一种生产铬镍铁复合合金的系统和方法与流程

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种生产铬镍铁复合合金的系统和方法。

背景技术：

转底炉是一个底部可以转动的环形高温窑炉，烧嘴布于炉膛上部，燃料经烧嘴燃烧后产生热量，通过辐射传热的方式将热量传递至炉底物料。目前，转底炉主要用来还原某一种含铁资源，如钢铁厂粉尘、钒钛矿、红土镍矿、铬铁矿、含铁冶金渣等单一原料，转底炉具体工艺流程为：将某一种含铁原料配入一定的还原煤，再加入适量的其他添加剂及水分，充分混匀后将混合料制成含碳球团，球团经烘干处理后通过转底炉布料系统均匀地布于转底炉炉底上，炉底载着球团依次经过预热段及还原段，在1000℃-1300℃的高温下完成还原后，再经由出料机排出炉料，在还原过程中，燃料燃烧产生从热量主要是通过辐射传热的方式从上而下传递给炉料的，这种传热方式就决定了，对于炉内某一种物料的含碳球团来说，球团的布料厚度不能太厚，否则会造成导致球团还原不均匀，由上层到下层的球团还原效果逐渐变差的情况，最终影响产品指标。可以说，只能选择薄料层布料是转底炉与生俱来的一大弊端，这也大大限制了转底炉的产能。而如何实现转底炉的厚料层布料从而提高转底炉的产能，成为业内一大难点。

另一方面，在不锈钢冶炼过程中，作为不锈钢主要成分的铬和镍是分别以铬铁合金、镍铁合金（或纯镍）的状态加入的（即铬是以铬铁合金的状态加入，镍是以镍铁合金的状态加入），目前还没有出现过铬镍铁复合合金作为不锈钢的铬源、镍源使用；另外，传统不锈钢冶炼中，铬铁合金是最终由电炉熔炼而成，镍铁合金最终由电炉或高炉熔炼而成，而电炉法要消费昂贵的电能，能耗高、成本高，高炉法则由于高能耗高污染问题面临淘汰的局面，因此如何设计一种低能耗、低成本的生产铬镍铁复合合金的工艺成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种生产铬镍铁复合合金的系统和方法，将铬铁矿和红土镍矿的混合球团作为原料，采用特殊设计的转底炉双布料系统，改变了目前转底炉只用于处理某一种含铁资源的思路，提高了转底炉的热能利用率和产能；同时降低了熔炼过程能耗。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明提出了一种生产铬镍铁复合合金的系统，其特征在于，包括：第一混料装置、第一制球装置、第一烘干装置、第二混料装置、第二制球装置、第二烘干装置、转底炉和燃气熔炼装置，其中，第一混料装置、第一制球装置和第一烘干装置依次相连，将红土镍矿制成干燥球团；第二混料装置、第二制球装置和第二烘干装置依次相连，将铬铁矿制成干燥球团；具有双布料系统的转底炉分别与所述第一烘干装置和第二烘干装置相连，将所述红土镍矿干燥球团和铬铁矿干燥球团分层布置在所述转底炉内；所述燃气熔炼装置与所述转底炉相连，对经转底炉还原后得到的出料球团混合物进行熔炼，得到铬镍铁复合合金。

进一步的，所述第一混料装置包括：红土镍矿入口、第一还原剂入口、第一添加剂入口、第一水入口和红土镍矿混合物料出口，用于将红土镍矿、第一还原剂、第一添加剂和水进行混合，得到红土镍矿混合物料；所述第一制球装置包括：红土镍矿混合物料入口和红土镍矿含水球团出口，所述红土镍矿混合物料入口与所述混合红土镍矿混合物料出口相连，用于将红土镍矿混合物料进行制球，得到红土镍矿含水球团；所述第一烘干装置包括：红土镍矿含水球团入口和红土镍矿干燥球团出口，所述红土镍矿含水球团入口与所述红土镍矿含水球团出口相连，用于将红土镍矿含水球团烘干，得到红土镍矿干燥球团。

进一步的，所述第二混料装置包括：铬铁矿入口、第二还原剂入口、第二添加剂入口、第二水入口和铬铁矿混合物料出口，用于将铬铁矿、第二还原剂、第二添加剂和水进行混合，得到铬铁矿混合物料；所述第二制球装置包括：铬铁矿混合物料入口和铬铁矿含水球团出口，所述铬铁矿混合物料入口与所述铬铁矿混合物料出口相连，用于将铬铁矿混合物料进行制球，得到铬铁矿含水球团；所述第二烘干装置包括：铬铁矿含水球团入口和铬铁矿干燥球团出口，所述铬铁矿含水球团入口与所述铬铁矿含水球团出口相连，用于将铬铁矿含水球团烘干，得到铬铁矿干燥球团。

进一步的，所述双布料系统的转底炉包括：转底炉炉腔、环形炉底和烟气出口，其中，所述环形炉底可转动地设于所述转底炉炉腔的下部，所述转底炉炉腔沿其圆周旋转方向依次分为进料区、还原区和出料区，位于所述进料区设有第一布料装置和第二布料装置，所述第一布料装置与红土镍矿干燥球团出口相连，所述第二布料装置与铬铁矿干燥球团出口相连，用于在转底炉中布置两种球团。

进一步的，所述第一布料装置将红土镍矿干燥球团铺在下层，所述第二布料装置将铬铁矿干燥球团铺在上层；所述出料区设有转底炉出料装置。

进一步的，所述燃气熔炼装置包括：热态球团入口、铬镍铁复合合金出口和炉渣出口，所述热态球团入口和所述转底炉出料装置相连，用于将出料球团混合物进行高温熔炼。

进一步的，沿所述环形炉底的旋转方向，依次布置有第一布料装置、第二布料装置、还原区和出料区。

在本发明的另一方面，提出了一种利用前面所述的生产铬镍铁复合合金的系统生产铬镍铁复合合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将红土镍矿、第一还原剂、第一添加剂和水加入第一混料装置进行配料和混合，得到红土镍矿混合物料；

b.将红土镍矿混合物料加入第一制球装置进行制球，得到红土镍矿含水球团；

c.将红土镍矿含水球团加入第一烘干装置进行烘干，得到红土镍矿干燥球团；

d.将铬铁矿、第二还原剂、第二添加剂和水加入第二混料装置进行配料和混合，得到铬铁矿混合物料；

e.将铬铁矿混合物料加入第二制球装置进行制球，得到铬铁矿含水球团；

f.将铬铁矿含水球团加入第二烘干装置进行烘干，得到铬铁矿干燥球团；

g.将红土镍矿干燥球团由第一布料装置布入所述转底炉，将铬铁矿干燥球团由第二布料装置布入所述转底炉，所述铬铁矿干燥球团在上层，所述红土镍矿干燥球团在下层，经所述转底炉还原后得到出料球团混合物；

h.将出料球团混合物送入燃气熔炼装置进行高温熔炼，得到铬镍铁复合合金和炉渣。

进一步的，布于所述环形炉底的红土镍矿干燥球团厚度范围是1-5层球团厚度；布于所述环形炉底的铬铁矿干燥球团厚度范围是1-5层球团厚度。

进一步的，所述转底炉的还原温度范围是1300-1500℃；所述转底炉还原时间20-80min；所述第一还原剂和第二还原剂为煤、兰炭、炭黑中的一种或几种。

本发明至少包括以下有益效果：

1）在转底炉处理过程中，本发明采用双布料系统，可同时对两种不同种类的含铁资源进行还原，突破了原料单一性的限制；

2）克服了转底炉与生俱来的只能选择薄料层布料这一弊端，实现了转底炉厚料层布料，大大提高了转底炉产能；

3）根据不同含铁资源需要不同的还原温度这一特性，实现了热能在不同料层间的梯级利用，提高能源利用率；

4）相比于传统不锈钢冶炼中，镍源、铬源分别由镍铁合金、铬铁合金提供，本发明得到的铬镍铁复合合金这一新型材料，一种材料即可同时满足下游不锈钢冶炼对镍源、铬源的需求；

5）冶炼过程采用燃气熔炼，能耗低、成本低。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明系统的结构示意图。

其中，第一混料装置1，红土镍矿入口101，第一还原剂入口102，第一添加剂入口103，第一水入口104，红土镍矿混合物料出口105，第一制球装置2，红土镍矿混合物料入口201，红土镍矿含水球团出口202，第一烘干装置3，红土镍矿含水球团入口301，红土镍矿干燥球团出口302，第二混料装置4，铬铁矿入口401，第二还原剂入口402，第二添加剂入口403，第二水入口404，铬铁矿混合物料出口405，第二制球装置5，铬铁矿混合物料入口501，铬铁矿含水球团出口502，第二烘干装置6，铬铁矿含水球团入口601，铬铁矿干燥球团出口602，转底炉7，燃气熔炼装置8，热态球团入口801，铬镍铁复合合金出口802，炉渣出口803。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

本发明提出了一种生产铬镍铁复合合金的系统，根据本发明的实施例，图2为本发明系统的结构示意图，参照图2所示，本发明所述系统包括：第一混料装置1、第一制球装置2、第一烘干装置3、第二混料装置4、第二制球装置5、第二烘干装置6、转底炉7和燃气熔炼装置8，其中，第一混料装置、第一制球装置和第一烘干装置依次相连，将红土镍矿制成干燥球团；第二混料装置、第二制球装置和第二烘干装置依次相连，将铬铁矿制成干燥球团；具有双布料系统的转底炉分别与所述第一烘干装置和第二烘干装置相连，将所述红土镍矿干燥球团和铬铁矿干燥球团分层布置在所述转底炉内；所述燃气熔炼装置与所述转底炉相连，对经转底炉还原后得到的出料球团混合物进行熔炼，得到铬镍铁复合合金。

根据本发明的实施例，图2为本发明系统的结构示意图，参照图2所示，所述第一混料装置包括：红土镍矿入口101、第一还原剂入口102、第一添加剂入口103、第一水入口104和红土镍矿混合物料出口105，用于将红土镍矿、第一还原剂、第一添加剂和水进行混合，得到红土镍矿混合物料；所述第一制球装置包括：红土镍矿混合物料入口201和红土镍矿含水球团出口202，所述红土镍矿混合物料入口与所述混合红土镍矿混合物料出口相连，用于将红土镍矿混合物料进行制球，得到红土镍矿含水球团；所述第一烘干装置包括：红土镍矿含水球团入口301和红土镍矿干燥球团出口302，所述红土镍矿含水球团入口与所述红土镍矿含水球团出口相连，用于将红土镍矿含水球团烘干，得到红土镍矿干燥球团。

根据本发明的实施例，参照图2所示，所述第二混料装置包括：铬铁矿入口401、第二还原剂入口402、第二添加剂入口403、第二水入口404和铬铁矿混合物料出口405，用于将铬铁矿、第二还原剂、第二添加剂和水进行混合，得到铬铁矿混合物料；所述第二制球装置包括：铬铁矿混合物料入口501和铬铁矿含水球团出口502，所述铬铁矿混合物料入口与所述铬铁矿混合物料出口相连，用于将铬铁矿混合物料进行制球，得到铬铁矿含水球团；所述第二烘干装置包括：铬铁矿含水球团入口601和铬铁矿干燥球团出口602，所述铬铁矿含水球团入口与所述铬铁矿含水球团出口相连，用于将铬铁矿含水球团烘干，得到铬铁矿干燥球团。

根据本发明的实施例，参照图2所示，所述双布料系统的转底炉包括：转底炉炉腔、环形炉底和烟气出口，其中，所述环形炉底可转动地设于所述转底炉炉腔的下部，所述转底炉炉腔沿其圆周旋转方向依次分为进料区、还原区和出料区，位于所述进料区设有第一布料装置和第二布料装置，所述第一布料装置与红土镍矿干燥球团出口相连，所述第二布料装置与铬铁矿干燥球团出口相连，所述第一布料装置将红土镍矿含碳球团铺在下层，所述第二布料装置将铬铁矿含碳球团铺在上层，所述双布料系统的转底炉用于得到出料球团混合物。

根据本发明的一些实施例，本发明的处理对象是铬铁矿和红土镍矿两种原料，通过特殊设计的双布料系统布入转底炉进行还原。这两种原料对还原温度的要求不同，其中，铬铁矿对还原温度要求较高，要求还原温度在1300℃以上，而红土镍矿对还原温度的要求相对较低，在1150~1350℃，根据这一特性，两种原料在转底炉内进行还原时，将铬铁矿干燥球团铺在上层，而将红土镍矿干燥球团铺在下层。在还原过程中，炉膛上部的热量首先通过热辐射方式传递给位于上层的铬铁矿球团，之后再传递至下层的红土镍矿球团，温度在由上层到下层的传递过程中降低，当层厚和温度区间控制合适时，则既可满足上层铬铁矿球团的高温需求，又能满足下层红土镍矿球团的较低温度需求，使热能通过辐射传热方式在不同料层被最大限度的梯级利用，提高了能源的利用率。而在转底炉炉底旋转一周的过程中，铬铁矿和红土镍矿同时完成了各自的还原过程，改变了目前转底炉只能同时处理某一种含铁资源的现状，克服了转底炉与生俱来的只能选择薄料层布料这一弊端，实现了转底炉厚料层布料，大大提高了转底炉产能。

根据本发明的一些实施例，本发所述出料区设有转底炉出料装置，参照图2所示，所述燃气熔炼装置包括：热态球团入口801、铬镍铁复合合金出口802和炉渣出口803，所述热态球团入口和所述转底炉出料装置相连，用于将出料球团混合物进行高温熔炼。

根据本发明的一些实施例，沿所述环形炉底的旋转方向，依次布置有第一布料装置、第二布料装置、还原区和出料区。

根据本发明的一些实施例，本发明所述第一混料装置、第一制球装置、第一烘干装置、第二混料装置、第二制球装置和第二烘干装置的具体种类受限制，只要能起到相对应的混料、制球和烘干的作用即可，其中，本发明所述第一、第二制球装置优选为圆盘造球机或压球机，所述第一、第二烘干装置优选为烘干机。

根据本发明的一些实施例，本发明所述燃气熔炼装置的具体种类不受限制，本发明优选为燃气炉。

在本发明的另一方面，提出了一种利用前面所述的生产铬镍铁复合合金的系统生产铬镍铁复合合金的方法，图1为本发明方法的流程图，参照图1所示，包括以下步骤：

a.将红土镍矿、第一还原剂、第一添加剂和水加入第一混料装置进行配料和混合，得到红土镍矿混合物料。

b.将红土镍矿混合物料加入第一制球装置进行制球，得到红土镍矿含水球团。

c.将红土镍矿含水球团加入第一烘干装置进行烘干，得到红土镍矿干燥球团。

根据本发明的实施例，图2为本发明系统的结构示意图，参照图2所示，所述第一混料装置包括：红土镍矿入口、第一还原剂入口、第一添加剂入口、第一水入口和红土镍矿混合物料出口，用于将红土镍矿、第一还原剂、第一添加剂和水进行混合，得到红土镍矿混合物料；所述第一制球装置包括：红土镍矿混合物料入口和红土镍矿含水球团出口，所述红土镍矿混合物料入口与所述混合红土镍矿混合物料出口相连，用于将红土镍矿混合物料进行制球，得到红土镍矿含水球团；所述第一烘干装置包括：红土镍矿含水球团入口和红土镍矿干燥球团出口，所述红土镍矿含水球团入口与所述红土镍矿含水球团出口相连，用于将红土镍矿含水球团烘干，得到红土镍矿干燥球团。

d.将铬铁矿、第二还原剂、第二添加剂和水加入第二混料装置进行配料和混合，得到铬铁矿混合物料。

e.将铬铁矿混合物料加入第二制球装置进行制球，得到铬铁矿含水球团。

f.将铬铁矿含水球团加入第二烘干装置进行烘干，得到铬铁矿干燥球团。

根据本发明的一些实施例，本发明所述第一还原剂和第二还原剂为煤、兰炭、炭黑中的一种或几种。

根据本发明的一些实施例，本发明所述红土镍矿和铬铁矿的重量比例为按照200系不锈钢及300系不锈钢对镍、铬元素的理论需求添加量的0.8-1.6倍。

根据本发明的实施例，参照图2所示，所述第二混料装置包括：铬铁矿入口、第二还原剂入口、第二添加剂入口、第二水入口和铬铁矿混合物料出口，用于将铬铁矿、第二还原剂、第二添加剂和水进行混合，得到铬铁矿混合物料；所述第二制球装置包括：铬铁矿混合物料入口和铬铁矿含水球团出口，所述铬铁矿混合物料入口与所述铬铁矿混合物料出口相连，用于将铬铁矿混合物料进行制球，得到铬铁矿含水球团；所述第二烘干装置包括：铬铁矿含水球团入口和铬铁矿干燥球团出口，所述铬铁矿含水球团入口与所述铬铁矿含水球团出口相连，用于将铬铁矿含水球团烘干，得到铬铁矿干燥球团。

g.在所述转底炉的还原温度范围为1300-1500℃的条件下，将厚度范围是1-5层球团厚度的红土镍矿干燥球团由第一布料装置布入所述转底炉，将厚度范围是1-5层球团厚度的铬铁矿干燥球团由第二布料装置布入所述转底炉，所述铬铁矿干燥球团在上层，所述红土镍矿干燥球团在下层，经所述转底炉还原20-80min后，得到出料球团混合物。

根据本发明的一些实施例，本发明根据两种球团的不同还原温度，进行分层布料，在还原过程中，炉膛上部的热量首先通过热辐射方式传递给位于上层的铬铁矿干燥球团，之后再传递至下层的红土镍矿干燥球团，温度在由上层到下层的传递过程中降低，当层厚和温度区间控制合适时，则既可满足上层铬铁矿球团的高温需求，又能满足下层红土镍矿球团的较低温度需求，使热能通过辐射传热方式在不同料层被最大限度的梯级利用，提高了能源的利用率。

h.将出料球团混合物送入燃气熔炼装置进行高温熔炼，得到铬镍铁复合合金和炉渣。

根据本发明的一些实施例，目前的不锈钢冶炼过程中，作为不锈钢主要成分的铬和镍是分别以铬铁合金、镍铁合金（或纯镍）的状态加入的，即铬是以铬铁合金的状态加入，镍是以镍铁合金的状态加入，而本工艺生产的是铬镍铁复合合金这一新型材料，可同时满足不锈钢冶炼对铬及镍的需求，无疑将大受下游不锈钢企业的欢迎；另外，传统不锈钢冶炼中，铬铁合金是最终由电炉熔炼而成，镍铁合金最终由电炉或高炉熔炼而成，而电炉法要消费昂贵的电能，能耗高、成本高，高炉法则由于高能耗高污染问题面临淘汰的局面，而本工艺采用的是煤制备的燃气作为冶炼热源，能耗低、成本低、环境友好。

实施例1：将红土镍矿、兰炭、石灰石和水按照一定比例进行配料、混合均匀后用圆盘造球机造球，球团直径在6-12mm，其中红土镍矿的ni品位为1.0%，兰炭的添加量为理论需要量的1倍，石灰石添加为红土镍矿重量的5%，造好的红土镍矿含水球团送入烘干机进行烘干处理，得到水分小于2%的红土镍矿干燥球团；将铬铁矿、煤、添加剂和水按照一定比例进行配料、混合均匀后用圆盘造球机造球，球团直径为8-14mm，造好的铬铁矿含水球团送入烘干机进行烘干处理，得到水分小于3%的铬铁矿干燥球团；将红土镍矿干燥球团由第一布料装置布入转底炉，将铬铁矿干燥球团由第二布料装置布入转底炉，铬铁矿干燥球团铺在上层，红土镍矿干燥球团铺在下层，料层总厚度为4层球团的厚度，其中红土镍矿球团和铬铁矿球团的相对重量比例按照200系不锈钢对镍、铬元素的理论需求添加量的1.0倍加入，转底炉的最高还原温度为1420℃，球团经转底炉还原后得到出料球团混合物，再将出料球团混合物送入燃气炉进行高温熔炼得到铬镍铁复合合金，该合金用于生产200系不锈钢。

实施例2：将红土镍矿、煤、其他添加剂和水按照一定比例进行配料、混合均匀后用压球机压制成椭圆形球团，红土镍矿的ni品位为1.6%，煤的添加量为理论需要量的1.2倍，石灰石添加为红土镍矿重量的10%，将压制的红土镍矿含水球团送入烘干机进行烘干处理，得到红土镍矿干燥球团；将铬铁矿、煤、添加剂和水按照一定比例进行配料、混合均匀后用圆盘造球机造球，球团直径为10-20mm，造好的铬铁矿含水球团送入烘干机进行烘干处理，得到铬铁矿干燥球团；将红土镍矿干燥球团由第一布料装置布入转底炉，将铬铁矿干燥球团由第二布料装置布入转底炉，铬铁矿干燥球团铺在上层，红土镍矿干燥球团铺在下层，料层总厚度为8层球团的厚度，其中红土镍矿球团和铬铁矿球团的相对重量比例按照300系不锈钢对镍、铬元素的理论需求添加量的1.2倍加入，转底炉的最高还原温度为1480℃，球团经转底炉还原后得到出料球团混合物，再将出料球团混合物送入燃气炉进行高温熔炼得到铬镍铁复合合金，该合金用于生产300系不锈钢。

发明人发现，根据本发明所述的生产铬镍铁复合合金的系统和方法，在转底炉处理过程中，采用双布料系统，可同时对两种不同种类的含铁资源进行还原，突破了原料单一性的限制；同时克服了转底炉与生俱来的只能选择薄料层布料这一弊端，实现了转底炉厚料层布料，大大提高了转底炉产能；并且，根据不同含铁资源需要不同的还原温度这一特性，实现了热能在不同料层间的梯级利用，提高能源利用率；此外，相比于传统不锈钢冶炼中，镍源、铬源分别由镍铁合金、铬铁合金提供，本发明得到的铬镍铁复合合金这一新型材料，一种材料即可同时满足下游不锈钢冶炼对镍源、铬源的需求，冶炼过程采用燃气熔炼，能耗低、成本低。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。