鉻鐵低碳冶煉工藝探索

季愛兵

(江蘇柏瀚環境科技有限公司， 江蘇 南京 210000)

引 言

鉻鐵是以鉻和鐵為主要成分的鐵合金，鉻鐵合金作為鋼的添加料，可以生產多種高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化的特種鋼。如：不銹鋼、耐酸鋼、耐熱鋼、滾珠軸承鋼、彈簧鋼、工具鋼等。

2020年全國高碳鉻鐵總產能為1285.8萬噸，其中內蒙古產能約585萬噸，占比47%，近全國一半；其次是四川、山西，產能分別達到107、103萬噸；2020年中國進口鉻鐵307萬噸[1]。

1 鉻鐵的主要冶煉工藝

隨著全球鉻礦資源的大量開采，優質塊礦資源越來越少，粉礦資源成為中國鉻鐵冶煉的主要原料，粉礦量(-8 mm)約占80%[2]；因此粉礦處理工藝成為中國鉻鐵冶煉的主要工藝。但在礦熱爐冶煉高碳鉻鐵時，粉礦過多會使爐料透氣性變差，爐況惡化，嚴重影響安全、電耗和鉻收得率等技術經濟指標[3-4]。目前主流的鉻粉礦預處理、冶煉工藝分為氧化法和還原法。

氧化法主流工藝有：燒結法、Outokumpu法；還原法主流工藝有：SRC(回轉窯+礦熱爐)法和DRC(轉底爐+礦熱爐)法。

1.1 氧化法鉻鐵冶煉工藝

1.1.1 燒結法

燒結法將鉻粉礦燒結成塊后投入礦熱爐進行還原冶煉，雖然燒結法有設備簡單、投資省、流程短等優點，但是存在成品強度差、粉末率高、不適合大型的密閉電爐使用、環境污染嚴重等問題；20萬噸鉻鐵生產配備24 m2的燒結機，根據《產業結構調整目錄》(2019年)規定：鐵合金生產用24平方米以下帶式鉻礦燒結機屬于淘汰類；由于還原負荷全在礦熱爐內，電耗高，約3400 kWh/t,高能耗導致生產成本高，能耗較高。

1.1.2 Outokumpu法

太鋼萬邦和明拓兩個大型鉻鐵生產項目，引進芬蘭Outotec技術，Outokumpu法是鉻粉礦在帶式焙燒機進行焙燒，混合料送入預熱窯預熱至500-600 ℃后，進入礦熱爐進行熔煉。這種技術在礦熱爐爐頂設有爐料的預熱裝置，以自產煤氣加熱爐料，降低電耗，冶煉電耗約2800 kWh/t。

1.2還原法鉻鐵冶煉工藝

由于氧化法存在的諸多問題，還原法應運而生，主要特點是將礦熱爐冶煉工序的功能提前，在進入礦熱爐之前將球團進行預還原，有效的降低了礦熱爐的冶煉電耗；主流工藝有SRC法和DRC法。

1.2.1 SRC法

SRC法利用回轉窯作為預還原設備，使鉻礦得到預還原，減少礦熱爐冶煉負荷，從而降低了礦熱爐冶煉電耗，冶煉電耗約～2500 kWh/t(綜合還原率30-40%),但存在如下問題：

1)回轉窯內易結圈，必須停窯檢修，作業率低，難以保證穩定生產；

2)對鉻礦和燃煤要求高(鉻礦的w(SiO2)<6%，所用煤粉灰分低)；

3)完全做到球團熱裝入電爐冶煉是很困難的，為此一般均設置冷裝線，因此熱裝節電這一優點難以完全實現;

4)成品球團粉化率高；

5)回轉窯內只在窯尾安裝一個燃燒器，溫度和氣氛難以得到有效的控制，預還原度低。

1.2.2 DRC法

DRC法采用轉底爐-礦熱爐雙聯工藝能將轉底爐、礦熱爐的優勢進行連接、耦合，鉻鐵DRI的熱裝溫度約850 ℃，礦熱爐能有效的利用物理顯熱、更能有效的利用球團的高還原率(綜合還原率60%)，降低冶煉電耗(冶煉電耗2150-2200 kWh/t)，提高了生產效率，降低生產成本，具有明顯的經濟效益及市場前景。DRC法工藝流程如圖1所示。

圖1 DRC法工藝流程圖

2 結束語

DRC法作為低碳還原鉻鐵冶煉工藝，具有以下特點：

(1)原料適用性廣，可適應各種品位鉻鐵礦；

(2)DRC法能真正實現有價金屬的高效、低成本綜合回收，資源綜合利用效率高，符合循環經濟效益；

(3)熱態金屬化球團可直接進入燃氣熔煉爐冶煉，減少了熱能損失，采用大量燃氣作為加熱熱原，大幅降低工序電耗。

(4)DRC法整個生產過程能耗低，對環境友好；極大減少大氣霧霾和溫室氣體排放、節能環保效益顯著，每噸產品有效降低能耗15%，降低CO2排放量20%。