采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦獲得鎳鐵的工藝及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關于有色金屬鎳的冶煉工藝及其裝置，更具體的講是一種采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金的工藝及其專用的CSC(熔池熔煉爐名稱)熔煉裝置。
【背景技術】
[0002]鎳是一種銀白色金屬，具有良好的機械性能，在國防、航空及日常生活中具有廣泛的應用;尤其在生產(chǎn)不銹鋼和耐熱鋼等領域更是不可缺少的金屬。目前鎳主要從兩種含鎳礦物中獲取，一是硫化鎳礦，另一種是紅土鎳礦，其中60%金屬鎳是來自于硫化鎳礦。隨著硫化鎳礦的減少甚至枯竭，開發(fā)和利用紅土鎳礦得到了高度重視。
[0003]目前處理紅土鎳礦的方法可以分為濕法和火法，濕法有加壓酸浸(HPLA)和還原焙燒——氨浸(RRAL)?；鸱ㄒ睙挿椒梢苑譃殒囪F工藝和鎳锍工藝，鎳鐵工藝是指采用鼓風爐或電爐還原熔煉得到鎳鐵合金，鎳锍工藝是指外加硫化劑，生產(chǎn)過程中進行造锍和造渣，得到中間產(chǎn)品低冰鎳。低冰鎳進一步吹煉可以得到含鎳75%以上的高冰鎳?；鸱ㄒ睙挼脑O備主要有鼓風爐，電爐、回轉窯、高爐等冶煉爐型。采用鼓風熔煉，物料需要先進行燒結，對粉料適應性差，生產(chǎn)過程中消耗大量的焦碳，現(xiàn)場環(huán)境污染嚴重?；剞D窯直接還原工藝，回轉窯耐火材料使用壽命較短，作業(yè)率低；電爐熔煉是一種比較清潔的冶煉工藝，但是電爐能耗高，裝機負荷大，對于電力緊張的地區(qū)難以實施。高爐冶煉消耗大量冶金焦，鎳鐵合金產(chǎn)品含鎳品位低。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明旨在克服有色金屬鎳火法冶煉現(xiàn)有的技術缺點，提供一種有效的冶煉紅土鎳礦獲得鎳鐵的工藝及其裝置，解決目前鎳火法冶煉過程中能耗高，環(huán)境污染嚴重，流程長，物料適應性差等問題。
[0005]本發(fā)明的技術方案為:一種采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦獲得鎳鐵的工藝，包括以下步驟:
1)將紅土鎳礦干燥；
2)將干燥后的紅土鎳礦、熔劑和碎煤進行配料；
3)將配好的物料加入至熔池熔煉熔化爐進行熔煉，將含氧85%?99%(體積)、溫度為600°C~800°C的富氧空氣鼓入爐內熔體中；
4)熔池熔煉熔化爐產(chǎn)出的熔體通過溜槽流入熔池熔煉還原爐，加入還原劑，將含氧60%?85%(體積)、溫度為600°C~800°C的富氧空氣鼓入爐內熔體中，控制富氧空氣對還原劑的過剩系數(shù)為0.4-0.5，熔體反應生成含鎳15?30%(質量)的鎳鐵合金和爐渣。
[0006]進一步的，紅土鎳礦干燥至含水12%?15%(質量)。熔煉渣型為Ca0/Si02=0.6?1.2(質量比)，(Ca0+Mg0)/ Si02=l.l?1.4。步驟2)紅土鎳礦與碎煤的配料質量比為1:(0.25?
0.35)。配好料后壓球成型，直徑為15?30mm，然后再加入熔池熔煉熔化爐。所述還原劑為碎煤。
[0007]進一步的，富氧空氣通過熔池熔煉熔化爐或熔池熔煉還原爐兩側與水平成0?15°的風嘴鼓入。
[0008]進一步的，從熔池熔煉熔化爐兩側風嘴鼓入的富氧空氣，風嘴出口的風速為220?320m/s，富氧空氣對燃料的過剩系數(shù)為1.05-1.10，熔煉溫度為1450?1650 °C，物料在爐內停留時間不小于1小時。
[0009]進一步的，從熔池熔煉還原爐兩側風嘴鼓入的富氧空氣，風嘴出口的風速為180?280 m/s，富氧空氣鼓入熔體的渣層，還原熔煉溫度為1450?1650°C，熔體在爐內停留時間不小于45min。
[0010]進一步的，通過熔池熔煉還原爐上的二次風嘴鼓入含氧40%?60%(體積)的富氧空氣，燃燒爐膛上部C0。
[0011]—種采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦獲得鎳鐵的裝置，該裝置包括熔池熔煉熔化爐、熔池熔煉還原爐以及連接兩爐的溜槽;熔池熔煉熔化爐和熔池熔煉還原爐的爐身下部由2?3層鑲磚銅質冷卻件拼接而成，立于爐缸上面;熔池熔煉熔化爐和熔池熔煉還原爐的爐身上部結構采用平板銅質冷卻件與耐火材料制成的砌體交替砌筑而成;熔池熔煉熔化爐和熔池熔煉還原爐的爐身兩側設有不少于兩個用于強烈攪拌熔池的風嘴裝置，風嘴與水平呈0?15°角度;熔池熔煉還原爐兩側頂層鑲磚銅質冷卻件上設有不少于兩個二次風嘴，二次風嘴與水平方向成12°~30°角度。
[0012]進一步的，熔池熔煉熔化爐設置位置高于熔池熔煉還原爐，熔池熔煉熔化爐熔體通過溜槽自動流至熔池熔煉還原爐。
[0013]進一步的，熔池熔煉熔化爐爐身兩側從第二層鑲磚銅質冷卻件開始向外擴展，與豎直方向成7°?10°擴展角，以減小空氣流速，降低煙塵率。熔池熔煉還原爐爐身兩側從第二層鑲磚銅質冷卻件開始向外擴展，與豎直方向成7°?15°擴展角，以滿足二次燃燒空間要求。
[0014]進一步的，熔池熔煉熔化爐與熔池熔煉還原爐橫截面面積比例為1.4?1.6:1。最上層鑲磚銅質冷卻件頂端與爐身上部結構之間設有膨脹縫。砌體的耐火材料表面形成渣保護層。熔池熔煉熔化爐底部設有熔池熔煉熔化爐熔體虹吸道，用于連續(xù)放渣。熔池熔煉還原爐底部一端設有虹吸室，用于連續(xù)放渣及打孔間斷放鎳鐵合金。
[0015]本發(fā)明采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金的工藝，具有流程短、能耗低、投資省、產(chǎn)品含鎳品位高，可實現(xiàn)過程自動化控制、生產(chǎn)效率高等特點。具體來說，本發(fā)明工藝及其專用的CSC熔煉裝置與現(xiàn)有的技術相比具有以下特點或優(yōu)勢:
(1)整個工藝過程以煤作為燃料和還原劑，以煤代焦(高爐或鼓風爐熔煉)或電(電爐熔煉)，采用預熱的高濃度富氧強化熔池熔煉，床能率高達110t/m2d;
(2)CSC還原爐還原過程中爐內熔體溫度均勻，熔池攪拌均勻，不存在電爐熔煉過程中電極帶局部過熱區(qū)，因此不會產(chǎn)生大量碳化硅和鉻，從而獲得含雜質(S1、Cr、C)低的鎳鐵，降低精煉成本，通過控制富氧空氣對燃料的過剩系數(shù)來控制鐵的還原率，從而獲得含鎳15%?30%的尚品位銀鐵合金；
(3)CSC熔化爐與CSC還原爐煙氣通過余熱鍋爐回收余熱，鍋爐所產(chǎn)蒸汽用于余熱發(fā)電，從而降低外部電力消耗；
(4)CSC熔化爐與CSC還原爐高低配置，CSC恪化爐熔體通過溜槽自動流入CSC還原爐，降低熔體倒運的帶來的工作量，生產(chǎn)過程自動化程度高、勞動強度低。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明采用富氧強化熔池熔煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金的工藝流程示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明主體工藝裝置連接示意圖或主體設備布局示意圖。
[0018]其中:1、CSC熔化爐；2、CSC還原爐;3、CSC熔化爐爐缸;4、一次風口； 5、爐身鑲磚銅質冷卻件;6、爐身上部平板銅質冷卻件;7、爐身上部砌體;8、爐頂煙道;9、CSC熔化爐加料口； 10、爐頂鋼水套；11、余熱鍋爐；12、CSC熔化爐熔體虹吸道；13、CSC熔化爐熔體；14、底流排出口； 15、溜槽；16、CSC還原爐爐缸；17、CSC還原爐還原劑加入口； 18、CSC還原爐二次風口； 19、CSC虹吸室補熱燒嘴；20、CSC還原爐放渣口； 21、CSC還原爐合金放出口； 22、鎳鐵合金;23、還原爐渣。
【具體實施方式】
[0019]如圖2所示，為一個具體實施例的熔煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金的專用的CSC熔煉裝置，該裝置包括CSC熔化爐1、CSC還原爐2以及連接兩爐的溜槽15。優(yōu)選CSC熔化爐1與CSC還原爐2橫截面面積比例為1.4?1.6:1。
[0020]CSC熔化爐1、CSC還原爐2均為固定式長方形立式結構，二者的爐缸、爐身和爐頂有下述相同的結構:
1)爐缸均采用耐火材料砌筑而成；
2)爐身下部均由2?3層具有高導熱性的爐身鑲磚銅質冷卻件5拼接而成。爐身鑲磚銅質冷卻件5立于爐缸上面。每塊爐身鑲磚銅質冷卻件5設有不少于1根活動拉桿，爐身鑲磚銅質冷卻件5通過拉桿與鋼架連接(與ZL201120306096.6附圖2設置相同)。爐身底部設有一次風P4；
3)爐身上部結構采用爐身上部平板銅質冷卻件6與耐火材料制成的爐身上部砌體7交替砌筑。每兩塊爐身上部平板銅質冷卻件6之間距離優(yōu)選為300?500 mm，爐身上部平板銅質冷卻件6寬度優(yōu)選為380?460mm，其降低耐火材料熱負荷，耐火材料表面形成20?50mm的渣保護層，延長耐火材料使用壽命；
4)最上層爐身鑲磚銅質冷卻件5頂端與爐身上部結構之間設有40?80mm的膨脹縫作為爐缸整體向上膨脹的間隙；
5)爐頂采用工作面澆注30?50mm耐火澆注料的爐頂鋼水套10拼接而成。爐頂設有加料口(CSC熔化爐加料口9、CSC還原爐還原劑加入口 17)及排煙口(爐頂煙道8)。
[0021]此外，CSC恪化爐1和CSC還原爐2各自還有一些特殊的設計。
[0022]CSC熔化爐爐缸3深度優(yōu)選為300mm?400mm<XSC熔化爐1爐身兩側從第二層(從下往上數(shù))爐身鑲磚銅質冷卻件5開始向外擴展，與豎直方向成7°?10°擴展角(呈倒梯形狀)，以減小空氣流速，降低煙塵率。CSC熔化爐1底部設有放渣通道:CSC熔化爐熔體虹吸道12，用于連續(xù)放渣。
[0023]CSC熔化爐1爐身兩側(底層爐身鑲磚銅質冷卻件5上)設有不少于兩個用于強烈攪拌熔池的風嘴裝置(優(yōu)選采用ZL200920066397.9【具體實施方式】部分的風嘴裝置)。風嘴裝置距爐底高度優(yōu)選為500mm?600mm，風嘴與水平呈0?15°角度。
[0024]CSC還原爐爐缸16深度優(yōu)選為400mm?SOOmmXSC還原爐2爐身兩側從第二層爐身鑲磚銅質冷卻件5開始向外擴展，與豎直方向成7°?15°擴展角(呈倒梯形狀)，以滿足二次燃燒空間要求。CSC還原爐2底部一端設有虹吸室，用于連續(xù)放渣及打孔間斷放鎳鐵合金。虹吸室橫截面積優(yōu)選為CSC還原爐2橫截面積的0.4?0.6倍，還原后的爐渣在虹吸室進一步沉降分離以保證棄渣水平。虹吸室頂部設有探桿孔及用于補熱及開爐烘爐的純氧燒嘴:CSC虹吸室補熱燒嘴19。
[0025]CSC還原爐2爐身兩側(底層爐身鑲磚銅質冷卻件5上)設有不少于兩個用于強烈攪拌熔池的風嘴裝置(優(yōu)選采用ZL200920066397.9)，風嘴裝置距爐底高度為600mm?1000mm，風嘴與水平呈0?15°角度。CSC還原爐2兩側第二或第三層(從下往上數(shù))爐身鑲磚銅質冷卻件5上設有不少于兩個CSC還原爐二次風口 18，裝有二次風嘴，二次風嘴與水平方向成12°?30°角度，二次風燃燒爐膛上部C0，部分熱量返回熔池。
[0026]排煙口上方的CSC恪化爐余熱鍋爐與CSC還原爐余熱鍋爐成90°布置。
[0027]CSC熔化爐1與CSC還原爐2采取高低自流配置，CSC熔化爐熔體13通過溜槽15自動流至CSC還原爐2，省去現(xiàn)場渣包倒運。溜