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铬铁低碳冶炼工艺探索

2022-01-07季爱兵

现代冶金 2021年3期
关键词:矿热炉铬铁粉矿

季爱兵

(江苏柏瀚环境科技有限公司, 江苏 南京 210000)

引 言

铬铁是以铬和铁为主要成分的铁合金,铬铁合金作为钢的添加料,可以生产多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢。如:不锈钢、耐酸钢、耐热钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、工具钢等。

2020年全国高碳铬铁总产能为1285.8万吨,其中内蒙古产能约585万吨,占比47%,近全国一半;其次是四川、山西,产能分别达到107、103万吨;2020年中国进口铬铁307万吨[1]。

1 铬铁的主要冶炼工艺

随着全球铬矿资源的大量开采,优质块矿资源越来越少,粉矿资源成为中国铬铁冶炼的主要原料,粉矿量(-8 mm)约占80%[2];因此粉矿处理工艺成为中国铬铁冶炼的主要工艺。但在矿热炉冶炼高碳铬铁时,粉矿过多会使炉料透气性变差,炉况恶化,严重影响安全、电耗和铬收得率等技术经济指标[3-4]。目前主流的铬粉矿预处理、冶炼工艺分为氧化法和还原法。

氧化法主流工艺有:烧结法、Outokumpu法;还原法主流工艺有:SRC(回转窑+矿热炉)法和DRC(转底炉+矿热炉)法。

1.1 氧化法铬铁冶炼工艺

1.1.1 烧结法

烧结法将铬粉矿烧结成块后投入矿热炉进行还原冶炼,虽然烧结法有设备简单、投资省、流程短等优点,但是存在成品强度差、粉末率高、不适合大型的密闭电炉使用、环境污染严重等问题;20万吨铬铁生产配备24 m2的烧结机,根据《产业结构调整目录》(2019年)规定:铁合金生产用24平方米以下带式铬矿烧结机属于淘汰类;由于还原负荷全在矿热炉内,电耗高,约3400 kWh/t,高能耗导致生产成本高,能耗较高。

1.1.2 Outokumpu法

太钢万邦和明拓两个大型铬铁生产项目,引进芬兰Outotec技术,Outokumpu法是铬粉矿在带式焙烧机进行焙烧,混合料送入预热窑预热至500-600 ℃后,进入矿热炉进行熔炼。这种技术在矿热炉炉顶设有炉料的预热装置,以自产煤气加热炉料,降低电耗,冶炼电耗约2800 kWh/t。

1.2还原法铬铁冶炼工艺

由于氧化法存在的诸多问题,还原法应运而生,主要特点是将矿热炉冶炼工序的功能提前,在进入矿热炉之前将球团进行预还原,有效的降低了矿热炉的冶炼电耗;主流工艺有SRC法和DRC法。

1.2.1 SRC法

SRC法利用回转窑作为预还原设备,使铬矿得到预还原,减少矿热炉冶炼负荷,从而降低了矿热炉冶炼电耗,冶炼电耗约~2500 kWh/t(综合还原率30-40%),但存在如下问题:

1)回转窑内易结圈,必须停窑检修,作业率低,难以保证稳定生产;

2)对铬矿和燃煤要求高(铬矿的w(SiO2)<6%,所用煤粉灰分低);

3)完全做到球团热装入电炉冶炼是很困难的,为此一般均设置冷装线,因此热装节电这一优点难以完全实现;

4)成品球团粉化率高;

5)回转窑内只在窑尾安装一个燃烧器,温度和气氛难以得到有效的控制,预还原度低。

1.2.2 DRC法

DRC法采用转底炉-矿热炉双联工艺能将转底炉、矿热炉的优势进行连接、耦合,铬铁DRI的热装温度约850 ℃,矿热炉能有效的利用物理显热、更能有效的利用球团的高还原率(综合还原率60%),降低冶炼电耗(冶炼电耗2150-2200 kWh/t),提高了生产效率,降低生产成本,具有明显的经济效益及市场前景。DRC法工艺流程如图1所示。

图1 DRC法工艺流程图

2 结束语

DRC法作为低碳还原铬铁冶炼工艺,具有以下特点:

(1)原料适用性广,可适应各种品位铬铁矿;

(2)DRC法能真正实现有价金属的高效、低成本综合回收,资源综合利用效率高,符合循环经济效益;

(3)热态金属化球团可直接进入燃气熔炼炉冶炼,减少了热能损失,采用大量燃气作为加热热原,大幅降低工序电耗。

(4)DRC法整个生产过程能耗低,对环境友好;极大减少大气雾霾和温室气体排放、节能环保效益显著,每吨产品有效降低能耗15%,降低CO2排放量20%。

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