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CN117051230A - 一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法 - Google Patents

一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法 Download PDF

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CN117051230A
CN117051230A CN202311006399.XA CN202311006399A CN117051230A CN 117051230 A CN117051230 A CN 117051230A CN 202311006399 A CN202311006399 A CN 202311006399A CN 117051230 A CN117051230 A CN 117051230A
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CN
China
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chromite
pellets
reducing gas
content
hydrogen
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CN202311006399.XA
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张延玲
李昊堃
武绍文
张帅
范建军
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University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/02—Roasting processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B1/00—Preliminary treatment of ores or scrap
    • C22B1/14—Agglomerating; Briquetting; Binding; Granulating
    • C22B1/24—Binding; Briquetting ; Granulating
    • C22B1/2406—Binding; Briquetting ; Granulating pelletizing
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Abstract

本发明提供了一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法，属于冶金技术领域。包括以下步骤：将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团；将H2和CO混合，得到还原气体；在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。本发明在H2‑CO气氛中还原焙烧，完全不涉及一次能源固体碳的使用，且使铬铁矿球团在入矿热炉之前获得足够的强度和金属预还原度，可大幅降低铬铁合金生产的综合能耗和排放。

Description

一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法。
背景技术
近年来不锈钢工业飞速发展，Cr是不锈钢的重要合金元素。当前绝大部分铁合金通过矿热炉生产，矿热炉由于能耗巨大，是有名的“电老虎”。由于Cr2O3还原所需温度高，铬铁合金的生产能耗尤其巨大。据统计，不锈钢生产50％以上的能耗来自于合金原料制备，因此，降低不锈钢生产的能耗关键在于降低合金原料制备工序的能耗。现有技术中很多研究集中在了传统高炉炼铁工艺的优化改进，实际上在矿热炉生产铁合金领域，能耗和排放的降低空间很大。
资料显示，在当今大量使用粉矿的条件下，在铬铁矿入矿热炉之前，一个合理的预处理工艺是降低矿热炉综合能耗的关键途径。比较先进的SRC、DRC预处理工艺，已经将矿热炉生产铬铁合金的综合能耗控制在了1300～1500kgce/t的范围，与传统冷压块预处理工艺相比(铬铁合金综合能耗约为2100kgce/t)，铬铁合金矿热炉生产的综合能耗已经降低了三分之一左右。但SRC、DRC工艺的基本原理是在铬铁矿生球团内配碳(焦粉或煤粉)，分别在回转窑或转底炉内进行碳的燃烧，进一步降低能耗和排放的空间有限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法。本发明在H2-CO气氛中还原焙烧，完全不涉及一次能源固体碳的使用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法，包括以下步骤：
将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团；
将H2和CO混合，得到还原气体；
在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。
优选地，所述还原气体中H2的体积百分数为10％～80％。
优选地，所述还原气体中H2的体积百分数为20％～60％。
优选地，所述还原气体的过剩系数为1.00～3.00。
优选地，所述还原焙烧的温度为1200～1400℃，保温时间为0.5～3h。
优选地，所述铬铁矿粉的粒径<74μm。
优选地，所述铬铁矿粉中Cr2O3的含量为32～48wt％，Fe2O3的含量为20～35wt％，FeO的含量为1～5wt％，MgO的含量为5～10wt％，Al2O3的含量为5～15wt％，SiO2的含量为1～10％。
优选地，所述粘结剂包括膨润土。
优选地，所述粘结剂的质量为铬铁矿粉质量的1～7％。
本发明提供了一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法，包括以下步骤：将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团；将H2和CO混合，得到还原气体；在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明在H2-CO气氛中还原焙烧，完全不涉及一次能源固体碳的使用，且使铬铁矿球团在入矿热炉之前获得足够的强度和金属预还原度，可大幅降低铬铁合金生产的综合能耗和排放。
且本发明通过调整H2和CO混合比例以及还原焙烧的温度、时间，使得铬铁矿球团中生成足够量的、低熔点物相，该相作为有效的粘结相，由此还原焙烧后的铬铁矿球团抗压强度可达到1500N以上、生球落下强度为2～7次/0.5m，完全满足矿热炉入炉要求，且其中Fe的预还原度最高为80％，Cr的预还原度最高为5％，金属总的预还原度最高为42.5％，可直接热装入矿热炉冶炼，与现有预处理工艺相比，可大幅降低铬铁合金生产的综合能耗和排放。
附图说明
图1为实施例1～3制得的铬铁矿球团的铁和铬金属化率柱状图；
图2为实施例1～3制得的铬铁矿球团的抗压强度柱状图；
图3为实施例1～3制得的铬铁矿球团的SEM图，其中(a)、(b)和(c)分别对应实施例1、2和3。
具体实施方式
本发明提供了一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法，包括以下步骤：
将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团；
将H2和CO混合，得到还原气体；
在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。
本发明将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团。
在本发明中，所述铬铁矿粉的粒径优选<74μm。
在本发明中，所述铬铁矿粉中Cr2O3的含量优选为32～48wt％，更优选为38～45wt％，Fe2O3的含量优选为20～35wt％，更优选为28～30wt％，FeO的含量优选为1～5wt％，更优选为2～3wt％，MgO的含量优选为5～10wt％，更优选为6～9wt％，Al2O3的含量优选为5～15wt％，更优选为10～13wt％，SiO2的含量优选为1～10％，更优选为5～7wt％。本发明对所述铬铁矿粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述粘结剂的质量优选为铬铁矿粉质量的1～7％，更优选为2～3％。
在本发明中，所述粘结剂优选包括膨润土。
本发明对所述造球的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
本发明将H2和CO混合，得到还原气体。
在本发明中，所述还原气体中H2的体积百分数优选为10％～80％，更优选为20％～60％。
在本发明中，所述还原气体的过剩系数优选为1.00～3.00，更优选为1.50～2.80。
在本发明中，所述H2的来源优选包括各种可再生能源获得的绿氢，也包括其他途径获得的氢，如：电解水法制氢、矿物燃料制氢、水煤气法制氢、石油热裂的合成气、天然气制氢、焦炉煤气冷冻制氢、电解食盐水的副产氢、酿造工业副产或铁与水蒸气反应制氢。
在本发明中，所述CO的来源优选包括：高炉煤气、焦炉煤气、矿热炉煤气或燃煤工业废气。
本发明充分利用矿热炉二次煤气等二次能源中的CO，结合可再生能源或其他途径得到的绿氢，在完全不涉及一次能源固体碳的情况下，获得强度满足入炉要求的铬铁矿球团，在降低铬铁合金综合能耗方面潜力巨大，应用前景广阔。
得到铬铁矿生球团和还原气体后，本发明在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。
在本发明中，所述还原焙烧的温度优选为1200～1400℃，保温时间优选为0.5～3h。
在本发明中，所述还原焙烧优选在可实现密封和精确气体成分控制的反应器中进行，更优选包括竖炉、回转窑、转底炉或带式焙烧机。
本发明优选将惰性气体通入所述反应器中，排除氧气、氮气、二氧化碳等杂质气体，然后将所述铬铁矿生球团放入所述装置中，升温至所述还原焙烧的温度时通入所述还原气体。
在本发明中，所述惰性气体优选为氮气或氩气。
所述还原焙烧完成后，本发明优选将得到的具备一定强度和金属预还原度的铬铁球团装入矿热炉冶炼，显著降低铬铁合金综合能耗和排放。
在本发明中，所述装入矿热炉冶炼前优选还包括冷却，本发明对所述冷却的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
铬铁矿粉中各物质的含量：Cr2O340wt％，Fe2O328wt％，FeO 4wt％，MgO6wt％，Al2O310wt％，SiO27％，余量为MnO和TiO2。
将铬矿矿粉配加膨润土(质量为铬矿矿粉质量的2％)和适量水制备生球，将生球置于刚玉坩埚中置于水平管式炉中，升温过程通入氩气，以20℃/min速率升温至1200℃后切换为H2：CO的体积比为2：8的还原气体，还原气体过剩系数为2，流量0.2L/min，还原焙烧时间3h，降温冷却时切换为氩气；降至室温后取出，得到还原后铬矿球团。
实施例2
实施例2与实施例1的制备方法基本相同，不同之处仅在于，将所述恒温温度“1200℃”调整为“1300℃”。
实施例3
与实施例2的制备方法基本相同，不同之处仅在于，将还原气体调整为“体积比为H2：CO的体积比为4：6”。
测试例1
实施例1，2和3制得的铬铁球团铁和铬的金属化率如图1所示。
由图1可以看出，随着氢气占比和焙烧温度的增加，铬铁球团铁金属化率呈明显的上升趋势，证明氢气比CO具有更有利于铬铁矿球团中金属氧化物的还原，但该工艺条件下Cr的氧化物很难被还原。
测试例2
实施例1，2和3制得的铬铁球团的抗压强度如图2所示。
由图2可以看出，球团强度均高于1500N，满足后续矿热炉熔融还原的入炉强度要求。
测试例3
实施例1、2和3制得的铬铁球团的显微结构如图3所示。图3中(a)、(b)和(c)分别为实施例1、2和3制得的铬铁球团的SEM图。
由图3可以看出，随着氢气占比的增加，球团中白色铁金属颗粒逐渐增多，尺寸逐渐增大；结果表明，氢气对铬铁矿球团的还原具有促进作用；同时析出的铁晶粒和低熔点的含“FeO”相增加了铬矿球团中微小颗粒的粘结性，提高了球团强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种铬铁矿球团氢基还原焙烧预处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铬铁矿粉、粘结剂和水混合造球，得到铬铁矿生球团；
将H2和CO混合，得到还原气体；
在所述还原气体中将所述铬铁矿生球团进行还原焙烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原气体中H2的体积百分数为10％～80％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述还原气体中H2的体积百分数为20％～60％。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述还原气体的过剩系数为1.00～3.00。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原焙烧的温度为1200～1400℃，保温时间为0.5～3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铬铁矿粉的粒径<74μm。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述铬铁矿粉中Cr2O3的含量为32～48wt％，Fe2O3的含量为20～35wt％，FeO的含量为1～5wt％，MgO的含量为5～10wt％，Al2O3的含量为5～15wt％，SiO2的含量为1～10％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘结剂包括膨润土。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述粘结剂的质量为铬铁矿粉质量的1～7％。
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