專利名稱：一種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎳鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，涉及一種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備及工藝，適用于冶煉紅土鎳礦。
背景技術(shù)：
含鎳礦石類型主要有硫化鎳礦和氧化鎳礦(也稱紅土鎳礦)，以前各國主要以硫化鎳礦為原料，通過電爐冶煉；近年來由于硫化鎳礦資源已瀕臨枯竭，世界各國的鎳冶煉企業(yè)紛紛把目光轉(zhuǎn)移到氧化鎳礦資源的開采和利用上來。紅土鎳礦冶煉鎳鐵有兩種方法，分別為濕法冶金工藝和火法冶煉工藝。由于濕法冶金工藝對環(huán)境污染嚴重、投資大，很少有企業(yè)采用此工藝?；鸱üに囈睙掓囪F主要有高爐冶煉工藝、回轉(zhuǎn)窯+礦熱爐工藝(RKEF)和回轉(zhuǎn)窯熔融直接還原工藝。首先高爐冶煉工藝投資大、環(huán)境污染嚴重、焦炭消耗量大，也無法實現(xiàn)選擇性還原，產(chǎn)品含鎳一般在3 6%，市場需求量少，成本高。其次設(shè)備壽命短,其主要原因有還原區(qū)溫度過高、還原時間過長、爐體采用整體設(shè)計，這樣爐膛的某一部位一旦損壞，設(shè)備就要停產(chǎn)檢修，自然使用壽命就短了。對于回轉(zhuǎn)窯+礦熱爐工藝(RKEF)，該工藝投資大，建設(shè)期長，原料處理階段成本高；由于含水分在35%左右的紅土鎳礦要經(jīng)過烘干窯進行表面水處理后，再經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯焙燒預(yù)還原，然后再投入礦熱爐內(nèi)進行鎳鐵冶煉，因此要消耗大量的焦煤、電力以及相當(dāng)?shù)娜斯こ杀?，產(chǎn)品含鎳在10%左右。三是回轉(zhuǎn)窯熔融直接還原紅土鎳礦法，該工藝利用回轉(zhuǎn)窖全程對鎳團礦進行脫水、焙燒，NiO, FeO等氧化物還原，金屬物聚集，最后生成融態(tài)海綿狀夾渣鎳鐵粒，然后再進行磁選；熔煉過程熱能來自煤粉(或重油)燃燒放出的熱量?；剞D(zhuǎn)窯直接還原冶煉鎳鐵生產(chǎn)中，設(shè)備簡單、此工藝在實際生產(chǎn)作業(yè)率相當(dāng)較低，綜合單位耗能耗高，雖投資小但鎳金屬回收率低，成本高，在冶煉技術(shù)方面還不太成熟，在國內(nèi)并沒有得到廣泛的應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以紅土鎳礦為原料，采用節(jié)能環(huán)保新型紅土鎳礦冶煉設(shè) 備，實現(xiàn)控制性還原鐵。生產(chǎn)工藝采用原礦直接投入爐內(nèi)進行冶煉，并在生產(chǎn)過程中通過控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間來控制鐵的還原度，以解決高爐工藝、回轉(zhuǎn)窯+礦熱爐(RKEF)、回轉(zhuǎn)窯直接還原冶煉鎳鐵方法存在的投資大、生產(chǎn)成本高、見效慢、鎳鐵品位低等問題。一種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，分為預(yù)處理區(qū)、還原反應(yīng)區(qū)和分離釜三個區(qū)域，總高度7. 2 15. 3米，高徑比3. 4 6. 3。高度低，容積小，裝料量少，爐料從入爐到出鎳鐵的一個循環(huán)次時間為2. 5 4小時，出鎳鐵頻次在I. 5 3小時左右。預(yù)熱區(qū)高度3 8. 3M，容積I. 6 38. 7M3，預(yù)熱區(qū)頂部溫度一般在80 200度；爐內(nèi)采取負壓(9. 5 9. OMPa)操作。還原反應(yīng)區(qū)高度2 4. 2M，容積I. 3 7. IM3左右，還原區(qū)溫度1100°C 1300°C。分離釜高度0. 4 0. 8M，容積0. 2 I. 6M3，分離釜底部溫度1050°C 1250°C )。分離爸死鐵層設(shè)置為70 300mm。
出鐵口與出渣口在軸向距離400 600mm分布，在徑向成90。 180°分布(具體角度依據(jù)爐子在生產(chǎn)現(xiàn)場的規(guī)劃布局而定)。
還原反應(yīng)區(qū)設(shè)有配風(fēng)盤，可很好的將氧氣與空氣進行混合，形成均勻的富氧混合氣體送入爐內(nèi)，并可隨時調(diào)節(jié)氧氣的濃度以及送風(fēng)量的大小，以達到控制爐內(nèi)還原氣氛的目的。
還原反應(yīng)區(qū)與分離釜接觸面采用5 IOmm石棉板做墊圈，內(nèi)表面用耐火噴涂料從還原反應(yīng)區(qū)底部順延至分離爸耐火磚表面(過度圓弧半徑40 60mm,如圖2所示)。
爐內(nèi)配置了水循環(huán)溫度測量傳感器(布置于水循環(huán)內(nèi))、還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器(布置于內(nèi)爐殼外表面)、分離釜底部溫度測量傳感器(位于底層耐火材料下50 150mm處)。通過監(jiān)視各溫度測量器(水溫不能超過75°C 100°C，反應(yīng)區(qū)測量溫度不應(yīng)超過1100°C 1300°C，分離釜底部溫度不應(yīng)超過1050°C 1250°C )來調(diào)節(jié)風(fēng)機的送風(fēng)量、風(fēng)速(進入爐內(nèi))、氧濃度、水冷卻系統(tǒng)中水流速度，以控制爐內(nèi)的反應(yīng)溫度。
分離釜底部溫度測量傳感器還為掌握分離釜底部溫度以及間接反應(yīng)爐內(nèi)耐火材料的腐蝕情況提供信息。
在節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備的還原反應(yīng)區(qū)域的下部配置了 2-8個氧氣送風(fēng)口，風(fēng)口角度為2° 8°，以便于更好更徹底的控制還原反應(yīng)溫度，提高鎳鐵產(chǎn)品的品位。 還原反應(yīng)區(qū)域爐內(nèi)料柱存在密度分布不均勻，芯部爐料密度大于外圍爐料密度，加上爐內(nèi)的氣流呈上升運動影響鼓風(fēng)效果，容易導(dǎo)致料柱芯部與邊緣氣氛相差較大，將鼓風(fēng)口角度設(shè)置在2° 8°之間，以此來平衡爐內(nèi)高溫氣體向上運動和爐料芯部密度高所導(dǎo)致料柱芯部的氣氛與邊緣氣氛相差較大的情況。
為便于更好更徹底的控制和調(diào)節(jié)還原反應(yīng)氣氛，本發(fā)明將還原反應(yīng)區(qū)的爐腹角設(shè)置為3° 10°，能夠減緩氣流上升的速度，使還原反應(yīng)更充分。
由于紅土鎳礦冶煉設(shè)備爐腹會因為溫度、溫度變化、化學(xué)侵蝕、氧化、爐渣酸堿度、 機械破壞等遭受侵蝕。當(dāng)金屬冷卻設(shè)備長期裸露在高爐內(nèi)部炙熱的煤氣流或液態(tài)渣鐵中， 其工作面將遭受沖刷、磨損及侵蝕，使其命壽縮短。因此本設(shè)計考慮在冷卻器工作面砌筑耐火噴涂料來保護冷卻器，厚度為IOmm 80mm，在保護冷卻器的同時也增加了還原反應(yīng)區(qū)內(nèi)壁的掛渣能力，此外水循環(huán)系統(tǒng)對還原反應(yīng)區(qū)爐腹進行降溫的同時，也降低了渣的溫度，增強了耐火層的掛渣能力，更好的保護了冷卻器，延長爐子的壽命。
考慮到鐵水的滲透力較強，我們在分離釜外耐火材料和爐殼之間設(shè)立了膨脹層6， 能夠有效緩解鐵水對爐殼的壓力。
本發(fā)明冶煉工藝采用濕球入爐、負壓操作、部分還原的方式冶煉紅土鎳礦。球團礦含水量在20% -30%、強度為3kg 10kg/cm2，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度 1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵，整個冶煉過程爐內(nèi)均采用負壓操作，負壓值在 9. 5 9. OMpa0
預(yù)熱區(qū)由于燃料在爐內(nèi)燃燒，爐料與高溫氣流成逆流運動，因而熱交換條件好。當(dāng)爐料不斷向下運動時爐內(nèi)會產(chǎn)生有大量的水蒸氣蒸發(fā)，對爐料向下運動時摩擦產(chǎn)生的粉塵起到了抑制作用，再加上爐內(nèi)采取負壓(9. 5 9. OMPa)操作，可控制大量的粉塵不能向外溢出，從而達到降塵除塵的目的，環(huán)保效果好。由于爐料水分蒸發(fā)后體積縮小，同時水分蒸發(fā)后使得爐料變的疏松，增大了爐料與爐內(nèi)氣體接觸的面積，提高了還原效率。
還原反應(yīng)區(qū)與預(yù)處理區(qū)采用法蘭連接。還原反應(yīng)區(qū)爐料已成為熔融狀態(tài)，大部分鎳和一部分鐵等其它金屬基本都在此段開始還原成單質(zhì)狀態(tài)，流入至分離釜。主要的反應(yīng)有
NiO+C — Ni+C0 T = 420°C (I)
FeO+C — Fe+CO f T = 650 °C (2)
Cr203+C — Cr+CO 丨(3)
Si02+C — Si+CO f(4)
由反應(yīng)式(1)、(2)可以看出Ni比Fe更容易還原，在Ni先基本還原完的情況下盡量控制低爐溫1010°C 1400°C，減慢Fe的還原速度。
分離釜死鐵層設(shè)置為70 300_，能較好的保護爐底耐火材料和爐內(nèi)溫度的穩(wěn)定性作用。為了提高產(chǎn)品鎳含量，控制鐵的深度還原，一是設(shè)計出鐵口距出渣口距離400 600mm，在此段位置Ni的還原反應(yīng)已經(jīng)基本完畢，主要存約40% 65%的未還原的氧化鐵和其他爐渣，渣口設(shè)置在此位置能達到較好的甩鐵留鎳的效果。
采用本發(fā)明節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，能將主要含有Ni :1. 52% 3. 16% Fe :9. 58% 39.· 58的紅土鎳礦設(shè)備內(nèi)完成控制性還原，冶煉出含有Ni :13% 20%的鎳鐵合金產(chǎn)品。
生產(chǎn)工藝采用紅土鎳礦原礦壓球后直接投入爐內(nèi)冶煉，節(jié)省了燒結(jié)工藝環(huán)節(jié)，可大幅降低生產(chǎn)成本。因球團礦含有20 30%的水分，冶煉過程產(chǎn)生有大量的水蒸氣蒸發(fā)， 再加上爐內(nèi)形成負壓操作(負壓值在9. 5 9. OMpa)，可控制大量的粉塵不能向外溢出，從而達到降塵除塵的目的，環(huán)保效果好。同時由于水的蒸發(fā)使得爐料變的疏松，增大了爐料與爐內(nèi)氣體接觸的面積，提高了還原效率。


圖I為本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，
I :分離釜2 :還原反應(yīng)區(qū)3 :預(yù)處理區(qū)4 :煙氣回收放散機構(gòu)5 :配風(fēng)盤6 :膨脹層 7 :耐火磚8 :爐底溫度測量傳感器9 :水循環(huán)溫度測量傳感器10 :還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器。
圖2為本發(fā)明分離釜與還原反應(yīng)區(qū)的鏈接情況示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)由分離釜I、還原反應(yīng)區(qū)2、預(yù)處理區(qū)3、煙氣回收放散機構(gòu)4、配風(fēng)盤5、膨脹層6、耐火磚7、爐底溫度測量傳感器8、水循環(huán)溫度測量傳感器9、還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器10組成。煙氣回收放散機構(gòu)位于設(shè)備頂部，預(yù)處理區(qū)位于設(shè)備中上部，還原反應(yīng)區(qū)位于設(shè)備中部，分離釜位于設(shè)備底部，配風(fēng)盤位于還原反應(yīng)區(qū)外部，分離釜外面砌有耐火磚，耐火磚與爐殼之間設(shè)有膨脹層；水循環(huán)溫度測量傳感器(布置于水循環(huán)內(nèi))、還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器(布置于內(nèi)爐殼外表面)、分離釜底部溫度測量傳感器(位于底層耐火材料下5O 15Ctam處)。
還原反應(yīng)區(qū)與分離爸接觸面采用5 IOmm石棉板做墊圈，內(nèi)表用耐火噴涂料從還原反應(yīng)區(qū)底部順延至分離釜耐火磚表面，過度圓弧半徑40 60mm。還原反應(yīng)區(qū)域的下部配置了 2-8個氧氣送風(fēng)口，風(fēng)口角度為2° 8。，分離釜死鐵層設(shè)置為70 300mm，出鐵口距出渣口距離400 600mm，
節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備在設(shè)計時考慮到事故停爐、維修方便等因素，將預(yù)處理區(qū)、還原反應(yīng)區(qū)和分離釜分別制作成獨立體，形成上下結(jié)構(gòu)組合式，為維修提供便利條件。由于分離釜存在一定量的死鐵層，分離釜底部耐材長期受到合金的侵蝕，因此在底部中心設(shè)置一個溫度測量傳感器及時觀察分離釜底部溫度變化，能夠直接了解底部耐火材料的腐蝕情況。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)要點為
A.設(shè)計發(fā)明總高度在7. 2 15. 3米。
B.預(yù)處理區(qū)高度3 8· 3M,容積I. 6 38. 7M3。
C.爐內(nèi)操作負壓值為9. 5 9. OMpa
D.還原反應(yīng)區(qū)高度2 4. 2米，容積L 37 . IM3
E.鼓風(fēng)口角度在2 8度
F.還原區(qū)爐腹角為3 10度
G.出鐵口與出渣口在軸向距離400 600mm，在徑向成90-180度分布。
本發(fā)明可將含Nil. 52% 3. 16%的紅土鎳礦在節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備內(nèi)冶煉出含Ni 13% 20%的NiFe合金。
以上所述僅是本發(fā)明的最佳優(yōu)選實施范圍，在最佳優(yōu)選實施范圍附近延展正負若干個設(shè)計也屬于該發(fā)明保護范圍。
權(quán)利要求
1.ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于分為預(yù)處理區(qū)、還原反應(yīng)區(qū)和分離釜三個區(qū)域，總高度7. 2 15. 3米，高徑比3. 4 6. 3 ; 預(yù)熱區(qū)高度3 8. 3M，容積I. 6 38. 7M3，預(yù)熱區(qū)頂部溫度為80 200°C;爐內(nèi)采取負壓9. 5 9. OMPa操作； 還原反應(yīng)區(qū)高度2 4. 2M，容積I. 3 7. 1M3，還原區(qū)溫度1100°C 1300°C ； 分離釜高度O. 4 O. 8M，容積O. 2 I. 6M3，分離釜底部溫度1050°C 1250°C，分離釜死鐵層設(shè)置為70 300mm ； 出鐵ロ與出渣ロ在軸向距離400 600mm分布，在徑向成90° 180°分布。
2.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于還原反應(yīng)區(qū)設(shè)有配風(fēng)盤，能很好的將氧氣與空氣進行混合，形成均勻的富氧混合氣體送入爐內(nèi)，并可隨時調(diào)節(jié)氧氣的濃度以及送風(fēng)量的大小。
3.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于還原反應(yīng)區(qū)與分離爸接觸面采用5 IOmm石棉板做墊圈，內(nèi)表面用耐火噴涂料從還原反應(yīng)區(qū)底部順延至分離爸耐火磚表面，過度圓弧半徑40 60mm。
4.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于爐內(nèi)配置了水循環(huán)溫度測量傳感器、還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器、分離釜底部溫度測量傳感器；水循環(huán)溫度測量傳感器布置于水循環(huán)內(nèi)，還原反應(yīng)區(qū)溫度測量傳感器布置于內(nèi)爐殼外表面，分離釜底部溫度測量傳感器位于底層耐火材料下50 150_處；通過監(jiān)視各溫度測量器來調(diào)節(jié)風(fēng)機的送風(fēng)量、進入爐內(nèi)的風(fēng)速、氧濃度、水冷卻系統(tǒng)中水流速度，以控制爐內(nèi)的反應(yīng)溫度。
5.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于設(shè)備的還原反應(yīng)區(qū)域的下部配置了 2-8個氧氣送風(fēng)ロ，風(fēng)ロ角度為2° 8°，以便于更好更徹底的控制還原反應(yīng)溫度，提高鎳鐵產(chǎn)品的品位。
6.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于還原反應(yīng)區(qū)的爐腹角設(shè)置為3° 10°。
7.如權(quán)利要求I所述ー種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備，其特征在于在冷卻器工作面砌筑有耐火噴涂料，厚度為IOmm 80mm。
8.一種采用如權(quán)利要求1-7所述節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備的冶煉エ藝，其特征在于采用濕球入爐、負壓操作、部分還原的方式冶煉紅土鎳礦；球團礦含水量在20% -30%,強度為3kg 10kg/cm2，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵，整個冶煉過程爐內(nèi)均采用負壓操作，負壓值在9. 5 9. OMpa0
全文摘要
一種節(jié)能環(huán)保型紅土鎳礦冶煉設(shè)備及工藝，屬于鎳鐵生產(chǎn)領(lǐng)域。分為預(yù)處理區(qū)、還原反應(yīng)區(qū)和分離釜三個區(qū)域，總高度7.2～15.3米，高徑比3.4～6.3。預(yù)熱區(qū)高度3～8.3M，容積1.6～38.7M3，預(yù)熱區(qū)頂部溫度為80～200℃；爐內(nèi)采取負壓9.5～9.0MPa操作；還原反應(yīng)區(qū)高度2～4.2M，容積1.3～7.1M3，還原區(qū)溫度1100℃～1300℃；分離釜高度0.4～0.8M，容積0.2～1.6M3，分離釜底部溫度1050℃～1250℃，分離釜死鐵層設(shè)置為70～300mm；出鐵口與出渣口在軸向距離400～600mm分布，在徑向成90°～180°分布。本發(fā)明生產(chǎn)成本低、環(huán)保效果好、還原效率高。
文檔編號C21B11/02GK102978319SQ20121049274
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者楊敏, 由勇, 陳玉榮, 張克強, 王強, 念大路, 由佳, 王平 申請人:罕王實業(yè)集團有限公司