CN102912160B - 转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，首先将锰铁矿、还原煤破碎至4mm以下，烘干后配入粘结剂混匀并压成球团，锰铁矿中Mn品位为23～28％；球团干燥后的生球布入转底炉内，加热到1100～1300℃，还原20～45分钟；还原得到的高温金属化球团热装罐后，直接送入电炉进行熔化分离，控制电炉熔分温度在1450-1550℃，经过40～90min熔炼，产出的锰铁合金和炉渣集于炉底，通过出铁口定期排放并进行熔渣分离；熔分得到的锰铁合金再经精炼炉精炼、脱硫，得到Mn含量符合要求的锰铁合金。能对低品位的锰铁矿进行处理，且工艺简单、能耗低、回收率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种贫锰铁矿的处理技术，尤其涉及一种转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法。
背景技术
锰作为炼钢的重要原料，在国民经济中具有重要的地位。锰矿物主要有软锰矿（MnO2）、硬锰矿、偏锰酸矿、水锰矿、褐锰矿、黑锰矿等。自然界中高品位锰矿储量不多，低品位锰矿石储量较丰富，但是由于存在选冶技术、经济、环境问题，该类矿石未能得到有效开发和利用。
火法处理是以煤为还原剂，实现MnO2向MnO的转化，主要有反射炉法、回转窑焙烧法、固体床堆集还原焙烧、沸腾炉和流态化还原焙烧，其中火法处理的特点是反应温度高、热效率低、残碳高、传统焙烧还原工艺操作条件差、烟气量大、成本高并造成严重的环境污染。
目前，锰铁合金的熔炼方法主要有高炉锰铁和电炉锰铁，电炉冶炼锰铁合金可分为熔剂法、无熔剂法。熔剂法又称低锰渣法即采用碱性渣操作，炉料中除锰矿、焦炭外，还配入一定量的熔剂(石灰)并用做助熔剂。采用高碱度渣操作，炉渣碱度n(CaO)/n(SiO2)控制在1.3～1.6，以便尽量降低渣中含锰量，提高锰回收率。无熔剂法又称高锰渣法，采用酸性渣操作，炉料中不配加石灰，在还原剂不足的条件下冶炼，用这种方法生产，可获得中、低碳锰铁和含Mn30％左右的低磷富锰渣。
现有技术一：
中国专利201110300784.6公开了一种低品位锰矿制备锰铁合金的生产方法，即通过回转窑将低品位锰矿进行还原，反应后物料经冷却、磁选，得到锰铁合金和尾渣。
具体操作步骤为：
（1）回转窑还原阶段。将金属锰含量为15-30％的低品位锰矿烘干，磨成粉状，还原剂按锰矿中的锰被还原成金属锰所需还原剂质量的1.0-1.5倍配入，还原剂包括焦炭、类石墨、石油焦、金属铝、碳化硅和碳化钙，另外加入一定量的催化剂（锰矿总质量的0.2-1.5％）、熔剂（锰矿总质量的0.2-1.0％）和粘结剂（锰矿总质量的0.2-1.5％）。在氮气或氩气保护下进行三段式还原烧结：在常温下以1-4℃/分钟的升温速度将复合原料加热到400±80℃，保温0.5-5小时，然后以2-5℃/分钟的升温速度加热至750±80℃，保温0.5-5小时，再以1-4℃/分钟的升温速度加热至1100±150℃，保温0.5-6小时。
（2）破碎磨选阶段。反应后的物料待温度降至25-150℃时，再次磨细成100-200目粉，利用磁选机进行磁选，得到锰铁合金和尾渣。合金中金属Fe为15-20％，金属Mn为65-75％，脉石含量小于5％，碳含量在1.0-6.5％之间。
上述现有技术一的缺点是：
（1）MnO还原为金属Mn的温度较高，回转窑还原温度较低，因此氧化锰的还原需要更加苛刻的气氛条件和较长的还原时间。专利201110300784.6中，回转窑直接还原过程多达十几个小时，并且配入大量的还原剂、加入各类助熔剂和添加剂，最终导致产能低、能耗高、成本上升；而转底炉还原温度可达到1350-1450℃，单炉处理量大，还原时间可缩短至20～40分钟，产能大、能耗低；
（2）虽然回转窑的一次投入低于转底炉，但由于回转窑直接还原过程能耗高，DRI金属化率低，其投资回收期要高于转底炉。回转窑驱动系统需要良好维护，窑车易损坏，生产作业率较低，耗电高，回转窑还原-磨选流程对原料粒度要求比较严格，案例中需要将锰矿磨细至100-200目，对磨矿设备要求高。
现有技术二：
中国专利200810080018.1公开了一种富锰渣电炉冶炼工艺，即利用回转窑预热锰矿，为了达到渣中锰含量45％的条件，副产品是合格的高碳锰铁，所需要的入回转窑锰矿的成分要求为：Mn>40％，Mn/Fe>5％，P<0.07％，S<0.06％。回转窑的热量来源为较低价的煤，回转窑预热锰矿的温度控制在900-1100℃，预热锰矿入炉温度控制在大于600℃。经过烧结的锰矿进入电炉冶炼，由于MnO被C还原成Mn3C和Mn的温度不同，通过控制炉温和还原剂加入量使矿中锰元素分别以Mn3C和MnO的形式进入铁水（副产品）和富锰渣中，此发明电炉冶炼后的富锰渣含锰量在45％的条件下，副产品（锰铁合金）含锰量大于65％，含磷量小于0.25％，
上述现有技术二的缺点是：
（1）采用电炉冶炼富锰渣，对原料的Mn、Fe含量要求较高，入炉矿石的品位高，一般要采用高品位进口矿才能满足冶炼要求。要获得Mn含量较高的富锰渣，电炉冶炼需用无熔剂法或少熔剂法，炉料配比比较严格。冶炼过程中采用酸性渣操作，对碳质炉衬侵蚀严重，炉衬寿命较短，且炉渣较为粘稠，电炉冶炼电耗增加。
（2）采用回转窑预热锰矿，烟气量大，污染严重，生产效率低。富锰渣电炉冶炼工艺温度控制严格，温度高于1410℃时，MnO被还原为Mn进入铁水中，富锰渣中Mn的收得率下降。
（3）电炉冶炼高碳锰铁焦炭均为外部加入，烧失大，焦炭利用率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对低品位的锰铁矿进行处理，且工艺简单、能耗低、回收率高的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，包括步骤：
首先将锰铁矿、还原煤破碎至4mm以下，烘干后配入粘结剂混匀并压成球团，所述锰铁矿中Mn品位为23～28％；
所述球团干燥后的生球通过振动布料机布入转底炉炉底，加热到1100～1300℃，还原20～45分钟；
还原得到的高温金属化球团热装罐后，直接送入电炉进行熔化分离，控制电炉熔分温度在1450-1550℃，经过40～90min熔炼，产出的锰铁合金和炉渣，锰铁合金通过出铁口定期排放实现熔渣分离；
熔分得到的锰铁合金再经精炼炉精炼、脱硫，得到Mn含量符合要求的锰铁合金。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，能对低品位的锰铁矿进行处理，且工艺简单、能耗低、回收率高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，其较佳的具体实施方式如图1所示，包括步骤：
首先将锰铁矿、还原煤破碎至4mm以下，烘干后配入粘结剂混匀并压成球团，所述锰铁矿中Mn品位为23～28％；
所述球团干燥后的生球布入转底炉内，加热到1100～1300℃，还原20～45分钟；
还原得到的高温金属化球团热装罐后，直接送入电炉进行熔化分离，控制电炉熔分温度在1450-1550℃，经过40～90min熔炼，产出的锰铁合金和炉渣集于炉底，通过出铁口定期排放并进行熔渣分离；
熔分得到的锰铁合金再经精炼炉精炼、脱硫，得到Mn含量符合要求的锰铁合金。
所述还原煤的加入量占锰铁矿的30～50％；
所述粘结剂采用有机粘结剂，加入量为锰铁矿与还原煤混合料的4～6％；
所述球团的烘干温度低于300℃，干燥后入炉的生球水分<2％，0.5m高的钢板落下强度6次以上。
所述转底炉为蓄热式转底炉，转底炉内分为四个区，分别为：预热区温度1100-1200℃、中温区为1200-1300℃、高温区为1300℃、冷却区900℃以下；
还原后的金属化球团在保护性气氛下装入料罐，铁的金属化率达到90％以上。
所述电炉熔分过程中，配入石灰石或白云石将碱度调节到1.0～1.6，并加入5～10％的还原剂。
该方法锰的回收率>94％，锰铁合金成分控制在C:1.0～4.0％、Mn>65％、Si<1.5％、S<0.05％、P<0.07％。
本发明的优点是：
（1）对原料锰、铁含量要求低，适合处理低品位的锰矿石，有利于低品位锰矿资源的开发利用；
（2）采用转底炉对锰矿进行直接还原，对原矿粒度要求较低（4mm以下），不需要磨矿设备。并且物料与炉底相对静止不动，还原得到的金属化率球团强度好，粉料率<5％，保证入电炉的炉料粒度在30mm以上，改善了炉内透气性，有利于炉内顺行，从而稳定炉况，保证安全生产；
（3）转底炉采用的是煤基直接还原技术，碳质还原剂与矿石中的高价锰氧化物和铁氧化物直接接触，炉内还原温度可达到1350℃，还原所需时间短，球团还原均匀性好，在内配碳充足的条件下，锰铁矿中的高价锰化物可全部转化为低价MnO，降低了电炉的冶炼压力；
（4）转底炉对煤质的要求一般，绝大多数煤种都可使用，如无烟煤、烟煤、褐煤等。DRI中残炭含量可通过原料配煤制度进行调节，根据DRI中的残炭量，可以在电炉冶炼时少配加或不加入煤炭；
（5）转底炉冷却区温度在<900℃以下，出炉DRI温度在700℃左右，热装罐直接进入电炉冶炼可以减少炉料升温的热能，降低冶炼电能消耗，并且DRI中不含水分，与锰铁矿直接入电炉冶炼工艺来比，避免了由于含水锰矿石直接入电炉后翻渣和喷火现象的发生，电炉安全操作性提高；
（6）采用碱性渣操作，炉渣碱度n(CaO)/n(SiO2)控制在1.2～1.6，降低渣中含锰量，提高锰回收率，减小渣对炉衬的侵蚀，电炉停炉整修频率降低。
具体实施例一：
锰铁矿成分：TFe 11.1％，Mn 24.2％。将锰铁矿、无烟煤破碎到4mm以下，还原剂中固定碳78.15％，灰分8.21％，挥发分12.23％，全硫0.15％。物料配比为：锰铁矿：煤粉：粘结剂=100：13：4。控制混合料水分6～8％之间，防止物料混合和对辊压球中混合料过干或过湿而造成的扬尘或粘辊等现象。压制好的球团烘干后（水分<2％）通过布料机进入转底炉炉底，双层布料，厚度约24mm。炉内的还原温度在1100～1300℃，其中预热区温度1100-1200℃，中温区为1200-1300℃，高温区温度控制在1300℃左右，时间约20min，冷却区温度在900℃以下，整个还原过程42min。产出的DRI热装罐进入电炉冶炼，同时配入5％的还原煤，10％的石灰石以及1.5％的萤石，电炉最高熔分温度为1550℃，熔分时间60min。熔分结束后锰铁合金和炉渣通过不同的通道分别排到铁水包和渣罐中。得到的锰铁的成分为：[Mn]=66.62％，[C]＝1.22％，[Si]＝0.75％，[S]＝0.03％，[P]＝0.061％。整个工艺过程中铁回收率为94.8％，Mn的回收率94.32％。得到的中碳锰铁合金可用于特殊钢生产或电焊条的生产。
具体实施例二：
锰铁矿成分：TFe 12.47％，Mn 26.25％。将锰铁矿、无烟煤破碎到4mm以下，无烟煤中固定碳78.15％，灰分8.21％，挥发分12.23％，全硫0.15％。物料配比为：锰铁矿：煤粉：粘结剂=100：18：4。控制混合料水分6～8％之间，防止物料混合和对辊压球中混合料过干或过湿而造成的扬尘或粘辊等现象。压制好的球团烘干后（水分<2％）通过布料机进入转底炉炉底，双层布料，厚度约24mm。炉内的还原温度在1100～1320℃，其中预热区温度1100-1200℃，中温区为1200-1300℃，高温区温度控制在1320℃左右，时间约20min，冷却区温度在900℃以下，整个还原过程42min。产出的DRI热装罐进入电炉冶炼，同时配入6％的还原煤，9％的石灰石以及1.5％的萤石，电炉最高熔分温度为1550℃，熔分时间60min。熔分结束后锰铁合金和炉渣通过不同的通道分别排到铁水包和渣罐中。得到的锰铁的成分为：[Mn]=67.73％，[C]＝3.83％，[Si]＝0.94％，[S]＝0.035％，[P]＝0.069％。整个工艺过程中铁回收率为95.1％，Mn的回收率94.67％。
本发明的具体实施例中：
（1）处理的锰铁矿Mn品位仅为23～28％，为低品位的贫锰矿资源，采用转底炉预还原工艺对矿石进行还原，还原过程中可调节炉内气氛，大部分的铁氧化物被还原为金属铁，锰的高价氧化物被还原为低价的MnO，入炉料铁、锰品位高，含锰、铁的金属化球团熔化和反应速度加快，电炉工序能耗降低，试验表明，采用转底炉预还原和热装DRI电炉冶炼总电耗比锰矿石直接电炉冶炼降低了30％左右。
（2）与传统流程中直接锰矿石进入电炉冶炼不同的是，本发明采用转底炉预还原锰铁矿，得到的热态DRI再入电炉冶炼，经过预还原过程后的球团强度提高，入炉粉料率极低，改善电炉冶炼炉料的透气性。
（3）转底炉生产还原过程中要配入10～20％的煤炭，在煤的还原烧失过程中锰铁矿中铅、锌的挥发率可以达到90％以上，因此在电炉冶炼时，不会影响到电炉炉衬的寿命和操作，同时DRI中含有部分未参与还原的剩碳，在后续电炉冶炼作业中可减少煤炭的配入量。
（4）电炉冶炼采用碱性（R=1.0～1.6）炉料制度并在1450℃以上进行冶炼，能够有效降低渣中锰含量，提高锰铁合金的产率，具有锰收得率高，能耗低的技术优势，缓解我国锰矿资源极度缺乏的现状，市场推广前景远大。
本发明采用煤基转底炉直接还原处理低品位锰铁矿得到直接还原铁（DRI），再利用电炉熔分获得锰铁合金在以往的专利和文献中未见相关报道，属于新型的工艺流程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，其特征在于，包括步骤：
首先将锰铁矿、还原煤破碎至4mm以下，烘干后配入粘结剂混匀并压成球团，所述锰铁矿中Mn品位为23～28％；
所述球团干燥后的生球布入转底炉内，加热到1100～1300℃，还原20～45分钟；
还原得到的高温金属化球团热装罐后，直接送入电炉进行熔化分离，控制电炉熔分温度在1450-1550℃，经过40～90min熔炼，产出的锰铁合金和炉渣集于炉底，通过出铁口定期排放并进行熔渣分离；
熔分得到的锰铁合金再经精炼炉精炼、脱硫，得到Mn含量符合要求的锰铁合金；所述还原煤的加入量占锰铁矿的30～50％；
所述粘结剂采用有机粘结剂，加入量为锰铁矿与还原煤混合料的4～6％；
所述球团的烘干温度低于300℃，干燥后入炉的生球水分<2％，0.5m高的钢板落下强度6次以上；
所述转底炉为蓄热式转底炉，转底炉内分为四个区，分别为：预热区温度1100-1200℃、中温区为1200-1300℃、高温区为1300℃、冷却区900℃以下；
还原后的金属化球团在保护性气氛下装入料罐，铁的金属化率达到90％以上。
2.根据权利要求1所述的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，其特征在于，所述电炉熔分过程中，配入石灰石或白云石将碱度调节到1.0～1.6，并加入5～10％的还原剂。
3.根据权利要求2所述的转底炉直接还原-电炉熔分处理贫锰铁矿的方法，其特征在于，该方法锰的回收率>94％，锰铁合金成分控制在C<1.0～4.0％、Mn>65％、Si<1.5％、S<0.05％、P<0.07％。
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