我國鉻鐵礦氧化球團生產(chǎn)工藝的發(fā)展探討

張樹輝 羅立章 蘇華偉 張 平

（中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司）

0 引言

在冶金工業(yè)中，鉻鐵礦是冶煉鉻鐵合金的主要原料。鉻鐵合金主要用于煉鋼過程中的合金化，可增加鋼的硬度、韌性、延展性、耐熱性、耐磨性和防腐性，從而生產(chǎn)出多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼；而且金屬鉻還可用于與鈷、鎳、鎢等元素冶煉特種合金。這些特種鋼和特種合金是航空、宇航、汽車、造船，以及國防工業(yè)生產(chǎn)槍炮、導(dǎo)彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料。

目前，冶煉鉻鐵合金的主要原料是鉻塊礦和鉻粉礦。由于在冶煉過程中對爐料透氣性的要求，通常鉻塊礦更適合冶煉[1]。但隨著當(dāng)代鉻鐵合金工業(yè)對資源的大量需求，適合直接入爐的鉻塊礦越來越少，價格也越來越高。與此同時，鉻粉礦的產(chǎn)出量越來越高。目前，世界上每年開采的鉻礦中，塊礦僅占20%，粉礦約占80%。在冶煉方面，與鉻塊礦相比，鉻粉礦容易導(dǎo)致礦熱爐透氣性變差，不能直接入爐，但在其他方面有更優(yōu)于鉻塊礦的特點，如品位高、價格低等。因此，鉻粉礦造塊是解決粉礦應(yīng)用的一條有效途徑。

目前，世界上鉻礦粉造塊方法主要有壓塊法、燒結(jié)法和球團法[2]。其中，球團法又分為蒸壓球團法、預(yù)熱預(yù)還原球團法、焙燒預(yù)熱球團法和焙燒球團法[3]。蒸壓球團法，即瑞典皇家工學(xué)院開發(fā)的COBO法，是在高壓釜內(nèi)進行蒸汽養(yǎng)生得到成品球團；預(yù)熱預(yù)還原球團法包括日本昭和電工公司的SRC法以及加拿大國際金屬回收公司的DRC法，分別采用回轉(zhuǎn)窯和旋轉(zhuǎn)床還原爐進行還原，產(chǎn)品均為預(yù)還原球團礦；焙燒預(yù)熱球團法，即芬蘭奧圖泰公司開發(fā)的SBSTM球團技術(shù)，采用帶式焙燒機進行氧化焙燒，產(chǎn)品為氧化球團；焙燒球團法是采用鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯進行氧化焙燒，產(chǎn)品為氧化球團礦。此外，奧圖泰在1990年以前曾采用豎爐生產(chǎn)氧化球團，我國一些地區(qū)目前也采用豎爐生產(chǎn)氧化球團。

1 我國氧化球團的生產(chǎn)工藝及特點

與其他造塊產(chǎn)品相比，氧化球團礦具有以下優(yōu)點：（1）粒度小而均勻，有助于改善爐料透氣性和氣流的均勻分布；（2）強度高，在運輸、貯存和裝卸時產(chǎn)生粉末少；（3）冶金性能好、堆積密度大，有利于提高產(chǎn)量和降低電耗；（4）還原性好，有利于改善電爐化學(xué)能的利用。

與普通鐵礦氧化球團相同，目前世界上生產(chǎn)鉻鐵礦氧化球團的工藝方法主要有三種，即：豎爐法、鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法和帶式焙燒機法[4]。三種工藝各有特點，具體情況見表1。

表1 我國氧化球團的生產(chǎn)工藝方法對比

豎爐法具有設(shè)備簡單、操作維護方便、投資少等優(yōu)點，但由于單爐能力小，對原料適應(yīng)性差，質(zhì)量不能滿足大型化要求。因此，只有在原料條件合適，規(guī)模較小的情況下豎爐法才有一定的優(yōu)越性。對于普通鐵礦氧化球團，我國正在逐步淘汰豎爐法；對于鉻鐵礦氧化球團，我國內(nèi)蒙古等地區(qū)仍在使用豎爐法。

鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯法是一種聯(lián)合機組生產(chǎn)球團礦的方法。它的主要特點是生球的干燥預(yù)熱、預(yù)熱球的焙燒固結(jié)、焙燒球的冷卻分別在3臺不同的設(shè)備中進行。鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法對原料適應(yīng)性強，對燃料要求不嚴格，產(chǎn)品質(zhì)量高；缺點是設(shè)備環(huán)節(jié)較多，回轉(zhuǎn)窯易結(jié)圈。對于普通鐵礦氧化球團，自2000年我國成功自主開發(fā)應(yīng)用鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)氧化球團以來，該技術(shù)在擴大生產(chǎn)規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗、節(jié)約能源、保護環(huán)境等多方面顯示出了強大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)不完全統(tǒng)計，我國已累計建成鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法氧化球團生產(chǎn)線150余條。對于鉻鐵礦氧化球團，日本早已采用鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯法進行生產(chǎn)，但我國尚未采用該法進行生產(chǎn)。

帶式焙燒機法的整個工藝過程（干燥、預(yù)熱、焙燒、冷卻）都在一臺設(shè)備上完成，具有工藝過程簡單、布置緊湊、所需設(shè)備噸位輕等特點，由于熱系統(tǒng)的合理設(shè)置和管路短，帶式焙燒機的熱耗可以達到最低水平；缺點是必須使用高熱值煤氣或重油作燃料，耐高溫特殊合金鋼的用量大、檔次高，對原料的穩(wěn)定性要求高。對于普通鐵礦氧化球團，目前國內(nèi)采用帶式焙燒機的僅有少數(shù)幾條生產(chǎn)線，分別是1989年鞍鋼投產(chǎn)使用的321.6 m2帶式焙燒機，2010年京唐鋼鐵公司投產(chǎn)使用的504 m2帶式焙燒機，2015年包鋼投產(chǎn)使用的624 m2帶式焙燒機，還有幾條帶式焙燒機生產(chǎn)線正在建設(shè)中。對于鉻鐵礦氧化球團，目前國內(nèi)采用帶式焙燒機的僅有兩條生產(chǎn)線，分別是2013年明拓鉻業(yè)科技有限公司投產(chǎn)使用的年產(chǎn)70萬噸鉻鐵礦氧化球團生產(chǎn)線和2014年山西太鋼萬邦爐料有限公司投產(chǎn)使用的年產(chǎn)70萬噸鉻鐵礦氧化球團生產(chǎn)線。這些帶式焙燒機生產(chǎn)線的核心技術(shù)均是從芬蘭奧圖泰公司引進的[5-8]。

綜上所述，我國生產(chǎn)鉻鐵礦氧化球團的工藝方法中，豎爐法將逐步被淘汰；帶式焙燒機法尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，引進成本較高；鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法雖然尚未得到應(yīng)用，但其作為最適合我國國情的氧化球團生產(chǎn)工藝，完全可以借鑒應(yīng)用到鉻鐵礦氧化球團的生產(chǎn)，是我國鉻鐵礦氧化球團生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。

2 鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)鉻鐵礦氧化球團的工藝流程及特點

2.1 工藝流程

根據(jù)鉻鐵礦自身的特性，筆者提出了適于鉻鐵礦氧化球團的鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)工藝流程，如圖1所示。

該工藝流程主要包括原料預(yù)配料、原料干燥、高壓輥磨、配料、強力混合、造球、生球篩分及布料、生球干燥及預(yù)熱、氧化焙燒、冷卻、成品球團礦輸出、煙氣處理與粉塵回收等。先將兩種及兩種以上的鉻鐵礦進行預(yù)配料得到混合礦，再將混合礦干燥至水分小于1.5%；對混合礦采用高壓輥磨處理后，與膨潤土、除塵灰進行精確配料；配好的物料采用強力混合機進行混勻；混合料在造球室通過圓盤造球機造球；生球經(jīng)篩分后均勻布到鏈篦機篦床上，在篦床上被來自環(huán)冷機和回轉(zhuǎn)窯的熱風(fēng)干燥、預(yù)熱，球團的抗壓強度達到回轉(zhuǎn)窯焙燒的要求；最后在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焙燒、在環(huán)冷機內(nèi)冷卻，得到成品鉻鐵礦氧化球團，送往礦熱爐系統(tǒng)。

2.2 特點

2.2.1 預(yù)配料系統(tǒng)

圖1 鉻鐵礦氧化球團的推薦工藝流程

目前，我國采購的鉻鐵礦主要來自南非、土耳其、印度等國，不同產(chǎn)地的鉻鐵礦化學(xué)成分差異較大，采用單一礦種得到的產(chǎn)品難以滿足后續(xù)礦熱爐冶煉的要求，需要對鉻鐵礦原料進行預(yù)配料。預(yù)配料得到的混合礦一般要求Cr2O3含量不低于40%，在滿足礦熱爐冶煉對鉻鐵比Cr/Fe要求的情況下，可適當(dāng)降低混合礦的鉻鐵比，建議Cr/Fe低于1.7，可有效降低鉻鐵礦的焙燒難度。據(jù)相關(guān)研究[9]表明，隨著Cr/Fe比的降低，鉻鐵礦氧化難度降低，鉻鐵礦球團固結(jié)能力提高，預(yù)熱球和焙燒球的強度不斷提高。

2.2.2 高壓輥磨系統(tǒng)

用于鉻鐵礦造塊的原料為鉻鐵粉礦或精礦，其粒度組成和比表面積無法滿足造球的要求，因此必須對原料進行磨礦預(yù)處理。奧圖泰公司開發(fā)的SBSTM球團技術(shù)采用濕式球磨機進行磨礦，磨細的礦漿用陶瓷過濾機進行過濾，分離出的污水進入污水處理系統(tǒng)處理后循環(huán)使用，工序較為復(fù)雜，成本較高，且容易造成鉻污染。杜洪縉等人[10]通過對比研究高壓輥磨與球磨預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)高壓輥磨的處理效果明顯優(yōu)于球磨。高壓輥磨已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)大中型鐵礦球團廠，并取得了良好效果。對于鉻鐵礦球團制備，采用高壓輥磨處理還可以避免濕式磨礦造成的鉻污染問題。鑒于以上原因，推薦采用高壓輥磨進行磨礦處理，因為它具有工序簡單、能耗低、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。

2.2.3 焙燒系統(tǒng)

本流程采用鏈篦機、回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機對鉻鐵礦球團進行干燥預(yù)熱、焙燒和冷卻。鉻鐵礦中的主要礦物為鉻尖晶石，其熔點較高，難以生成低熔點液相，造塊所需的焙燒溫度較高。本流程通過合理配礦優(yōu)化混合礦的組成，可降低鉻鐵礦的氧化難度，增強鉻鐵礦球團的固結(jié)能力；同時采用高壓輥磨對鉻鐵礦進行磨礦處理，提高了鉻鐵礦的反應(yīng)活性，極大改善了物料的焙燒性能。不同于奧圖泰SBSTM球團技術(shù)，鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯球團技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)相當(dāng)成熟，可以快速推廣到鉻鐵礦球團的生產(chǎn)制備中。

3 結(jié)語

通過對鉻鐵礦氧化球團的生產(chǎn)工藝進行綜合對比，認為鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法具有獨特的優(yōu)勢，是我國鉻鐵礦氧化球團生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。由于鉻鐵礦造塊難度大，該工藝在推廣的過程中還需攻克一些難題，需要從事鉻鐵礦造塊的技術(shù)人員加強技術(shù)交流，針對鉻鐵礦的特性，借鑒普通鐵礦氧化球團的成熟技術(shù)和成功經(jīng)驗，使鏈箅機-回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)鉻鐵礦氧化球團早日得到推廣應(yīng)用，為我國鉻鐵礦造塊技術(shù)的進步作出應(yīng)有的貢獻。