李文武，李祥，易毅輝

(北京首鋼國際工程技術有限公司北京中國100043)

摘要：鉻系鐵合金冶煉中，利用鉻精礦生產的鉻燒結礦可有效降低鐵合金冶煉成本。文章針對鉻精礦燒結的特點，論述了鉻精礦燒結的工藝流程和主要設備選型，創(chuàng)新設計并建造了國內最大的一條采用120 m² 帶式燒結機配套環(huán)冷機生產鉻燒結礦的生產線。通過對生產的跟蹤，摸索出每噸鉻燒結礦配加膨潤土量控制在110±10 kg、混合料的水分控制在7． 5%±0． 5%時，混合料制粒效果和燒結料層的透氣性較好;每噸鉻燒結礦配加焦粉量控制在130±10 kg 時，能夠保證燒結礦質量滿足要求，鉻燒結礦的成品率達70%，并提出了穩(wěn)定燒結生產的措施。該生產線的投產為鉻精礦燒結的大型化發(fā)展提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：鉻鐵合金；鉻精礦鉻；燒結礦；帶式燒結機

前言

鉻塊礦和鉻粉礦是冶煉鉻鐵合金的主要原料，由于在冶煉過程中對爐料透氣性的要求，通常鉻塊礦更適合于冶煉^［1］。隨著當前鉻鐵合金工業(yè)對資源的大量需求，適合直接入爐的鉻塊礦越來越少，價格隨之攀高，受金融危機影響價格稍有回落。與此同時，隨著鉻礦開采量的加大和原礦品位的降低，鉻粉礦的產出量越來越高。目前，鉻粉礦的市場占有率已經達到50%^［2-4］。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，但在品位和價格方面優(yōu)于鉻塊礦。因此，利用廉價粉礦，加強鉻礦粉的造塊是降低我國鉻系鐵合金生產成本、提高鉻系鐵合金市場競爭力的有效措施之一^［5］。

鉻燒結礦作為鉻精礦造塊的主要方式之一，具有以下優(yōu)點:①經過高溫燒結的鉻鐵礦尖晶石礦物結構與原礦截然不同:礦石中的Fe^{2 +} 轉變成Fe^{3 +} ，有些鐵離子脫離了尖晶石，集中在晶粒表面，利于冶煉還原反應^［6］。②燒結礦氣孔率很高，比表面積很大，這有利于提高還原反應速度。采用燒結法生產，產量可提高10%～17%。③燒結礦強度高、粒度均勻，使電爐透氣性改善。

與塊礦和冷壓球團相比，燒結礦結構疏松，高溫電阻率比塊礦和冷壓球團大得多，鐵合金冶煉單位電耗可降低200～300 kWh /t^［7］。但是，鉻礦粉燒結溫度高、產量低及能耗高，尤其是鉻精礦粉制粒性能差，燒結過程透氣性差^［8］，生產波動大，操作難度高。

國內某鐵合金廠新建一臺120 m² 帶式燒結機生產線生產鉻燒結礦，該項目由北京首鋼國際工程技術有限公司(以下簡稱首鋼國際) 總承包，這是目前國內最大規(guī)模的采用帶式燒結機配套環(huán)式冷卻機進行鉻礦粉燒結的生產線。該生產線于2017 年3 月27 日點火試生產成功。

1 原料條件

生產使用的含鉻原料包括土耳其鉻礦粉和南非鉻精礦，固體燃料為焦粉，添加劑采用蛇紋石和膨潤土。

各種原料的化學成分詳見表1 至表4。

2 鉻礦燒結工藝及主要設備選型

2.1 主要工藝系統(tǒng)

鉻礦燒結工藝生產線從原料的接受開始至成品燒結礦的運出，其工藝流程如圖1 所示。

原料的接受設置了鉻鐵礦粉和焦粉的汽車受料槽;燃料破碎系統(tǒng)采用1 臺四輥破碎機將焦粉破碎至3 mm 以下;配料系統(tǒng)設置了11 個配料倉，倉下采用定量配料設備;混合系統(tǒng)設置了一次、二次圓筒混合機;燒結冷卻系統(tǒng)配置了一臺帶式燒結機和一臺環(huán)式冷卻機;成品篩系統(tǒng)串聯布置了2 臺懸臂篩，分出成品燒結礦、鋪底料和燒結返礦;燒結主抽風系統(tǒng)設置1 臺主抽風機、1 臺機頭電除塵器;煙氣脫硫設施采用石灰-石膏法，主要包括脫硫劑的接受、脫硫塔、制漿系統(tǒng)、水系統(tǒng)、綜合樓及副產物處理設施;全廠的除塵灰采用濃相氣力輸送至配料室除塵灰倉;全廠配套帶式輸送機通廊及轉運站。

2.2 主要公輔設施

鉻礦燒結工藝生產線配套輔助設施設置了主控樓、高低壓配電室、綜合水泵房及環(huán)境除塵設施等。

2.3 主要工藝設備規(guī)格

四輥破碎機:Φ900 mm×700 mm;

一次混合機:Φ3 000 mm×9 000 mm;

二次混合機:Φ3 400 mm×15 000 mm;

燒結機:有效燒結面積120 m²，臺車有效寬度3.0 m(加寬3.3 m)，有效長度40 m，臺車欄板高度600 mm;

環(huán)冷機: 有效燒結面積140m²，環(huán)冷機中徑22 m，臺車寬度2.6 m;

燒結主風機:入口流量13000 m³ /min，靜升壓17 500 Pa;

機頭電除塵器:處理風量13000 m³ /min，流通面積140 m²，雙室四電場;

燒結礦振動篩:一次篩規(guī)格1.5 m×5.2 m，篩分粒級5 mm、10 mm;二次篩規(guī)格1.5 m ×5.0 m，篩分粒級20 mm;

脫硫塔:脫硫塔直徑8 m，塔高50 m。

3 生產實踐

由于鉻礦粉燒結在世界上的生產實踐較少，特別是帶式燒結機配套環(huán)式冷卻機工藝，所以本生產線于2017 年3 月27 日點火試生產成功后經過4 個多月的生產摸索，總結出以下燒結生產經驗。

3.1 原料粒度對混合、制粒的影響

試驗數據顯示，生產中使用的鉻鐵礦粉粒度偏細，平均粒度在0.6～1.92 mm 之間，其中－ 0.5 mm 粒級含量大于40%，焦粉平均粒度為1.07 mm，其中－ 1 mm 粒級含量大于90%，蛇紋石－ 0.074 mm 占96.5%，膨潤土－ 0.074 mm 占99%，自產返礦粒度小于5 mm，除塵灰粒度小于3 mm。

由于上述原料粒度較細，部分物料親水性差，造成在一次混合機內不易混勻，二次混合機制粒效果較差，制粒后混合料粒度差異較大，部分大顆粒物料外表面黏附有小顆粒物料，造成燒結機上混合料透氣性差，燒結負壓高。針對原料粒度對混合、制粒的影響，為了強化制粒效果、提高燒結料層的透氣性，摸索出每噸鉻燒結礦配加膨潤土的量控制在110 kg 左右。

3.2 混合料水分的影響

由于生產線未安裝混合料水分的在線檢測儀表，所以操作上根據燒結機風箱溫度、風箱壓力、機尾燒結料斷面情況，結合人工觀察二次混合機的出料情況判斷混合機加水量的多少，主控室指揮崗位工人調節(jié)給水閥門。

混合料水分過低料層透氣性變差，水分過高造成固體燃料增加，根據給水管道上流量計顯示的數據，推算出混合料的水分控制在7.5% ± 0.5% 時，混合料的制粒效果和燒結料層的透氣性較好。

3.3 鉻鐵礦粉的燒結特性

3.3.1 點火溫度較高

根據燒結機風箱溫度和機尾料層斷面顯示，要實現燒結所需要的點火強度，保證表層燒結礦的質量，點火溫度控制在1 150～1 300 ℃之間。

3.3.2 固體燃料消耗高

鉻燒結礦固結以Cr₂O₃再結晶固相固結為主，輔以20%左右橄欖石液相固結。由于鉻鐵礦中高熔點的物質多，其燒結液相量明顯低于普通鐵礦燒結液相量(30%～40%)^［5］，因此需要大量的焦粉或煤粉燃燒供熱，生產中每噸鉻燒結礦焦粉的消耗量為130 kg。

3.3.3 固體燃料的粒度對燒結過程的影響

生產使用的焦粉為外購，來料粒度差異很大，大顆粒難破碎的雜質較多，影響四輥破碎機的破碎效果，輥間隙不能保證，破碎后焦粉大小粒度分級嚴重，造成燒結機臺車上的混合料中燃料分布不均勻，燒結煙氣溫度高低變化頻繁且幅度較大，機尾斷面顯示燒結礦部分過燒，部分未燒透，生產極不穩(wěn)定。

鉻鐵礦燒結所需的溫度高于鐵礦燒結，焦粉粒度燒結試驗表明，小于3 mm 占57.98% 的焦粉適于鉻鐵礦燒結^［5］。

3.3.4 混合料透氣性差、燒結負壓高、廢氣溫度高

由于原料粒度細，尤其是細粒鉻鐵礦粉本身成球性差，所以混合料的透氣性差，在料層高度為400mm 的情況下，燒結風箱負壓大多在－ 16 500 Pa 以上，有時會因為原料配比、水分等原因的波動，燒結風箱負壓出現高于－ 18 000 Pa 的情況。

由于固體燃料消耗高，燒結廢氣溫度長時間保持在200 ℃左右，惡化了機頭燒結風機和靜電除塵器工作狀態(tài)，造成濕法脫硫系統(tǒng)用水量增加，部分設備由于高溫變形。

3.3.5 燒結溫度高

燒結機尾斷面顯示，臺車篦條呈現出大面積紅亮、白亮現象，現場采用紅外測溫槍測量臺車梁下邊緣溫度為200～300 ℃，而普通鐵礦燒結此位置溫度為150 ℃左右，因此鉻礦粉燒結溫度較普通鐵礦燒結溫度高，有研究數據表明在鉻鐵礦燒結過程中，料層的最高溫度為1 450～1 500 ℃，燃燒帶厚度75 mm，且高溫保持時間( ＞ 1 400 ℃)長達5 min 左右。由于鉻鐵礦粉燒結所需溫度高，必須采用鋪底料工藝才能保護篦條，減少設備損耗^［5］。生產中鋪底料厚度50～70 mm，而普通鐵礦燒結鋪底料厚度為30～40 mm。

3.3.6 鉻燒結礦的固結

有關研究表明，鉻燒結礦固結以Cr₂O₃再結晶固相固結為主，輔以20% 左右橄欖石液相固結。由于鉻鐵礦中高熔點的物質多，其燒結液相量明顯低于普通鐵礦燒結液相量(30%～40%)。雖然Cr₂O₃及FeO·Cr₂O₃的熔點高達1 990 ℃、1 850 ℃，但根據塔曼學派的研究，其固相反應開始的溫度TC約等于0.57Tm，即Cr₂O₃及FeO·Cr₂O₃的塔曼溫度為1 134 ℃、1 055 ℃。在燒結過程中，當燒結料層溫度高于Cr₂O₃的塔曼溫度時，礦粒晶格內的原子獲得足夠的能量，克服周圍健力的約束進行表面擴散，礦粒之間形成連接橋，產生再結晶和再結晶長大。這種Cr₂O₃的再結晶是鉻燒結礦的重要固結方式。此外，由于結最高溫度達到1 450～1 500 ℃，超過了鐵橄欖石(1 205 ℃)、鈣鐵橄欖石(1 150 ℃) 等的熔點，這些橄欖石液相在燒結負壓和毛細力的共同作用下遷移、填充到礦物顆粒的間隙中，使鉻燒結礦強度好，成品率高^［5］。

自2017 年3 月27 日點火試生產成功后，隨著燒結工況逐步穩(wěn)定，鉻燒結礦的成品率逐步提高到70%以上，外觀照片如圖2 所示。

3.3.7 鉻燒結礦的冷卻

由于燒結過程中燒結溫度高，混合料中固體燃料的配比較高，而且燃料的粒度極不均勻，所以造成燒結終點后存在固體燃料未燃燒完全的情況，機尾燒結礦斷面顯示紅料層較厚，有火焰在燃燒，卸到環(huán)冷機上的燒結礦存在較多紅料，燒結過程還在繼續(xù)，造成環(huán)冷機設備熱膨脹大，卸料處出現卡臺車現象。

4 燒結主要指標

4.1 燒結礦的化學成分

燒結礦的化學成分見表5。

4.2 燒結機運行參數

圓輥給料機轉速3.10 r /min，燒結機機速0.92m/min，料層厚度400～500 mm，燒結機利用系數0.6t /m2·h，環(huán)冷機機速0.65 m/min，由于生產階段原料條件不穩(wěn)定，自動化控制系統(tǒng)未完善，因此燒結機利用系數未達到設計值。

5 穩(wěn)定生產的措施

鉻礦粉燒結的特點及生產操作的難度較大，通過4 個多月的生產實踐摸索，需要采取以下措施穩(wěn)定生產過程，提高燒結礦產量和質量。

(1)建立各種原料、混合料、成品燒結礦的檢驗分析制度，及時提供檢測數據指導生產。

(2)嚴格控制進廠燃料的質量，減少雜質，粒度要求＜ 10 mm，必要時進行預篩分作業(yè)，避免存在大部分的過細粒級再次參加破碎，造成燃料的過粉碎現象，增加固體燃耗，影響燒結過程。

(3)穩(wěn)定鉻鐵礦粉、膨潤土和蛇紋石的供配料，調整配料倉下設備的計量精度，保證物料順行和配比的穩(wěn)定。

(4)根據生產變化情況建立合理的燒結返礦和除塵灰的配加制度，減少由于配加量的頻繁變化引起燒結過程的波動，影響燒結礦的產量和質量。

(5)增加二次混合機后混合料水分的在線檢測設備，及時指導生產調整混合料水分，穩(wěn)定燒結過程。

(6)增加混合料的預熱手段，提高混合料溫度，提高料層透氣性，降低料層阻力，有利于降低能耗，提高產量。

(7)加強崗位工人的技術培訓，提高理論知識水平和生產操作技能，強化相關法律和規(guī)章制度。

6 結語

(1)120 m² 帶式燒結機配套環(huán)冷機生產鉻燒結礦生產線的成功投運，實現了鉻精礦資源的有效利用，并且為鉻精礦燒結的大型化發(fā)展提供寶貴的經驗。

(2)通過對生產的緊密跟蹤，摸索出每噸鉻燒結礦焦粉的消耗量為130 kg、膨潤土的配加量為110kg、混合料的水分控制在7.5%±0.5%、點火溫度控制在1 150～1 300 ℃之間、鋪底料厚度50～70 mm、燒結廢氣溫度在200 ℃左右。

(3)結合投產后出現的問題，提出穩(wěn)定燒結生產的措施，使得燒結機的速度提高到1.1 m/min，燒結礦成品率提高到70%。

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