CN106399720A - 一种处理红土镍矿的系统及其在处理红土镍矿中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理红土镍矿的系统及其在处理红土镍矿中的应用，所述系统包括：物料烘干系统、破碎系统、混料系统、成型系统、球团烘干系统、焙烧系统以及加热熔炼炉系统；其中，物料烘干系统的出料口和破碎系统的入料口相通，破碎系统的出料口和混料系统的入料口相通，混料系统的出料口和成型系统的入料口相通，成型系统的出料口和球团烘干系统的入料口相通，球团烘干系统的出料口和焙烧系统的入料口相通，焙烧系统的出料口和加热熔炼炉系统的进料口相通。采用本发明的系统处理红土镍矿能分别获得高镍品位和低镍品位两种熔分铁产品，具有熔炼成本低、环境友好、产品质量高、回收率高等优点。

Description

一种处理红土镍矿的系统及其在处理红土镍矿中的应用

技术领域

本发明涉及处理红土镍矿的系统，进一步涉及该系统在处理红土镍矿中的应用，属于红土镍矿的处理领域。

背景技术

目前通常采用高炉和电炉等实现含铁物料的渣铁分离。高炉是一种直立炉型，适用于处理氧化球团或烧结矿，且还需以焦炭作为原料，采用其进行炼铁时，存在着技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，但高炉也存在着对入炉物料的要求高、需使用焦煤、能耗较高和能源利用效率低等缺点；电炉是把炉内的电能转化为热量对工件加热的加热炉，其优点有炉内气氛容易控制，物料加热快，加热温度高，生产过程较易实现机械化和自动化，劳动卫生条件好，热效率高，产品质量好，且更加环保，但电炉也同样存在着明显的缺点，如配电设备费用高、电力成本高和需要注意绝缘等问题。

镍在地球上是储量丰富的一种金属，世界陆地镍储量约为4.7亿吨，其中60％属于红土型镍矿床，40％属于岩浆型铜镍硫化物矿床。目前世界镍工业生产的镍，主要来自硫化镍矿资源，约占总产量的60％～65％，其余来自氧化镍矿。然而，随着地球上硫化镍矿的日趋枯竭，从氧化镍矿生产镍的比例在迅速提高。

专利号为ZL200810079930.5的中国发明专利提供一种电弧炉熔融炼铁的方法和装置，熔炼炉部分包括炉体2、炉盖10、加料设备和出料设备，炉体2下部有铁水流出口9。炉盖10上有三个电极插孔12，分别插入电极1，三根电极插孔成三角形分布。炉体2外一对加热炉5a、5b和一对蓄热器6a、6b，两台加热炉相对位置安装在炉体2外的两侧。加热炉通过连接口4与电弧炉的炉体2连接，连接口内气体可以来回流动。蓄热器6a、6b的一端与加热炉连接，另一端分别与鼓风机8和排放系统连接。加热炉设有烧嘴，助燃空气管路和燃料管路连接到烧嘴。鼓风机8的出口分四路，分别与两个加热炉和两个蓄热器相连接，每路装有阀门。与加热炉连接的燃料管路和与蓄热器连接的废气排放管路上也装有阀门。两台加热炉交替燃烧燃料和析出气体，两台蓄热器交替蓄热和放热。析出气体为金属铁氧化物还原过程中产生的气体，其中含有大量的CO、H₂。该蓄热器的蓄热体7为陶瓷球状体。电弧炉的炉体及炉盖为钢结构。所述炉体2和炉盖10，电极1与炉盖10之间为水冷套密封连接。电弧炉装有压力防空阀11作为防爆装置；该电弧炉所存在的主要缺陷如下：

(1)在熔炼炉膛内，一方面由于加热炉中热气流甚至火焰进入熔炼炉炉膛内直接对石墨电极进行喷吹，将会冲刷电极材料造成电极消耗加快；另一方面热气流在熔炼炉行进路径上遇到电极的阻挡，将会造成气流的紊乱。

(2)所述金属氧化物还原过程中将会产生大量气体，无可避免会产生大量泡沫渣，这些泡沫渣在浮起后经加热炉进入熔炼炉炉膛的热气流带动将会随气流堵塞通风管道，造成生产不畅。

(3)在加热炉中主要靠熔炼炉中的析出气体作为燃气，其生成量随着物料以及煤、焦炭等配比的变化会有很大波动，造成燃烧的不稳定性，影响炉内温度的控制。由于可燃气体在量上无法控制，可能会造成爆炸事故。

(4)可燃气体与助燃空气在加热炉内进行燃烧，而不是直接在熔炼炉炉膛中进行燃烧，不可避免造成热量损失，热量利用率不高.

专利号为ZL201020682060.3的中国发明专利公开了一种燃气蓄热式熔化炉，包括熔解炉1、保温炉10。熔解炉1的炉膛底部高于保温炉10的炉膛底部，熔解炉1的炉膛底部通过斜槽11与保温炉10的炉膛底部连通。在熔解炉1和保温炉10上分别设有一套燃烧器；在熔解炉1内的铝液被集中融化后，经斜槽11流入保温炉10内保温，在两个炉膛内都使用燃气燃烧加热。该燃气蓄热式熔化炉所存在的主要缺陷如下：

(1)具有燃气熔炼炉固有的缺点，利用辐射传热，热效率低，难以实现较高的熔池，床利用率低，难以实现大规模化。

(2)其主要针对铝锭的熔炼，原料适用性较窄，当处理含渣量较大物料时，由于熔渣将会浮在金属液相上方，而熔渣本身导热性很差，将会极大的阻挡热量从炉膛向金属相传导，造成热态金属与熔渣接触表面传质传热变差，极有可能造成热态金属与熔渣分离困难，而产生金属回收率降低的情况，使得生产效益不佳。

申请号为200910075372.X的中国发明专利公开了一种蓄热式电弧炉熔融炼铁的装置，包括电弧炉炉体(4)、电极(2)、炉盖(1)及相配套的设备、加料设备和出料设备、2～8台燃烧室(11a、11b)和2～8台蓄热器(12a、12b)，蓄热器中装有蓄热体(13)；所述蓄热器的一端与燃烧室连接，另一端分别与排放系统和鼓风机(14)连接，所述装置还设有2～8台煤气化箱(9a、9b)，安装在电弧炉炉体和燃烧室之间，煤气化箱内设有1～10层煤格栅(10)，煤格栅内装有煤粉或块煤或蜂窝煤，煤气化箱的上部设有煤格栅的插口；所述煤气化箱设有旁路(5)，煤气化箱的出口、入口和旁路设有阀门(6)；该蓄热式电弧炉熔融炼铁的装置所存在的主要缺陷如下：

(1)仍以电极为加热元件，因此其能耗仍然较高；

(2)未能实现在不同熔化段，采用不同的熔化分离方式，因此能源的利用效率不高。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种处理红土镍矿的系统，采用本发明的系统处理红土镍矿，可以获得高品位镍铁和低品位镍铁两种产品，具有熔炼成本低、环境友好、产品质量高、回收率高等优点。

本发明的目的之二将所述系统应用于处理红土镍矿。

本发明的上述目的主要是通过以下技术方案来实现的：

一种处理红土镍矿的系统，包括：物料烘干系统、破碎系统、混料系统、成型系统、球团烘干系统、焙烧系统以及加热熔炼炉系统；其中，所述物料烘干系统的出料口和所述破碎系统的入料口相通，所述破碎系统的出料口和所述混料系统的入料口相通，所述混料系统的出料口和所述成型系统的入料口相通，所述成型系统的出料口和所述球团烘干系统的入料口相通，所述球团烘干系统的出料口和所述焙烧系统的入料口相通，所述焙烧系统的出料口和所述加热熔炼炉系统的进料口相通。

所述加热熔炼炉系统包括炉基础、设在炉基础之上的耐火炉底以及炉体，该炉体包括侧墙、隔墙以及炉顶；其中，从炉顶向下延伸的隔墙将炉体的炉膛分隔为熔化区与沉降区两个部分，所述隔墙下端与耐火炉底有一定间距，允许熔化区内熔化的熔体流向沉降区；其中，沉降区炉底低于熔化区炉底，熔化区炉底采用倾斜式设计，且与沉降区相邻的一端向下倾斜并与沉降区相通；在熔化区远离沉降区一端的炉顶设有进料口；在熔化区内相对的两侧墙上设有燃烧器；在沉降区设有贯穿炉顶的石墨电极，在沉降区的底部分别设有供熔渣排出的出口以及供热态金属排出的出口。

所述隔墙下端与熔化区耐火炉底的间距为500～800mm。由此，在确保入炉物料熔炼和流动性要求的同时，还可将熔化区和沉降区分隔开来，以实现不同区域熔炼条件和气氛的精确控制。如果间距过小，会阻碍熔体流入沉降区；如果间距过大，无法将熔化区与沉降区的气氛隔离。

在所述的沉降区相对的两侧呈对称布置两个熔化区。

所述熔化区分为熔化一区和熔化二区，熔化一区位于炉底较高的一端，熔化二区与沉降区相邻；进一步优选的，所述熔化一区炉底倾斜角度在1～3°之间，保证快速熔化后的物料可以流向熔化二区；熔化二区炉底倾斜角度在3～5°之间，保证熔化分离后的物料可以流向沉降区；

所述的熔化一区和熔化二区的炉底长度比为1：3～10。

所述熔化一区采用重油与高温助燃空气混合燃烧加热，熔化二区采用燃气与高温助燃空气混合燃烧加热，沉降区采用石墨电极加热熔化分离金属与渣，优选地，所述燃气为低热值燃气。

所述的蓄热式燃烧器包括烧嘴、蓄热室、鼓风机、烟气管道、燃气管道、烟气与空气共用管道、四通换向阀和引风机；多个烧嘴分别相对设在所述的熔化区相对两侧的墙上，在烧嘴上设有燃气管道，烧嘴与蓄热室的顶端连接。

沉降区内由不断从熔化区进入的熔体形成液态的熔池，在沉降区炉顶贯穿有石墨电极，石墨电极插入到熔池中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的最终分离。分离后的熔渣由熔渣出口排出，热态金属由热态金属出口排出。所述熔渣出口位于沉降区的中上部，所述热态金属出口位于沉降区的下部，且两个出口均位于熔化区炉底最低端之下。

所述的炉体的侧墙、炉顶以及炉基础均采用耐火材料以及耐火砖砌成，其中在侧墙与炉顶内置冷却铜水套。

本发明所述的加热熔炼炉系统与现有的熔炼系统相比，最主要的区别为以下几方面：

(1)整个加热熔炼炉系统分为熔化区与沉降区两个部分，沉降区炉底要低于熔化区炉底，熔化区下方与沉降区相通。

(2)熔化区分为熔化一区和熔化二区，在熔化区内相对的两端侧墙上设有蓄热式燃烧器，熔化一区利用重油与高温助燃空气混合燃烧加热固态物料，使固态物料快速熔化；熔化二区利用燃气与高温助燃空气混合燃烧加热熔化物料，使得物料快速熔化分离。熔化区内炉底采用倾斜式设计，熔化一区炉底靠近熔化二区一侧低，被加热后快速熔化的物料流向熔化二区；熔化二区炉底靠近沉降区一侧低，被熔化分离的物料流向沉降区。

(3)沉降区在炉顶上贯穿有石墨电极，石墨电极插入熔池中利用电弧加热保温，最终在沉降区完成热态金属与熔渣的分离。熔渣与热态金属分别通过熔渣出口以及热态金属出口排出。

(4)整个熔炼炉侧墙、炉顶以及炉基础采用耐火材料以及耐火砖砌成，其中在熔炼炉侧墙与炉顶耐火材料内部设有冷却铜水套，保护耐火材料。

综上所述，本发明提供了一种处理红土镍矿的系统包括：物料烘干系统、破碎系统、混料系统、成型系统、球团烘干系统、焙烧系统以及加热熔炼炉系统；所述的加热熔炼炉系统结合了燃气加热熔炼炉与电弧加热熔炼炉的优点，避免了这两种熔炼炉的缺点；加热熔炼炉系统分为互相连通的熔化区与沉降区，熔化区炉底采用倾斜设计，且高于沉降区炉底，熔化区分为熔化一区和熔化二区，且二区炉底长度比为1：3～10，熔化一区的炉底角度为1～3°、熔化二区的炉底角度为3～5°，熔化区在沉降区两侧呈对称布置。在熔化区采用较薄料层，保证燃气燃烧传热效率，在沉降区采高熔池操作，提高了熔炼炉单体产量。在熔化一区采用重油作为燃料，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区内物料，得到可流动熔体；在熔化二区采用燃气作为燃料，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，使得物料熔化分离后流入沉降区；在沉降区采用电弧加热辅助保温，极大降低生产成本。

本发明进一步提供了一种应用所述系统处理红土镍矿的方法，包括：

(1)将红土镍矿、还原剂和添加剂在物料烘干系统中烘干；

(2)将烘干后的红土镍矿、还原煤和添加剂在破碎系统中破碎；

(3)将破碎后的物料在混料系统中混合均匀；

(4)混合均匀的物料在成型系统中制成含水球团；

(5)将含水球团在球团烘干系统中烘干；

(6)烘干后的球团在焙烧系统中进行还原焙烧得到金属化球团；

(7)将金属化球团以及根据需要加入的添加剂一起投入到加热熔炼炉系统，物料通过进料口投入到熔化一区，设置在熔化一区内相对两侧的蓄热式燃烧器以重油为燃料交替喷吹火焰加热熔化球团，使物料迅速软化并形成可流动熔体流向熔化二区；设置在熔化二区两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹燃气燃烧产生的火焰加热流动熔体，使物料开始熔化分离；

(8)熔化分离的熔体通过隔墙与炉底的间隔流入沉降区形成熔池，利用插入熔池的石墨电弧对熔体进行加热保温，使镍铁和熔渣分离，分离后的镍铁和熔渣分别通过设置在沉降区的底部供热态金属排出的出口以及设置在沉降区的中上部供熔渣排放的出口排出。

(9)当镍铁均排出炉外后，再次通过进料口加入焙烧物料及添加剂。

步骤(6)中所得到的金属化球团的铁金属化率在60％以上，若金属化率过低，则说明球团还原程度较差，影响熔化分离效果。

步骤(7)中通过控制蓄热式燃烧器的气体使熔化区内的气氛保持弱氧化性气氛；优选的，所述的弱氧化性气氛是氧气含量为8～15％；根据热力学性质，金属铁优先于金属镍发生氧化反应，故一部分金属铁在熔化区发生氧化反应，生成氧化铁；而镍仅有少量被氧化。氧化物在熔化分离过程中会进入渣相，从而大幅降低了铁相中的金属铁含量，提高了镍品位，有利于获得高品位的镍铁合金。

设置在熔化一区内相对两侧的蓄热式燃烧器以重油为燃料交替喷吹火焰使熔化一区温度控制1200～1400℃；在该温度下，金属化球团可以迅速软化；设置在熔化二区两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹燃气燃烧使熔化二区温度控制为1300～1700℃，在该温度下流动熔体发生熔化分离。

步骤(8)中分离后的镍铁沉降至底部，通过供热态金属排出的出口第一次排出，获得高品位镍铁；熔渣继续在熔池中加热，二次生成低品位镍铁，再通过供热态金属排出的出口第二次排出。

步骤(8)中利用插入熔池的石墨电极进行加热保温使沉降区温度保持在1500～1800℃；若温度过低，熔渣和镍铁的分离效果变差；若温度过高，能耗增大，且降低炉体寿命。

进一步地，熔体到达沉降区后保温时间为15～30min；以保证镍铁和熔渣可以良好分离。若时间过短，分离效果较差；若时间过长，熔渣中的金属氧化物将大量发生还原反应，生成的金属铁将进入镍铁，降低了镍品位，不利于获得高品位镍铁。

高品位镍铁排出后，熔渣在沉降区的保温时间为40～80min；在这段时间内，熔渣中的金属氧化物(氧化铁和少量氧化镍)与石墨电极反应，生成金属并与熔渣分离，由于熔渣中金属氧化物大部分为氧化铁，故二次生成的金属为低品位镍铁。若时间过短，不能保证还原及分离效果；若时间过长，石墨电极的损耗过大。

本发明技术方案的主要有益效果：

(1)本发明提供了一种处理红土镍矿的系统及其在处理红土镍矿中的应用，所述系统包括：物料烘干系统、破碎系统、混料系统、成型系统、球团烘干系统、焙烧系统以及加热熔炼炉系统；采用本发明的系统及方法处理红土镍矿，可以获得高品位镍铁和低品位镍铁两种产品，具有熔炼成本低、环境友好、产品质量高、回收率高等优点。

(2)本发明所述的加热熔炼炉系统采用炉体分区设置，分别设有互相连通但是有隔墙的两个熔化区与一个沉降区。在熔化区熔化物料，在沉降区保温熔池完成热态金属与熔渣的分离。首先由于固态物料的熔化通常需要消耗熔化总能量的80％以上，所以在熔化区采用蓄热式燃烧器燃烧燃气提供热量，极大的降低了熔炼成本，避免采用昂贵电力能源(电弧)作为主要加热源。而该区采用分区设计，且炉底采用倾斜式，利用重油燃烧的高密度热量和燃气燃烧的高温，使得物料在熔化一区快速熔化，快速熔化的物料经熔化二区熔化分离后，流动到沉降区中，料层保持较小的高度(<500mm)，避免燃气燃烧加热热传导差的缺陷。其次在沉降区由于所需热量较少，采用电弧加热，保证了较高的熔池高度，提高了熔炼炉单体产量，避免了燃气燃烧加热熔池高度难以提高的缺陷。

(3)本发明所述的加热熔炼炉系统采用蓄热式燃烧技术，首先采用温度在1000℃以上的高温空气助燃，大大的降低了燃气用量、烟气排放量大大降低、提高了熔炼炉内温度(>1500℃)、排烟温度降低到250℃以下、热效率高。采用低热值(<3000Kcal/m³)的煤气、煤制气，尤其可以利用价格低廉、工业上无利用价值的褐煤长焰煤等煤炭资源作为煤制气原料，其成本是电价格的50％甚至更低。

(4)本发明所述的加热熔炼炉系统避免在熔化区内采用焦炭等燃料燃烧加热，从而不会对最终产品造成有害杂质元素的污染。大大降低了后续精炼成本，提高产品的附加值。

综上所述，本发明的加热熔炼系统与其它熔炼炉相比，其结合了燃气燃烧加热与电弧加热的优势，避免了二者的缺陷，熔炼成本降低，熔炼效率提高，产品质量好，环境友好，有很高的实用价值。

附图说明

图1本发明处理红土镍矿的工艺流程。

图2本发明处理红土镍矿的系统的示意图。

图3本发明提供的加热熔炼炉示意图；

图4本发明加热熔炼炉中所包含的蓄热式燃烧器的示意图；

图5换向后蓄热式燃烧器工作状态示意图。

附图标记说明：1-炉基础，2a、2b-耐火材料炉底，3-炉体侧墙，4-隔墙，5-炉顶，6-进料口，7-熔渣出口，8-热态金属出口，9-燃烧器烧嘴、10-蓄热室，10a、10b-蓄热体，11-鼓风机，12-烟气管道，13a、13b-燃气管道，14-石墨电极，15-熔化区、15a-熔化一区、15b-熔化二区，16-沉降区，17-固态物料，18-熔池，19a、19b-烟气与空气共用管道，20-四通换向阀，21-烟气处理装置，22-引风机。

具体实施方式

参考图1-图2所示，本发明提供了一种处理红土镍矿的系统，包括：物料烘干系统S100、破碎系统S200、混料系统S300、成型系统S400、球团烘干系统S500、焙烧系统S600以及加热熔炼炉系统S700；其中，所述物料烘干系统S100的出料口和所述破碎系统S200的入料口相通，所述破碎系统S200的出料口和所述混料系统S300的入料口相通，所述混料系统S300的出料口和所述成型系统S400的入料口相通，所述成型系统S400的出料口和所述球团烘干系统S500的入料口相通，所述球团烘干系统S500的出料口和所述焙烧系统S600的入料口相通，所述焙烧系统S600的出料口和所述加热熔炼炉系统S700的入料口相通。

参考图3所示，所述加热熔炼炉系统S700，包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区15与沉降区16之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区15炉顶5上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，引风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区16炉顶5的石墨电极14；熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，其中，熔化区分为熔化一区15a、熔化二区15b，且熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，熔化区15在沉降区两侧呈对称布置，熔化区15炉底要高于沉降区16炉底。固态物料17由进料口6投入到熔化一区15a中，通过两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹火焰，利用重油燃烧形成的高密度能量加物料，物料快速软化并形成可流动熔体，流向熔化二区15b；流动熔体通过熔化二区15b两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹火焰，利用燃气燃烧形成的高温传导加热流动的熔体，物料开始熔化分离，并流向沉降区16。熔化区15炉底采用倾斜式炉底，其中熔化一区15a和熔化二区15b炉底长度比为1：3～10，熔化一区15a炉底倾斜角度在1～3°之间，保证快速熔化后的物料可以流向熔化二区15b；熔化二区15b炉底倾斜角度在3～5°之间，保证熔化分离后的物料可以流向沉降区16。在沉降区16内，由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区16炉顶5贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池中18，利用电弧加热保温熔池18，保证熔渣与热态金属的最终分离。分离后的熔渣由熔渣出口7排出，热态金属由热态金属出口8排出。

蓄热式燃烧器主要结构如图4-图5所示，包括布置于熔化区15相对侧墙上烧嘴9、蓄热室10，蓄热室内的蓄热体10a、10b，燃气管道13a、13b，烟气与空气共用管道19a、19b，四通换向阀20，烟气管道12，烟气处理装置21，鼓风机11，引风机22。蓄热燃烧的工作原理是，在熔化区15内主要依靠蓄热式燃烧技术为熔化提供热量。以熔化二区15b为例，其主要依靠低成本的燃气进行燃烧，在燃气消耗量相对较少的状态下炉内温度即可以高达1500℃以上。

蓄热式燃烧器工作原理为，当右侧烧嘴燃烧时，如图4所示，途中箭头表示气流走向。冷态空气经由鼓风机11进入四通换向阀20后通过烟气与空气共用管道19a进入设有蓄热体10a的蓄热室，此时蓄热体10a处于高温状态，温度可达1000℃以上，主要材料可以是蜂窝体以及陶瓷球等换热效率高的耐火材料。冷态空气经过蓄热体10a时与其进行换热，冷态空气被加热成温度高达1000℃的高温空气，而蓄热体10a温度则逐渐降低。此时燃气管道13a处于打开状态，13b处于关闭状态。由燃气管道13a进入的燃气与高温空气预混合后通过烧嘴喷入到熔化区15中进行燃烧，燃烧温度可以达到1500℃以上。由于引风机22的作用，熔化区内炉膛中的高温烟气被引流进入设有蓄热体10b的蓄热室中，此时蓄热体10b处于温度较低状态，温度在500℃以下，其材质与前所述及的蓄热体10a相同。从熔化区炉膛内进入的高温烟气通过低温的蓄热体10b，进行高温烟气与蓄热体的换热，蓄热体10b被逐渐加热到1000℃以上，而高温烟气被冷却到250℃以下，通过烟气与空气共用管道19b和四通换向阀20后进入烟气管道12，经烟气处理装置21后排入大气。经过一定时间后，首先燃气管道13a关闭，之后四通换向阀20换向，工作原理如图5所示，由鼓风机11鼓入的冷态空气通过四通换向阀20后进入烟气与空气共用管道19b，之后进入到设有蓄热体10b的蓄热室中，由于四通换向阀20换向前蓄热体10b已经被加热到1000℃以上，冷态空气穿过蓄热体10b后与其发生换热，冷态空气被加热到1000℃左右成为高温空气，而蓄热体10b则逐渐冷却。此时燃气管道13b打开，燃气与高温空气混合后开始燃烧，燃烧火焰温度可以高达1500℃以上。由于引风机22的作用，熔化区炉膛内的高温烟气进入到设有蓄热体10a的蓄热室内，前面所述温度降低的蓄热体10a与高温烟气进行换热，蓄热体被逐渐加热到1000℃以上，而高温烟气则被逐渐冷却到250℃以下，通过四通换向阀20后经由烟气管道12后，在烟气处理装置21被净化后排放。如上所述，左右两个蓄热室10燃烧器交替工作，四通换向阀20、燃气管道13等均采用自动化控制，蓄热室燃烧器在熔化区15侧墙上的布置也采用倾斜布置，坡度与熔化区15炉底保持一致，保证烧嘴与物料保持最佳距离，提高热传导效率。

具体实施方式一

一种处理红土镍矿的系统，将红土镍矿、还原剂、添加剂在物料烘干系统S100中烘干后在破碎系统S200中破碎，按照一定比例在混料系统S300混合均匀在成型系统S400中制成球团，将球团在球团烘干系统S500烘干后进入到焙烧系统S600进行还原焙烧得到金属化球团，将金属化球团及根据需要加入的添加剂通过进料口6加入加热熔炼炉系统S700中，加热熔炼炉系统S700结构如图3所示：

包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区15与沉降区16之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区15炉顶5上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的4组蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，鼓风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区炉顶的石墨电极14。

熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，熔化区15还分为熔化一区15a和熔化二区15b，熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，且二区炉底长度比为1：3，熔化一区15a的炉底角度为1°、熔化二区15b的炉底角度为3°，隔墙4与耐火炉底2的距离为500mm，熔化区15在沉降区两侧呈对称布置，熔化区15炉底高于沉降区16炉底。

固态物料17由进料口6投入到熔化区一区15a中，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区内物料，得到可流动熔体，流入熔化二区15b；可流动熔体在熔化二区15b中，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，熔化分离后流入沉降区16。

在沉降区16内，由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区16炉顶5贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池18中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的分离，分离得到的高品位镍铁通过金属出口8排出；随后熔渣继续在熔池中加热，熔渣中的金属氧化物与石墨电极反应生成低品位镍铁金属，通过金属出口8排出，最终熔渣通过熔渣出口7排出。具体实施方式二

一种处理红土镍矿的系统，将红土镍矿、还原剂、添加剂在物料烘干系统S100中烘干后在破碎系统S200中破碎，按照一定比例在混料系统S300混合均匀在成型系统S400中制成球团，将球团在球团烘干系统S500烘干后进入到焙烧系统S600进行还原焙烧得到金属化球团，将金属化球团及根据需要加入的添加剂通过进料口6加入到加热熔炼炉系统S700中，加热熔炼炉系统S700结构如图3所示：

包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区与沉降区之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区15炉顶5上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的3组蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，鼓风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区16炉顶5的石墨电极14。

熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，熔化区15还分为熔化一区15a和熔化二区15b，熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，且二区炉底长度比为1：6，熔化一区15a的炉底角度为2°、熔化二区15b的炉底角度为4°，隔墙4与耐火炉底2的距离为650mm，熔化区15在沉降区16两侧呈对称布置，熔化区15炉底高于沉降区16炉底。

固态物料17由进料口6投入到熔化区一区15a中，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区15内物料，得到可流动熔体，流入熔化二区15b；可流动熔体在熔化二区15b中，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，熔化分离后流入沉降区16。

在沉降区16内，由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区16炉顶贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池18中，利用电弧加热保温熔池18，保证熔渣与热态金属的最终分离，分离得到的高品位镍铁通过金属出口8排出；随后熔渣继续在熔池中加热，熔渣中的金属氧化物与石墨电极反应生成低品位镍铁金属，通过金属出口8排出，最终熔渣通过熔渣出口7排出。

具体实施方式三

一种处理红土镍矿的系统，将红土镍矿、还原剂、添加剂在物料烘干系统S100中烘干后在破碎系统S200中破碎，按照一定比例在混料系统S300混合均匀在成型系统S400中制成球团，将球团在球团烘干系统S500烘干后进入到焙烧系统S600进行还原焙烧得到金属化球团，将金属化球团及根据需要加入的添加剂通过进料口6加入到加热熔炼炉系统S700中，加热熔炼炉系统S700结构如图3所示：

包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区15与沉降区16之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区15炉顶5上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的10组蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，鼓风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区炉顶的石墨电极14。

熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，熔化区15还分为熔化一区15a和熔化二区15b，熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，且二区炉底长度比为1：10，熔化一区15a的炉底角度为3°、熔化二区15b的炉底角度为3°，隔墙4与耐火炉底2的距离为800mm，熔化区15在沉降区16两侧呈对称布置，熔化区15炉底高于沉降区16炉底。

固态物料17由进料口6投入到熔化区一区15a中，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区内物料，得到可流动熔体，流入熔化二区15b；可流动熔体在熔化二区15b中，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，熔化分离后流入沉降区16。

在沉降区16内，由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区16炉顶贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池18中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的最终分离，分离得到的高品位镍铁通过金属出口8排出；随后熔渣继续在熔池中加热，熔渣中的金属氧化物与石墨电极反应生成低品位镍铁金属，通过金属出口8排出，最终熔渣通过熔渣出口7排出。

具体实施方式四

一种处理红土镍矿的系统，将红土镍矿、还原剂、添加剂在物料烘干系统S100中烘干后在破碎系统S200中破碎，按照一定比例在混料系统S300混合均匀在成型系统S400中制成球团，将球团在球团烘干系统S500烘干后进入到焙烧系统S600进行还原焙烧得到金属化球团，将金属化球团及根据需要加入的添加剂通过进料口6加入到加热熔炼炉系统S700中，加热熔炼炉系统S700结构如图3所示：

包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区15与沉降区16之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区炉顶上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的5组蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，鼓风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区炉顶的石墨电极14。

熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，熔化区15还分为熔化一区15a和熔化二区15b，熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，且二区炉底长度比为1：8，熔化一区15a的炉底角度为1°、熔化二区15b的炉底角度为3°，隔墙4与耐火炉底2的距离为500mm，熔化区15在沉降区16两侧呈对称布置，熔化区15炉底高于沉降区16炉底。

固态物料17由进料口6投入到熔化区一区15a中，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区内物料，得到可流动熔体，流入熔化二区15b；可流动熔体在熔化二区15b中，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，熔化分离后流入沉降区16。

在沉降区16内由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区15炉顶贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池18中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的最终分离，分离得到的高品位镍铁通过金属出口8排出；随后熔渣继续在熔池中加热，熔渣中的金属氧化物与石墨电极反应生成低品位镍铁金属，通过金属出口8排出，最终熔渣通过熔渣出口7排出。

具体实施方式五

一种处理红土镍矿的系统，将红土镍矿、还原剂、添加剂在物料烘干系统S100中烘干后在破碎系统S200中破碎，按照一定比例在混料系统S300混合均匀在成型系统S400中制成球团，将球团在球团烘干系统S500烘干后进入到焙烧系统S600进行还原焙烧得到金属化球团，将金属化球团及根据需要加入的添加剂通过进料口6加入到加热熔炼炉系统S700中，加热熔炼炉系统S700结构如图3所示：

包括炉基础1，耐火材料炉底2a、2b，内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3，位于熔化区15与沉降区16之间的隔墙4，位于炉膛上方的炉顶5，设于熔化区炉顶上方的进料口6，位于沉降区16下方的熔渣出口7与热态金属出口8，位于熔化区15相对两侧墙上的7组蓄热式燃烧器烧嘴9、蓄热室10内部的蓄热体10a、10b，鼓风机11，烟气管道12，燃气管道13a、13b，置于沉降区炉顶的石墨电极14。

熔炼炉分为熔化区15、沉降区16，熔化区15还分为熔化一区15a和熔化二区15b，熔化一区15a与耐火材料炉底2a对应，熔化二区15b与耐火材料炉底2b对应，且二区炉底长度比为1：4，熔化一区15a的炉底角度为3°、熔化二区15b的炉底角度为4°，隔墙4与耐火炉底2的距离为500mm，熔化区15在沉降区16两侧呈对称布置，熔化区15炉底高于沉降区16炉底。

固态物料17由进料口6投入到熔化区一区15a中，通过蓄热式烧嘴利用重油燃烧产生的高温快速加热熔化区15内物料，得到可流动熔体，流入熔化二区15b；可流动熔体在熔化二区15b中，通过蓄热式烧嘴利用燃气燃烧产生的高温加热，熔化分离后流入沉降区16。

在沉降区16内，由不断从熔化区15进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区16炉顶贯穿有石墨电极14，石墨电极14插入到熔池18中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的最终分离，分离得到的高品位镍铁通过金属出口8排出；随后熔渣继续在熔池中加热，熔渣中的金属氧化物与石墨电极反应生成低品位镍铁金属，通过金属出口8排出，最终熔渣通过熔渣出口7排出。

以下结合具体的实施例1-3对本发明作进一步的说明：

实施例1

某红土镍矿，镍品位0.89％，铁品位29.57％；某还原剂采用兰炭，其固定碳83％；石灰石的CaO含量50％。

将红土镍矿、无烟煤、石灰石均烘干后破碎至2mm以下，按照红土镍矿：无烟煤：石灰石＝100:20:5的比例混合均匀并制成球团。

将球团烘干后进行还原焙烧，焙烧温度1250℃，焙烧时间25mi n，获得金属化球团的金属化率为80％。

将金属化球团通过进料口投入加热熔炼炉中:熔化一区温度1200℃，熔化二区温度1300℃，熔化区氧气含量8％。

沉降区温度1500℃，熔体在沉降区时间15mi n；熔渣在沉降区时间80mi n。

所获得的产品：高品位镍铁的镍含量17.35％，铁含量78.57％；低品位镍铁的铁含量94.41％，镍含量2.01％。

实施例2

某红土镍矿，镍品位1.51％，铁品位19.87％；某还原剂采用无烟煤，其固定碳76％。

将红土镍矿、无烟煤均烘干后破碎至2mm以下，按照红土镍矿：无烟煤＝100:22的比例混合均匀并制成球团。

将球团烘干后进行还原焙烧，焙烧温度1280℃，焙烧时间20mi n，获得金属化球团的金属化率为82％。

将金属化球团及其质量5％的生石灰通过进料口投入加热熔炼炉中。在熔化一区温度1300℃，熔化二区温度1500℃，熔化区氧气含量12％。

沉降区温度1800℃，熔体在沉降区时间20mi n。熔渣在沉降区时间60mi n。

所获得的产品：高品位镍铁的镍含量20.63％，铁含量76.71％；低品位镍铁的铁含量95.41％，镍含量1.97％。

实施例3

某红土镍矿，镍品位2.33％，铁品位17.62％；某还原剂采用无烟煤，其固定碳86％；石灰石的CaO含量50％。

将红土镍矿、无烟煤、石灰石均烘干后破碎至2mm以下，按照红土镍矿：无烟煤：石灰石＝100:15:15的比例混合均匀并制成球团。

将球团烘干后进行还原焙烧，焙烧温度1200℃，焙烧时间35mi n，获得金属化球团的金属化率为74％。

将金属化球团通过进料口投入加热熔炼炉，在熔化一区温度1400℃，熔化二区温度1700℃，熔化区氧气含量15％。

沉降区温度1800℃，熔体在沉降区时间30mi n，熔渣在沉降区时间40mi n。

所获得的产品：高品位镍铁的镍含量18.35％，铁含量78.57％；低品位镍铁的铁含量94.02％，镍含量2.57％。

以上所述只是本发明的一种实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。也可以通过如下几种方式来实现。

1.在蓄热式燃烧器中可以采用双蓄热式燃烧技术，既采用高温空气，也采用高温燃气，热量都来自于熔炼炉熔化区内高温烟气。

2.可以在熔炼炉内高温烟气进入蓄热体前设置高温烟气除尘装置，用于保护蓄热体，不被侵蚀或者堵塞。

3.可以采用富氧作为助燃气体，通过蓄热式燃烧器燃烧，可以进一步降低燃气用量，并提高熔炼炉内温度。

4.在熔化一区采用其他高热值燃料作为高密度能量产生的热源，在两个熔化区内根据不同燃料、熔化物料采用不同的炉底角度。

Claims (10)

1.一种处理红土镍矿的系统，其特征在于，包括：加热熔炼炉系统(S700)；其中，所述加热熔炼炉系统(S700)包括设在炉基础(1)之上的炉体，炉体包括侧墙(3)、炉顶(5)以及耐火炉底(2a、2b)组成，其特征在于，从炉顶向下延伸的隔墙(4)将炉体的炉膛分隔为熔化区(15)与沉降区(16)两个部分；其中，沉降区(16)炉底低于熔化区(15)炉底；其中，熔化区(15)炉底采用倾斜式设计，且与沉降区(16)相邻的一端向下倾斜并与沉降区(16)相通；其中，所述的熔化区(15)分为熔化一区(15a)和熔化二区(15b)，熔化一区(15a)位于炉底较高的一端，熔化二区(15b)与沉降区(16)相邻；熔化一区(15a)与耐火材料炉底(2a)对应，熔化二区(15b)与耐火材料炉底(2b)对应；在熔化区(15)内相对的两侧墙上设有燃烧器；在沉降区(16)设有贯穿炉顶的石墨电极(14)，在沉降区(16)的底部分别设有供熔渣排出的熔渣出口(7)以及供热态金属排出的热态金属出口(8)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，熔化一区(15a)炉底倾斜角度在1～3°之间，熔化二区(15b)炉底倾斜角度在3～5°之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，隔墙(4)与耐火炉底(2a、2b)具有一定的距离，允许熔化区(15)内的熔体可以通过并流入沉降区(16)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，供熔渣排放的熔渣出口(7)位于沉降区(16)的中上部，供热态金属排出的热态金属出口(8)位于沉降区(16)的下部；所述的炉体的侧墙(3)、炉顶(5)以及炉基础(1)采用耐火材料以及耐火砖砌成，其中在侧墙(3)与炉顶(5)内置冷却铜水套。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的熔化一区(15a)和熔化二区(15b)的炉底长度比为1：3～10。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的系统处理红土镍矿的方法，其特征在于，包括：将经预处理的金属化球团和添加剂一起投入到加热熔炼炉系统(S700)的熔化一区(15a)，设置在熔化一区(15a)内相对两侧的蓄热式燃烧器以重油为燃料交替喷吹火焰加热熔化球团，使物料迅速软化并形成可流动熔体流向熔化二区(15b)；设置在熔化二区(15b)两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹燃气燃烧产生的火焰加热流动熔体，使物料开始熔化分离；

熔化分离的熔体通过隔墙(4)与炉底的间隔流入沉降区(16)形成熔池(18)，利用插入熔池(18)的石墨电弧(14)对熔体进行加热保温，使镍铁和熔渣分离，分离后的镍铁和熔渣分别通过设置在沉降区(16)的底部供热态金属排出的热态金属出口(8)以及设置在沉降区的中上部供熔渣排放的熔渣出口(7)排出；当镍铁均排出炉外后，再次通过进料口(6)加入物料进行熔炼。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：所述金属化球团的铁金属化率在60％以上。

8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：通过控制蓄热式燃烧器的气体，使熔化区(15)内的气氛保持弱氧化性气氛。

9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：分离后的镍铁沉降至底部，通过供热态金属排出的热态金属出口(8)第一次排出，获得高品位镍铁；熔渣继续在熔池中加热，二次生成低品位镍铁再通过供热态金属排出的热态金属出口(8)第二次排出。

10.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：利用插入熔池(18)的石墨电弧(14)进行加热保温使沉降区(16)温度保持在1500～1800℃。