铬铁矿电炉冶炼高碳铬铁现状与发展趋势.pdf
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1、 年第 期总第 期铁 合 金.:./.项目来源 中南大学研究生科研创新项目(校企联合项目)(项目编号:)作者简介 郭宇峰 男 年出生博士教授:.通信作者 王帅 男 年出生博士副教授:.收稿日期 铬铁矿电炉冶炼高碳铬铁现状与发展趋势郭宇峰李志伟杨景军王帅陈凤刘飞杨凌志(中南大学资源加工与生物工程学院 湖南长沙)(山西工程职业学院 山西太原)(新太实业集团有限公司 内蒙古乌兰察布)摘 要 介绍了铬铁矿电炉法冶炼生产高碳铬铁现状及未来发展方向 当前全球范围内高碳铬铁的冶炼方式以电炉冶炼为主可将冶炼方式分为开放式/半封闭式交流埋弧炉冶炼、封闭式交流埋弧炉冶炼、预还原封闭式交流埋弧炉冶炼、开放式直流明弧
2、炉冶炼 随着电炉容量扩大允许配入的粉矿占比越来越小需要对炉料进行造块预处理方法包括烧结、球团、压团 此外铬铁矿中铬还原温度高渣系熔化温度高冶炼过程中能耗高、碳排放高未来高碳铬铁生产需要从炉料清洁制备、炉渣制度优化及冶炼技术研究等方面开展研究关键词 高碳铬铁 电炉冶炼 炉料预处理 渣系优化中图分类号.文献标识码 文章编号()()()(.)./.前言铬是不锈钢生产当中必不可少的元素通常以铬铁合金的形式加入不锈钢其中的铬部分置换铁形成合金渗碳体提高不锈钢的稳定性另有部分铬溶入铁素体当中提高不锈钢强度、硬度和耐磨性铬铁合金是通过铬铁矿冶炼获得铬铁矿的分类主要有铬铁矿、镁铬铁矿、铝铬铁矿、富铬尖晶矿统称
3、铬铁矿 截止 年根据 提供的数据可得全球范围已探测到的铬铁矿总量已经达到了 亿 资源分布如图 所示由图 可见全球铬铁矿资源分布极度不平衡大部分铬铁矿集中在少数几个国家地区其中近一半铬铁矿分布在南非地区除南非外津巴布韦的铬铁矿占有量也非常巨大超过了 亿 目前通常以碳为还原剂将铬、铁元素从铬铁矿中还原获得铬铁合金 该过程需添加大量熔剂最终合金中除了所需要的铬、铁元素之外还图 年全球铬铁矿产量分布(据 官网数据.).(.)包含其他如碳、硅、磷、硫等元素 铬铁分类根据其碳含量的高低可分为:高碳铬铁、中/低碳铬铁、微碳铬铁其中高碳铬铁是铬铁合金生产的主要产品 目前全球生产的铬铁合金当中约有 是高碳铬铁
4、高碳铬铁中铬含量为 左右 含量 具体牌号分类见表 表 不同牌号高碳铬铁成分组成表.牌号化学成分/范围.早期使用高炉、转炉等设备冶炼生产高碳铬铁但炉温比较难达到需要的温度冶炼效果并不理想铬回收率不高合金中的铬含量较低实际铬含量上限约 左右且热量利用率低 而电炉工作时最高温度可达 满足各种冶炼反应条件因此电炉法也成为目前高碳铬铁主要的生产方式 至今我国生产铬铁合金的企业已超过一百家其中部分企业产量进入全球铬铁企业产量前 年度全球范围内铬铁产量排名前 企业见表 由表 可见我国已成为世界铬铁合金的生产大国由于铬铁矿中的铬氧化物还原需要较高温度且铬铁矿冶炼渣系成分主要是 该渣系熔化温度高黏度大导致冶炼过
5、程需要消耗大表 年全球高碳铬铁产量前十企业(数据来源:.).(:.)排名公司名称国家 年产量/万 萨曼可 南非嘉能可 南非欧亚资源集团 哈萨克斯坦新钢联冶金有限公司中国 明拓集团铬业科技有限公司中国奥托昆普 芬兰印度塔塔集团 印度印度塔塔集团 津巴印尼湖南万泰钢铁有限公司中国 山西太钢万邦炉料有限公司中国铁 合 金 年 量能量因此高碳铬铁生产成为高能耗产业有统计铬铁合金的生产能耗达到 /总体上高碳铬铁的生产在节能降耗提高回收率等方面具有较大提升空间本文从铬铁矿炉料制备、电炉冶炼现状综述了目前主要高碳铬铁生产工艺总结高碳铬铁生产当中存在的问题从炉料清洁制备、节能降耗、渣系优化、炉渣利用等方面提出
6、展望 高碳铬铁冶炼技术现状电炉法作为目前高碳铬铁主要冶炼方式利用电流或电弧通过炉料时产生的热量对炉料进行加热得到碳、铬含量高的高碳铬铁产品但电炉法对入炉料要求较高随着电炉容量的扩大允许配入的粉矿占比越来越小因此需要对炉料进行入炉前预处理炉料的预处理方式可分为烧结、球团、压团等 预处理后装入电炉内冶炼冶炼方法可分为开放式直流开弧冶炼、开放式/半封闭式交流埋弧冶炼、封闭式交流埋弧冶炼 经过炉料处理、电炉冶炼后最终获得合格的高碳铬铁产品.炉料制备现状.直接入炉炉料直接入炉是将铬铁矿与还原剂、熔剂混合之后直接入炉冶炼的一种炉料处理方式该方式使用的铬铁矿是自然块矿 作为冶炼高碳铬铁最早的炉料处理方法该方
7、法虽然步骤简单但自然块矿产量逐渐减少直接入炉冶炼对能源利用率较低能耗损失较大炉料混合均匀程度较低在冶炼过程中存在部分矿料参与反应部分矿料未参与反应的情况目前该方法已被淘汰.铬铁矿造块目前国内外铬铁矿造块处理方式分为以下几种:烧结法、球团法(氧化性球团、还原性球团)、压团法烧结法:该方法是将粉状铬铁矿通过高温加热在不完全熔化条件下将铬铁矿烧结成块烧结后的铬铁矿疏松多孔且具备一定的强度有利于冶炼同时许多研究对铬铁矿烧结技术进行多次实验成品率成功提高到.但铬铁矿熔点高产生液相的温度较高工艺能耗偏高且粉状铬铁矿烧结过程透气性差因此铬铁矿烧结技术还需要进一步完善 目前使用烧结法进行铬铁矿造块的代表性公司
8、有奥图泰()公司等其入炉料处理技术路线如图 所示图 奥图泰高碳铬铁冶炼入炉料处理技术路线.在配料阶段将铬矿与约 的还原剂混匀后球磨可添加返矿一起进行球磨对符合粒度要求的混合料进行过滤控制浆料中的水分含量再添加膨润土、添加剂等进行造球获得的球团通过滚轴筛进行筛分之后经过梭式给料机和辊式给料机搭配底层球团进入钢带烧结炉内烧结炉分为多个单元随后通过冷空气扇吹入冷风在前三个冷却室中冷却随后烧结球团和底层球团一起通过传输带经 第 期郭宇峰等 铬铁矿电炉冶炼高碳铬铁现状与发展趋势 过筛分获得产品球最终将产品球送至电炉进行熔炼氧化球团法:该方法不在球团内配入碳质还原剂将铬铁矿磨细后造球再焙烧得到氧化性球团目
9、前制备氧化性球团的代表性方法有 法即将铬铁矿配上少量的除尘器中回收的矿粉和焦粉造球入 竖炉进行预热焙烧该工艺获得的氧化性球团可热装可冷装但电耗比制备还原性球团高后续电炉冶炼的碳质还原剂用量过大预还原球团法:该方法是在球团内配入碳质还原剂并将球团焙烧预还原获得金属化球团有效减少能耗提高铬的回收率 目前具有代表性制备还原性球团的方法有、法 其中 法是在球团内配入一定的碳质还原剂使用链篦机回转窑预还原铬铁矿球团配碳量为还原矿中、的理论量的 冶炼焦用量减少了 铬回收率提高了 该工艺获得的产品还原度有 电炉冶炼获得的渣中铬含量仅有 但 方法需要解决回转窑结圈问题 法使用转底炉预还原铬铁矿球团该工艺用可燃
10、气体提供热量通常首选高燃值的天然气也可使用炉煤气国际上有加拿大国际金属回收公司使用该工艺方法进行球团的预还原但在国内仍使用固定碳为还原剂用固定碳燃烧产生的热量进行预还原 工艺获得的球团还原度处于 区间内有效避免了结圈粉化等问题但综合能耗(/)比 法(/)要高除上述两种预还原工艺之外在 世纪初我国成功研发出外热式竖炉生产工艺该工艺是将铬矿粉、焦炭、膨润土按一定的比例制成球团之后再经外热式竖炉进行预还原最终获得产品的还原度 压团法:该方法将粉状铬铁矿在一定外压力作用下在模具内受压形成形状和大小一定的铬铁矿块 压团法减少了工序投资低美国内湖公司使用马里兰州巴尔特莫国际球团厂提供团块在电炉上进行冶炼硅
11、铬合金的试验但是冶炼之后难以得到含碳量低于 的铬铁合金冶炼技术难以改善.还原剂高碳铬铁冶炼常用的还原剂包括焦炭、无烟煤和兰炭三种 目前使用的还原剂大部分是冶金焦冶金焦具备固定碳高、强度高的优点但是冶金焦的比电阻不高反应性能欠佳且灰分和硫、磷的含量较高同时水分含量较高 有研究尝试使用其他还原剂代替冶金焦兰炭具有较高的比电阻且价格较低但是兰炭的固定碳较低挥发分高可以与冶金焦搭配在达到预期冶炼效果的前提下节约成本 除了兰炭之外无烟煤也是还原剂之一 等人使用无烟煤进行了还原铬矿实验在大功率电炉内使用无烟煤提高了工作电压降低了电消耗且无烟煤其他元素含量较低冶炼得到的铬铁合金其他元素含量更低 除上述之外还
12、可以使用矿煤等还原剂.电炉冶炼方法及工艺现状高碳铬铁的冶炼方式以电炉冶炼为主根据电炉加热方式将电炉分为:还原电炉(矿热炉)、电阻炉和感应炉 目前工业化大规模生产使用的是还原电炉(矿热炉)分为埋弧电炉和精炼电炉其中埋弧电炉主要用于生产高碳铬铁精炼电炉用于生产中低碳、微碳铬铁还原电炉冶炼根据冶炼时电炉的开放程度和电极是否埋入炉料分为开放式/半封闭式交流埋弧炉冶炼、封闭式交流埋弧炉冶炼、预还原封闭式交流埋弧炉冶炼以及开放式直流明弧炉冶炼.开放式/半封闭式交流埋弧炉冶炼开放式/半封闭式交流埋弧炉冶炼是在冶炼过程中电炉炉口处于全开放或半封闭状态将电极埋入炉料使用交流电冶炼这是高碳铬铁冶炼最早采取的方式
13、该方式在冶炼过程中可实时观察到冶炼电炉的状况以便对炉内炉料情况进行调整该冶炼方式存在的弊端是热利用效率不高由于烟气中含有较多的细小颗粒且黏结性强烟气的利用存在一定的难度需要采用复杂的除尘方式才能达到烟气利用的目的导致冶炼整体步骤繁琐效果不明显产生烟气带走的热量占整个热量输出近 该方式整体能耗(/)远大于封闭式交流电埋弧冶炼 目前开放式交流电埋弧炉冶炼逐步被淘汰但在我国和印度仍有部分厂家使用该冶炼方式.封闭式交流埋弧炉冶炼封闭式交流埋弧炉在冶炼过程中电炉炉口处于全封闭状态电极埋入炉料使用交流电冶炼 该冶炼方式需要对炉料进行预处理再入炉冶炼热利用率高在提倡能源高效利用的现阶段逐渐成为主流冶炼方式电
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