CN105420514A - 一种冶炼镍铁的方法和冶炼镍铁的设备 - Google Patents
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Abstract
一种冶炼镍铁的方法，包括如下步骤：将矿石破碎；将破碎后的矿石送入压球机制球；将制得的球状矿石和焦炭按照一定比例混合以后从冶炼炉的炉顶放入炉中；在所述冶炼炉中加热引燃焦炭，并且不断从进风口通入空气维持焦炭的燃烧，所述进风口的吹入空气的方向是倾斜向下，保持冶炼炉中的焦炭持续燃烧产生高温，在作为还原剂的焦炭的作用下，矿石中的镍和部分铁被还原成金属。运用本方法，进风口吹入的角度沿着水平面朝下，吹入的空气可以将粘附在矿渣上的镍和铁的液体往下吹，将镍和铁成分从矿渣上分离出来，因此可以大大提高镍的出矿率。而且运用本发明的方法，矿石冶炼主要依靠煤炭产生的热能来完成。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种镍铁的冶炼方法和冶炼设备。
背景技术
现有的镍铁冶炼的方法主要有三种：高炉冶炼、电炉冶炼和化学冶炼，一种是高炉冶炼，现在常用的冶炼镍铁的高炉，都是直接采用原来炼铁的高炉。但是镍铁矿石的冶炼过程和铁矿石冶炼过程有很大的区别，一般的铁矿石铁含量很高，而铁这种金属具有很高的流动性，因此被还原出来的铁在熔化状态下可以自动流到高炉底部，但是镍铁矿种的镍和铁的含量都不是很高，而且镍这种金属的流动性很不好，所以镍铁被还原出来以后，在熔化状态下容易粘在矿渣上，这就导致大量镍铁金属随着矿渣一起排出，造成浪费。
另外一种是电炉冶炼，这种冶炼方法投资很大，而且还有一个很大的缺点就是需要的用电量很高，但是镍铁矿所在的位置一般处于偏远的山区，没办法提供如此多的电量。而且电炉整套设备投资都很大，一般企业承受不起。
最后一种能够化学方法，这种方式投入的化学试剂量大，且对环境影响很大，现在已经基本没有采用了。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种冶炼镍铁的方法，能够将矿石中的镍成分从矿渣中分离出来，出矿率高。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种冶炼镍铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：将矿石破碎；将破碎后的矿石送入压球机制球；将制得的球状矿石和焦炭按照一定比例混合以后从冶炼炉的炉顶放入炉中；在所述冶炼炉中加热引燃焦炭，并且不断从进风口通入空气维持焦炭的燃烧，所述进风口的吹入空气的方向是倾斜向下，保持冶炼炉中的焦炭持续燃烧产生高温，在作为还原剂的焦炭的作用下，矿石中的镍和部分铁被还原成金属。运用本方法，进风口吹入的角度沿着水平面朝下，吹入的空气可以将粘附在矿渣上的镍和铁的液体往下吹，将镍和铁成分从矿渣上分离出来，因此可以大大提高镍的出矿率。而且运用本专利的方法，矿石冶炼主要依靠煤炭产生的热能来完成，只需要一台引风机往冶炼炉内吹入空气就可以，所以对电能的要求不是很高，可以在电力基础设施落后的地区实施。
上述技术方案中，优选的，所述进风口的吹入空气的方向与水平面之间的夹角是5°到15°。这个角度太大，位于冶炼炉中间位置的某些矿石可能无法吹到，角度太小，也不能够实现有效的分离，5°到15°这个角度范围是我们经过多次实验得出的一个合理范围。
上述技术方案中，优选的，所述冶炼炉中的最高温度保持在1400℃到1500℃之间。在1400℃到1500℃这个温度范围区间内，矿石中含有的铁成分不会全部被还原成单质铁，部分会被还原成氧化亚铁。这一方面可以提高冶炼出来的镍铁中镍的含量，而且氧化亚铁可以带走矿石中含有的磷和硫等成分，提高冶炼出来的镍铁的品味。
上述方案中，优选的，所述矿石中含有的水分在高温和焦炭的环境下产生水煤气，水煤气在换热器里面的燃烧室被点燃，空气进入进风口之前先通过换热器加热后进入所述冶炼炉。空气在进入冶炼炉前，先被换热器加热到400到500℃，这一方面可以大大节约能源，同时也可以去除镍铁中的有害物质。
上述方案中，优选的，所述水煤气被送入换热器前先经过粉尘分离器除尘。
上述方案中，优选的，所述还包括往冶炼炉中加入溶剂的步骤。
上述技术方案中，优选的，还包括往冶炼炉中添加石灰石的步骤。
一种用于冶炼镍铁的设备，包括冶炼炉和送料机构，所述冶炼炉的顶部设置有进料口和热空气出口，所述冶炼炉的侧壁上从上往下依次设置有进风管、炉渣出料口和镍铁出料口，所述送料机构包括送料轨道、小车以及驱动小车在所述送料轨道上运动的驱动机构，送料轨道倾斜设置，送料轨道的一端位于地面以下，另一端位于冶炼炉的顶部上方，所述进风管沿着所述水平面朝下通入所述冶炼炉内。
上述技术方案中，优选的，所述进风管与水平面之间的夹角是5°到15。
上述技术方案中，优选的，所述进风管有18到20根，沿着所述冶炼炉的侧壁周向均匀分布。传统的高炉冶炼镍铁因为矿石经过烧结，所以4到6根进风管就能维持高炉的持续反应，因为我们是将没有干燥过的镍铁矿石直接制球后投入冶炼炉中冶炼，所以没有被空气吹到的地方可能会燃烧不充分。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：运用本方法，进风口吹入的角度沿着水平面朝下，吹入的空气可以将粘附在矿渣上的镍和铁的液体往下吹，将镍和铁成分从矿渣上分离出来，因此可以大大提高镍的出矿率。而且运用本专利的方法，矿石冶炼主要依靠煤炭产生的热能来完成，只需要一台引风机往冶炼炉内吹入空气就可以，所以对电能的要求不是很高，可以在电力基础设施落后的地区实施。
附图说明
图1为本发明所述冶炼镍铁设备的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细描述。
一种冶炼镍铁的方法，包括如下步骤：第一步，将矿石破碎以后，送入压球机压成球状。矿石通过压球机压球后投入冶炼炉是为了让矿石在冶炼炉内有空隙，便于空气流通。矿石当中含有水分，使得破碎之后的矿粉具有一定的粘性，便于压球机压球以后不会不会散开。
第二步，将球状的矿石连同焦炭、熔剂和石灰石按照一定的比例依次投入冶炼炉中。同时往冶炼炉的进风口通入空气，通入空气方向是沿着水平面向下，且空气进入冶炼炉的角度为5至15°。首次使用时，冶炼炉底部需要先点燃焦炭，让炉内的温度达到焦炭的燃点以上，然后矿石连同焦炭和熔剂按照一定的比例依次投入冶炼炉中。以后使用时，只需要持续通入空气就能维持燃烧。在进风口处，矿石的温度达到1250℃到1450℃，在这个温度下，矿石融化，矿石中的镍和部分铁的氧化物被焦炭中的碳还原成液态镍铁金属，沿着水平面向下的风能够将炉渣上粘附的液态镍铁金属全部都吹到冶炼炉的底部。冶炼炉的底部设置有一个镍铁出料口，每隔三个小时，可以打开镍铁出料口，液态镍铁金属从镍铁出料口流到铸铁模具上，形成镍锭。FeO、SiO2、CaO、MgO等形成半热熔的炉渣，从位于镍铁出料口上方的炉渣出料口半连续排出。炉渣经过水淬以后形成颗粒，可以制砖。随着矿石、焦炭、熔剂和石灰石等的不断消耗，我们可以持续将定好比例的矿石、焦炭、熔剂和石灰石的混合物送入冶炼炉中，这样就能持续的生产镍铁。同时，我们保持冶炼炉内的最大温度在1400℃到1500℃之间，矿石中含有的铁成分不会全部被还原成单质铁，部分会被还原成氧化亚铁。这一方面可以提高冶炼出来的镍铁中镍的含量，而且氧化亚铁可以带走矿石中含有的磷和硫等成分，提高冶炼出来的镍铁的品味。
第三步，矿石中含有的水分在高温下与焦炭发生反应，生成水煤气（主要成分为氢气和一氧化碳）。水煤气通过热空气出口管道送入到换热器内，在换热器内的水煤气进入燃烧室被点燃，加热换热器管道，进入冶炼炉内的空气先经过换热器的加热以后，然后再进入到冶炼炉中。这是进入到冶炼炉中的空气温度已经达到400到500℃，大大加快了矿石的还原速度，同时避免吹入的风过冷造成炉渣上的镍铁金属液滴凝固。为了充分利用冶炼炉中产生的水煤气，在燃烧室的上方可以设置一个锅炉，用于发电。
参见图1，一种用于冶炼镍铁的设备，包括冶炼炉1、送料机构2、粉尘分离器3和换热器4。
所述冶炼炉1的顶部设置有进料口11和热空气出口12，所述冶炼炉的侧壁上从上往下依次设置有进风管13、炉渣出料口14和镍铁出料口15，进风管13有18到20根，均匀分布在冶炼炉1的侧壁周向。所述进风管沿着所述水平面朝下通入所述冶炼炉内，且所述进风管13与水平面之间的夹角为5°到15°之间。
所述送料机构2包括送料轨道21、小车22以及驱动小车22在所述送料轨道21上运动的驱动机构23，送料轨道倾斜设置，送料轨道21的一端位于地面以下，另一端位于冶炼炉1的顶部上方，使用时，每隔一段时间，只要将焦炭、矿石和熔剂按照一定比例组合成的炉料投入小车中，驱动机构就能自动将炉料送到冶炼炉顶部的进料口处，在这个位置，小车自动翻转，炉料倒入冶炼炉中。整个过程完全实现自动化，对现场操作人员的水平要求不高。
热空气出口12处连接有一个粉尘分离器3，从冶炼炉1中排出的水煤气经过粉尘分离器除尘以后送入换热器4内，换热器4内具有燃烧室41，水煤气在燃烧室41内被点燃，燃烧室内产生的烟尘和空气通过烟囱5排出。换热器4上还有引风机42将空气吹入换热器4内，空气在换热器4内被加热到400到500℃，然后送入冶炼炉1内，维持冶炼炉1内焦炭的燃烧。
Claims (10)
1.一种冶炼镍铁的方法，其特征在于，包括如下步骤：将矿石破碎；将破碎后的矿石送入压球机制球；将制得的球状矿石和焦炭按照一定比例混合以后从冶炼炉的炉顶放入炉中；在所述冶炼炉中加热引燃焦炭，并且不断从进风口通入空气维持焦炭的燃烧，所述进风口的吹入空气的方向是倾斜向下，保持冶炼炉中的焦炭持续燃烧产生高温，在作为还原剂的焦炭的作用下，矿石中的镍和部分铁被还原成金属。
2.根据权利要求1所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：所述进风口的吹入空气的方向与水平面之间的夹角是5°到15°。
3.根据权利要求1所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：所述冶炼炉中的最高温度保持在1400℃到1500℃之间。
4.根据权利要求1所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：所述矿石中含有的水分在高温和焦炭的环境下产生水煤气，水煤气在换热器里面的燃烧室被点燃，空气进入进风口之前先通过换热器加热后进入所述冶炼炉。
5.根据权利要求2所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：所述水煤气被送入换热器前先经过粉尘分离器除尘。
6.根据权利要求1所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：还包括往冶炼炉中加入熔剂的步骤。
7.根据权利要求1所述的一种冶炼镍铁的方法，其特征在于：还包括往冶炼炉中添加石灰石的步骤。
8.一种用于权利要求1所述的冶炼方法冶炼镍铁的设备，包括冶炼炉和送料机构，所述冶炼炉的顶部设置有进料口和热空气出口，所述冶炼炉的侧壁上从上往下依次设置有进风管、炉渣出料口和镍铁出料口，所述送料机构包括送料轨道、小车以及驱动小车在所述送料轨道上运动的驱动机构，送料轨道倾斜设置，送料轨道的一端位于地面以下，另一端位于冶炼炉的顶部上方，其特征在于：所述进风管沿着所述水平面朝下通入所述冶炼炉内。
9.根据权利要求8所述的冶炼镍铁的设备，其特征在于：所述进风管与水平面之间的夹角是5°到15。
10.根据权利要求8或9所述的冶炼镍铁的设备，其特征在于：所述进风管有18到20根，沿着所述冶炼炉的侧壁周向均匀分布。
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