本發(fā)明屬于冶金和礦業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種強化鉻鐵礦球團預還原的方法。

背景技術(shù)：

由于鉻鐵礦中鉻尖晶石晶粒大、m(mgo)/m(feo)比值大、mgo和al2o3含量多以及組成鉻鐵礦的脈石礦物熔點高的特點，造成其難熔，還原溫度高，爐襯損耗大，還原時間長，生產(chǎn)中耗電多，產(chǎn)量低。為了節(jié)能降耗和高效增產(chǎn)，國內(nèi)外研究機構(gòu)做了很多相關(guān)研究工作，這些研究工作主要集中在還原溫度、時間、原料性能、內(nèi)配炭量、添加劑等對鉻鐵礦還原的影響。

目前鉻鐵礦粉礦球團工藝主要包括src法、drc法、outokumpu法和cobo法，其中最具有代表性的工藝為src法。該法是日本昭和電工公司研制的一項鉻鐵礦固態(tài)還原法，也稱預還原球團法。實踐表明，該法可以提高電爐生產(chǎn)能力，降低電耗，球團熱裝入爐效果更佳，產(chǎn)量接近翻番；其主要缺點是預還原溫度較高(>1300℃)、時間較長(>4h)；且球團金屬化率較低(<60％)。

為了解決鉻鐵礦固態(tài)還原過程中的這些難題，實現(xiàn)節(jié)能降耗、高效增產(chǎn)，國外一些科研人員做了許多相關(guān)的研究，我國一些鐵合金廠和科研院所也做過類似的小型試驗研究，其中配加添加劑(催化劑)被認為是一種較有效的方法，中國專利(cn200910028257.7)介紹了一種用粉鉻礦冶煉鉻鐵合金及含鉻鐵水工藝及設備，將含鉻鐵原料與還原劑、熔劑、催化添加劑(5％)混合，制備成超細粉，混合造成球團物料，送入到還原爐內(nèi)，經(jīng)還原反應后，得到鉻鐵合金球團，將還原后的球團直接加入有襯電渣爐中冶煉成鎳鐵合金或含鉻鐵水。該專利所述添加劑的添加量較大，催化添加劑的物料配比(重量百分比)是由熔化劑10-50％、氧化劑10-30％、催化助燃劑10-30％、成孔劑5-15％、晶核強化劑5-20％、助熔劑15-30％、自由基引發(fā)劑5-10％所組成，成分很復雜，一些組分不是生活和生產(chǎn)中常用的原料，不利于推廣應用。

因此，有必要提供一種簡單且高效的強化鉻鐵礦球團預還原的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中鉻鐵礦球團還原難、預還原溫度高、時間長、設備損耗嚴重、生產(chǎn)耗電多、產(chǎn)量低等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種強化鉻鐵礦球團預還原的方法，即通過添加不銹鋼固廢(酸洗污泥、除塵灰、氧化鐵皮)，強化鉻鐵礦球團預還原，實現(xiàn)鉻鐵礦制備預還原球團的高效、節(jié)能目的。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種強化鉻鐵礦球團預還原的方法，包括以下步驟：

(1)原料預處理：

對鉻鐵礦、氧化鐵皮分別進行球磨處理，得到預定細度的原料；

(2)造球：

將鉻鐵礦、添加劑、粘結(jié)劑和還原劑按設定比例混合均勻，在圓盤造球機中進行造球；

所述添加劑為酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的組合物；

(3)干燥預熱：

將生球放入鏈篦機，在預定風速溫度下進行干燥、氧化預熱，得到預熱球團；

(4)預還原：

將預熱球團與還原劑混合放入回轉(zhuǎn)窯中進行預還原，得到預還原球團。

優(yōu)選的方案，步驟(1)中，預處理方式采用濕式球磨，控制礦漿濃度為60～80％，將鉻鐵礦、氧化鐵皮球磨至-0.074mm占90％以上。

優(yōu)選的方案，步驟(2)中，圓盤機尺寸為直徑為800mm，深度為200mm，生球粒度控制在8～16mm。

優(yōu)選的方案，將粘結(jié)劑和還原劑球磨至-0.074mm占80％以上。

優(yōu)選的方案，酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的質(zhì)量比為(1～3)：(1～3)：(0～1)，添加劑的粒度為-0.074mm占90％以上，添加量為混合料的5～15wt％。

進一步，酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的質(zhì)量比為1：1：1。

優(yōu)選的方案，粘結(jié)劑為紅土鎳礦，其添加量為混合料的8～10wt％。

優(yōu)選的方案，步驟(3)中，鏈篦機中通過爐膛高溫加熱流動熱風，通過兌加冷風調(diào)節(jié)熱風溫度，通過不同溫度、不同流動速度的熱風對球團進行干燥、預熱。

優(yōu)選的方案，步驟(3)中，保持250～350℃的熱風以0.8～1.4m/s的風速對鏈篦機中球團進行干燥，持續(xù)5～8min。

優(yōu)選的方案，步驟(3)中，保持800～1150℃的熱風以1.2～2.4m/s的風速對鏈篦機中球團進行氧化預熱，持續(xù)5～15min。

進一步，步驟(3)中，保持1000～1050℃的熱風以1.2～2.0m/s的風速對鏈篦機中球團進行氧化預熱，持續(xù)10～15min。

優(yōu)選的方案，步驟(3)中，預熱球團抗壓強度大于500n/個。

優(yōu)選的方案，還原劑為煤粉或焦粉。

進一步，造球過程中，還原劑配入比為混合料的0～10wt％。

進一步，預還原過程中，還原劑配入比為加入預熱球團質(zhì)量的0.6～2.5倍。

優(yōu)選的方案，步驟(4)中，預還原溫度為1150℃～1300℃，時間為45～200min。

進一步，預還原溫度為1200～1250℃，時間為60～200min。

本發(fā)明采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯法制備鉻鐵礦預還原球團，以不銹鋼固廢(酸洗污泥、除塵灰、氧化鐵皮)作為添加劑，腐殖土型紅土鎳礦作為粘結(jié)劑，優(yōu)化鉻鐵礦球團的生球性能，提高鉻鐵礦球團的堿度，含鉻固廢(酸洗污泥、除塵灰)和氧化鐵皮中亞鐵含量高，易還原，還原膨脹率小，且亞鐵還原初期生成的鐵晶粒能有效促進鉻鐵礦中鐵的還原，還原過程中由于酸洗污泥與除塵灰中鉛、鋅的還原揮發(fā)，使得球團出現(xiàn)微小孔洞，有利于還原反應的進行；如此，有效降低了鉻鐵礦球團的還原溫度，而且有效回收了含鉻固廢(酸洗污泥、除塵灰)中的有價元素。在1200～1250℃預還原溫度下，將鉻鐵礦中的氧化鐵還原為金屬鐵，得到金屬化率大于60％、抗壓強度大于1000n/個的優(yōu)質(zhì)預還原球團，為后續(xù)的電爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)爐料。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明通過添加不銹鋼固廢，調(diào)節(jié)鉻鐵礦球團配礦，強化鉻鐵礦還原，能有效降低鉻鐵礦球團的還原溫度，提升鉻鐵礦還原球團金屬化率，得到金屬化率大于60％，抗壓強度大于1000n的金屬化球團，為后續(xù)的電爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)爐料，降低電爐冶煉的能耗。

(2)本發(fā)明所用添加劑均為不銹鋼生產(chǎn)中的固廢，不僅有效促進了鉻鐵礦球團的還原，而且有效利用了難以處置的不銹鋼固廢，回收其有價元素。

(3)本發(fā)明提供的方法工藝簡單、成熟，能耗低，工業(yè)化生產(chǎn)易實現(xiàn)，不會造成二次污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明強化鉻鐵礦球團預還原方法的工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明實施例2的工藝流程圖。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的具體實施方式不局限于以下實施例。

本發(fā)明實施例中，酸洗污泥的主要化學成分為：ω(fe)＝10％～25％，ω(cr)≈3％～6％，ω(ni)<5％，其余為caf2、cao、sio2、caso4等物質(zhì)。

除塵灰的主要化學成分為：ω(fe)＝30％～40％，ω(cr)≈8％，ω(ni)<5％。

氧化鐵皮的主要化學成分為：ω(fe)＝70％～75％，其中ω(feo)≈60％～67％，ω(ni)<5％；所述腐殖土型紅土鎳礦的主要化學成分為：ω(fe)＝10％～15％，ω(sio2)≈40％～45％，ω(ni)<2％，燒損>15％。

以下通過具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細的闡述。

實施例1

以鉻鐵礦(tfe21.68％、cr2o320.81％)、酸洗污泥(tfe13.51％、cr2o35.26％)、除塵灰(tfe33.82％、cr2o39.38％)，焦粉、紅土鎳礦為原料。

各種原料配比為，鉻鐵礦∶酸洗污泥∶除塵灰∶紅土鎳礦∶焦粉＝62％∶10％∶10％∶8％∶10％；鉻鐵礦經(jīng)過濕式球磨至-0.074mm大于90％，將球磨后的鉻鐵礦與酸洗污泥、除塵灰、紅土鎳礦、焦粉混合均勻，在圓盤機上造球，得到的生球直徑為12mm，生球水分為10.93％，生球落下強度13.4/次·0.5m-1、抗壓強度18.28n/個；

將生球放入鏈篦機中在料層高度150mm，鼓風干燥溫度240℃、鼓風干燥時間4min、鼓風干燥風速1.2m/s，抽風干燥溫度200℃、抽風干燥時間5min，抽風干燥風速1.4m/s；預熱溫度800℃、預熱時間10min、預熱介質(zhì)風速1.6m/s條件下干燥預熱，得到抗壓強度502n/個的含鉻預熱球團；

將含鉻預熱球團熱裝入回轉(zhuǎn)窯中，控制回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為1rpm、充填率25％、配加煙煤作為還原劑、煤/礦比2:1、窯內(nèi)維持微正壓，在1230℃恒溫還原區(qū)間內(nèi)還原200min，得到抗壓強度1068n/個、還原度56.20％的含鉻預還原球團；

含鉻預還原球團配加硅石控制渣系sio2在30％，在1700℃攝氏度、殘煤配加量10％、熔分時間20min條件下進行電爐熔煉，得到含鐵50.6％、含鉻38.2％的優(yōu)質(zhì)不銹鋼生產(chǎn)原料，含鉻生鐵中鐵回收率達93.53％、鉻回收率達77.46％。

實施例2

以酸洗污泥(tfe13.51％、cr2o35.26％、)除塵灰(tfe33.82％、cr2o39.38％)，鉻鐵礦(tfe21.68％、cr2o320.81％)、氧化鐵皮(tfe73.98％)、紅土鎳礦(tfe14.2％、ni1.5％)為原料。

各種原料配比為，鉻鐵礦∶酸洗污泥∶除塵灰∶紅土鎳礦∶氧化鐵皮＝62％∶10％∶10％∶8％∶10％；鉻鐵礦與氧化鐵皮經(jīng)過濕式球磨至-0.074mm大于90％，將球磨后的鉻鐵礦、氧化鐵皮與酸洗污泥、除塵灰、紅土鎳礦混合均勻，在圓盤機上造球，得到的生球直徑為12mm，生球水份為11.20％，生球落下強度4.2/次·0.5m-1、抗壓強度13.55n；

將生球放入鏈篦機中在料層高度150mm，鼓風干燥溫度240℃，鼓風干燥時間4min，鼓風干燥風速1.2m/s，抽風干燥溫度200℃，干燥時間5min，抽風干燥風速1.4m/s，預熱溫度1050℃，預熱時間10min，預熱風速2.2m/s制備預熱球團，得到抗壓強度1070n/個的含鉻預熱球團；

控制回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速為1rpm、充填率25％、預熱球團熱球22kg入爐、煤/礦質(zhì)量比2:1、窯內(nèi)維持微正壓，在1230℃恒溫還原區(qū)間內(nèi)還原200min，得到抗壓強度1150n/個、還原度為70.66％的含鉻預還原球團；

含鉻預還原球團配加硅石控制渣系sio2在30％，在電爐溫度1700℃、殘煤配加量15％、熔分時間30min條件下進行電爐熔煉，得到含鐵56.60％、含鉻32.90％的優(yōu)質(zhì)不銹鋼原料，含鉻生鐵中鐵回收率達98.23％、鉻回收率達95.03％。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進和變換也應視為本發(fā)明的保護范圍。

技術(shù)特征：

1.一種強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)原料預處理：

對鉻鐵礦、氧化鐵皮分別進行球磨處理，得到預定細度的原料；

(2)造球：

將鉻鐵礦、添加劑、粘結(jié)劑和還原劑按設定比例混合均勻，在圓盤造球機中進行造球；

所述添加劑為酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的組合物；

(3)干燥預熱：

將生球放入鏈篦機，在預定風速溫度下進行干燥、氧化預熱，得到預熱球團；

(4)預還原：

將預熱球團與還原劑混合放入回轉(zhuǎn)窯中進行預還原，得到預還原球團。

2.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，步驟(1)中，預處理方式采用濕式球磨，控制礦漿濃度為60～80％，將鉻鐵礦、氧化鐵皮球磨至-0.074mm占90％以上。

3.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，步驟(2)中，圓盤機尺寸為直徑為800mm，深度為200mm，生球粒度控制在8～16mm。

4.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，將粘結(jié)劑和還原劑球磨至-0.074mm占80％以上。

5.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的質(zhì)量比為(1～3)：(1～3)：(0～1)，添加劑的粒度為-0.074mm占90％以上，添加量為混合料的5～15wt％。

6.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，粘結(jié)劑為紅土鎳礦，其添加量為混合料的8～10wt％。

7.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，步驟(3)中，保持250～350℃的熱風以0.8～1.4m/s的風速對鏈篦機中球團進行干燥，持續(xù)5～8min。

8.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，步驟(3)中，保持800～1150℃的熱風以1.2～2.4m/s的風速對鏈篦機中球團進行氧化預熱，持續(xù)5～15min。

9.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，還原劑為煤粉或焦粉；

造球過程中，還原劑配入比為混合料的0～10wt％；

預還原過程中，還原劑配入比為加入預熱球團質(zhì)量的0.6～2.5倍。

10.如權(quán)利要求1所述強化鉻鐵礦球團預還原的方法，其特征在于，步驟(4)中，預還原溫度為1200～1250℃，時間為60～200min。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種強化鉻鐵礦球團預還原的方法，屬于冶金和礦業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：(1)原料預處理：(2)造球：將鉻鐵礦、添加劑、粘結(jié)劑和還原劑按設定比例混合均勻，在圓盤造球機中進行造球；所述添加劑為酸洗污泥、除塵灰和氧化鐵皮的組合物；(3)干燥預熱：(4)預還原：將預熱球團與還原劑混合放入回轉(zhuǎn)窯中，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱到1150℃～1300℃進行預還原，得到預還原球團。本發(fā)明通過添加不銹鋼固廢，調(diào)節(jié)鉻鐵礦球團配礦，強化鉻鐵礦還原，能有效降低鉻鐵礦球團的還原溫度，提升鉻鐵礦還原球團金屬化率，得到金屬化率大于60％，抗壓強度大于1000N的金屬化球團，為后續(xù)的電爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)爐料，降低電爐冶煉的能耗。

技術(shù)研發(fā)人員：潘建;朱德慶;郭正啟;李啟厚;田宏宇;王毅格;楊聰聰;董韜;石玥

受保護的技術(shù)使用者：中南大學

技術(shù)研發(fā)日：2020.10.15

技術(shù)公布日：2021.01.12