CN111100982B

CN111100982B - 一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺

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Publication number: CN111100982B
Application number: CN201911377679.5A
Authority: CN
Inventors: 梁宇蕾; 雷金碧; 杨斌; 秦威; 王东; 杜海龙; 杨文朝; 卜自强; 杨晓龙; 韩二小; 梁帆; 龚伏波; 杨志国
Original assignee: Ningxia Shengyan Industrial Group Energy Recycling Economy Co ltd
Current assignee: Ningxia Shengyan Industrial Group Energy Recycling Economy Co ltd
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111100982A

Abstract

本发明公开了一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，目的在于是在现有技术基础之上，合理使用国内低锰高铁锰矿和国外高铁高铝锰矿的配比，通过矿种的不同荷重软化温度及软熔温度区间的实践研究，控制合理渣铁比范围、入炉锰铁和量及锰铁比、入炉硫负荷及脱硫分配率，同时通过合理渣相控制四元碱度、渣相液相线、SiO2/AL2O3、MnO/AL2O3及MnO/SiO2倍数范围。操作上通过合理调整矿焦差(0°‑负2.5°)及富氧量和喷煤量。从而实现无料钟等环保先进装备、富氧喷煤等节能技术措施、高铝高铁贫锰矿的成功应用，最终实现富锰渣炉炉况的稳定顺行、降低富锰渣提取成本的目的。

Description

一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺

技术领域

本发明涉及富锰渣炉的火法富集技术中高铝、高硫低品位矿复杂难处理锰铁矿高效的冶金技术领域，具体涉及一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺。

背景技术

随着国内硅锰合金生产规模的不断扩大，矿热炉冶炼优质硅锰合金对富锰矿的需求量越来愈大。而我国锰矿资源储量中富矿只占5％左右，大部分是以贫锰矿或铁锰矿存在，且含磷含铁的复杂难选矿石占有很大的比例。只能采用富锰渣冶炼即火法富集技术处理，富锰渣冶炼的富集原理主要是除铁和去氧(又称化学失重)。炉料中的铁、磷以及锰的高价氧化物都能充分地进行还原，而锰的低价氧化物即MnO就困难的多。利用它们的还原条件不同，被还原出来的铁、磷和少量锰进入附产铁中，而大部分锰以MnO的形态存在于炉渣中。由渣铁分离达到铁锰分离和提高富锰渣的Mn/Fe、将低P/Mn的目的。但高铁、高铝、高硫、低锰等原燃料条件，传统的富锰渣冶炼工艺无法满足冶炼，热制度、造渣制度等完全不同于富锰渣冶炼渣相分离理论。尤其为提高和改进富锰渣的装备和技术，适应环保节能要求，无料钟炉顶环保设施及富氧喷煤等节能技术的应用，富锰渣入炉结构及工艺要求必须满足大容积炉型的冶炼需求和富氧喷煤的工艺。

发明内容

本发明的目的在于是在现有技术基础之上，合理使用国内低锰高铁锰矿和国外高铁高铝锰矿的配比，通过矿种的不同荷重软化温度及软熔温度区间的实践研究，控制合理渣铁比范围、入炉锰铁和量及锰铁比、入炉硫负荷及脱硫分配率，同时通过合理渣相控制四元碱度、渣相液相线、SiO2/AL2O3、MnO/AL2O3及MnO/SiO2倍数范围。操作上通过合理调整矿焦差(0°-负2.5°)及富氧量和喷煤量。从而实现无料钟等环保先进装备、富氧喷煤等节能技术措施、高铝高铁贫锰矿的成功应用，最终实现富锰渣炉炉况的稳定顺行、降低富锰渣提取成本的目的。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述冶炼富锰渣工艺为：

(1)锰烧结工艺配料：使用低锰高铁高硫粉(Fe35-38％，Mn5-10％，S≥0.4％，SiO2≥19-27％)、南非高铁粉(Fe24-27％，Mn26-27.5％，AL2O3≥3-7％)及国内高硫铁精粉(Fe64-65％，S≥2.6-3.0％)为生产原材料进行烧结生产；按照烧结矿指标Mn+Fe≥55,Mn≥13％，SiO2≥12-15％,AL2O3≤5.5％,S≤0.3％,FeO≥15-18％，R3≤0.35-0.45的工艺要求烧结配料，

(2)富锰渣工艺配料：

使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，低锰高铁矿(Mn5-10％，Fe35-38％，S≥0.5％，P≥0.3％)配加10％。

(3)富锰渣烧结燃料配料：

使用燃料配比85高硫焦炭(C85％，S≥1.5-2.0，A≤13.5％，CSR≥55％，CRI≤25-28％)配加60％，80焦炭(C80％，S≥1.0-1.2，A≤16-18％，CSR≥60％，CRI≤26％)配加40％，吨渣煤比70kg，富氧率5.5％，按照富锰渣指标Mn≥30-35％，SiO2≥28-32％，AL2O3≤15-18％，S≤1.5％,P≤0.05％,Fe≤1％，R3≤0.35-0.40的工艺要求进行配料。在富锰渣炉冶炼富锰渣工艺过程中，锰有80％以上进入炉渣，SiO2，AL2O3，CaO，MgO几乎全部进入炉渣，Fe、P大约95％进入生铁，综合入炉料中渣铁比大于1.5，富锰渣含量高，产量高，焦炭和矿石的消耗量则低。而当综合入炉料中渣铁比小于1.0时，矿石的化学失重大，富集效果好，有利于获得高品位的富锰渣，含铁量高，去磷效果也好，但渣铁比小于0.8时，附产铁多，焦炭消耗量大，锰的回收率低，同时操作上也难持低炉温操作。

(4)入矿热炉进行高温冶炼：将配好的富锰渣原料与富锰渣烧结燃料加入矿热炉内使用火法富集技术进行冶炼，冶炼的过程中温度控制在：1280-1300℃。火法富集技术即富锰渣炉冶炼富锰渣的基本原理是通过控制热量和造渣过程对矿石的氧化物进行选择性还原。要求炉温控制在保证铁、磷充分还原，锰不还原或少量还原，且液体渣铁能有效分离的温度范围，一般为1280-1300℃，比生铁高炉低100-150℃，比锰铁高炉低200-250℃。锰的还原是按照氧化物的含氧量由高到低逐级还原的，用气体还原剂很容易把各级高价氧化物还原到MnO，而且都是放热反应：

2MnO2+CO＝Mn2O3+CO2+226689KJ

3Mn2O3+CO＝Mn3O4+CO2+17012KJ

Mn3O4+CO＝3MnO+CO2+51882KJ

而MnO则只能是直接还原，吸热反应，而且MnO还多呈MnO.SiO2状态存在，因而【Mn】是从炉渣中还原出来的。当有CaO存在时：

MnO.SiO2+CaO+C＝Mn+CaSiO3+CO

实际上，在渣铁共存条件下，在1400-1450度范围内，由焦炭或铁中【C】还原(MnO)，与渣中(FeO)氧化溶入铁中【Mn】是同时存在的：

(MnO)+C＝【Mn】+CO-26129KJ

(FeO)+【Mn】＝【Fe】+(MnO)-147904KJ

根据计算，后一反应的自由能小于前者，可优先进行。因而可以认为：渣中(MnO)是在滴落带中被还原的。因此，富锰渣炉冶炼富锰渣时，为抑制锰的还原，要控制较低的炉温水平，降低滴落带的高度和降低高温区的范围以减少反应的接触时间和润湿面积；降低炉渣碱度以降低MnO的活度等等。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述冶炼富锰渣工艺所使用的富锰渣炉的容积最小不得低于230m³，要实现富锰渣炉无料钟炉顶环保装备的应用，炉型容积最小不得低于230m3，同时要采用富氧喷煤技术进行提锰降低生产成本，工艺配料必须与之相适应。富锰渣炉冶炼属大渣量、低炉温、自然碱度、成渣带厚及软熔带高等特点。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述富锰烧结工艺配料生产实际最优配比为：高硫铁精粉40％，南非高铁粉33％，国内低锰高铁粉15％，焦粉9％，白灰3％。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述南非高铁粉及国内低锰高铁粉可以用澳洲高铁粉(Fe39-45％，Mn12-15％)替代使用。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述富锰渣工艺配料可以使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，高磷铁矿(Fe58-63％，S≥0.2％，P≥0.7％)配加10％。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述富锰渣工艺配料中微量元素的要求范围为：碱金属(Ka+Na)≦0.5，锌Zn≦0.2，砷As≦0.07，钛TiO2≦12。冶炼富锰渣渣量大，故相对于普通炼铁高炉对微量元素的要求范围稍大。富锰渣冶炼原料强度较差，焦炭强度的好坏是炉况顺行的主要决定性因素，碱金属过高会加剧碳素熔损反应，破坏焦炭热强度，钛含量过高富锰渣起泡沫严重，降低富锰渣成品率，同时增加渣铁粘度，流动性变差，渣铁口排查不畅。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述富锰渣工艺配料中综合三氧化二铝(AL2O3)含量小于5.5％。制约富锰渣生产的主要有害元素为三氧化二铝(AL2O3)。富锰渣冶炼渣量大，渣的热稳定性较差。渣中(AL2O3)含量过高，Mn/Fe大于3.5时，低风温高负荷冶炼，渣的熔化温度较低，渣的黏度及热稳定性极差，不仅渣铁口排渣困难，炉内表现为料速慢、炉顶温度高及渣铁物理热不足。炉温稍有波动，料柱不动炉况开始滑尺崩料，更为严重者炉墙温度下降，炉墙出现结厚现象。生产实际表明，入炉料综合三氧化二铝(AL2O3)含量必须小于3.5-5.5％，根据冶炼产品不同及渣量的大小最终确定渣中(AL2O3)含量小于15％为最佳；小于18％配加萤石提高四元碱度能够维持正常生产，但锰回收率降低3-5％；大于18％以上炉况将逐步恶化。渣铁比大于1，渣中(AL2O3)小于15％，渣流动性可持续生产渣铁比小于0.9，渣中(AL2O3)小于18％。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述炼富锰渣工艺使用富氧喷煤技术冶炼。富锰渣炉富氧喷煤是强化富锰渣炉生产、节能的主要措施，其重要的特点如下：

(1)喷吹煤粉增加鼓风动能，改变炉缸气流的分布，炉缸中心气流加强。为保证炉况顺行，上下部调剂要相应跟上，应酌情扩大风口，调整装料制度，以取得合理的煤气流分布；

(2)富氧降低炉顶温度，喷吹煤粉提高炉顶温度；

(3)综合冶炼强度不变，富氧促进边沿气流发展；综合冶炼强度提高，富氧促进边沿加重，喷煤促进中心气流发展。根据富锰渣炉冶炼发展边缘气流的工艺特点及透气性、透液性差的不足，生产实际过程中喷煤量≤80kg,富氧率可达5％-6％。

进一步的，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述炼富锰渣工艺中所使用的矿热炉设备配合安装无料钟炉顶环保设施，为提高和改进富锰渣的装备和技术，适应环保节能要求，使用无料钟炉顶环保设施技术的应用。

目前，由于国内硅锰合金生产规模的不断扩大，矿热炉冶炼优质硅锰合金对富锰矿的需求量越来愈大，所以本申请提供了一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，在生产实践中通过调整烧结矿理化指标中锰铁和量、二氧化硅、氧化亚铁及三元碱度来实现锰矿烧结软化温度及强度问题；通过调整渣中锰及二氧化硅的含量调整富锰渣冷凝时间，实现高铝渣的热稳定性差带来的不利条件；通过调整四元碱度来实现炉缸热制度的稳定；通过调整渣铁比来实现大容积富锰渣炉透液性、透气性差的问题，以便实现富氧喷煤技术的成功引用。

综上所述，本发明的以下有益效果：

通过该冶炼富锰渣工艺，可以保证大容积富锰渣炉在富氧喷煤的工艺条件下的炉况稳定顺行，同时对贫锰铁矿、高硫铁矿及高硫焦炭废弃难选资源再次经济的回收利用具有很大优势，同时保证下游硅锰合金生产入炉结构经济性调整具有明现优势，经济效益，环保节能效益极高，同时对富锰渣行业发展具有很大的推动意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述冶炼富锰渣工艺为：锰烧结工艺配料：使用低锰高铁高硫粉(Fe35-38％，Mn5-10％，S≥0.4％，SiO2≥19-27％)、南非高铁粉(Fe24-27％，Mn26-27.5％，AL2O3≥3-7％)及国内高硫铁精粉(Fe64-65％，S≥2.6-3.0％)为生产原材料进行烧结生产；富锰渣工艺配料：使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，低锰高铁矿(Mn5-10％，Fe35-38％，S≥0.5％，P≥0.3％)配加10％；富锰渣烧结燃料配料：使用燃料配比85高硫焦炭(C85％，S≥1.5-2.0，A≤13.5％，CSR≥55％，CRI≤25-28％)配加60％，80焦炭(C80％，S≥1.0-1.2，A≤16-18％，CSR≥60％，CRI≤26％)配加40％，吨渣煤比70kg，富氧率5.5％，入矿热炉进行高温冶炼：将配好的富锰渣原料与富锰渣烧结燃料加入矿热炉内使用火法富集技术进行冶炼，冶炼的过程中温度控制在：1280-1300℃。所述冶炼富锰渣工艺所使用的富锰渣炉的容积最小不得低于230m³，所述富锰渣工艺配料中微量元素的要求范围为：碱金属(Ka+Na)≦0.5，锌Zn≦0.2，砷As≦0.07，钛TiO2≦12，所述富锰渣工艺配料中综合三氧化二铝(AL2O3)含量小于5.5％，所述炼富锰渣工艺使用富氧喷煤技术冶炼，所述炼富锰渣工艺中所使用的矿热炉设备配合安装无料钟炉顶环保设施。

实施例2

如图1所示，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述冶炼富锰渣工艺为：富锰渣工艺配料：使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，低锰高铁矿(Mn5-10％，Fe35-38％，S≥0.5％，P≥0.3％)配加10％；富锰渣烧结燃料配料：使用燃料配比85高硫焦炭(C85％，S≥1.5-2.0，A≤13.5％，CSR≥55％，CRI≤25-28％)配加60％，80焦炭(C80％，S≥1.0-1.2，A≤16-18％，CSR≥60％，CRI≤26％)配加40％，吨渣煤比70kg，富氧率5.5％，入矿热炉进行高温冶炼：将配好的富锰渣原料与富锰渣烧结燃料加入矿热炉内使用火法富集技术进行冶炼，冶炼的过程中温度控制在：1280-1300℃。所述冶炼富锰渣工艺所使用的富锰渣炉的容积最小不得低于230m3，所述富锰渣工艺配料生产配比为：高硫铁精粉40％，南非高铁粉33％，国内低锰高铁粉15％，焦粉9％，白灰3％，所述富锰渣工艺配料可以使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，高磷铁矿(Fe58-63％，S≥0.2％，P≥0.7％)配加10％，所述富锰渣工艺配料中微量元素的要求范围为：碱金属(Ka+Na)≦0.5，锌Zn≦0.2，砷As≦0.07，钛TiO2≦12，所述富锰渣工艺配料中综合三氧化二铝(AL2O3)含量小于5.5％，所述炼富锰渣工艺使用富氧喷煤技术冶炼，所述炼富锰渣工艺中所使用的矿热炉设备配合安装无料钟炉顶环保设施。

实施例3

如图1所示，一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，所述冶炼富锰渣工艺为：富锰渣工艺配料：使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，低锰高铁矿(Mn5-10％，Fe35-38％，S≥0.5％，P≥0.3％)配加10％；富锰渣烧结燃料配料：使用燃料配比85高硫焦炭(C85％，S≥1.5-2.0，A≤13.5％，CSR≥55％，CRI≤25-28％)配加60％，80焦炭(C80％，S≥1.0-1.2，A≤16-18％，CSR≥60％，CRI≤26％)配加40％，吨渣煤比70kg，富氧率5.5％，入矿热炉进行高温冶炼：将配好的富锰渣原料与富锰渣烧结燃料加入矿热炉内使用火法富集技术进行冶炼，冶炼的过程中温度控制在：1280-1300℃。所述冶炼富锰渣工艺所使用的富锰渣炉的容积最小不得低于230m3，所述富锰渣工艺配料生产配比为：高硫铁精粉40％，澳洲高铁粉(Fe39-45％，Mn12-15％)48％，焦粉9％，白灰3％，所述富锰渣工艺配料可以使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿(Mn13-15％，Fe39-45％)配加60％，高铝锰矿(Fe20-23％，Mn29-33％，AL2O3≥9-12％)配加30％，高磷铁矿(Fe58-63％，S≥0.2％，P≥0.7％)配加10％，所述富锰渣工艺配料中微量元素的要求范围为：碱金属(Ka+Na)≦0.5，锌Zn≦0.2，砷As≦0.07，钛TiO2≦12，所述富锰渣工艺配料中综合三氧化二铝(AL2O3)含量小于5.5％，所述炼富锰渣工艺使用富氧喷煤技术冶炼，所述炼富锰渣工艺中所使用的矿热炉设备配合安装无料钟炉顶环保设施。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述冶炼富锰渣工艺为：

（1）锰烧结工艺配料：使用低锰高铁高硫粉：Fe35-38%、Mn5-10%、S≥0.4%、SiO₂≥19%、南非高铁粉：Fe24-27%、Mn26-27.5%、AL₂O₃≥3%及国内高硫铁精粉：Fe64-65%、S≥2.6%为生产原材料进行烧结生产；

（2）富锰渣工艺配料：使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿：Mn13-15%、Fe39-45%配加60%，高铝锰矿：Fe20-23%、Mn29-33%、AL₂O₃≥9%配加30%，低锰高铁矿：Mn5-10%、Fe35-38%、S≥0.5%、P≥0.3%配加10%；

（3）富锰渣烧结燃料配料：使用燃料配比85高硫焦炭：C85%、S≥1.5、A≤13.5%、CSR≥55%、CRI≤25%配加60%，80焦炭：C80%、S≥1.0、A≤16%、CSR≥60%、CRI≤26%配加40%，吨渣煤比70kg，富氧率5.5%；

（4）入矿热炉进行高温冶炼：将配好的富锰渣原料与富锰渣烧结燃料加入矿热炉内使用火法富集技术进行冶炼，冶炼的过程中温度控制在：1280-1300℃；

（5）入炉料综合三氧化二铝含量小于3.5%，根据冶炼产品不同及渣量的大小最终确定渣中三氧化二铝含量小于15%。

2.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述冶炼富锰渣工艺所使用的富锰渣炉的容积为230m³及以上炉型。

3.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述锰烧结工艺配料进一步为：国内高硫铁精粉40%，南非高铁粉33%，低锰高铁高硫粉15%，焦粉9%，白灰3%。

4.根据权利要求3所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述南非高铁粉及低锰高铁粉用澳洲高铁粉：Fe39-45%、Mn12-15%替代使用。

5.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述富锰渣工艺配料使用锰烧结工艺生产的锰烧结矿：Mn13%、Fe39%配加60%，高铝锰矿：Fe20-23%、Mn29-33%、AL₂O₃≥9%配加30%，高磷铁矿：Fe58-63%、S≥0.2%、P≥0.7%配加10%。

6.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述富锰渣工艺配料中微量元素的要求范围为：碱金属K+Na≦0.5，锌Zn≦0.2，砷As≦0.07，钛TiO₂≦12。

7.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述炼富锰渣工艺使用富氧喷煤技术冶炼。

8.根据权利要求1所述的一种高铝贫锰铁矿及高硫焦冶炼富锰渣工艺，其特征在于，所述炼富锰渣工艺中所使用的矿热炉设备配合安装无料钟炉顶环保设施。