CN101418372A - 外热式竖炉生产预还原铬矿球团 - Google Patents

Abstract

铬矿预还原外热式竖炉，其特征是矩形截面还原反应室的两侧有多层煤气燃烧室火道，在隔离空气的条件下间接供热。竖炉由若干个独立工作的还原反应室组成，还原反应室和煤气燃烧室火道由特制的高铝质异型耐火砖砌筑而成，竖炉炉体竖直安装在承重梁之上。把烘干的含碳铬矿球团加入竖炉顶端的料仓中，经过竖炉的预热段、还原段、冷却段排出炉外。还原反应温度1300－1400℃，物料在还原段停留3－4小时，综合还原度60－70％。预还原的球团矿供封闭电炉生产高碳铬铁，冷装入炉可降低铬铁电耗25％以上，提高产量40％以上，减排20％以上，提高铬回收率3％以上。本发明可连续化生产，具有循环经济、环保和节能、减排等优点。

Description

外热式竖炉生产预还原铬矿球团

(一)技术领域

本发明涉及一种竖炉，尤其是涉及一种用于铬矿预还原的外热式竖炉。

(二)背景技术

本发明的技术方案，是要利用国际上廉价的粉状铬矿，生产一种铬、铁还原度达到60-70％的预还原铬矿球团，用于生产高碳铬铁产品，实现大幅度节约电能、减少排放、提高产量、降低成本之目的。

目前，国内对铬矿球团预还原，已做了大量试验研究工作，由于技术复杂，至今未能走向工业化生产。国外如日本用回转窑法开发成功铬矿球团预还原工艺，称SRC法。并建成利用SRC球团18000KVA封闭式铬铁电炉，以后又将此技术转让给南非CMI公司，建设了21000KVA铬铁电炉。均收到了极大的经济效果，热装入炉条件下，吨铬铁电耗降低35％以上，产量提高60％以上。

工业化生产的回转窑长度都在50-80米，在1200-1400℃高温条件下，实现铬矿球团预还原。

回转窑是一个复杂的氧化还原体系，从热平衡角度而言，铬矿的预还原是一个强烈的吸热反应，在这一区域，燃烧放热和还原耗能必须处于平衡状态，才能防止局部过热或温度过低。为了保持足够长的高温带，煤粉的燃烧是沿整个高温带完成的，窑气中必须有足够的含氧量供煤粉和煤气燃烧用。从氧化还原角度而言，窑内必须处于一种还原气氛，特别是保持物料层内还原气氛，防止球团内碳烧损和还原金属的再氧化。超过含氧量3％的监界值，生产预还原球团是不可能的。这样，窑内就存在着为保持煤粉充分燃烧的供氧和为防止球团氧化而降低含氧量的矛盾。由于窑尾加料端温度尚有1000℃左右，球团中的碳有30％左右被烧损掉。窑内结圈是回转窑经常出现的不好避免的最大难题。可以看出，回转窑法存在着设备庞大、工艺技术复杂、操作十分困难的问题和缺点。

(三)发明内容

要解决的技术问题：回转窑法存在的主要问题，(1)由于喷吹煤粉或煤气燃烧的内加热方式，难于控制窑的还原气氛；(2)由于窑尾温度高，球团爆裂率高，粉煤灰分熔点低等原因，经常出现结窑障碍。本发明采用外热式竖炉新的生产工艺，有效的克服了回转窑法存在的难于控制还原气氛和结窑的难题，能够保证还原反应所需的温度和时间，保证安全顺行的生产出还原度60-70％的铬矿球团。

技术方案：本发明采用的外热式竖炉生产新工艺，具有以下技术特征：

1、以电炉煤气或发生炉煤气为热源，采取外热式加热，即把煤气燃烧室与炉料还原反应室设耐火砖墙隔离，煤气燃烧通过耐火砖隔墙传给炉料，使炉料在隔绝空气的环境下进行还原反应，可以确保所需还原气氛，炉气中含氧小于3％，保证所需还原度。

2、采取竖炉进行铬矿球团预还原。从上往下分干燥预热段、还原反应段、冷却段，上部有料仓，底部有排料装置。每个还原反应室两侧有煤气燃烧室，还原反应室截面尺寸350mm×1500mm，整个竖炉由若干个还原反应室组成。在每层煤气燃烧室设若干煤气喷嘴来控制还原反应段所需温度，保证还原反应段1200-1400℃。球团经过干燥预热段升温到大于1100℃，抗压强率从初始的20kg/球提高到35kg/球以上。还原反应段的高度必须保证球团在高温段停留3-4个小时来保证所需还原度。设冷却段保证了已还原的球团出炉时不会再氧化。由于竖炉上部的预热温度低于300℃，球团进入后不会爆裂粉化，球团在竖炉中平稳下移，不同于回转窑内球团的翻滚移动，回转窑要求球团需经1100℃焙烧提高抗压强度后才可入窑，而竖炉只要求经过小于300℃的烘干脱水就可入炉了。

3、要求铬矿造出的球团的熔点大于1600℃，严格控制还原反应室温度低1400℃，竖炉可顺利运行，不会发生结窑和蓬炉现象。

铬铁矿是稳定的复合氧化物，在1200-1400℃温度时，用固体碳作还原剂，还原铬铁矿中FeO和Cr₂O₃，得到的是铁的碳化物与铬的碳化物。

7Fe+10C→Fe₇C₃+7CO↑

7Cr₂O₃+27C→2Cr₂O₃+21CO↑

铬铁矿中FeO比Cr₂O₃在较低的温度下被充分地还原出来，与碳化铬互溶，组成复合碳化物(Fe、Cr)7C₃，降低了合金的熔点。

现国内外的实验证实：在有固体碳存在下，铬铁矿是由中间产物CO间接还原的，反应速度取决于CO₂再生为CO的速度。

2FeCr₂O₄+80/7CO↑＝2Fe+4/7Cr₇C₃+68/7CO₂↑

CO₂↑+C＝2CO↑

本发明的优点：

1、以电炉煤气或发生炉煤气为热源，采用外热式加热，使炉料在隔离空气的环境下进行还原反应，可确保还原反应所需的气氛，炉气中含氧少于3％，保证铬矿综合还原度60-70％以上；

2、不会出现结窑和蓬炉现象；

3、能确保还原反应所需的温度和时间，操作容易掌握；

4、能防止已还原的铬、铁金属出现二次氧化；

5、使电炉付产出的煤气—二次能源得到有效利用，与电炉一体形成循环生产；

6、电炉冶炼高碳铬铁节能效果好，降低电耗25％以上；产量提高40％以上；减少CO气体排放20％以上；劳动生产率高，生产成本低。

(四)附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为图1的A-A剖视图

本发明的外热式竖炉，包括多个料仓1、炉体2、烟囱20、冷却水圈10、承重钢梁14、多个钢柱15和多个冷却水套排料管所组成。炉体竖直安装在承重梁之上的冷却水圈上面。炉体内砌纤维毡3、硅藻土砖4、粘土砖5。竖炉由多个矩形竖式还原反应室9组成，每个还原反应室9两侧有多层煤气燃烧火道7，火道由高铝质异型的外墙壁砖6和内墙壁砖8砌成，要求火道墙壁砖耐火工作温度大于1600℃、耐磨性好、热传导系数高、热膨胀系数小。冷却水圈内砌筑高铝砖隔墙11，冷却段由冷却水圈10、上冷却水套12、下冷却水套13构成。火道安装煤气喷嘴16和测温计17。火道煤气燃烧的废气先经过空气预热器19、再经过烟囱20排空或送去干燥预热物料。

(五)具体实施方式

铬矿预还原竖炉及电炉冶炼生产工艺流程如下：

1、压球工艺：铬矿粉(<5mm)、冶金焦粉(<3mm)、膨润土(<80目)，按配比100：15-20：4-5加入混料机，经干混、湿混后加入对滚压球机，冷压成球的粒度<30mm，可经200-300℃干燥后经提升机装入竖炉，也可不经干燥直接上竖炉。

2、竖炉预还原工艺：竖炉分预热段、还原段、冷却段。竖炉由若干个独立系统的还原反应室组成。烘干的铬矿球团装入竖炉顶上的料仓中，炉料首先进入预热段，预热段上部200-300℃下部1100℃左右，再进入还原段进行FeO与Cr₂O₃的还原反应，还原段要保持均恒稳定的1200-1400℃温度条件。完成预还原的球团料进入冷却段，为防止再氧化，冷却降温至室温(<40℃)，经排料装置排至炉外储料斗中。球团中配碳量、还原温度、还原时间和小时排料量是竖炉顺行与达到还原度要求的四大要素。以电炉付产煤气为热源，采取隔离空气的外加热方式进行还原反应是本工艺特点。竖炉还原段的高度，要保证球团物料在高温反应区停留3-4个小时，用小时排料速度来控制球团还原度。竖炉生产1300-1400℃总还原度可达到80-90％。过高的还原度球团会使电炉不能埋弧操作，当球团总还原度40％左右时电耗2600kwh/t左右，当球团总还原度>60％时，埋弧冶炼炉况稳定，电耗2300kwh/t左右。因此适宜冶炼的球团总还原度为60-70％。

火道煤气燃烧的废气在排出口约800℃左右，设空气换热预热空气到400℃左右，换热后的废气进入烟囱排空或送去烘干球团再排空。

3、电炉冶炼工艺：最适合电炉埋弧操作用的预还原铬矿球团，应该是还原度为60-70％，残碳量为3.5-4.0％的球团。低还原度球团电耗高，高还原度和残碳高的球团不能埋弧操作。电炉冶炼用的块焦，其粒度20-50mm，这部分块焦碳虽然数量少，但对炉况的稳定起着重要作用。由于采用预还原球团作炉料，配入炉料中的总碳量比正常炉料大为减少，因而炉内电阻增加，一般电炉内电阻为1.5毫欧，采用预还原球团时则为2.3毫欧，因此冶炼过程就可以使用较高功率因数运行，进而大大地提高了电炉的生产率。

Claims (2)

1、一种用于铬矿预还原竖炉，其特征是：外热式竖炉。一个350mm×1500mm矩形截面的竖型还原反应室，两侧是多层煤气燃烧室供热，在隔离空气的条件下进行铬矿固态还原反应。一个还原反应室是一个独立工作的单元，一座竖炉由若干个单元组成。竖炉的炉体竖直安装在承重柱支撑的承重梁上面。

2、根据权利要求1所述的外热式竖炉，其特征(1)炉体内的墙壁砖全部由特制的高铝质异型耐火砖砌筑而成。还原反应室的高度尺寸要能保证球团在高温反应区停留3-4个小时的工艺要求。(2)冷压铬矿粉球团内配碳15-20％，有利于加速还原反应和确保还原度。(3)多层煤气燃烧室安装煤气喷嘴和测温点确保还原反应所需温度。如图2的16、17所示。

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