铬铁低碳冶炼工艺探索

季爱兵

(江苏柏瀚环境科技有限公司， 江苏 南京 210000)

引 言

铬铁是以铬和铁为主要成分的铁合金，铬铁合金作为钢的添加料，可以生产多种高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化的特种钢。如：不锈钢、耐酸钢、耐热钢、滚珠轴承钢、弹簧钢、工具钢等。

2020年全国高碳铬铁总产能为1285.8万吨，其中内蒙古产能约585万吨，占比47%，近全国一半；其次是四川、山西，产能分别达到107、103万吨；2020年中国进口铬铁307万吨[1]。

1 铬铁的主要冶炼工艺

随着全球铬矿资源的大量开采，优质块矿资源越来越少，粉矿资源成为中国铬铁冶炼的主要原料，粉矿量(-8 mm)约占80%[2]；因此粉矿处理工艺成为中国铬铁冶炼的主要工艺。但在矿热炉冶炼高碳铬铁时，粉矿过多会使炉料透气性变差，炉况恶化，严重影响安全、电耗和铬收得率等技术经济指标[3-4]。目前主流的铬粉矿预处理、冶炼工艺分为氧化法和还原法。

氧化法主流工艺有：烧结法、Outokumpu法；还原法主流工艺有：SRC(回转窑+矿热炉)法和DRC(转底炉+矿热炉)法。

1.1 氧化法铬铁冶炼工艺

1.1.1 烧结法

烧结法将铬粉矿烧结成块后投入矿热炉进行还原冶炼，虽然烧结法有设备简单、投资省、流程短等优点，但是存在成品强度差、粉末率高、不适合大型的密闭电炉使用、环境污染严重等问题；20万吨铬铁生产配备24 m2的烧结机，根据《产业结构调整目录》(2019年)规定：铁合金生产用24平方米以下带式铬矿烧结机属于淘汰类；由于还原负荷全在矿热炉内，电耗高，约3400 kWh/t,高能耗导致生产成本高，能耗较高。

1.1.2 Outokumpu法

太钢万邦和明拓两个大型铬铁生产项目，引进芬兰Outotec技术，Outokumpu法是铬粉矿在带式焙烧机进行焙烧，混合料送入预热窑预热至500-600 ℃后，进入矿热炉进行熔炼。这种技术在矿热炉炉顶设有炉料的预热装置，以自产煤气加热炉料，降低电耗，冶炼电耗约2800 kWh/t。

1.2还原法铬铁冶炼工艺

由于氧化法存在的诸多问题，还原法应运而生，主要特点是将矿热炉冶炼工序的功能提前，在进入矿热炉之前将球团进行预还原，有效的降低了矿热炉的冶炼电耗；主流工艺有SRC法和DRC法。

1.2.1 SRC法

SRC法利用回转窑作为预还原设备，使铬矿得到预还原，减少矿热炉冶炼负荷，从而降低了矿热炉冶炼电耗，冶炼电耗约～2500 kWh/t(综合还原率30-40%),但存在如下问题：

1)回转窑内易结圈，必须停窑检修，作业率低，难以保证稳定生产；

2)对铬矿和燃煤要求高(铬矿的w(SiO2)<6%，所用煤粉灰分低)；

3)完全做到球团热装入电炉冶炼是很困难的，为此一般均设置冷装线，因此热装节电这一优点难以完全实现;

4)成品球团粉化率高；

5)回转窑内只在窑尾安装一个燃烧器，温度和气氛难以得到有效的控制，预还原度低。

1.2.2 DRC法

DRC法采用转底炉-矿热炉双联工艺能将转底炉、矿热炉的优势进行连接、耦合，铬铁DRI的热装温度约850 ℃，矿热炉能有效的利用物理显热、更能有效的利用球团的高还原率(综合还原率60%)，降低冶炼电耗(冶炼电耗2150-2200 kWh/t)，提高了生产效率，降低生产成本，具有明显的经济效益及市场前景。DRC法工艺流程如图1所示。

图1 DRC法工艺流程图

2 结束语

DRC法作为低碳还原铬铁冶炼工艺，具有以下特点：

(1)原料适用性广，可适应各种品位铬铁矿；

(2)DRC法能真正实现有价金属的高效、低成本综合回收，资源综合利用效率高，符合循环经济效益；

(3)热态金属化球团可直接进入燃气熔炼炉冶炼，减少了热能损失，采用大量燃气作为加热热原，大幅降低工序电耗。

(4)DRC法整个生产过程能耗低，对环境友好；极大减少大气雾霾和温室气体排放、节能环保效益显著，每吨产品有效降低能耗15%，降低CO2排放量20%。