CN103060548A - 一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，该方法主要将铬铁矿粉配加镍铁冶炼炉渣后进行制粒烧结，可以降低铬铁矿烧结温度，增多液相量，有助于减少配碳量，提高烧结矿成品率和强度，解决了铬铁矿粉难烧结的问题，同时降低了生产能耗，无需借助昂贵的熔剂，所获得的烧结产品为镍铬铁合金产品，可直接用于不锈钢生产，不会增加不锈钢生产的后续冶炼排渣工序；与现有技术的铬铁矿烧结工艺相比，本发明方法有配焦量低、烧结温度低、烧结矿质量高、镍铁冶炼炉渣得以有效回收利用、生产成本低等优点，既实现了镍合金生产过程的废物利用，又降低了不锈钢生产的总体成本，既提高了企业的经济效益又缓解了企业面临的节能减排压力。

Description

一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术以及环保节能技术领域，尤其涉及一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法。

背景技术

我国钢铁产量已居世界首位，不锈钢的需求量和产能也大幅提高。目前，世界上使用的不锈钢约有65%~70%是奥氏体不锈钢。铬镍系不锈钢占世界不锈钢产量的三分之二。为保证不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有铬16%以上、8%以上的镍含量。铬和镍是生产不锈钢的基本添加元素。我国每年需要生产大量的铬铁和镍铁。由于我国铬矿储量仅0.15%，是一个铬贫乏的国家，因此每年需要大量进口铬矿石，对外依存度达95%。

铬在自然界中总是与铁共生形成铬铁尖晶石（FeO.Cr₂O₃），其矿物学名称是铬铁矿。目前，世界铬铁矿开采量约为2000万t/a，其中粉矿（粒径小于8 mm）约占80%，而且铬铁矿的粉矿价格低于块矿，因此很多不锈钢生产企业都希望能够有效利用铬铁矿粉矿冶炼生产不锈钢，以降低生产成本。铬铁矿的粉矿价格虽然低于块矿，但在冶炼铬铁过程中，粉矿过多会使炉料透气性变差，炉况恶化，严重影响各项技术经济指标，导致成品率降低，其造成的损失更大。因此，利用价格相对低廉的铬铁矿粉矿进行烧结造块，是降低铬系铁合金生产成本、提高不锈钢生产市场竞争力的有效途径之一。但由于铬铁矿的水润湿性差，单独的铬铁矿粉矿难于制粒成球，对烧结效果产生负面影响，而且铬尖晶石熔点较高，铬铁矿在较高的温度时才会产生液相，这些因素都增加了铬铁矿粉矿烧结的技术难度。目前，铬铁矿粉矿烧结通常通过添加绿泥石、石英石、蛇纹石、镁砂等熔剂并相应提高配碳量来增加液相量，提升烧结效果；但是这种方式碳消耗量较大，能耗较高，而且添加的熔剂导致后续不锈钢冶炼工序的炉渣种类和排放量增加，这就使得不锈钢生产企业面临巨大的节能减排压力；同时，虽然铬铁矿的粉矿价格相对较低，但铬铁矿粉矿烧结所额外增加的熔剂和配碳量成本，使得铬铁矿粉矿原料成本的优势难以在不锈钢生产整体成本中得到明显的体现，难以达到有效提升市场竞争力的目的。

另一方面，近30年来，全球不锈钢产量一直以平均超过5%的增长率增长，铬镍系不锈钢占世界不锈钢产量的三分之二。因此随着世界对镍铬的需求量逐年增加，镍铁冶炼连炉渣急速增长，使企业面临巨大的节能减排压力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，提升铬铁矿粉矿烧结效果，减少耗炭量，降低能耗，以解决现有技术中铬铁矿粉矿烧结能耗高、不利于节能减排的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：

一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，包括如下步骤：

1）将镍铁冶炼炉渣进行水冷处理后并进行干燥处理，除去其自由水；

2）将8~12重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、60~64重量份铬铁矿粉矿、8~10重量份焦粉、10~20重量份返矿和3~6重量份膨润土组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的10%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm的烧结矿作为铺底料； 

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kpa的条件下进行烧结，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿冷却至室温后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

作为一种优化方案，所述步骤1中，组成混合料的比例优选为10重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、62重量份铬铁矿粉矿、10重量份焦粉、15重量份返矿和3重量份膨润土。

作为一种优化方案，所述步骤1中，干燥处理后的镍铁冶炼炉渣中粒度大于0.7mm的炉渣颗粒占30%以上。

作为一种优化方案，步骤5中，所述“将前一步得到的烧结矿冷却至室温”具体为，采用烧结机台车将前一步得到的烧结矿抽风冷却至室温。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，通过对镍铁冶炼炉渣的回收用于铬铁矿粉矿烧结处理，既实现了镍合金生产过程的废物利用，又降低了不锈钢生产的总体成本，既提高了企业的经济效益又缓解了企业面临的节能减排压力。

2、本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法中，镍铁冶炼炉渣的加入，可以降低铬铁矿烧结温度，增多液相量，提高烧结矿成品率和强度，解决了铬铁矿粉难烧结的问题。

3、本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法无需额外购买高价熔剂，降低冶炼成本。

4、本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法的配碳量减少，降低了生产能耗、减少了炉渣排放，并且所获得的烧结产品为镍铬铁合金产品，可直接用于不锈钢生产，不会增加不锈钢生产的后续冶炼排渣工序，能够有效环节不锈钢生产企业所面临的节能减排压力。

5、本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法所需的烧结工艺成熟，并且其处理过程无需增加新设备。

附图说明

图1为本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法的流程图。

具体实施方式

针对现有技术中铬铁矿粉矿烧结能耗高、不利于节能减排的问题，本发明提供了一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

1）将镍铁冶炼炉渣进行水冷处理后并进行干燥处理，除去其自由水。自由水，是指不参与矿物的晶格组成，而是以机械吸附的形式存在于矿物中的水。

2）将8~12重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、60~64重量份铬铁矿粉矿、8~10重量份焦粉、10~20重量份返矿和3~6重量份膨润土组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的10%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿。

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm的烧结矿作为铺底料。

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kpa的条件下进行烧结，得到烧结矿。

5）将前一步得到的烧结矿冷却至室温后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

针对铬铁矿粉矿难于制粒，影响烧结效果，且其主要成分为铬铁尖晶石（FeCr₂O₄）、三氧化二铬（Cr₂O₃）熔点高，烧结难度大等问题，本发明采用了特殊的烧结工艺，添加了膨润土，膨润土与水的润湿性好，在制粒过程中，膨润土便可以作为形核颗粒与铬铁矿粉矿相互粘附长大，制粒成团，从而解决铬铁矿粉矿难于制粒的问题，制粒获得混合料球可以使得烧结的透气性更好，从而可帮助减少烧结能耗并获得更好的烧结效果；另一方面，在烧结过程中，铬铁矿粉矿的主要成分铬铁尖晶石（FeCr₂O₄）、三氧化二铬（Cr₂O₃）、氧化铝（Al₂O₃）的熔点较高（1450℃～1500℃），熔点较低的二氧化硅（SiO₂）、氧化镁（MgO）的含量较少，而烧结过程中铬铁矿粉矿自身所产生的液相主要为硅酸盐，因此其自身所产生的液相量较少，针对该问题，本发明将镍合金冶炼过程产生的镍铁冶炼炉渣加以回收利用，由于镍铁冶炼炉渣成分均匀，MgO和SiO₂含量高，在较低配碳量条件下能产生更多液相，从而帮助提高烧结质量、降低烧结能耗，解决了现有技术中铬铁矿粉矿难于烧结、配碳量高、能耗高的问题；此外，镍铁冶炼炉渣的主要成分中，处理镍元素之外，其它成分组成与铬铁矿相近似，因此其渣系也与铬铁矿的冶炼渣系成分相近，而镍元素的加入又使得烧结所得到的烧结产品正是不锈钢生产所需的镍铬铁合金产品，因此不会增加不锈钢生产的后续冶炼排渣工序，而且铬铁矿冶炼渣系中SiO₂、MgO含量低Al₂O₃含量高，而镍铁冶炼炉渣中SiO₂、MgO含量高Al₂O₃含量低，在后续的冶炼过程中可以缩短渣系的调整冶炼周期，帮助降低冶炼生产成本，并且避免了使用现有技术中铬铁矿粉矿烧结所需的昂贵的熔剂有助于降低铬铁矿粉矿烧结的原料成本，加之铬铁矿的粉矿比块矿更加便宜，从而大幅降低了不锈钢生产的总体成本；与此同时，对镍铁冶炼炉渣的回收利用又解决了镍合金冶炼过程排渣量大、难于处理的问题。本发明的烧结方法中，还将烧结处理得到的烧结矿冷却至室温后进行破碎，其冷却处理最好采用烧结机台车抽风冷却至室温，这样即可以提升冷却处理效率又无需增加其它的冷却设备，节省成本，而破碎后要求烧结矿粒径小于或等于40mm，使其符合后续不锈钢生产加工（例如电炉加工）过程对原料粒度的要求；其中，粒径小于5mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的返矿，粒径为5mm~40mm的烧结矿可以作为烧结矿产品，因为粒径小于5mm的返矿粒径过小而不利于后续不锈钢生产，但其铬品位较高，并且返矿表面粗糙，可作为行核颗粒与铬铁矿粉矿相互粘附长大，有利于制粒，因此用作此铬铁矿烧结即可以回收铬元素、又可以作为行核颗粒帮助混合制粒，同时，干燥处理后的镍铁冶炼炉渣中粒度大于0.7mm的炉渣颗粒最好能够占30%以上，因为粒度大于0.7mm的炉渣颗粒可以作为行核颗粒帮助制粒；而在烧结矿产品中，又可以取一部分粒径为10~25mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的铺底料，铺底料的铺设厚度为20~30mm，用以减少篦条烧坏的比率，保证抽风量和通风效果，避免烧结料粘在箅条上减少抽风面积，阻挡细颗粒随废气进入风箱缩短抽风机寿命。

由此可见，总体而言，本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，使得不锈钢生产企业降低了生产能耗、减少了炉渣排放，并且在减少了配碳量的同时无需借助昂贵的熔剂，所获得的烧结产品为镍铬铁合金产品，可直接用于不锈钢生产，不会增加不锈钢生产的后续冶炼排渣工序，能够有效环节不锈钢生产企业所面临的节能减排压力，降低不锈钢生产的总体成本。

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例采用本发明方法进行三组铬铁矿粉矿烧结实验，另外还采用现有技术中添加熔剂的方法进行两组铬铁矿粉矿烧结实验，然后对比各组铬铁矿粉矿烧结实验所得烧结矿产品的物理指标。本实施例中采用的焦粉化学成分见表1，其他原料化学成分见表2：

表1

表2

本实施例中进行了5组铬铁矿粉矿烧结实验，分别编号为1#组、2#组、3#组、4#组、5#组其中1#~3#组铬铁矿粉矿烧结实验采用本发明的铬铁矿粉矿烧结处理方法进行烧结处理，烧结处理时的烧结温度、压强、烧结时间均在本发明铬铁矿粉矿烧结处理方法的要求范围内；第4#组铬铁矿粉矿烧结实验采用了现有技术中常用的铬铁矿烧结混合料配比，利用绿泥石作为熔剂，同时相应地添加了焦粉的配比重量份以增加配碳量，保证烧结效果，而后在与1~3#组实验相同的烧结条件下、采用相同的处理流程进行烧结处理；第5#组铬铁矿粉矿烧结实验同样采用了现有技术中常用的铬铁矿烧结混合料配比，利用镁砂作为熔剂，同时也相应地添加了焦粉的配比重量份以增加配碳量，而后在与1~3#组实验相同的烧结条件下、采用相同的处理流程进行烧结处理。采用相同条件进行烧结处理是为了便于对比5组铬铁矿粉矿烧结实验的烧结效果，5组铬铁矿粉矿烧结实验的混合料配比如表3所示。

表3

完成上述5组铬铁矿粉矿烧结实验的烧结处理后，分别对5组铬铁矿粉矿烧结实验所得的烧结矿产品的成品率、落下强度、转鼓强度和抗磨指数四项物理性能进行检测，并计算各组铬铁矿粉矿烧结实的每吨烧结矿耗炭量，所得到的检测结果如表4所示。

表4

从上述数据可以看出，采用本发明方法的1#~3#组铬铁矿粉矿烧结实验，其烧结矿产品的各项性能指标中，成品率、下落强度和转鼓强度都明显优于采用现有技术的4#、5#组铬铁矿粉矿烧结实验，且1#~3#组铬铁矿粉矿烧结实验烧结矿产品的抗磨指数也非常接近于4#、5#组铬铁矿粉矿烧结实验，然而1#~3#组铬铁矿粉矿烧结实验中每吨铬铁矿耗炭量却低于4#、5#组铬铁矿粉矿烧结实验。这要是由于镍合金冶炼过程产生的镍铁冶炼炉渣成分均匀，MgO和SiO₂含量高，能够形成低熔点化合物，因此可以使得配焦比降低，能耗减少，并且提升了烧结效果。同时该烧结工艺可以节省镍铁冶炼炉渣处理成本，有效回收利用镍铁冶炼炉渣。由此可见，本发明基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，通过对镍铁冶炼炉渣的回收用于铬铁矿粉矿烧结处理，可以减少配碳量、降低能耗，而且无需借助价格昂贵的熔剂，既实现了镍合金生产过程的废物利用，又节省镍铁冶炼炉渣处理成本，既提高了企业的经济效益又缓解了企业面临的节能减排压力。而在采用本发明方法的1#~3#组铬铁矿粉矿烧结实验中，2#组铬铁矿粉矿烧结实验的整体物理性能更优，因此以2#组铬铁矿粉矿烧结实验作为参照依据，在本发明方法中，组成混合料的比例优选为10重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、62重量份铬铁矿粉矿、10重量份焦粉、15重量份返矿和3重量份膨润土。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将镍铁冶炼炉渣进行水冷处理后并进行干燥处理，除去其自由水；

2）将8~12重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、60~64重量份铬铁矿粉矿、8~10重量份焦粉、10~20重量份返矿和3~6重量份膨润土组成的混合料加入圆筒混合机，再按所述混合料总重量的10%加水进行混合制粒，得到混合料球；所述返矿，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径小于5mm的烧结矿作为返矿；

3）在烧结机台车上铺设厚度为20~30mm的铺底料；所述铺底料，是此前铬铁矿烧结所得到的烧结矿进行筛分后，将粒径为10~25mm的烧结矿作为铺底料； 

4）采用布料器将所述混合料球均匀布设在烧结机台车上的铺底料上，在点火温度为1150℃~1250℃、点火时间1.5~2分钟、抽风压强为负压10~13kpa的条件下进行烧结，得到烧结矿；

5）将前一步得到的烧结矿冷却至室温后进行破碎，使得破碎后烧结矿粒径小于或等于40mm；再利用振动筛进行筛分，将粒径小于5mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的返矿，取一部分粒径为10~25mm的烧结矿作为此后铬铁矿烧结的铺底料，其余的烧结矿作为烧结矿产品用于后续的不锈钢生产加工流程。

2.根据权利要求1所述的基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，其特征在于，所述步骤1中，组成混合料的比例优选为10重量份干燥处理后的镍铁冶炼炉渣、62重量份铬铁矿粉矿、10重量份焦粉、15重量份返矿和3重量份膨润土。

3.根据权利要求1所述的基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，其特征在于，所述步骤1中，干燥处理后的镍铁冶炼炉渣中粒度大于0.7mm的炉渣颗粒占30%以上。

4.根据权利要求1所述的基于镍铁冶炼炉渣回收的铬铁矿粉矿烧结处理方法，其特征在于，步骤5中，所述“将前一步得到的烧结矿冷却至室温”具体为，采用烧结机台车将前一步得到的烧结矿抽风冷却至室温。

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