我國鉻鐵礦氧化球團生產工藝的發展探討

張樹輝 羅立章 蘇華偉 張 平

（中信重工工程技術有限責任公司）

0 引言

在冶金工業中，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，以及國防工業生產槍炮、導彈、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]。但隨著當代鉻鐵合金工業對資源的大量需求，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，鉻粉礦容易導致礦熱爐透氣性變差，不能直接入爐，但在其他方面有更優于鉻塊礦的特點，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、燒結法和球團法[2]。其中，球團法又分為蒸壓球團法、預熱預還原球團法、焙燒預熱球團法和焙燒球團法[3]。蒸壓球團法，即瑞典皇家工學院開發的COBO法，是在高壓釜內進行蒸汽養生得到成品球團；預熱預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，分別采用回轉窯和旋轉床還原爐進行還原，產品均為預還原球團礦；焙燒預熱球團法，即芬蘭奧圖泰公司開發的SBSTM球團技術，采用帶式焙燒機進行氧化焙燒，產品為氧化球團；焙燒球團法是采用鏈箅機—回轉窯進行氧化焙燒，產品為氧化球團礦。此外，奧圖泰在1990年以前曾采用豎爐生產氧化球團，我國一些地區目前也采用豎爐生產氧化球團。

1 我國氧化球團的生產工藝及特點

與其他造塊產品相比，氧化球團礦具有以下優點：（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、貯存和裝卸時產生粉末少；（3）冶金性能好、堆積密度大，有利于提高產量和降低電耗；（4）還原性好，有利于改善電爐化學能的利用。

與普通鐵礦氧化球團相同，目前世界上生產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工藝方法對比

豎爐法具有設備簡單、操作維護方便、投資少等優點，但由于單爐能力小，對原料適應性差，質量不能滿足大型化要求。因此，只有在原料條件合適，規模較小的情況下豎爐法才有一定的優越性。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，我國內蒙古等地區仍在使用豎爐法。

鏈箅機-回轉窯法是一種聯合機組生產球團礦的方法。它的主要特點是生球的干燥預熱、預熱球的焙燒固結、焙燒球的冷卻分別在3臺不同的設備中進行。鏈箅機—回轉窯法對原料適應性強，對燃料要求不嚴格，產品質量高；缺點是設備環節較多，回轉窯易結圈。對于普通鐵礦氧化球團，自2000年我國成功自主開發應用鏈箅機—回轉窯法生產氧化球團以來，該技術在擴大生產規模、提高產品質量、降低消耗、節約能源、保護環境等多方面顯示出了強大的發展潛力。據不完全統計，我國已累計建成鏈箅機—回轉窯法氧化球團生產線150余條。對于鉻鐵礦氧化球團，日本早已采用鏈箅機-回轉窯法進行生產，但我國尚未采用該法進行生產。

帶式焙燒機法的整個工藝過程（干燥、預熱、焙燒、冷卻）都在一臺設備上完成，具有工藝過程簡單、布置緊湊、所需設備噸位輕等特點，由于熱系統的合理設置和管路短，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，對原料的穩定性要求高。對于普通鐵礦氧化球團，目前國內采用帶式焙燒機的僅有少數幾條生產線，分別是1989年鞍鋼投產使用的321.6 m2帶式焙燒機，2010年京唐鋼鐵公司投產使用的504 m2帶式焙燒機，2015年包鋼投產使用的624 m2帶式焙燒機，還有幾條帶式焙燒機生產線正在建設中。對于鉻鐵礦氧化球團，目前國內采用帶式焙燒機的僅有兩條生產線，分別是2013年明拓鉻業科技有限公司投產使用的年產70萬噸鉻鐵礦氧化球團生產線和2014年山西太鋼萬邦爐料有限公司投產使用的年產70萬噸鉻鐵礦氧化球團生產線。這些帶式焙燒機生產線的核心技術均是從芬蘭奧圖泰公司引進的[5-8]。

綜上所述，我國生產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國產化，引進成本較高；鏈箅機—回轉窯法雖然尚未得到應用，但其作為最適合我國國情的氧化球團生產工藝，完全可以借鑒應用到鉻鐵礦氧化球團的生產，是我國鉻鐵礦氧化球團生產的重要發展方向。

2 鏈篦機—回轉窯法生產鉻鐵礦氧化球團的工藝流程及特點

2.1 工藝流程

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

該工藝流程主要包括原料預配料、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；生球經篩分后均勻布到鏈篦機篦床上，在篦床上被來自環冷機和回轉窯的熱風干燥、預熱，球團的抗壓強度達到回轉窯焙燒的要求；最后在回轉窯內焙燒、在環冷機內冷卻，得到成品鉻鐵礦氧化球團，送往礦熱爐系統。

2.2 特點

2.2.1 預配料系統

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，不同產地的鉻鐵礦化學成分差異較大，采用單一礦種得到的產品難以滿足后續礦熱爐冶煉的要求，需要對鉻鐵礦原料進行預配料。預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。據相關研究[9]表明，隨著Cr/Fe比的降低，鉻鐵礦氧化難度降低，鉻鐵礦球團固結能力提高，預熱球和焙燒球的強度不斷提高。

2.2.2 高壓輥磨系統

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處理。奧圖泰公司開發的SBSTM球團技術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處理后循環使用，工序較為復雜，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處理，發現高壓輥磨的處理效果明顯優于球磨。高壓輥磨已廣泛應用于國內大中型鐵礦球團廠，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、環境友好等優點。

2.2.3 焙燒系統

本流程采用鏈篦機、回轉窯和環冷機對鉻鐵礦球團進行干燥預熱、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，鏈篦機—回轉窯球團技術在國內已經相當成熟，可以快速推廣到鉻鐵礦球團的生產制備中。

3 結語

通過對鉻鐵礦氧化球團的生產工藝進行綜合對比，認為鏈箅機—回轉窯法具有獨特的優勢，是我國鉻鐵礦氧化球團生產的重要發展方向。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人員加強技術交流，針對鉻鐵礦的特性，借鑒普通鐵礦氧化球團的成熟技術和成功經驗，使鏈箅機-回轉窯法生產鉻鐵礦氧化球團早日得到推廣應用，為我國鉻鐵礦造塊技術的進步作出應有的貢獻。