CN117568629A - 一种铬铁矿冶炼方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铬铁矿冶炼方法，包括如下步骤：步骤1)将包含铬铁矿、还原剂和熔剂的原料置于熔炼设备中，将富氧空气和燃料侧吹喷入原料中燃烧，对原料进行熔炼，得到侧吹预还原熔体；步骤2)将侧吹预还原熔体进行还原熔炼，得到铬铁产品。原料不经过预处理直接入炉，避免磨矿、造球所形成污染，环境友好电炉电耗低，仅为300‑400kWh/t铁，蒸汽发电可完全供应此部分电耗，无需外部供电，显著降低铬铁生产对电能的需求。
Description
技术领域
本发明涉及铬铁矿冶炼技术领域，具体涉及一种铬铁矿冶炼方法和系统。
背景技术
铬铁是不锈钢的重要合金添加剂，一般采用电炉冶炼铬铁矿所得。目前有四种主要工艺用于生产铬铁：传统工艺、Outokumpu工艺、直流电弧工艺和Premus工艺。
在传统工艺中，铬铁矿、还原剂和熔剂的混合物制粒后直接进入敞开矿热炉，其投资低，原料适应性强，南非、津巴布韦等国家仍有大量冶炼厂使用此工艺，但该工艺不环保，效率低，终将被淘汰。
奥托昆普工艺是将细铬矿湿法研磨，然后使用膨润土等粘合剂将其造球、烧结，然后进行空气冷却和储存。再将球团与熔剂一起在炉仓上方的预热器中加热，并被送入封闭的埋弧炉。该工艺可降低比能耗，同时提高铬回收率，但工艺流程长，投资高，环保差。
直流电弧炉路线使用单个固体碳电极，并向熔炉底部的阳极产生直流电弧。电弧通常是开放的或半淹没的。原料可以直接装入熔炉，也可以使用空心电极。该工艺的主要优点是可以利用任何可用的原材料，包括100％的铬铁矿粉，只需最少或不需要预处理。使用该工艺获得的铬回收率非常高，但是该方法的能耗较高。
Premus工艺为目前最先进也较为常见的工艺，其工艺流程主要为：磨矿-造球-干燥预热-回转窑预还原-电炉冶炼，但是该种工艺主要缺点在于流程长，投资高，能耗高污染重，铬等有价金属回收率低。
发明内容
为了解决现有铬铁矿冶炼方法的流程长，投资高，能耗高污染重，铬等有价金属回收率低等问题，本发明提出了一种铬铁矿冶炼方法和系统。上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：
一种铬铁矿冶炼方法，包括如下步骤：
步骤1)将包含铬铁矿、还原剂和熔剂的原料置于熔炼设备中，将富氧空气和燃料侧吹喷入原料中燃烧，对原料进行熔炼，得到侧吹预还原熔体；
步骤2)将侧吹预还原熔体进行还原熔炼，得到铬铁产品。
可选的，所述步骤1)中熔剂为硅石或石英石；
可选的，所述步骤1)中熔剂的添加量为铬铁矿重量的10-15％。
可选的，所述步骤1)中还原剂为碳基还原剂；
所述碳基还原剂选自煤粉、焦粉、活性炭粉、石墨中的至少一种；
可选的，所述步骤1)中还原剂的添加量为铬铁矿重量的20-35％。
可选的，所述步骤1)中富氧空气中氧气的体积分数为50-100％；富氧空气和燃料侧吹喷入的压力为0.2MPa～0.6MPa；
可选的，富氧空气和燃料侧吹喷入的速度为200-300m/s；
可选的，所述燃料为粉煤、天然气、重油、矿物油的一种或多种。
可选的，所述步骤1)中对原料进行熔炼的温度为1550-1700℃，熔炼时间为1～3h；
可选的，所述步骤2)中还原熔炼的温度为1650-1750℃，熔炼时间为1-2h。
可选的，所述步骤1)和步骤2)中形成的烟气经过二次燃烧后用于余热发电。
可选的，余热发电的电能供还原熔炼使用。
本发明还提出了一种铬铁矿冶炼系统，包括：
侧吹熔池熔炼炉，用于将对原料进行熔炼，形成侧吹预还原熔体；侧吹熔池熔炼炉上设有喷枪，喷枪用于向侧吹熔池熔炼炉内的原料中喷入富氧空气和燃料；所述侧吹熔池熔炼炉底部设有侧吹预还原熔体出口；所述侧吹熔池熔炼炉上还设有原料入口和烟气出口；
电炉，用于对侧吹预还原熔体进行还原熔炼，形成铬铁产品；所述电炉设有熔体入口、电极、还原剂加入口、电炉烟气出口；电炉中部设有渣出口202、电炉底部设有铬铁产品出口；
溜槽，用于将侧吹预还原熔体从侧吹熔池熔炼炉输送到电炉中。
可选的，所述系统还包括二次燃烧设备和余热发电设备，所述二次燃烧设备用于对侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气进行二次燃烧，二次燃烧后的烟气进入余热发电设备进行发电，余热发电设备形成的电能供电炉使用。
可选的，所述系统还包括收尘设备和脱硫设备；侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气依次经过收尘设备、脱硫设备，得到的烟尘从侧吹熔池熔炼炉的原料入口输入到侧吹熔池熔炼炉内。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明利用侧吹预还原+电炉还原冶炼，工艺流程短，投资低。原料不经过预处理直接入炉，避免磨矿、造球所形成污染，环境友好电炉电耗低，仅为300-400kWh/t铁，蒸汽发电可完全供应此部分电耗，无需外部供电，显著降低铬铁生产对电能的需求。Cr金属回收率高达95％，实现充分回收。燃料适应性强，可根据当地资源选择适当燃料，工艺适应性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1中的的工艺流程图；
图2是本发明实施例中的系统结构图示意图。
其中各附图标记表示以下含义：
图中附图标记为：侧吹熔池熔炼炉1、电炉2、溜槽3；其中侧吹炉设有原料入口101、烟气出口102、侧吹喷枪103、熔体出口104；电炉设有熔体入口201、渣出口202、铬铁出口203、电炉烟气出口204、电极205、还原剂加入口206。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
图1所述的一种铬铁矿冶炼方法，包括如下步骤：
步骤1)将包含铬铁矿、还原剂和熔剂的原料置于熔炼设备中，将富氧空气和燃料侧吹喷入原料中燃烧，对原料进行熔炼，得到侧吹预还原熔体；
步骤2)将侧吹预还原熔体进行还原熔炼，得到铬铁产品。
其中所述步骤1)中熔剂为硅石或石英石，熔剂的添加量为10-15％。还原剂为碳基还原剂，所述碳基还原剂选自煤粉、焦粉、活性炭粉、石墨中的至少一种。还原剂的添加量为20-35％。
富氧空气含氧量为50-100％。所述燃料为粉煤、天然气、重油、矿物油的一种或多种。富氧空气和燃料侧吹喷入的压力为0.2MPa～0.6MPa，富氧空气和燃料侧吹喷入的速度为200-300m/s。
步骤1)中对原料进行熔炼的温度为1550-1700℃，熔炼时间为1～3h；熔体中Fe还原率＞90％，Cr还原率为60-70％。
所述步骤2)中还原熔炼的温度为1650-1750℃，熔炼时间为1-2h。铬铁产品Cr回收率＞95％，Fe回收率＞98％。
如图中所示，所述步骤1)和步骤2)中形成的烟气经过二次燃烧后用于余热发电。所述步骤1)和步骤2)中形成的烟气经过收尘处理、脱硫处理后得到的烟尘加入到步骤1)的原料中回用。
本发明中的系统如图2所示，包括：
侧吹熔池熔炼炉1，用于将对原料进行熔炼，形成侧吹预还原熔体；侧吹熔池熔炼炉上设有喷枪103，喷枪用于向侧吹熔池熔炼炉内的原料中喷入富氧空气和燃料；所述底部设有侧吹预还原熔体出口104；所述侧吹熔池熔炼炉上还设有原料入口101和烟气出口102；
电炉2，用于对侧吹预还原熔体进行还原熔炼，形成铬铁产品；所述电炉2设有熔体入口201、电极205、还原剂加入口206、电炉烟气出口204；电炉中部设有渣出口202、电炉底部设有铬铁产品出口203；
溜槽3，用于将侧吹预还原熔体从侧吹熔池熔炼炉输送到电炉中。
所述系统还包括二次燃烧设备和余热发电设备，所述二次燃烧设备用于对侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气进行二次燃烧，二次燃烧后的烟气进入余热发电设备进行发电，余热发电设备形成的电能供电炉使用。
所述系统还包括收尘设备和脱硫设备；侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气依次经过收尘设备、脱硫设备，得到的烟尘从侧吹熔池熔炼炉的原料入口输入到侧吹熔池熔炼炉内。
实施例2
采用实施例1中的系统处理成分如下表所示的铬铁矿
| 组分 | Cr | Cr2O3 | Fe | FeO | V | CaO | SiO2 | MgO | Al2O3 | Ni | TiO2 |
| 含量 | 28.5 | 41.6 | 21 | 27 | 0.21 | ＜0.3 | 2.88 | 9.62 | 15.3 | 0.13 | 0.91 |
将100万t/a铬铁矿、12万t/a石英砂、26万t/a无烟煤经配料后送入侧吹炉，粉煤和富氧空气通过侧吹喷枪以0.5MPa压力送入炉内提供能量，控制侧吹预还原温度为1600℃，冶炼时间1h后将高温熔体经过溜槽送入电炉还原冶炼，电炉温度保持在1720℃，熔炼时间为1.5h，还原区VCO/V(CO+CO2)＝80％，得到铬铁53.0万t/a，吨铁电耗862kWh/t。二次燃烧设备对侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气进行二次燃烧，二次燃烧后的烟气进入余热发电设备进行发电，余热发电设备形成的电能供电炉使用。发电功率187MW,折算吨铁发电量为2676kWh/t。Cr回收率95.5％，Fe回收率98.5％。
实施例3
将100万t/a铬铁矿、13万t/a石英砂、30万t/a无烟煤经配料后送入侧吹炉，粉煤和富氧空气通过侧吹喷枪送入炉内提供能量，控制侧吹预还原温度为1700℃，冶炼时间1h后将高温熔体经过溜槽送入电炉还原冶炼，电炉温度保持在1720℃，熔炼时间为1.5h，还原区VCO/V(CO+CO2)＝80％，得到铬铁53.1万t/a，吨铁电耗823kWh/t。二次燃烧设备对侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气进行二次燃烧，二次燃烧后的烟气进入余热发电设备进行发电，余热发电设备形成的电能供电炉使用。发电功率190kW，折算吨铁发电量为2662kWh/t。Cr回收率96.5％，Fe回收率98.6％。
实施例4
将100万t/a铬铁矿、11万t/a石英砂、25万t/a无烟煤经配料后送入侧吹炉，粉煤和富氧空气通过侧吹喷枪以0.5MPa压力送入炉内提供能量，控制侧吹预还原温度为1650℃，冶炼时间1h后将高温熔体经过溜槽送入电炉还原冶炼，电炉温度保持在1720℃，熔炼时间为1.5h，还原区VCO/V(CO+CO2)＝80％，得到铬铁52.9万t/a，吨铁电耗867kWh/t。发电功率180kW，折算吨铁发电量为2535kWh/t。Cr回收率95.5％，Fe回收率98.3％。
对比例1
Premus工艺处理上述矿石作为对比，将100万t/a铬铁矿、1万t/a膨润土和25万t/a还原剂加入回转窑之前进行干法研磨、造球和预热，然后在回转窑中进行铬和氧化铁的部分预还原。然后将金属化球团热装入封闭式埋弧炉中熔炼，同时配入11万t/a石英砂，生产铬铁50万t/a，吨铁电耗约为2000kWh/t，Cr回收率：90％～92％，Fe回收率98.0％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种铬铁矿冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)将包含铬铁矿、还原剂和熔剂的原料置于熔炼设备中，将富氧空气和燃料侧吹喷入原料中燃烧，对原料进行熔炼，得到侧吹预还原熔体；
步骤2)将侧吹预还原熔体进行还原熔炼，得到铬铁产品。
2.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)中熔剂为硅石或石英石；
优选的，所述步骤1)中熔剂的添加量为铬铁矿重量的10-15％。
3.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)中还原剂为碳基还原剂；
所述碳基还原剂选自煤粉、焦粉、活性炭粉、石墨中的至少一种；
优选的，所述步骤1)中还原剂的添加量为铬铁矿重量的20-35％。
4.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)中富氧空气中氧气的体积分数为50-100％；富氧空气和燃料侧吹喷入的压力为0.2MPa～0.6MPa；
优选的，所述燃料为粉煤、天然气、重油、矿物油的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)中对原料进行熔炼的温度为1550-1700℃，熔炼时间为1～3h；
优选的，所述步骤2)中还原熔炼的温度为1650-1750℃，熔炼时间为1-2h。
6.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中形成的烟气经过二次燃烧后用于余热发电。
7.根据权利要求1所述的铬铁矿冶炼方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中形成的烟气经过收尘处理、脱硫处理后得到的烟尘加入到步骤1)的原料中回用。
8.一种铬铁矿冶炼系统，其特征在于，包括：
侧吹熔池熔炼炉，用于将对原料进行熔炼，形成侧吹预还原熔体；侧吹熔池熔炼炉上设有喷枪，喷枪用于向侧吹熔池熔炼炉内的原料中喷入富氧空气和燃料；所述侧吹熔池熔炼炉底部设有侧吹预还原熔体出口；所述侧吹熔池熔炼炉上还设有原料入口和烟气出口；
电炉，用于对侧吹预还原熔体进行还原熔炼，形成铬铁产品；所述电炉设有熔体入口、电极、还原剂加入口、电炉烟气出口；电炉中部设有渣出口、电炉底部设有铬铁产品出口；
溜槽，用于将侧吹预还原熔体从侧吹熔池熔炼炉输送到电炉中。
9.根据权利要求8所述的铬铁矿冶炼系统，其特征在于，所述系统还包括二次燃烧设备和余热发电设备，所述二次燃烧设备用于对侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气进行二次燃烧，二次燃烧后的烟气进入余热发电设备进行发电，余热发电设备形成的电能供电炉使用。
10.根据权利要求8所述的铬铁矿冶炼系统，其特征在于，所述系统还包括收尘设备和脱硫设备；侧吹熔池熔炼炉和电炉中排出的烟气依次经过收尘设备、脱硫设备，得到的烟尘从侧吹熔池熔炼炉的原料入口输入到侧吹熔池熔炼炉内。
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