采用预处理炉料生产铁合金

2001-04-29 00:00 来源: 我的钢铁
    1前言
    
    奥托昆布公司从1968年开始生产铬铁。所建设的铬铁工厂距离铬矿矿山很近。Kemi矿是低品位铬矿,其铬铁比为1.5-1.6。
    开发铬铁生产的目标是低冶炼电耗、高作业率、良好的工作条件和合适的环境条件。
    在芬兰Tornio建设的铬铁厂是10年前建设的,经过广泛研究找到最经济的工艺条件。这一铬铁生产工艺由粉矿成球、烧结、炉料预热和冶炼组成。
    烧结球团和其它炉料在一个静止的竖炉预热器里预热。电炉是封闭型的,回收的炉气可用于不同用途。
    钢带式烧结系统对锰矿粉的烧结看起来也很有吸引力。使用烧结矿能使炉料很好地预热,冶炼过程的节能是十分显著的。
    穿孔钢带烧结机可用于烧结矿、干燥和硬化粉尘、尘泥和其它粉料。
    
    2铬铁生产工艺
    在铬铁生产过程中最重要的阶段是铬铁矿的还原。所有工艺的单元操作的目的是确保还原阶段可靠、连续操作。经过多年努力研究Kemi矿处理工艺最终形成了精矿、焦碳和粘结剂造球,而后烧结成均匀的冶炼电炉原料的生产工艺。在改进铬矿冶金性能方面造球和烧结阶段的要求是严格。原矿的均匀性差引起冶炼操作混乱,导致了电力成本增加,回收率下降。
    
    2.1烧结厂
    烧结厂采用的原料为铬精矿粉。在烧结厂将精矿粉磨细、造球、最后采用钢带烧结炉进行烧结。
    烧结炉的产品是坚硬的多孔球团,具有稳定的物理和化学性能,适应于铬铁冶炼炉使用。
    焦炭是烧结过程的主要能源,膨润土作为粘结剂在造球时使用。
    精矿粉和焦炭在球磨机内温磨到适于造球和烧结的粒度。球磨过程产生的泥浆被泵打到泥浆槽内,然后送到过滤槽内。
    泥浆中的水是由转动的陶瓷过滤盘的毛细管过滤器分离的。其原理是利用毛细管作用分离水。借助于真空泵的帮助液体穿过微孔陶瓷表面,毛细管作用可以防止空气进入湿介质。与常用的滤布式鼓形过滤机相比,毛细管过滤系统在所期望的水分含量条件每单位过滤面积过滤能力更高。滤饼水分含量为10%左右。分离出的水分循环返回到球磨机。滤饼则排放到贮放中间料的日料仓。
    磨细的铬铁矿(包括碳)与膨润土均匀混合,然后在成球盘上制成直径为12-13mm的球。膨润土以非常细的粉末加入并与铬铁矿均匀混合。
    生球团加入到钢带烧结炉中。烧结机为多室炉,球团由带孔的钢带通过烧结炉。
    生球团在干燥室内由来自第三冷却室的循环气体进行干燥。在预热室,球团温度提高,这样,球团被煅烧,球团中的碳被点火。加热气体来自第二冷却室。在烧结或燃烧室球团温度增加提高到烧结温度,大约为1350-1450摄氏度。烧结能量除了来自碳的燃烧和铁的氧化以外,加热气体来自第一冷却室。
    在加热和烧结室装有控制温度曲线的烧嘴。部分烧结用于铺底料以保护钢带以免其温度过高。
    由于前端冷却气体的热效率很高,排放的气体温度很低,排放的气体流量不大,这样,无须太大的气体净化设备。分离的粉尘由气力输送返回到粉尘料仓,用于造球。
    
    2.2冶炼厂
    冶炼厂用的料是铬矿球团或球团与块矿混合物。冶炼厂由用于预热炉料的奥托昆布竖炉和冶炼铬铁的封闭电弧组成。电炉产生的CO气体用做竖炉预热和烧结厂的燃料。
    冶炼所用的原料(铬铁矿球团、块矿、焦炭。硅石和可能采用的熔剂)可自动配料系统加入到预热竖炉的加粒仓内。
    在竖炉内炉料由逆流原理被热气流进行预热。气流是由燃烧来自电炉的CO气体所得到的。加热的目的是减少水分和一部分化合水,将炉料预热到600-700摄氏度。
    由竖炉排出的气体在文氏管中净化。燃烧室和气流分布管中的气体温度是由循环来自文丘里洗涤塔的排放气体来控制的。过剩的气体排放到大气中去。竖炉气体压力保持在稍微低压水平。
    来自预热竖炉的炉料通过加料管连续加入到炉内。
    在一个装有自焙电极的全封闭的埋弧电炉中进行冶炼。炉料连续通过料管加到炉膛的上部,这样原料本身起到了密闭作用。电炉中用焦炭对铬铁矿进行的还原是连续进行的。硅石用作熔剂以得到合适的炉渣成分。生成的铬铁和炉渣间断地排放到包内,炉渣由铁水包溢流出进行水淬。铬铁浇铸到铬铁粉床上冷却,并被破碎成适合的产品粒度。
    电炉还原生成的CO气体由2个文丘里洗涤塔进行净化。然后,CO气体将至预热和烧结厂或其它用户。过剩的气体在进入大气前在炉上部燃烧。
    电炉是完全封闭的,这样,渗入的空气不会氧化CO气体,未经处理的炉气也不会进入大气。与开口电炉相比排放的气体数量很少,这样,对气体的处理十分简单,排放的炉气可以用于其它工艺阶段。这也有助于有效的控制环境污染。
    
    2.3铬铁生产采用预热炉料的益处
    使用烧结球团代替向炉内直接加入粉矿或压块(压块料会在炉内较早阶段分解,其行为如同粉矿)并进行预热所带来的效益已经得以证明。
    
    -更好的铬回收率
    由于球团矿的还原性更好,使用球团矿可以得到更好的回收率。由于球团矿还原的不同机制,在较低温度的固体阶段铬铁矿的闵达到了较高的还原度。烧结球团的空穴度和细小粒度使球团具有较大的内表面和更好的反应性。烧结时铬铁矿中的铁被氧化成三价铁使还原开始的更早。采用球团的炉料产生的粉尘更少,当铬铁矿或压块直接加入到炉内时粉尘的生成较多,更多的铬矿以粉尘形式进入到炉渣中去。以粉尘形式存在的铬铁矿是不容易还原的,需要更长的还原时间。实际上铬渣中含有未还原的原矿和再结晶的铬铁矿,这样,铬的回收率相当低。采用烧结矿时粉尘损失很低。
    
    -平稳的炉况
    采用球团矿时料层透气性好,反应气体可以均匀地通过料层,因此可以实现更好的炉况和工厂作业率。另一方面,粉矿会使炉料结壳和搭桥,阻碍了气体的通过,结果产生不稳定的状况,形成CO气体通路,造成喷火。
    
    -清洁的环境
    由于炉料经过预处理的和炉况平稳,埋弧电炉密封较好,排出的气体仅为开口炉和半封闭炉的一少部分。因此,气体净化系统更小,效率更高。其环境条件较好,含CO高的炉气可以当作原料使用。
    
    -较高的平均电炉负荷和功率因数
    采用球团矿时由于电炉操作十分平稳可以达到列高的平均电炉输入功率和功率因数。当冶炼粉矿和块矿时熔体存在于上层炉料中。这会增加炉膛的导电性,致使操作不稳定。当冶炼烧结矿时由于球团的多孔结构,上层炉料所出现的熔融相仅存在于球团之中,这样,就避免了上述问题的出现。
    
    -较高的平均电炉负荷和功率因数
    采用球团矿时由于电炉操作十分平稳可以达到更高的平均电炉输入功率和功率因数。当冶炼粉矿和块矿时熔体存在于上层炉料中。这会增加炉堂的导电性,致使操作不稳定。当冶炼烧结矿时由于球团的多孔结构,上层炉料所出现的熔融相仅存在于球团之中,这样,就避免了上述问题的出现。
    
    -降低了电耗、电极消耗和焦炭消耗
    在烧结过程中水份和挥发份已经由球团中除去加上球团有较好的还原性,使用球团矿的冶炼电耗较低。此外,生产能力有较大提高。与直接添加粉矿相比电耗可以降低1000kWh/t。与压块矿相反,烧结矿可以随较高的温度而不会改变强度,这样电炉产生的CO气体可以用于预热球团炉料,从而更进一步降低能耗。
    冶炼性能和电耗在相当大的程度上取决于矿石种类。例如冶炼高铝难熔矿时要求冶炼温度较高。球团和烧结矿改变了原料条件的影响。经验表明由于球团矿具有较高的还原能力,使熔炼十分容易,并使原料利用更加灵活。
    采用烧结球团矿时,焦炭和电极消耗大大降低了,这是由于球团中无挥发份,炉内实际上没有气体燃烧。
    
    -运输
    由于球团矿的高强度,它可以经受长途运输。这样,它可以用在离烧结厂较远的工厂,也可以卖给其它用户。
    
    3.锰铁生产工艺
    经过大量的铬铁生产实践和开发,奥托昆布将烧结技术应用到锰铁的生产中去。这一工艺立足于经过证明行之有效的设备并做如下修改。
    
    3.1烧结
    (<10mm)矿石粉在进行烧结前在转辊中成块。如需要,膨润土可用作粘结剂以把矿石粉粘结成大块或添加到大颗粒的表面。最终产品水分含量变化很大,依情况不同可由5%-20%。成块的水分含量可以高至运输机和给料机允许值。
    在湿球添加到钢带上前,需要在钢带上铺上一层破碎的烧结矿以形成一个保护层防止其在反应区热。碳是用在烧结过程的主要能源。在钢带烧结中利用热的,循环冷却的炉气可以减少烧结所需的碳。
    在干燥区,二次冷却气体(200℃-400℃)用于干燥部分湿料。干燥区的主要反应的水份的蒸发和针铁矿的分解。这一区域的温度相应较低,只用于干燥而不至于使碳点火和二氧化锰分解。
    根据二次冷却气体的能量和过程控制含水量可以防止气体流动产生粉尘,水分的蒸发大约为10%-20%。
    当来自一次冷却室的热气体(800-900℃)通过烧结带的部分干燥料,料层得以干燥,焦炭被点火。
    在温度进一步提高,部分MnO2分解,氧分压提高。氧气与焦粉发生反应,温度上升很快。同时生成了薄层化层。过程产生的气体和反应生成的CO2和H2O气体在熔融相混合,过程产生的气体得以穿透。
    炽热的循环一次冷却工艺气体流动驱动薄的和疏松的熔化层向下运动,熔化相凝固产生了疏松的烧结矿。反应区下部的热气流有效地干燥炉料使反应继续向下进行。
    在一次冷却中生成的烧结矿被冷却到较低温度。依工艺气流和烧结矿的温度,冷却气流的温度大约700℃至900℃。在冷却过程中,金属铁和一些锰氧化物被再氧化。
    在二次冷却中烧结矿被冷却,以便于烧结矿的进一步处理和提供足够的能量用于干燥。二次冷却后的气流温度为200-400℃。在二次冷却过程中没有显著的化学反应发生。
    所生成的烧结矿被破碎并运至料仓贮存。部分产物循环至烧结炉以形成钢带的保护层。其余的产品运送至冶炼厂。
    破碎产生的粉矿返回至烧结过程。
    
    3.2熔烧
    当使用烧结矿作为冶炼原料时,电炉可以是封闭型的,并带有炉料预热和气体收集系统。CO含量高的炉气可以用作烧结、预热和冶炼厂周围的能源。
    
    3.3锰铁生产中锰矿预处理的益处
    奥托昆布锰矿烧结工艺的最主要益处是降低能耗(焦粉数量),提高电炉作业率和锰铁的生产率,这意味着在当前更具竞争能力。
    
    -节约焦炭的连续烧结过程
    在锰烧结工艺中主要的能源是焦粉。热气体的循环降低了烧结反应所需的焦粉数量。在正常生产中无须额外的燃料用于加热工艺过程气体。
    
    研究表明,焦炭数量比通常工艺降低了40%。
    -较高的锰回收率
    与直接添加粉矿和块矿相比,烧结矿的还原性较好。由于还原机制的不同,在固态就达到了较高的还原度。
    在烧结过程,控制原料的水分可以使粉尘生成量在干燥过程降低;由于烧结带反应速度高和产生熔融相,粉尘的生成依然很低。这样锰的回收率得以提高。
    在埋弧电炉中,由于炉气数量少和炉中粉料数量少,使用疏松的烧结矿粉尘的生成比使用锰矿粉和块矿要低得多。
    烧结矿的多孔性使其内表面很大并具有良好的还原性。与矿石比较其反应速度更稳定。此外,反应不会意外的速度进行。这样,可以避免炉膛压力发生急剧变化,反应过程不会被干扰。锰的损失降低了。
    
    -CO气体的利用和炉料的预热
    锰烧结矿可以经受高温而不会降低其强度,这样,封闭炉产生的CO气体可以用于预热炉料,炉料预热会得到许多益处,如降低能耗和使炉况稳定。
    
    -埋弧电炉的高作业率
    由于烧结矿料层的均匀和多孔反应气体可以均匀通过烧结料层。
    当使用锰矿粉和块矿时产生的大量粉尘会结壳和搭桥,堵塞料层气体通道使炉况不稳定。
    全封闭的大型电炉可以使用烧结矿。与半封闭电炉和敞口电炉相比,这可以显著降低排出的气体体积。排出的气体CO含量会很高,这意味着在气体净化后可以用作燃料。使用烧结矿以后,电炉的容量可以增加。
    在炉料预热的到500-700℃时,冶炼的熔剂也被煅烧,这使炉况更稳定。与直接使用粉矿和块矿相比比使用均匀的无粉矿的干燥烧结矿炉况更加稳定。
    在熔炼粉矿和块矿时熔化相出现在料层的上部。这增加了料层的导电性并使炉况不稳定。与之不同的是,由于烧结矿的疏松结构,熔化相仅出现在烧结矿的内部,可以避免了上述问题的出现。
    
    -清洁的环境
    由于炉料预处理和平稳的炉况埋弧电炉可以完全密闭。这样,电炉产生的气体仅为敞口炉和半封闭炉的一部分。因此,气体净化设备可以更小、更有效。其环境条件更好,CO含量高的气体可以用作燃料。
    
    -烧结矿的运输
    由于烧结矿强度高可以承受长途运输,为其它厂家和用户提供了以烧结矿的形式使用粉矿的有吸引力的可能性。

相关文章

钢铁资源

请输入关键字,如品名、公司名、规格、材质、钢厂、电话