CN1045129A - 镍矿石的熔炼还原方法 - Google Patents

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Abstract

一种熔炼还原Ni矿的方法，其中包括：将Ni矿、含碳物质和助熔剂加入盛放有熔融铁(11)的转炉型熔炼还原炉(10)中，其特征在于通过由顶吹氧喷枪(21)吹氧并且通过使来自被设置在所述熔炼还原炉底的底吹风嘴(24)的搅拌气流进入所述的熔炼还原炉将所述熔炼还原炉内的后燃比[(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)]控制在0.3或更高的数值。熔融金属中的碳含量(C)％与每吨熔融金属所产生的矿渣数量之间的关系用下式表示：(C)≥S(T/HMT)/3。

Description

本发明涉及通过选用含碳物质作为燃料或还原剂在熔炼还原炉中直接熔炼还原镍矿石的方法。
诸如碎金属、铁合金、电解镍之类的材料先前曾被用于不锈钢制备方法的熔融精制过程中。这些材料在电炉或转炉中被熔化。以铬铁合金和镍铁合金状态存在、作为不锈钢主要组分的Cr和Ni被导入电炉或转化炉中。铬矿与镍矿需要预先在电炉中被还原以便制备铬铁合金和镍铁合金。由于还原铬矿和镍矿采用了昂贵的电能，所以，选用铬铁合金和镍铁合金作为原料不是一种经济实用的方法。在上述情况下，业已提出一种选用Cr矿作为Cr源以便经济实用地生产不锈钢、其中Cr矿在转炉或其它熔炼炉中被熔炼还原的方法。
另外，还有四种选用廉价Ni源材料的方法。在第一种方法中，熔融金属FeNi被直接用于电炉以便降低熔化FeNi的费用，该方法被披露于《钢铁》杂志〔69（1983）7，P.59〕。日本专利公开No.104153/83介绍了一种在转炉中熔炼还原镍冰铜的方法。第三种方法载于日本专利公开No.36613/85之中，其中加热并且预还原氧化镍与含碳物质的混合物，并且将经过预还原的材料置于转炉型反应器中被熔炼还原。第四种方法选用氧化镍（日本专利公开No.291911/86）。
然而，在上面所引用的先有技术中，Ni矿石不是在熔炼炉中被直接熔炼还原的。由于Ni矿中Ni含量较低-2-3%并且由于80%（重）的Ni矿转化为矿渣，所以在Ni矿的熔炼还原过程中产生大量矿渣。因此，如果想获得具有预定Ni浓度的熔融金属，就会产生大量矿渣。举例来说，为了获得含有8%（重）Ni的熔融金属，相对于每一吨熔融金属产生2至3吨矿渣。由于产生大量矿渣，从而出现下列严重问题：
（1）在熔炼还原步骤中易于通过氧与被导入熔炼还原炉、作为还原材料或热源的含碳物质反应而发生溢出。因此，难以实现稳定操作。
（2）由于出现溢出而使设备受到严重破坏;
（3）由于出现溢出使Ni的产率降低。
鉴于上述问题，在前面所引用的对比文献中，作为Ni源的Ni矿并非直接被加入熔炼还原炉中，所选用的是其中Ni百分含量通过某种预处理而得到增加的材料。
本发明的目的是提供一种尽管产生大量矿渣但是仍能进行稳定操作的Ni矿熔炼还原方法以便克服诸如设备损坏与Ni产率下降之类由于溢出所出现的困难。
为了实现上述目的，本发明提供一种熔炼还原Ni矿的方法，该方法包括：
将Ni矿、含碳物质和助熔剂导入盛放熔融铁的转炉型熔炼还原炉内;以及
通过由顶吹氧喷枪吹氧并且通过使来自被设置在所述熔炼还原炉底的底吹风嘴的气流湍流进入所述的熔炼还原炉将所述熔炼还原炉内的后燃比〔（H2O+CO2）/（H2+H2O+CO+CO2）〕控制在0.3或更高的数值。
参照附图并且结合下文描述可以明了本发明的上述目的与其它目的及其优点。
图1为用于本发明方法的熔炼还原炉的垂直剖面图;
图2所示为本发明中后燃比与发生溢出频率之间关系的曲线图;
图3为本发明中相对于发生溢出与未发生溢出的情况下碳含量〔C〕与矿渣比重之间关系的曲线图;
图4为本发明实施例中工艺参数随时间变化的曲线图。
通常被用作Ni源材料的Ni矿石含有大约30%（重）Fe和Ni金属氧化物。Ni矿中含有2-3%（重）Ni。矿渣组分占除了Fe和Ni金属氧化物以外的Ni矿的70%（重）。熔炼还原炉中的熔融矿渣由Ni矿中的矿渣组分以及被包含在含碳物质、助熔剂等之中的矿渣组分组成。熔融矿渣的数量相当于大约90%（重）Ni矿。因此，为了获得含有大约8%Ni的熔融金属，相对于每吨熔融金属产生2至3吨矿渣。由于矿渣的体积密度依据其中所含的CO气或CO2气约为0.5-1.5，所以矿渣的体积大于熔融金属的体积约20倍。当产生大量CO或CO2时便会发生溢出现象。这样，由于因发生溢出现象而引起的操作中断、设备损坏以及熔融金属流出使操作无法稳定地进行并且使Ni产率下降。
鉴于上述困难，本发明人研究了防止溢出现象产生或者限制溢出发生的方法。通过借助脱碳氧将熔融金属中的〔C〕转化为CO气体脱除〔C〕。该CO气体被后燃氧转化为CO2。由脱碳与后燃产生的反应热是熔炼还原Ni矿的主要热源。通过吹入底吹气可以增强熔融金属与矿渣的搅动并且促进上述〔C〕与CO的氧化反应。由熔炼还原炉排出的废气的氧化程度越高，所产生的热量就越多。关于这一点，可以减少待导入熔炼还原炉中的含碳物质量。因此，由于作为导致溢出原因之一的CO气和CO2气数量减少，所以发生溢出的次数大大减少。
下面参照附图描述本发明的优选实施方案。图1所示为本发明优选实施方案的熔炼还原炉10。图中编号21代表顶吹氧喷枪，22代表脱碳喷嘴，23代表后燃喷嘴，24代表底吹风嘴，11代表熔融金属，12代表矿渣层，25代表Ni矿石、含碳物质或助熔剂进入熔炼还原炉的装料漏斗，26代表导入搅拌气的管路。
下面描述借助上述构造的熔炼还原炉通过熔炼还原Ni矿制备含有预定浓度Ni的熔融金属的方法。首先，将熔融金属导入熔炼还原炉中。随后导入含碳物质，再将氧气通过喷枪21吹入炉中。待熔融金属的温度升至1500℃左右之后，开始加入Ni矿石。由风嘴24吹入搅拌气以便使风嘴不会因为向炉中加入熔融金属而被堵塞，必要的话，可以增大搅拌气的吹入流量。导入炉体的Ni矿被熔融金属中的C还原。通过碳与氧发生燃烧，即通过反应C→CO，CO→CO2为熔炼Ni矿提供热量。由脱碳喷嘴22提供的氧气主要通过它与熔融金属中〔C〕之间的反应而被转化为CO。由后燃喷嘴23提供的氧气与所述的CO反应并且转化为CO2。后燃比〔（H2O+CO2）/（H2+H2O+CO+CO2）〕上升。
图2表示后燃比与熔炼还原炉中发生溢出次数之间的关系曲线。此时的试验条件是：熔炼还原炉中有6吨熔融金属，熔融金属中含有3至4%碳〔C〕，用于脱碳与后燃的氧气总量为2500标准立方米/小时，作为以吨表示、相对于每吨熔融金属之矿渣数量的矿渣比重为1T/HMT。在下文中，矿渣的比重用S表示，其单位为T/HMT。如图2所示，当后燃比为0.15时，产生溢出的次数增多约50%，当后燃比连续地增加至0.15以上时，发生溢出的次数便会减少。通过提高喷枪的位置进而降低后燃氧的吹入位置可以增大后燃比。与此相反，当降低喷枪的位置时便可以减小后燃比。当通过将供氧量保持在预定水平而提高脱碳用氧量并且减少后燃用氧量时，可以使后燃比提高。当增加脱碳用氧并降低后燃用氧时，可以使后燃比降低。也就是说，当后燃用氧相对于脱碳用氧得到增加时，后燃比便增大。当后燃比为0.3或更大时，基本上不会发生溢出。后燃比须为0.35或更大。由于在后燃比增大之时所产生的热量增大，所以，可以减少被导入的含碳物质数量这样便减少了CO气体生成量。通过后燃（CO+O2→CO2）产生的热量约比通过脱碳（C+O→CO）产生的热量多2.5倍。图2所示为在矿渣比重为1T/HMT的条件下所获得的试验结果。由于可以预料溢出的发生在矿渣比重增大的情况下与钢中碳〔C〕相关联，所以图3给出了对此进行研究的结果。图3表示本发明中相对于发生溢出与未发生溢出的情况下碳〔C〕与矿渣比重之间的关系曲线。此时的后燃比为0.3或更大。图中0表示在未发生任何溢出条件下进行的稳定操作，×表示发生溢出时所进行的不稳定操作。图中的点划线为边界线，表示在熔炼还原Ni矿过程中未发生溢出的范围。在图3中，所述的分界线用下列S与〔C〕的关系式表示：
〔C〕（%）＝S（t/HMT）/3
因此，未发生溢出的稳定操作范围如下所示：
〔C〕（%）≥S（t/HMT）/3
可以理解即使是在〔C〕（%）≥S（t/HMT）/3和〔C〕%≤3的区域内仍可以进行稳定操作。在〔C〕（%）≥S（t/HMT）/3和〔C〕（%）≤2的区域内进行稳定操作。
按照本发明，由于后燃比可以通过将脱碳用氧和后燃用氧吹入盛放有诸如熔融金属、Ni矿、含碳物质之类材料的熔炼还原炉中达到0.3或更高数值，所以可以在不发生任何溢出的条件下进行稳定操作并且可以保证Ni产率达到90%或更高的数值。
实施例
下面参照附图详细描述适宜操作过程的具体实施例。图4表示（1）操作步骤、（2）熔融金属温度、（3）供氧总量、（4）Ni矿石数量、（5）作为含碳物质的焦炭数量、（6）矿渣S与熔融金属的比重（纵轴中的数值以T/HMT和吨表示）和（7）熔融金属中Ni组分随时间的变化。（1）至（7）与图4中的No.S.1至7相对应。操作步骤中的“熔炼”1至3表示熔炼还原步骤进行三次。Ⅰ表示加入熔融金属，Ⅱ至Ⅳ表示排出矿渣三次。后燃比为0.3或更大数值，熔融金属中的〔C〕为3-4%恒定值。
在操作步骤（1）中，首先将3.1吨熔融铁加入熔炼还原炉中，随后进行三次Ni矿的熔炼还原与矿渣的排出。通过在将熔融金属加入熔炼还原炉之后立即加入焦炭与吹入氧气将熔融金属的温度（2）提高。当该温度超过1500℃时，将Ni矿石加入熔炼还原炉。
供氧量（3），所加入的Ni矿（4）数量和焦炭（5）加入量如曲线中的平坦部分所示，分别为2900标准立方米/小时、120Kg/分钟和50Kg/分钟。
矿渣S比重的最大值如图4所示为0.8-1.1T/HMT，尽管矿渣比重通常在每次被排放时都会有所降低。由于Ni或Fe被加至熔融金属中从而Ni矿被熔炼还原，所以使熔炼还原炉中的熔融金属数量由初始值3.1吨增加至终值5.9吨。相对于熔融金属中的Ni组分（7），在第一次排出矿渣之时获得具有4.5%这一高含量镍的熔融金属并且通过第三次将Ni矿加入熔炼还原炉可以使Ni含量增至8.15%。

Claims (6)

1、一种熔炼还原Ni矿的方法，其中包括：将Ni矿、含碳物质和助熔剂加入盛放有熔融铁(11)的转炉型熔炼还原炉(10)中，其特征在于通过由顶吹氧喷枪(21)吹氧并且通过使来自被设置在所述熔炼还原炉底的底吹风嘴(24)的搅拌气流进入所述的熔炼还原炉将所述熔炼还原炉内的后燃比[(H2O+CO2)/(H2+H2O+CO+CO2)]控制在0.3或更高的数值。
2、按照权利要求1所述的方法，其中还包括控制熔融金属中碳含量〔C〕%与每吨熔融金属产生的矿渣数量之间的关系以便满足下式：
〔C〕≥S（T/HMT）/3
3、按照权利要求1所述的方法，其中所述由顶吹氧喷枪吹氧包括由设置在所述顶吹氧喷枪端部的脱碳喷嘴（22）和后燃喷嘴（23）吹氧。
4、按照权利要求3所述的方法，其中所述由脱碳喷嘴和后燃喷嘴吹入的氧气在数量上相对地有所不同。
5、按照权利要求1所述的方法，其中所述将Ni矿加入熔炼还原炉的过程在通过由顶吹氧喷枪吹入氧气从而使被盛放在熔炼还原炉内的熔融铁的温度升至1500℃或更高之后进行。
6、按照权利要求1所述的方法，其中所述后燃比通过顶吹氧喷枪的高度来控制。
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