉作为熔炼铬铁合金的反应器。该工艺属于一种非高炉炼铁工艺。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
使用铬铁矿粉与焦粉混合生产含碳铬铁球团，含碳铬铁球团首先在链篦机中被干燥、预热，然后在回转窑的高温环境下被还原成具有一定金属化率的金属化球团，最后将金属化球团热装入铁浴炉生产液态的铬铁合金。铁浴炉通过喷煤和吹氧来达到高温与还原性气氛，产生的煤气送入回转窑中与过剩的空气混合燃烧来达到铬铁氧化物直接还原反应所需的高温。回转窑窑尾煤气全部进入链篦机中用于干燥和预热含碳铬铁生球团。
[0007]为了进一步详细的说明本发明的技术方案，下面就本发明的具体步骤进行论述:
(1)原料制备:铬铁矿粉与焦粉混匀后在圆盘造球机上造球，球团直径为10至30mm，最佳为20mm ;造球所用的其他原料还包括膨润土和水，生球碳氧比为1.0至1.5 ;
(2)预还原:将生球团均匀布于链篦机上进行预热干燥，所用的热源为回转窑窑尾废气；经预热干燥的生球团装入回转窑内进行预还原；含碳球团的预还原以自还原为主；从终还原段产生的高温高热值气体引入回转窑内，和助燃空气混合燃烧，提供预还原所需的高温；
(3)终还原:高温的预还原球团通过螺旋排料器从铁浴炉顶部加入，热装入铁浴炉进行熔分；利用煤氧喷枪向铁浴中喷吹煤粉和氧气，煤粉和氧气在铁浴中燃烧，为熔分提供所需的热量；熔分完成后，进行渣铁分离，出铁出渣。
[0008]本发明中，配碳比指碳氧比，是碳与铬铁氧化物中的氧的物质的量之比。
[0009]本发明的原理是:(I)含碳球团自还原技术:含碳球团在无外界还原气氛条件下加热，自身发生的还原现象称为自还原。含碳球团的自还原有一系列复杂的化学反应，是包括碳的气化、直接还原、间接还原、传热、传质等的综合过程。在惰性气氛中，当温度大于900°C时，含碳球团内部会发生自还原反应，并且有抗CO2氧化的能力。由于铁矿和还原剂混合成球，含碳球团中铁氧化物的还原速度明显高于其它球团和矿石。在没有固体碳存在的条件下，许多氧化物不能被CO所还原，如Cr2O3和Fe2S14,但在有C参加反应时，还原能够进行，因此含碳球团金属化率理论上可以达到100%。(2)铬铁矿中脉石的主要成分是氧化镁、氧化铝和二氧化硅，还有少量的氧化钙。经过对各种渣系相图的研究，确定合理的CaO-S12-Al2O3-MgO四元炉洛组成,保证还原反应的正常进行,使洛、铁具有良好的流动性，保证渣铁分离良好。
[0010]终还原段产生的煤气送入预还原段燃烧供热，为炉料提供还原所需热量，还原炉内还原气氛可控，同时便于控制炉内温度。
[0011]本发明的优点是:(I)创新的生产方式:该工艺将还原过程分解为固体状态的预还原和熔融状态的终还原两个阶段，并在两个反应器中分别进行。预还原阶段在回转窑中完成，利用铁浴炉产生的高温还原性气体做燃料，将含碳铬铁球团还原到一定的金属化率，再由终还原阶段完成熔化、最终的还原和生产出铬铁合金的任务。(2)铁浴炉不需要焦炭和电能，可使用低等级的粉煤，通过煤氧燃烧供热，反应强度大，反应速度快，容积利用系数高。(3)采用含碳球团自还原技术，使用铬铁矿粉和焦粉作为造球配碳原料，球团力学性能良好，反应动力学条件优越，反应速度快，金属化率较高。(4)工艺设备紧凑，预还原段和终还原段之间的物料输送使用热装热送技术。回转窑生产的高温金属化球团通过螺旋排料器热装入铁浴炉，铁浴炉熔炼产生的高温还原性气体通入回转窑作为供热燃料，热量得到充分利用。(5)大量使用铬铁矿粉和廉价的煤资源，生产成本低。
[0012]总体而言，该工艺为两步法熔融还原工艺，能够大量地处理铬铁矿粉，增加对粉矿的利用，从而降低铬铁合金的生产成本；使用煤粉作为还原剂和热源，摆脱了对焦炭和电能的依赖，节约能源；预还原球团热装入终还原炉，减少了能量损失；终还原炉为还原性气氛，避免了还原产物的二次氧化，金属收得率高；生产周期短，处理能力强，便于大规模生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明做进一步的说明，需要理解的是，具体实施例仅是对本发明做进一步的说明，但不构成对本发明的限制。
[0015](I)原料准备:将铬铁矿粉、焦粉、膨润土、水混匀后在造球机上造球，其中:焦粉的添加量按生球碳氧比为1:1确定，膨润土添加量为铬铁矿粉质量的3%，水的添加量为铬铁矿粉质量的5%，球团直径为20mm。
[0016](2)预热干燥:将生球均匀散布在慢速运行的链篦机篦板上，利用回转窑窑尾排出的热气流对生球进行干燥和预热，在链篦机驱动装置的作用下，含碳生球团在篦床上依次经过鼓风干燥段、抽风干燥段和预热段，经干燥脱水、预热，初步固结并获得一定强度后通过给料溜槽送入回转窑内。链篦机入口煤气温度850°C，出口煤气温度120°C。
[0017](3)预还原:回转窑体按一定的转速旋转，铬铁球团从窑尾加料段连续加入。炉料从链篦机到回转窑的界面温降为20°C。随着窑体的转动，固体物料不断地翻滚，向窑头排料端移动。由铁浴炉产生的经热旋风除尘器除尘之后的高温还原煤气，通过兑入冷却煤气降温后引入回转窑窑头烧嘴燃烧，提供预还原所需的热量。球团移动过程中，被逆向高温气流加热，铬铁氧化物被球团中的碳还原，形成具有一定金属化率的金属化球团。经预还原得到的金属化球团中铁的金属化率为90%，铬的金属化率为65%。回转窑的出料温度为1100°C，喷吹煤气温度为800°C，窑尾煤气温度为850°C，助燃空气过剩系数为1.05。
[0018](4)终还原:在回转窑中经预还原的高温金属化球团通过螺旋排料器加入铁浴炉，炉料从回转窑到铁浴炉的界面温降为50°C。氧气和煤粉通过喷枪加入到渣层和渣焦软熔带中剧烈反应，提供热量和还原剂。预还原球团中有一定的残碳，可作为铁浴炉的部分热量和还原剂来源。铁浴炉炉顶煤气温度为1350°C，煤气氧化度为0.15。煤气引出后首先经过热旋风除尘器除尘，除尘效率为80%，收集到的炉尘返吹到铁浴炉内。通过调节石灰石、白云石、硅石的加入量来控制炉渣的熔点。炉渣温度为1650°C，二元碱度为0.3，渣中S12含量为0.4,MgOAl2O3为0.75，保证该炉渣的熔化温度在1500至1550°C之间。熔炼得到的铬铁合金温度为1600°C。
[0019](5)出渣铁:铁浴炉冶炼结束后，炉渣和铬铁合金分别排出。
【权利要求】
1.利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，其特征在于包括如下步骤: .(1)原料制备:铬铁矿粉与焦粉混匀后在圆盘造球机上造球，球团直径为10至30mm；造球所用的其他原料还包括膨润土和水，生球碳氧比为1.0至1.5 ; . (2)预还原:将生球团均匀布于链篦机上进行预热干燥，所用的热源为回转窑窑尾废气；经预热干燥的生球团装入回转窑内进行预还原；含碳球团的预还原以自还原为主；从终还原段产生的高温高热值气体引入回转窑内，和助燃空气混合燃烧，提供预还原所需的高温； .(3)终还原:高温的预还原球团通过螺旋排料器从铁浴炉顶部加入，热装入铁浴炉进行熔分；利用煤氧喷枪向铁浴中喷吹煤粉和氧气，煤粉和氧气在铁浴炉中燃烧，为熔分提供所需的热量；熔分完成后，进行渣铁分离，出铁出渣。
2.根据权利要求1所述的利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，其特征在于:所述的原料制备，是将铬铁矿粉、焦粉、膨润土、水混匀后在造球机上造球，其中:焦粉的添加量按生球碳氧比为1:1确定，膨润土添加量为铬铁矿粉质量的3%，水的添加量为铬铁矿粉质量的5%。
3.根据权利要求1所述的利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，其特征在于:所述的球团直径为20mm。
4.根据权利要求1所述的利用铬铁矿粉两步法熔融还原生产铬铁合金的方法，其特征在于:经预还原得到的金属化球团中铁的金属化率为90%，铬的金属化率为65% ;回转窑的出料温度为1100°C，喷吹煤气温度为800°C，窑尾煤气温度为850°C，助燃空气过剩系数为1.05。
【文档编号】C21B13/14GK104404189SQ201410678529
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王君 申请人:中冶南方工程技术有限公司