浅议铬铁球团生产

2020-01-21 17:11:23 作者:huangj 来源: 浏览次数:0 网友评论 0

铬矿是生产铬铁的主要原料,按照美国地质调查局的报告,地球上折合Cr2O3含量为45%的铬矿储量为120亿吨以上,95%以上分布在南非和哈萨克斯坦。
   高润贵
  丰镇市新太新材料科技有限公司

  1铬矿球团的由来

  1.1 铬矿资源

  铬矿是生产铬铁的主要原料,按照美国地质调查局的报告,地球上折合Cr2O3含量为45%的铬矿储量为120亿吨以上,95%以上分布在南非和哈萨克斯坦。其中,南非铬矿储量占世界的75%以上。世界上其他拥有铬矿资源的国家有津巴布韦、印度、伊朗、芬兰、土耳其、菲律宾、阿尔巴尼亚等。南非矿的特点是:Cr2O3含量普遍低于45%,Cr/Fe小于1.6,呈现易碎的物理性能。

  我国是一个铬矿资源贫乏的国家,只有西藏和新疆等地有少量铬矿储藏。我国共有铬矿产地54处,保有储量251.9万吨(矿石),其中富矿(Cr2O3>32%)仅占全国总储量的49%,而且主要分布在西藏、内蒙古、新疆和甘肃四省区。我国铬矿矿床规模小,开发利用条件差,交通不便。因此,我国的高碳铬铁生产主要依靠进口矿。我国目前使用的进口铬矿主要来自南非、土耳其、印度、巴基斯坦、伊朗、阿尔巴尼亚等国家。

  铬矿资源的一个重要特点就是块矿和富矿资源越来越少,自然界Cr2O3含量大于42%的铬矿储量已经不多。目前市场上大多数是精矿和易碎矿,粉矿的比例约占70%以上。

  1.2主要铬矿的结构和物理特性

   表1 主要铬矿的结构和物理特性
 

产地

矿石结构

脉石量

熔化温度℃

晶粒结构

印度

疏松、风化矿物

蛇纹石10%-15%

1500

中细粒,晶粒0.2-1.8mm,裂纹发育

南非

豆瘤、块状

辉石、透闪石25%

1595

富铬尖晶石75%,晶粒0.1-0.5mm

伊朗

斑杂浸染块状

蛇纹石30%-35%

1650

细粒它形晶镁铬铁矿65%,晶粒0.1-1mm

哈萨克斯坦

浸染块状

蛇纹石15%,黏土等15%-20%

 

碎斑碎粒结构65%-70%,半自行、它形晶,粒度0.5-2.0mm

  1.3各地铬矿还原和熔化特性

   表2 铬矿还原和熔化特性
 

性能

易还原矿

难还原矿

易熔矿

印度易碎矿

南非、马达加斯加

难熔矿

阿尔巴尼亚、伊朗、土耳其

西藏、菲律宾、哈萨克斯坦


  1.4铬矿球团

  铬矿球团生产相比铁矿球团生产起步较晚,2011年,第一台8㎡的圆形简易竖炉球团建成投产,由于存在产量低、强度差、粉率大、结块严重等问题,艰难运行一年后停产。

  球团生产工艺之所以进入高碳铬铁生产领域较晚,一是因为高碳铬铁领域与黑色冶金领域交流少,好多生产技术处于各自为战状态,铬铁生产企业一直认为铬矿不能生产球团,烧结也是勉勉强强;二是炉型和原料结构的改变。高碳铬铁生产在2008年之前,90%以上的高碳铬铁生产用矿热炉为开放式小功率电炉(6300KVA-16500KVA)。此种炉型入炉铬原料为铬粉矿和铬块矿,粉矿使用比例有的高达80%以上,所以,入炉铬原料无需进行造块。2009年以后,随着炉型的加大,加之铬矿块矿资源的日益短缺,目前自然界Cr2O3含量大于42%的铬矿储量已不多。因此,利用粉矿和精矿制造人造块的工艺越来越受到重视。

  任何事情的发展都需要付出艰辛的努力,特别是要得到行内的认可。铬矿造块最早使用的是小型步进式烧结机,产品质量差,后来又发展为带式烧结机,在产量提高点同时,烧结机的机型也越来越大,目前国内最大的带式烧结机为120㎡,2017年在宁夏天元锰业成功使用。国内第一条铬矿氧化球团生产为新钢联冶金有限公司的8㎡圆形竖炉球团,随之是日照三木链篦机-回转窑球团,近五年内分别是太钢万邦公司从芬兰Outokumpu公司引进的奥图泰球团生产法(带式球团)及包头明拓公司仿奥图泰带式球团生产线。无论铬矿烧结还是球团,最初使用的设备和技术均来源于铁矿球团,并根据铬矿特点逐步进行完善和改进。

  1铬矿氧化球团生产

  2.1目前铬矿球团的主要生产工艺

  纵观世界范围内,目前铬矿球团生产工艺主要有:竖炉法(圆形竖炉、环形竖炉或偏心竖炉、矩形竖炉)、带式球团法、链篦机-回转窑法(氧化球团、固态还原球团),圆形竖炉法因投资少、建设周期短等原因,目前仍受到铬铁生产企业的青睐,但由于环保、产量低等因素影响,此种工艺的生存期已接近陌路。相反,链篦机-回转窑法目前发展势头猛进,是将来的主流工艺。

  2.2 铬矿球团生产与传统铁球团生产的差异之处

  2.2.1 造球差异

  目前主流铬矿粉的成份(南非UG2)及成球性能分析

 

  此种矿为铂族金属矿的主要矿源,在提取铂族金属后,可用于铬铁生产,作为烧结球团的主要原料。UG2矿精粉颗粒细小,但亲水性差,再加上是富铬尖晶石矿,因此需要再磨矿。一是增加细度;二是破坏表面尖晶石结构,获取新的物料断面,提高成球形。

  铬矿粉造球的特点是:成球水分偏大,成球性能弱,成球盘速高于铁球团盘速。

  2.2.2 筛分差异

  由于铬矿粉的特殊性,布料筛分系统基本上不粘料,大大优于铁矿球团。

  2.2.3 预热制度差异

  试验及实践证明,铬矿生球的爆裂温度高于铬矿球团150左右。因此,为提高产量,干燥段温度可适当提高,只需抽风干燥即可,无需鼓风干燥。(由于生球爆裂温度高,链篦机的长度可适当减短)

  由于铬矿粉的烧结温度高于铁矿粉100℃-150℃,所以预热段的温度也相应提高,以保证入窑预热球团的强度,所以对链篦机的材质要求要高于铁矿球团。

  2.2.4 焙烧制度差异

  焙烧制度的差异除了上述提到的焙烧温度高于铁矿粉100℃-150℃外,由于铬矿球团的软熔点高于铁矿球团近300℃,因此在熟练操作下,铬矿氧化球团生产窑况十分稳定(几乎无结圈物),基本无需停窑处理结圈。

  2.2.5 使用方式的差异

  铁矿氧化球团是在冷却后配入高炉炉料,而大型铬铁生产企业在使用铬矿球团时,有的是红球与冷料混合后直接入炉,无需冷却;有的是冷却后进入炉顶料仓,然后利用矿热炉自身煤气燃烧后生成热风,将混合料加热至300℃-350℃后再入炉,在节约电耗的同时,利于炉况的稳定运行。

  2.2.6 两个成功案例介绍

  2.2.6.1 矩形竖炉氧化球团

  2018年1月,国内第一台12㎡的矩形竖炉顺利投产达产,日产量1000t-1200t。本人是此次竖炉结构及工艺参数的主要制定者。国内竖炉铁球团的生产技术十分成熟,而且在诸多球团人的努力下,竖炉结构亦越来越合理。但用于铬矿球团生产,尚无先例,谁也不愿做第一个吃螃蟹的人。当有厂家找到我时,第一感觉是可行,随之进行几次技术探讨和论证,借鉴铁球团竖炉生产经验,结合铬矿球团特点,以铁球团竖炉为模型,对内部结构重新进行了设计优化,时间证明效果良好。截至目前,已建成三台12㎡矩形竖炉,运行稳定。

  思考:下一步还需业内专家、学者进一步探讨更大炉型生产的可行性!

  2.2.6.2 铬矿球团固态还原

  铬矿固态还原可以在回转窑、转底炉、竖炉、隧道窑等多种冶金炉内实现。目前该工艺的主流工艺采用链篦机-回转窑球团法,其他工艺仍处于开发试验阶段。由日本昭和电工株式会社在20世纪60年代开发的铬矿球团固态还原工艺(SRC工艺),据说在日本生产还是比较稳定(由于技术保密,不允许外人参观,工艺参数和生产情况只是报导),由于日本产业结构的调整,此生产线早已停产拆除。此工艺在南非也建成了几条生产线,但稳定性较差。国内最早有此种想法的企业是位于黄骅港的河北泰恒特钢有限公司,并高薪聘请了南非的保罗先生作为技术专家,但项目进展较慢,在2017年才开始调试生产,目前该企业已全面停产,处于二次融资状态。

  丰镇市新太新材料科技有限公司坚持走自主创新道路,于2012年开始探讨链篦机-回转窑铬矿球团预还原-热送热装铬铁冶炼工艺。本人有幸被该企业负责人挖掘到。本人结合铁矿球团直接还原工艺技术,制定了基本工艺路线和初步技术参数。首钢国际工程技术有限公司依据我们的思路进行了设计。项目于2014年10月15日投产,经过三个月的调试,不断完善,生产趋于稳定,并成功取得国家发明专利(专利号:ZL 2014  2  0181294.8和ZL 2017   2  0234492.X )。

  目前此生产线的生产运行良好,在近五年的生产过程中,对链篦机风系统、磨矿系统及燃料燃烧系统不断进行着优化,效果良好。近五年来,我们不是进行单一还原球团生产,有时根据铬铁行情及矿热炉炉料情况,亦会进行铬矿氧化球团的生产。我们集团公司更大规模的预还原生产线(两条φ5m×72m,产能25万吨/年)正在紧张建设中。新生产线与现有生产线相比,设计和工艺更加合理。(第一条线由于控制投入问题,把我原先的一些工艺布置删除,通过生产来看,调节手段受到了限制,新生产线已经补充)。

  采用链篦机-回转窑预还原-热送热装工艺生产高碳铬铁,电耗降低25%,焦耗降低近50%,产量提高超过30%,能促进企业绿色、环保、健康的可持续发展。

  3结语

  从目前来看,铬矿氧化球团生产技术已趋于成熟,将来大规模的氧化球团生产是个趋势;铬矿还原球团技术已越来越受到诸多企业的青睐,但由于技术保密原因,大规模的发展还需假以时日。

  路漫漫其修远兮!作为球团人,和在座的诸位领导、专家、学者一样,我深感在探索道路上的艰辛,但其中的成绩又能使自己感到欣慰!摆在面前诸多未知领域,包括探索更先进的还原生产工艺、还原程度与最佳效益点的研究等,都在等着我们球团人去开拓创新!

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