CN102312081A

CN102312081A - 车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法

Info

Publication number: CN102312081A
Application number: CN201110285343A
Authority: CN
Inventors: 王凯
Original assignee: 王凯
Current assignee: Taizhou Chengda Seiko New Material Co. Ltd.
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: CN102312081B

Abstract

本发明公开了一种车式快炉红土镍矿还原生产镍合金的方法，所述方法为以炭沫为还原剂、煤气为燃料，采用车式快速还原炉进行直接还原反应生产镍铁的方法，包括下列步骤：将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉，加入还原剂配料混匀，压制成块，入车式快速还原炉中进行还原焙烧，再进行破碎、粉磨、磁选，得成品。本发明以煤气炉生产的炭沫为还原剂、煤气为燃料，褐煤储量丰富，价格低，低硫低磷，用炭沫为还原剂、煤气为燃料生产出的镍铁，产品质量好，低硫、低磷；全系统固态和液态废弃物近零排放；能耗比其它工艺产品低45％以上。

Description

车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法

技术领域

本发明涉及一种车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法。

背景技术

中国的现代化镍铁冶炼还处于空白状态，目前生产低镍生铁的小高炉和小矿热炉工艺由于高能耗、高污染，在激烈的市场竞争下正逐渐退出历史舞台。

鼓风炉工艺是最早出现的红土镍矿冶炼镍铁的技术，但该法因消耗大量优质焦炭、污染严重而为人诟病。最终该工艺在市场竞争和环保压力下停止，1985年日本矿业公司佐贺关冶炼厂的最后一座镍铁高炉熄火，标志着鼓风炉冶炼镍铁技术在欧美、日本等发达国家寿终正寝。

前几年我国快速发展的不锈钢生产拉动了镍铁需求，在高镍价、低价焦炭、低环保门槛的条件下，部分投资者利用钢铁产业政策淘汰的炼铁高炉冶炼镍铁，获得暴利。但随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实，目前高炉镍铁厂大部分已停产。

高炉冶炼镍铁技术必将被淘汰的主要原因是：

(1)原料适应性差、高炉无法大型化。

高炉冶炼镍铁适用高铁低镁(低镍)红土镍矿，当红土矿含镍1.5％、含铁35％时可得到含镍约4％的低镍生铁。如果用低铁高镁(高镍)矿，高炉渣量大、粘度大，炉况难以保证。

因而，由于炉料强度低，只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁。

(2)产品质量难以符合炼钢要求。

高炉含镍生铁品位低，一般在2～8％，大多在5％以下，冶炼不锈钢时需要配合加入较多的镍板，这提高了单位原料镍的成本。

该工艺焦炭、熔剂的用量大，P、S大部分进入产品，镍铁品位低、ω(S)、ω(P)含量高，增加了不锈钢冶炼的负担。

(3)生产工艺不稳定。

镍铁的成分波动大，不易控制，难以大批量稳定供货。

(4)焦比高。

生产含镍2％的镍铁，每吨镍铁的焦炭消耗大于1.0t；生产含镍5％的镍铁，每吨镍铁的焦炭消耗量约2.0t。

(5)污染严重。

除去传统高炉污染，氟化物的污染更严重。为保持高炉顺行，必须加入萤石以提高炉渣流动性，萤石加入量占炉料总量的8～15％，国内镍铁小高炉没有脱氟设备，全部放散，对人和环境伤害巨大。

由于焦炭涨价和用户要求高含镍量的镍铁，国内建设了一些用烧结机生产红土镍矿烧结矿，冷却后入矿热炉冶炼镍铁的工厂。其中很多是改造旧的铁合金电炉来生产镍铁，变压器容量多为6.3MVA、9MVA和12.5MVA，最大的为25MVA。

该工艺不用焦炭，原料适应性比小高炉好，产品镍含量更高，但仍存在能耗高、效率低的缺陷。某厂用2％品位的镍矿，生产含镍11～14％的粗镍铁，每吨粗镍铁冶炼电耗(1～1.2)×10⁴kWh/t，折合吨金属镍电耗8.8万kWh，是回转窑-矿热炉工艺的2倍多。原因在于：烧结机-矿热炉工艺无法为矿热炉提供预还原的高温料。

25MVA矿热炉4h出一次铁，每次出铁量约15t，折合1MW功率年产镍金属量仅140t。

高电耗和低效率与冷料入炉相关，大量时间和电力用于炉料升温。

有的工厂利用电弧炉处理烧结矿，生产镍铁，效益更差，基本上已停产。

目前有些企业在电炉内进行造锍熔炼，得到低钢冰镍。该工艺与传统硫化镍处理工艺相同。由于红土矿品位低，低冰镍产品含镍少，渣量巨大，并且能耗高，使得该工艺无法与硫化镍矿传统处理流程进行竞争。采用该工艺的企业不多。

回转窑-矿热炉法(RKEF工艺技术)始于20世纪50年代，目前全球采用RKEF工艺生产镍铁的公司有几十家，生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地，其中最大年产能达7～8万t金属镍。

对于回转窑(RK)-矿热炉(EF)流程，矿石成分很重要，有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的：

(1)Ni品位，希望在1.5以上，最好2.0以上。

(2)Fe：Ni，希望在6～10，最好接近6，其中Ni品位高；如果Fe：Ni＞10，则很难冶炼出含20％的镍铁，因为原料中Fe过高，很难在回转炉中控制氧化铁的还原度。

(3)MgO：SiO2，在0.55～0.65较合适，少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。

以上3个条件只是合适的条件，而不是必须的条件，在矿石条件不符合上述要求时，可以生产品位较低的镍铁，技术经济指标将受到影响。

还原剂(烟煤或无烟煤均可)和石灰石也是RKEF工艺所必需的，这两种原料在我国资源丰富，容易得到。

虽然RKEF是成熟技术，但由于各国各地的外部条件不同，比如电和能源结构，红土镍矿的品位等，将影响生产成本。

总之，传统工艺以冶金焦炭为还原剂和燃料，均存在能耗高、污染环境等弊端。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种车式快炉红土镍矿还原生产镍合金的方法，它以煤气炉生产的炭沫为还原剂、煤气为燃料，褐煤储量丰富，价格低，低硫低磷，用炭沫为还原剂、煤气为燃料生产出的镍铁，产品质量好，低硫、低磷；全系统固态和液态废弃物近零排放；能耗比其它工艺产品低45％以上。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，所述方法为以炭沫为还原剂、煤气为燃料，采用车式快速还原炉进行直接还原反应生产镍铁的方法，包括下列步骤：将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉，加入还原剂配料混匀，压制成块，入车式快速还原炉中进行还原焙烧，再进行破碎、粉磨、磁选，得成品。

将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉步骤为将红土镍矿筛分成矿粉中2mm-4mm粒径占40％；2mm-200目粒径占60％。

所述还原剂为煤气炉生产的炭沫，炭沫破碎、筛分成3mm以下粉状；还原剂和矿粉的重量比为0.3∶1

压制成块过程中，矿粉中水的含量为10％。

压制成块主要技术参数：公称压制力：12800kN；脱模力：2100kN；冷却水用量：35m³/h，水质需经过软化；压缩空气：44m³/h；气源：0.7～0.8MPa经过干燥和过滤处理。

车式快速还原炉预热段、还原段和冷却段构成；各段的要求为：

预热段：利用还原段逆流过来的热烟气体对红土镍矿进行预热，使其完成被还原物中的水分蒸发和水化物的分解，促使还原剂中挥发份的逸出和矿中Ca的分解，废气排出；

还原段：燃烧煤气，稳定温度为1050℃-1200℃；

冷却段：还原结束后，还原物开始进入冷却段进行降温冷却，给冷却带的后半部分强制送风，还原物在700-500℃时不允许接触空气。

车式快速还原炉设置有智能化自动控制系统，技术参数为：炉内气氛为还原气氛；炉内压力为正压；还原时间，即在还原段停留时间为7h；还原段温度为1050℃-1200℃。

将压好的块进入车式快速还原炉预热段进行预热和预还原，同时将车式快速还原炉产出的烟气引入预热煅，预还原或硫化后的热状态物料，进入还原段。

进车速度为6分钟/车，还原段长度为110m；进车速度为8分钟/车，还原段长度为80m；进车速度为10分钟/车，还原段长度为60m；进车速度为15分钟/车，还原段长度为40m。。

还原段温度在1150℃区间时，车上的块充分还原，而不倒塌；还原段温度在1250℃区间时，物料开始软化而不产生液相，实现熔融还原。

红土镍矿，TFe≤25％，Ni：1.75～1.85％；生产出镍重量含量在8～10％的镍合金。

本发明的优点是：

1、以炭沫为还原剂、煤气为燃料，节能、环保、产品优质。

这是本发明最主要的突破点，也是其最大的创新点。传统工艺以冶金焦炭为还原剂和燃料，均存在能耗高、污染环境等弊端。本发明以煤气炉生产的炭沫为还原剂、煤气为燃料，褐煤储量丰富，价格低，低硫低磷，用炭沫为还原剂、煤气为燃料生产出的镍铁，产品质量好，低硫、低磷；全系统固态和液态废弃物近零排放；能耗比其它工艺产品低45％以上。

2、生产工艺过程易控制，设备运行稳定。

本发明车式快速还原炉热工参数包括温度、压力、气氛全部实现智能化自动控制，技术成熟，突破了传统冶炼对员工体能、经验要求较高的限制，因而运行可靠稳定，小修周期2-3年，大修周期10-15年。

3、原料适应范围大，易实现规模化生产。

车式快速还原炉规模可灵活调配，吨铁固定资产投资和成本不因生产规模变化而有显著变化，吨铁投资较其它工艺显著降低。

本发明工艺热工参数易于调整，参数变更时间短，这对处理品质变化范围大的红土镍矿更为有利，有利于红土镍矿的综合利用和产品质量的提高。

具体实施方式

本发明提供了一种车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，所述方法为以炭沫为还原剂、煤气为燃料，采用车式快速还原炉进行直接还原反应生产镍合金的方法，包括下列步骤：将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉，加入还原剂配料混匀，压制成块，入车式快速还原炉中进行还原焙烧，再进行破碎、粉磨、磁选，得成品。生产出镍重量含量在8～10％的镍合金。

红土镍矿，TFe≤25％，Ni：1.75～1.85％；将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉步骤为将红土镍矿筛分成矿粉中2mm-4mm粒径占40％；2mm-200目粒径占60％。

压制成块过程中，矿粉中水的含量为10％。

压制成块主要技术参数：公称压制力：12800kN；脱模力：2260kN；冷却水用量：35m³/h，水质需经过软化；压缩空气：44m³/h；气源：0.7～0.8MPa经过干燥和过滤处理。

还原段：燃烧煤气，稳定温度为1050℃-1200℃；

还原段温度在1150℃区间时，车上的块充分还原，而不倒塌；还原段温度在1200℃区间时，物料开始软化而不产生液相，实现熔融还原。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，所述方法为以炭沫为还原剂、煤气为燃料，采用车式快速还原炉进行直接还原反应生产镍铁的方法；包括下列步骤：将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉，加入还原剂配料混匀，压制成块，入车式快速还原炉中进行还原焙烧，再进行破碎、粉磨、磁选，得成品。

2.如权利要求1所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，将红土镍矿干燥、粉磨、筛分，形成矿粉步骤为将红土镍矿筛分成矿粉中2mm-4mm粒径占40％；2mm-200目粒径占60％。

3.如权利要求2所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，所述还原剂为煤气炉生产的炭沫，炭沫破碎、筛分成3mm以下粉状；还原剂和矿粉的重量比为0.3∶1。

4.如权利要求3所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，压制成块过程中，矿粉中水的含量为10％。

5.如权利要求4所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，车式快速还原炉预热段、还原段和冷却段构成；各段的要求为：

还原段：燃烧煤气，稳定温度为1050℃-1200℃；

6.如权利要求5所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，车式快速还原炉设置有智能化自动控制系统，炉内气氛为还原气氛；炉内压力为正压；还原时间，即在还原段停留时间为7h；还原段温度为1050℃-1200℃。

7.如权利要求6所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，将压好的块进入车式快速还原炉预热段进行预热和预还原，同时将车式快速还原炉产出的烟气引入预热煅，预还原或硫化后的热状态物料，进入还原段。

8.如权利要求7所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，进车速度为6分钟/车，还原段长度为110m；进车速度为8分钟/车，还原段长度为80m；进车速度为10分钟/车，还原段长度为60m；进车速度为15分钟/车，还原段长度为40m。。

9.如权利要求7所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，还原段温度在1150℃区间时，车上的块充分还原，而不倒塌；还原段温度在1200℃区间时，物料开始软化而不产生液相，实现熔融还原。

10.如权利要求1-9之任一所述的车式快速还原炉红土镍矿生产镍合金方法，其特征在于，红土镍矿，TFe≤25％，Ni：1.75～1.85％；生产出镍重量含量在8～10％的镍合金。