CN112210664B - 一种强化铬铁矿球团预还原的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化铬铁矿球团预还原的方法，属于冶金和矿业工程技术领域，包括以下步骤：(1)原料预处理：(2)造球：将铬铁矿、添加剂、粘结剂和还原剂按设定比例混合均匀，在圆盘造球机中进行造球；所述添加剂为酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的组合物；(3)干燥预热：(4)预还原：将预热球团与还原剂混合放入回转窑中，回转窑内加热到1150℃～1300℃进行预还原，得到预还原球团。本发明通过添加不锈钢固废，调节铬铁矿球团配矿，强化铬铁矿还原，能有效降低铬铁矿球团的还原温度，提升铬铁矿还原球团金属化率，得到金属化率大于60％，抗压强度大于1000N的金属化球团，为后续的电炉冶炼提供优质炉料，降低电炉冶炼的能耗。

Description

一种强化铬铁矿球团预还原的方法

技术领域

本发明属于冶金和矿业工程技术领域，涉及一种强化铬铁矿球团预还原的方法。

背景技术

由于铬铁矿中铬尖晶石晶粒大、m(MgO)/m(FeO)比值大、MgO和Al₂O₃含量多以及组成铬铁矿的脉石矿物熔点高的特点，造成其难熔，还原温度高，炉衬损耗大，还原时间长，生产中耗电多，产量低。为了节能降耗和高效增产，国内外研究机构做了很多相关研究工作，这些研究工作主要集中在还原温度、时间、原料性能、内配炭量、添加剂等对铬铁矿还原的影响。

目前铬铁矿粉矿球团工艺主要包括SRC法、DRC法、Outokumpu法和COBO法，其中最具有代表性的工艺为SRC法。该法是日本昭和电工公司研制的一项铬铁矿固态还原法，也称预还原球团法。实践表明，该法可以提高电炉生产能力，降低电耗，球团热装入炉效果更佳，产量接近翻番；其主要缺点是预还原温度较高(>1300℃)、时间较长(>4h)；且球团金属化率较低(<60％)。

为了解决铬铁矿固态还原过程中的这些难题，实现节能降耗、高效增产，国外一些科研人员做了许多相关的研究，我国一些铁合金厂和科研院所也做过类似的小型试验研究，其中配加添加剂(催化剂)被认为是一种较有效的方法，中国专利(CN200910028257.7)介绍了一种用粉铬矿冶炼铬铁合金及含铬铁水工艺及设备，将含铬铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂(5％)混合，制备成超细粉，混合造成球团物料，送入到还原炉内，经还原反应后，得到铬铁合金球团，将还原后的球团直接加入有衬电渣炉中冶炼成镍铁合金或含铬铁水。该专利所述添加剂的添加量较大，催化添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50％、氧化剂10-30％、催化助燃剂10-30％、成孔剂5-15％、晶核强化剂5-20％、助熔剂15-30％、自由基引发剂5-10％所组成，成分很复杂，一些组分不是生活和生产中常用的原料，不利于推广应用。

因此，有必要提供一种简单且高效的强化铬铁矿球团预还原的方法。

发明内容

针对现有技术中铬铁矿球团还原难、预还原温度高、时间长、设备损耗严重、生产耗电多、产量低等问题，本发明的目的在于提供一种强化铬铁矿球团预还原的方法，即通过添加不锈钢固废(酸洗污泥、除尘灰、氧化铁皮)，强化铬铁矿球团预还原，实现铬铁矿制备预还原球团的高效、节能目的。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种强化铬铁矿球团预还原的方法，包括以下步骤：

(1)原料预处理：

对铬铁矿、氧化铁皮分别进行球磨处理，得到预定细度的原料；

(2)造球：

将铬铁矿、添加剂、粘结剂和还原剂按设定比例混合均匀，在圆盘造球机中进行造球；

所述添加剂为酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的组合物；

(3)干燥预热：

将生球放入链篦机，在预定风速温度下进行干燥、氧化预热，得到预热球团；

(4)预还原：

将预热球团与还原剂混合放入回转窑中进行预还原，得到预还原球团。

优选的方案，步骤(1)中，预处理方式采用湿式球磨，控制矿浆浓度为60～80％，将铬铁矿、氧化铁皮球磨至-0.074mm占90％以上。

优选的方案，步骤(2)中，圆盘机尺寸为直径为800mm，深度为200mm，生球粒度控制在8～16mm。

优选的方案，将粘结剂和还原剂球磨至-0.074mm占80％以上。

优选的方案，酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的质量比为(1～3)：(1～3)：(0～1)，添加剂的粒度为-0.074mm占90％以上，添加量为混合料的5～15wt％。

进一步，酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的质量比为1：1：1。

优选的方案，粘结剂为红土镍矿，其添加量为混合料的8～10wt％。

优选的方案，步骤(3)中，链篦机中通过炉膛高温加热流动热风，通过兑加冷风调节热风温度，通过不同温度、不同流动速度的热风对球团进行干燥、预热。

优选的方案，步骤(3)中，保持250～350℃的热风以0.8～1.4m/s的风速对链篦机中球团进行干燥，持续5～8min。

优选的方案，步骤(3)中，保持800～1150℃的热风以1.2～2.4m/s的风速对链篦机中球团进行氧化预热，持续5～15min。

进一步，步骤(3)中，保持1000～1050℃的热风以1.2～2.0m/s的风速对链篦机中球团进行氧化预热，持续10～15min。

优选的方案，步骤(3)中，预热球团抗压强度大于500N/个。

优选的方案，还原剂为煤粉或焦粉。

进一步，造球过程中，还原剂配入比为混合料的0～10wt％。

进一步，预还原过程中，还原剂配入比为加入预热球团质量的0.6～2.5倍。

优选的方案，步骤(4)中，预还原温度为1150℃～1300℃，时间为45～200min。

进一步，预还原温度为1200～1250℃，时间为60～200min。

本发明采用链篦机-回转窑法制备铬铁矿预还原球团，以不锈钢固废(酸洗污泥、除尘灰、氧化铁皮)作为添加剂，腐殖土型红土镍矿作为粘结剂，优化铬铁矿球团的生球性能，提高铬铁矿球团的碱度，含铬固废(酸洗污泥、除尘灰)和氧化铁皮中亚铁含量高，易还原，还原膨胀率小，且亚铁还原初期生成的铁晶粒能有效促进铬铁矿中铁的还原，还原过程中由于酸洗污泥与除尘灰中铅、锌的还原挥发，使得球团出现微小孔洞，有利于还原反应的进行；如此，有效降低了铬铁矿球团的还原温度，而且有效回收了含铬固废(酸洗污泥、除尘灰)中的有价元素。在1200～1250℃预还原温度下，将铬铁矿中的氧化铁还原为金属铁，得到金属化率大于60％、抗压强度大于1000N/个的优质预还原球团，为后续的电炉冶炼提供优质炉料。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明通过添加不锈钢固废，调节铬铁矿球团配矿，强化铬铁矿还原，能有效降低铬铁矿球团的还原温度，提升铬铁矿还原球团金属化率，得到金属化率大于60％，抗压强度大于1000N的金属化球团，为后续的电炉冶炼提供优质炉料，降低电炉冶炼的能耗。

(2)本发明所用添加剂均为不锈钢生产中的固废，不仅有效促进了铬铁矿球团的还原，而且有效利用了难以处置的不锈钢固废，回收其有价元素。

(3)本发明提供的方法工艺简单、成熟，能耗低，工业化生产易实现，不会造成二次污染。

附图说明

图1为本发明强化铬铁矿球团预还原方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例2的工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明的具体实施方式，但本发明的具体实施方式不局限于以下实施例。

本发明实施例中，酸洗污泥的主要化学成分为：ω(Fe)＝10％～25％，ω(Cr)≈3％～6％，ω(Ni)<5％，其余为CaF₂、CaO、SiO₂、CaSO₄等物质。

除尘灰的主要化学成分为：ω(Fe)＝30％～40％，ω(Cr)≈8％，ω(Ni)<5％。

氧化铁皮的主要化学成分为：ω(Fe)＝70％～75％，其中ω(FeO)≈60％～67％，ω(Ni)<5％；所述腐殖土型红土镍矿的主要化学成分为：ω(Fe)＝10％～15％，ω(SiO₂)≈40％～45％，ω(Ni)<2％，烧损>15％。

以下通过具体实施例对本发明技术方案进行详细的阐述。

实施例1

以铬铁矿(TFe 21.68％、Cr₂O₃ 20.81％)、酸洗污泥(TFe 13.51％、Cr₂O₃5.26％)、除尘灰(TFe 33.82％、Cr₂O₃ 9.38％)，焦粉、红土镍矿为原料。

各种原料配比为，铬铁矿∶酸洗污泥∶除尘灰∶红土镍矿∶焦粉＝62％∶10％∶10％∶8％∶10％；铬铁矿经过湿式球磨至-0.074mm大于90％，将球磨后的铬铁矿与酸洗污泥、除尘灰、红土镍矿、焦粉混合均匀，在圆盘机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水分为10.93％，生球落下强度13.4/次·0.5m^-1、抗压强度18.28N/个；

将生球放入链篦机中在料层高度150mm，鼓风干燥温度240℃、鼓风干燥时间4min、鼓风干燥风速1.2m/s，抽风干燥温度200℃、抽风干燥时间5min，抽风干燥风速1.4m/s；预热温度800℃、预热时间10min、预热介质风速1.6m/s条件下干燥预热，得到抗压强度502N/个的含铬预热球团；

将含铬预热球团热装入回转窑中，控制回转窑转速为1rpm、充填率25％、配加烟煤作为还原剂、煤/矿比2:1、窑内维持微正压，在1230℃恒温还原区间内还原200min，得到抗压强度1068N/个、还原度56.20％的含铬预还原球团；

含铬预还原球团配加硅石控制渣系SiO₂在30％，在1700℃摄氏度、残煤配加量10％、熔分时间20min条件下进行电炉熔炼，得到含铁50.6％、含铬38.2％的优质不锈钢生产原料，含铬生铁中铁回收率达93.53％、铬回收率达77.46％。

实施例2

以酸洗污泥(TFe 13.51％、Cr₂O₃ 5.26％、)除尘灰(TFe 33.82％、Cr₂O₃ 9.38％)，铬铁矿(TFe 21.68％、Cr₂O₃ 20.81％)、氧化铁皮(TFe 73.98％)、红土镍矿(TFe14.2％、Ni1.5％)为原料。

各种原料配比为，铬铁矿∶酸洗污泥∶除尘灰∶红土镍矿∶氧化铁皮＝62％∶10％∶10％∶8％∶10％；铬铁矿与氧化铁皮经过湿式球磨至-0.074mm大于90％，将球磨后的铬铁矿、氧化铁皮与酸洗污泥、除尘灰、红土镍矿混合均匀，在圆盘机上造球，得到的生球直径为12mm，生球水份为11.20％，生球落下强度4.2/次·0.5m^-1、抗压强度13.55N；

将生球放入链篦机中在料层高度150mm，鼓风干燥温度240℃，鼓风干燥时间4min，鼓风干燥风速1.2m/s，抽风干燥温度200℃，干燥时间5min，抽风干燥风速1.4m/s，预热温度1050℃，预热时间10min，预热风速2.2m/s制备预热球团，得到抗压强度1070N/个的含铬预热球团；

控制回转窑转速为1rpm、充填率25％、预热球团热球22kg入炉、煤/矿质量比2:1、窑内维持微正压，在1230℃恒温还原区间内还原200min，得到抗压强度1150N/个、还原度为70.66％的含铬预还原球团；

含铬预还原球团配加硅石控制渣系SiO₂在30％，在电炉温度1700℃、残煤配加量15％、熔分时间30min条件下进行电炉熔炼，得到含铁56.60％、含铬32.90％的优质不锈钢原料，含铬生铁中铁回收率达98.23％、铬回收率达95.03％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）原料预处理：

对铬铁矿、氧化铁皮分别进行球磨处理，得到预定细度的原料；

（2）造球：

将铬铁矿、添加剂、粘结剂和还原剂按设定比例混合均匀，在圆盘造球机中进行造球；

所述添加剂为酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的组合物；

（3）干燥预热：

将生球放入链篦机，在预定风速温度下进行干燥、氧化预热，得到预热球团；

（4）预还原：

将预热球团与还原剂混合放入回转窑中进行预还原，得到预还原球团；

酸洗污泥、除尘灰和氧化铁皮的质量比为（1 ~ 3）：（1 ~ 3）：（0 ~ 1），添加剂的粒度为-0.074mm占90%以上，添加量为混合料的5~15wt%；

粘结剂为红土镍矿，其添加量为混合料的8~10wt%；

还原剂为煤粉或焦粉；

造球过程中，还原剂配入比为混合料的0~ 10 wt%；

预还原过程中，还原剂配入比为加入预热球团质量的0.6~2.5倍；

步骤（4）中，预还原温度为1200~1250℃，时间为60~200min。

2.如权利要求1所述强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，步骤（1）中，预处理方式采用湿式球磨，控制矿浆浓度为60~80%，将铬铁矿、氧化铁皮球磨至-0.074mm占90%以上。

3.如权利要求1所述强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，步骤（2）中，圆盘机尺寸为直径为800mm，深度为200mm，生球粒度控制在8~16mm。

4.如权利要求1所述强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，将粘结剂和还原剂球磨至-0.074mm占80%以上。

5.如权利要求1所述强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，步骤（3）中，保持250~350℃的热风以0.8~1.4m/s的风速对链篦机中球团进行干燥，持续5~8min。

6.如权利要求1所述强化铬铁矿球团预还原的方法，其特征在于，步骤（3）中，保持800~1150℃的热风以1.2~2.4m/s的风速对链篦机中球团进行氧化预热，持续5~15min。

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