本發(fā)明涉及新型煉鐵設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的裝置及方法。

背景技術(shù)：

由于天然氣資源較少，且優(yōu)先用于石油化工和民用，故氣基直接還原技術(shù)在我國受到限制。然而我國煤炭資源非常豐富，該資源條件使煤基直接還原技術(shù)在我國得到快速發(fā)展，煤基直接還原技術(shù)中回轉(zhuǎn)窯直接還原技術(shù)是最為主要的工藝技術(shù)。

目前，國內(nèi)外越來越多的專家學(xué)者對紅土鎳礦的高效利用進(jìn)行了研究，處理工藝主要有濕法工藝和火法工藝兩種，濕法工藝有高壓酸浸法、氨浸法、常壓酸浸法；火法工藝有回轉(zhuǎn)窯-電爐熔煉工藝、高爐冶煉工藝、鼓風(fēng)爐冶煉工藝等。目前，火法冶煉鎳鐵主要采用回轉(zhuǎn)窯-電爐(RKEF)冶煉工藝，此工藝流程技術(shù)可靠、工藝成熟。紅土鎳礦經(jīng)干燥破碎后與煤粉按照一定C/O比例混合，在高溫(950～1200℃)條件下與鐵、鎳、鈷氧化物與碳發(fā)生還原反應(yīng)生成含有金屬鐵、金屬鎳和金屬鈷的金屬化物料。在高溫下，如空氣進(jìn)入將導(dǎo)致還原過后的金屬化物料產(chǎn)生二次氧化，同時造成煤粉的燃燒，導(dǎo)致鐵、鎳、鈷氧化物還原所需的還原劑的缺損，造成還原劑和能源的浪費(fèi)，還原過后金屬化物料的金屬化率偏低，因此急需對回轉(zhuǎn)窯窯頭及窯尾進(jìn)行密封，防止空氣進(jìn)入窯內(nèi)。

根據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和專利，目前國內(nèi)外回轉(zhuǎn)窯一般以電加熱居多，一般采用敞口式，未對回轉(zhuǎn)窯窯頭窯尾進(jìn)行密封，或采取堵住窯頭端口等簡單密封。采用此類回轉(zhuǎn)窯開展回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原因空氣流通在回轉(zhuǎn)窯高溫條件下空氣中氧氣：1、與還原劑法發(fā)生氧化反應(yīng)造成金屬氧化物所需還原劑用量偏大；2、與還原后的金屬物與空氣中氧氣發(fā)生二次氧化造成金屬化率偏低。這與實際生產(chǎn)中工業(yè)回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)環(huán)境差異巨大，所需還原劑用量、產(chǎn)品金屬化率將不具備對比性，最終導(dǎo)致試驗結(jié)果對實際指導(dǎo)意義不大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的裝置，提高回轉(zhuǎn)窯密封性，從而提高回轉(zhuǎn)窯還原過后的金屬化物料的品質(zhì)。

本發(fā)明公開的利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的裝置，包括回轉(zhuǎn)窯筒體、窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)和窯頭密封機(jī)構(gòu)；

所述窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)包括充氮管、密封罐以及接料桶，所述接料桶設(shè)置于密封罐內(nèi)，所述回轉(zhuǎn)窯筒體的尾部伸入密封罐內(nèi)并延伸至接料桶上方，所述充氮管穿過密封罐從回轉(zhuǎn)窯筒體的尾部伸入回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)；

所述窯頭密封機(jī)構(gòu)包括喂料斗、縮徑管、密封組件以及密封外殼，所述縮徑管的粗端與回轉(zhuǎn)窯筒體的頭部相連接，所述縮徑管的細(xì)端延伸入密封外殼內(nèi)，所述密封組件設(shè)置于縮徑管與密封外殼之間，所述喂料斗底部穿過密封外殼伸入縮徑管的細(xì)端端口。

優(yōu)選地，所述充氮管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)器。

優(yōu)選地，所述縮徑管與密封外殼之間設(shè)置有軸承，所述軸承與密封組件并列布置，并且軸承位于與密封組件的外側(cè)。

優(yōu)選地，所述密封組件采用石墨材質(zhì)的迷宮式摩擦體組合件。

優(yōu)選地，所述迷宮式摩擦體組合件包括3～5組摩擦體，摩擦體與縮徑管、密封外殼間徑向間隙2～5mm，摩擦體之間橫向間隙5～20mm。

優(yōu)選地，所述密封罐與回轉(zhuǎn)窯筒體之間的間隙采用高溫石棉填充。

優(yōu)選地，所述縮徑管的細(xì)端端口設(shè)置有圓環(huán)形擋板。

優(yōu)選地，所述喂料斗的下方直管段設(shè)置插板閥。

優(yōu)選地，所述密封罐與回轉(zhuǎn)窯筒體的交接部以及密封外殼與縮徑管的交接部均與回轉(zhuǎn)窯筒體處于同一軸線上。

本發(fā)明還提供了一種利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的方法，其采用上述利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的裝置，

方法步驟如下：啟動回轉(zhuǎn)窯，設(shè)定溫度為950～1100℃，轉(zhuǎn)速3～4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1～1.15加入回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)，在充氮流量1～8L/min的條件下進(jìn)行還原反應(yīng)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明針對利用回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦在還原過程中因密封性差導(dǎo)致空氣進(jìn)入窯內(nèi)導(dǎo)致金屬化物料二次氧化和焦炭燃燒的問題，提出了采用窯頭密封、窯尾充氮的措施，有效的杜絕了因密封性差導(dǎo)致空氣進(jìn)入窯內(nèi)導(dǎo)致金屬化物料二次氧化和焦炭燃燒的問題，提高了紅土鎳礦還原過后金屬化物料的品質(zhì)，為回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦提供了有力的設(shè)備保障。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的示意圖；

附圖標(biāo)記：充氮管1，流量調(diào)節(jié)器2，密封罐3，接料桶4，回轉(zhuǎn)窯筒體5，縮徑管6，軸承7，密封組件8，喂料斗9，插板閥10，密封外殼11。

具體實施方式

下面對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明公開的利用電加熱回轉(zhuǎn)窯還原紅土鎳礦的裝置，包括回轉(zhuǎn)窯筒體5、窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)和窯頭密封機(jī)構(gòu)；

所述窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)包括充氮管1、密封罐3以及接料桶4，所述接料桶4設(shè)置于密封罐3內(nèi)，所述回轉(zhuǎn)窯筒體5的尾部伸入密封罐3內(nèi)并延伸至接料桶4上方，以保證金屬化物料順利裝入接料桶4內(nèi)，所述充氮管1穿過密封罐3從回轉(zhuǎn)窯筒體5的尾部伸入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)，可以在密封罐3上開孔以便于充氮管1的設(shè)置，為方便調(diào)節(jié)充氮流量，所述充氮管1上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)器2；

所述窯頭密封機(jī)構(gòu)包括喂料斗9、縮徑管6、密封組件8以及密封外殼11，所述縮徑管6的粗端與回轉(zhuǎn)窯筒體5的頭部相連接，可采用縮徑管6套入回轉(zhuǎn)窯筒體5或者回轉(zhuǎn)窯筒體5套入縮徑管6等連接方式，就轉(zhuǎn)窯筒體套入縮徑管6的連接方式而言，縮徑管6的粗端較回轉(zhuǎn)窯筒體5的外徑大4～8mm，可采用螺栓頂進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式將縮徑管6固定在回轉(zhuǎn)窯筒體5上，所述縮徑管6的細(xì)端延伸入密封外殼11內(nèi)，所述密封組件8設(shè)置于縮徑管6與密封外殼11之間，以防止空氣進(jìn)入密封殼體，所述喂料斗9底部穿過密封外殼11伸入縮徑管6的細(xì)端端口，使物料可以由縮徑管6口進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)。

為減少縮徑管6與密封外殼11內(nèi)壁間的摩擦，同時減少密封組件8自身磨損，所述縮徑管6與密封外殼11之間設(shè)置有軸承7，所述軸承7與密封組件8并列布置，所述軸承7位于密封組件8的外側(cè)，防止密封外殼11高溫氣體對于軸承7的損害，延長軸承7使用壽命。由于密封組件8處于高溫環(huán)境下，宜采用耐高溫、耐腐蝕的密封材料，因此所述密封組件8優(yōu)選采用石墨材質(zhì)的迷宮式摩擦體組合件，迷宮式摩擦體組合件包括3～5組摩擦體，摩擦體與縮徑管6、密封外殼11間徑向間隙2～5mm，摩擦體之間橫向間隙5～20mm。此外，為進(jìn)一步提高窯頭密封機(jī)構(gòu)的密封性，所述喂料斗9的下方直管段設(shè)置插板閥10，以防煙氣由此處逸出，亦可防止空氣由此進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)。而為了同時提高窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)的密閉性，所述密封罐3與回轉(zhuǎn)窯筒體5之間的間隙采用高溫石棉填充，盡可能減少空氣由此進(jìn)入窯內(nèi)。

為保證加入的紅土鎳礦煤粉混合料不漏料，所述縮徑管6的細(xì)端端口設(shè)置有圓環(huán)形擋板。圓環(huán)形擋板通常高10～50mm。在裝置運(yùn)行時，密封罐3與密封外殼11是固定不動的，而縮徑管6與回轉(zhuǎn)窯筒體5同軸并隨之一起轉(zhuǎn)動，為減小摩擦，并保證物料的流動，所述密封罐3與回轉(zhuǎn)窯筒體5的交接部以及密封外殼11與縮徑管6的交接部均與回轉(zhuǎn)窯筒體5處于同一軸線上。窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)和窯頭密封機(jī)構(gòu)通常需要設(shè)置支撐件才能使其與回轉(zhuǎn)窯筒體5達(dá)到同一高度，窯尾充氮接料機(jī)構(gòu)和窯頭密封機(jī)構(gòu)的支撐件可以分別獨(dú)立設(shè)置，也可以固定在回轉(zhuǎn)窯窯體支撐件上。

以下為采用上述裝置進(jìn)行還原紅土鎳礦還原的實施例

實施例1

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)徑80mm、長度1.75m，回轉(zhuǎn)窯傾角為3.5％，根據(jù)本專利對回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行改進(jìn)前，進(jìn)行紅土鎳礦還原試驗：

啟動回轉(zhuǎn)窯，設(shè)定溫度為1100℃，轉(zhuǎn)速3r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.14加入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)，還原產(chǎn)物鐵金屬化率為63％。

通過以下方式實施本專利：窯頭密封機(jī)構(gòu)中縮徑管6粗端內(nèi)徑90mm，細(xì)端內(nèi)徑70mm，細(xì)端端口擋板高14mm；軸承7采用推力角接觸球軸承7(70TAC20X+L)；迷宮式摩擦體：3組體，徑向間隙3mm，橫向間隙6mm，摩擦體材料為石墨；啟動回轉(zhuǎn)窯，同樣設(shè)定溫度為1100℃，轉(zhuǎn)速3r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.14加入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)，在充氮流量3L/min的條件下進(jìn)行還原反應(yīng)，還原產(chǎn)物鐵金屬化率為91％。

實施例2

在其他條件不變的情況下，將實施例1中的充氮流量調(diào)整為1L/min，還原產(chǎn)物鐵金屬化率為92.5％。

實施例3

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)徑100mm、長度1.8m，回轉(zhuǎn)窯傾角為4.0％，根據(jù)本專利對回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行改進(jìn)前，進(jìn)行紅土鎳礦還原試驗：

啟動回轉(zhuǎn)窯，設(shè)定溫度為1100℃，轉(zhuǎn)速4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.03加入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)，還原產(chǎn)物鐵金屬化率為55％。

通過以下方式實施本專利：窯頭密封機(jī)構(gòu)中縮徑管6粗端內(nèi)徑112mm，細(xì)端內(nèi)徑80mm，細(xì)端端口擋板高35mm；軸承7采用推力角接觸球軸承7(80TAC20X+L)；迷宮式摩擦體：4組體，徑向間隙5mm，橫向間隙8mm，摩擦體材料為石墨；啟動回轉(zhuǎn)窯，同樣設(shè)定溫度為1100℃，轉(zhuǎn)速4r/min，將紅土鎳礦鐵鎳鈷氧化物與煤粉還原劑按C/O＝1.03加入回轉(zhuǎn)窯筒體5內(nèi)，在充氮流量4L/min的條件下進(jìn)行還原反應(yīng)，紅土鎳礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯直接還原后鐵金屬化率為82％。

實施例4

在其他條件不變的情況下，將實施例3中的充氮流量調(diào)整為8L/min，還原產(chǎn)物鐵金屬化率為79.6％。