CN112080649A - 一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺 - Google Patents

一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，它包括以下步骤：1)原料矿的破碎、筛分，筛分后混合配料；2)混合料通过干燥窑进行水分预处理，混合料的水分控制在23‑26％范围内，得到干矿；3)将干矿通过配料站均匀混合配料，并输送到回转窑内进行煅烧得到焙砂；4)将焙砂输送到矿热炉内进行还原冶炼得到镍铁水。该工艺在没有改变炉体和电极参数的前提下，更换大容量的变压器后，突破了之前无法提升矿热炉功率的制约，从而提供了实现高功率33000KWH的稳定生产的条件；也解决了换变压器后炉体和电极参数无法改变的局限制约条件，实现提升功率后的安全稳定生产；同时也解决在后期炉役耐材恶化严重的条件下，实现高功率的安全生产。

Description

一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺
技术领域
本发明属于冶炼工艺技术领域，具体涉及到一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺。
背景技术
众所周知，中国是镍资源短缺的国家，每年均需要从国外进口大量的镍铁和镍板，用以满足国内不锈钢及其它行业发展的需要。特别是近年来随着国内不锈钢产量的增加，对镍铁和镍板的需求量也越来越大，而中国除金川外，还没有大批量生产镍板的厂家，且用于生产镍板的硫化镍矿资源已近枯竭，所以镍板的价格十分昂贵，使不锈钢成本居高不下。国外特别是不锈钢产量最大的日本、乌克兰等国，均是采用廉价的红土镍矿用矿热炉生产镍铁，作为不锈钢生产的原料，从而大大降低了不锈钢的制造成本。因此，研究和开发利用红土镍矿生产镍铁，是当前铁合金行业的一项重要任务。
用红土镍矿生产镍铁技术，是随着高品位硫化镍矿资源的枯竭和对镍需求量的增加近年来兴起的，尤以不锈钢产量最大的日本和乌克兰的生产技术较为先进和成熟，生产时间也较其它国家长。
目前，该行业的生产状况如下：1、矿热炉变压器的参数缺陷，制约产能的进一步提升；2、矿热炉进入后期炉役，耐材寿命有不同程度的恶化，制约功率最大化及安全生产；3、同类工艺日产能偏低，生产过程中热损大，冶炼电耗偏高，导致制造成本高；4、炉内冶炼的稳定性不足。
发明内容
本发明鉴于现有国内技术的问题，提供了一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，该工艺在没有改变炉体和电极参数的前提下，更换大容量的变压器后，突破了之前无法提升矿热炉功率的制约，从而提供了实现高功率33000KWH的稳定生产的条件；解决了换变压器后炉体和电极参数无法改变的局限制约条件，实现提升功率后的安全稳定生产；解决在后期炉役，耐材恶化严重的条件下，实现高功率的安全生产；实现对前工序的连贯式生产，以及后工序红送铁水需求的保质保供；同时也解决了生产过程中，窜火冒烟大的问题，达到环保要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，它包括以下步骤：
1)原料矿的破碎、筛分，筛分后混合配料；
2)混合料通过干燥窑进行水分预处理，混合料的水分控制在23-26％范围内，得到干矿；
3)将干矿通过配料站均匀混合配料，并输送到回转窑内进行煅烧得到焙砂；
4)将焙砂输送到矿热炉内进行还原冶炼得到镍铁水。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤1中所述配料的重量百分比及化学成分为：Ni 1.6-1.9％、Fe18-21％、SiO231-34％、MgO 20-22％、CaO 0.1-0.4％、Al2O3 2-3％、P≤0.03、S：≤0.05％、Cr2O31.3-1.6％，其中，Fe/Ni之比为11-11.5，Si/Mg之比为1.5-1.6，配料的碱度为0.6-0.7。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤3中干燥窑内的干燥温度为200-350℃。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤3中煅烧温度为710-730℃，煅烧时间1.5-2h。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤4中矿热炉操作电压为443-483v，输入功率为31000-33000KWH，工作电流为41000-43000A。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤4中矿热炉内物料的中料焦丁与小料焦丁的比例和粒度：中料焦丁粒度为10-35mm的比例为20-33％,小料焦丁粒度为5-20mm的比例为80-67％。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤4中矿热炉熔炼焙砂，当满足温度：温度为1545-1555℃，排渣，排渣过程中渣型的控制：Fe 9.5-10.5％、Ni 0.04-0.05％、CaO 1.6-1.63％、Si/Mg之比为1.5-1.55，配料的碱度为0.61-0.62。
如上述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，步骤4中矿热炉熔炼焙砂冶炼出铁水，当满足温度：温度为1525-1535℃，出铁水，铁水的的重量百分比及化学成分为：Ni11.5-12.5％、Cr 0.04-0.05％、Si 0.01-0.015％、P 0.02-0.03％、C 2.05-2.35％。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果：
1.采用此工艺进行生产时，矿热炉的功率从29000kwh，提升至33000kwh，使单日产能从7500提到8500个Ni以上，并且生产过程中还能有效的保证三相电极的下插深度，埋弧良好，电极电流稳定，炉盖“无烟无火”，使运行工况稳定，同时解决矿热炉冶炼过程窜火、冒烟等环保问题。
2.此工艺配料中低配铁量、低硅镁比料型的前提下，合理控制炉料的熔点，同时又降低了回转窑的焙砂温度要求为700-730℃，较原来下降30℃，使得回转窑能够保证高窑速、大投料量下运转，达到了目前最大产能110t/小时的投料量，最终使“结圈”的安全隐患也得以有效控制，减少回转窑因结窑皮、掉窑皮影响生产的概率，保证回转窑的有效运转率，焙砂产量也得到了有效的保供。
3.在高功率的前提下，仍能有效地保证四台矿热炉炉衬持续不断的循环“挂渣”，合理控制了炉衬挂渣厚度，使渣眼深度在750-1000mm，铁眼深度稳定在1.2-1.6m之间，同时，也抑制各水套温度的过度上涨，使平水套温差仍可保持≤4℃，实现了矿热炉炉衬持续安全高效运行。
4.能使矿热炉特别是炉盖耐材、设备等关键性装备得到有效的安全保证，其中，使得矿热炉炉盖耐材“坍塌”事故大幅度减少，有效提升作业率。
5.通过对焦丁的粒度和比例控制，实现了炉况、成分的长期稳定和有效降低冶炼成本。
6.能够使炉盖温度从800℃降到700℃以下，充分利用烟气对炉料的预热，减少了热损，有效降低能耗。
7.能够实现了在现有设备状况下的产能最大化生产和成本有效控制。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。实施例：
本发明提供了一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，它包括以下步骤：
1)原料矿的破碎、筛分，筛分后混合配料；
2)混合料通过干燥窑进行水分预处理，混合料的水分控制在23-26％范围内，得到干矿；
3)将干矿通过配料站均匀混合配料，并输送到回转窑内进行煅烧得到焙砂；
4)将焙砂输送到矿热炉内进行还原冶炼得到镍铁水。
上述步骤1)中为了使产出铁水成分能够满足后工序的要求、矿类搭配的成本最优化和降低冶炼过程的控制难度为主要原则，根据现有的生产条件，经过反复生产实践，最终选先最适合现阶段成本控制和设备工况条件的配方见表1，记录如下：
表1原料矿的配比表
Ni Fe SiO<sub>2</sub> MgO CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> S P Cr2O3 Fe/Ni Si/Mg R
1 1.88 20.75 31.56 20.56 0.31 2.06 0.053 0.002 1.6 11.05 1.53 0.66
2 1.74 19.87 32.48 20.64 0.29 2.88 0.024 0.003 1.44 11.44 1.57 0.59
3 1.75 19.61 32.75 21.04 0.33 2.71 0.024 0.003 1.49 11.21 1.56 0.61
4 1.76 19.21 32.99 21.16 0.27 2.78 0.023 0.002 1.39 10.92 1.56 0.60
5 1.76 19.05 33.12 21.29 0.27 2.75 0.022 0.003 1.38 10.82 1.56 0.60
6 1.65 18.72 33.49 21.74 0.19 2.66 0.018 0.002 1.39 11.35 1.54 0.61
上述6个实施配比比较，第6个配比的效果最佳，生产既能有效的匹配前后工序，保证有效的连续性生产，能够达到预期的效果。
上述步骤2)中通过干燥窑工序利用回转窑和矿热电炉的余热，进行水分预处理，要求把水分控制在23-26％范围内，且在不产生环保问题和不影响生产保供的原则上，尽量按下限要求控制。
上述步骤3)中根据配料比例，把干矿通过配料站进行均匀混合，并输送到回转窑内进行煅烧，并根据混合矿的熔点要求和实际生产结果的反馈，要求烧成温度在710-730℃之间，煅烧时间1.5-2h,更有助于炉内稳定化料。
另外，煅烧工序中，按配料方案均化好的生料从回转窑尾喂入，由于窑有一定的倾斜度(3.5°)，且不断旋转，因此使生料连续向热端移动。燃料自窑头燃烧枪喷入，在空气助燃下燃烧放热并产生高温烟气，热气在风机的驱动下，至窑尾方向流动，而物料和烟气在逆向运动的过程中进行热交换，使生料烧成孰料，最终得出红热的焙砂，输送给矿热炉生产冶炼。
上述步骤4)中把热焙砂输送到矿热炉内进行还原冶炼，得到镍铁水。
a.冶炼操作参数见表2：
表2矿热炉冶炼的操作参数
操作等级 操作电压 输入功率 电流
17-20级 483-443V 31000-33000KWH 41000-43000A
b.中、小料焦丁比例和粒度：通过实践生产，中料焦丁的比例不宜过小或过大；过小，成分的稳定性不够；过大，将会造成炉内C累积过多，而使设计的渣型出现偏差，同时使生产操作难度增加，尤其体现在电极电流、渣温控制和化料速度上；中、小料焦丁比例和粒度的最佳配比如下表3。
表3矿热炉内冶炼过程中、小料焦丁比例和粒度分布
项目 粒度mm 比例％
中料焦丁 10-35 20-33
小料焦丁 5-20 80-67
c.渣型的最终控制：
表4渣型的最终参数控制
TFe TNi CaO Si/Mg R 渣温℃
9.5-10.5 0.045 1.62 1.5-1.55 0.61 1545-1555
d.相对应的铁水成分：
表5相对应的铁水成分
Ni Cr Si S P C 铁水温度℃
11.5-12.5 0.045 0.01 0.355 0.02 2.05-2.35 1525-1535
总之，矿热炉熔炼焙砂，生产过程中通过有序的合理的布料、排渣、电极压放、出铁等，最终得出合格的镍铁水产品。
稳定的渣型已经可以确定生产的温度控制的大方向，但是由于操作手段的影响会存在一定的波动，因此，生产过程中，操作控制上仍然需要做到以下几点；
e1:电极的合理压放，保证冶炼过程中的插入深度，减少电流波动；
e2:渣的均匀排放，有利于渣线、热熔和电流的稳定，渣线要求从原来的1.5-1.6m调整至1.4-1.45m；
e3:料层厚度的稳定控制，高功率运行阶段我们要求：炉心净空：从800-900m调整至400-500mm，小面：从1100-1200mm调整至900-1000mm；外围料面从2.4m调整至2m左右；
e4:前工序焙砂温度的稳定控制在710-730℃。

Claims (8)

1.一种红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于它包括以下步骤：
1)原料矿的破碎、筛分，筛分后混合配料；
2)混合料通过干燥窑进行水分预处理，混合料的水分控制在23-26％范围内，得到干矿；
3)将干矿通过配料站均匀混合配料，并输送到回转窑内进行煅烧得到焙砂；
4)将焙砂输送到矿热炉内进行还原冶炼得到镍铁水。
2.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤1中所述配料的重量百分比及化学成分为：Ni1.6-1.9％、Fe18-21％、SiO231-34％、MgO20-22％、CaO 0.1-0.4％、Al2O3 2-3％、P≤0.03、S：≤0.05％、Cr2O31.3-1.6％，其中，Fe/Ni之比为11-11.5，Si/Mg之比为1.5-1.6，配料的碱度为0.6-0.7。
3.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤3中干燥窑内的干燥温度为200-350℃。
4.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤3中煅烧温度为710-730℃，煅烧时间1.5-2h。
5.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤4中矿热炉操作电压为443-483v，输入功率为31000-33000KWH，工作电流为41000-43000A。
6.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤4中矿热炉内物料的中料焦丁与小料焦丁的比例和粒度：中料焦丁粒度为10-35mm的比例为20-33％,小料焦丁粒度为5-20mm的比例为80-67％。
7.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤4中矿热炉熔炼焙砂，当满足温度：温度为1545-1555℃，排渣，排渣过程中渣型的控制：Fe9.5-10.5％、Ni0.04-0.05％、CaO 1.6-1.63％、Si/Mg之比为1.5-1.55，配料的碱度为0.61-0.62。
8.根据权利要求1所述的红土镍矿经矿热炉高功率下冶炼镍铁的工艺，其特征在于，步骤4中矿热炉熔炼焙砂冶炼出铁水，当满足温度：温度为1525-1535℃，出铁水，铁水的的重量百分比及化学成分为：Ni11.5-12.5％、Cr0.04-0.05％、Si 0.01-0.015％、P0.02-0.03％、C2.05-2.35％。
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