CN112880409B - 一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法和炉底 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属冶炼领域，尤其涉及一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法和炉底。炉底采用镁质捣打料制作成特殊的浅弧形结构，然后开始冶炼使用，在冶炼使用过程中炉底会烧损，当烧损影响到生产后采用特殊方法在炉底上铺上一层硅镁型耐高温保护层。此发明克服了频繁更换镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料造成的损失，本发明将大幅提高镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料寿命，此发明方法可将镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料寿命提高到10年以上，将大大提高中国乃至全世界镍铁冶炼矿热电炉炉底寿命。其经济效益每年大于10亿人民币；减少了由于频繁拆炉导致的环境污染和镁资源浪费，使得镍铁冶炼矿热电炉更加安全、环保、节能，大幅提高生产企业的作业率。

Description

一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法和炉底
技术领域
本发明涉及金属冶炼领域，尤其涉及一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法和炉底。
背景技术
目前氧化型红土镍矿的冶炼，主要采用的是矿热电炉，矿热电炉一般为圆形，炉体中间采用三根直径约1米的电极通电加热炉内矿物，冶炼温度一般为1400-1700℃。当一个冶炼过程结束后，为了让炉内的金属和渣流出炉体，在炉壁上用预制优质耐材砖设置开孔处(比如称之为铁口、渣口)，在冶炼过程中，渣口和铁口是被炮泥封堵的，在一个冶炼过程结束后，使用开孔钻机将铁口(渣口)钻开，让金属和渣流出，从而分离冶炼金属。放铁(放渣)过程结束后，再用堵眼机将铁口(渣口)使用炮泥堵住，直到下一次循环出铁(出渣)。由于镍铁渣的密度约3000kg/m3，镍铁铁水密度约7800kg/m3，铁重渣轻，所以冶炼时镍铁水处于电炉底部，渣处于电炉炉内上部，为了将镍铁水和渣分离后排出炉体，炉体上的排渣口一般要比排镍铁铁水的铁口高300-600mm，排渣使用上部的排渣口，排镍铁水使用下面的排铁口。
其炉内耐材一般采用氧化铝、碳硅、氧化镁等材质的耐火材料。目前电炉炉底的耐火材料寿命各个工厂均不一致，高温的金属液体在炉底的流动和冲刷会损伤炉底耐火材料，砌筑和操作不当几个月就导致烧穿损坏，严重者造成重大环境污染和人身伤亡事故。
还有部分镍铁矿热电炉技术，采取炉底铺设铜制冷却水管，来降低炉底温度，来提高炉底耐材的寿命，但是操作和监控不当时炉底铺设水管有漏水之后爆炸的风险，也大幅增加了投资成本。
无论采取什么方法，目前国内镍铁电炉炉底平均寿命约为1-3年。更换一次镍铁电炉炉底耐火材料工厂停产时间约为2个月(包括烘烤时间)，直径20米圆形矿热电炉炉底镁质耐火材料成本约为1000万元/台次。
有没有一种方法，既不增加投资，又安全高效，大幅提高镍铁冶炼综合效益？是本发明的根本出发点。
发明内容
发明的目的：为了提供效果更好的一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法和炉底，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：
方案一：
一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的炉底，其特征在于，炉底采用镁质捣打料制作成特殊的中间凹陷、四周隆起的浅弧形结构。开始冶炼使用后，在冶炼使用过程中炉底会烧损，当烧损影响到生产后采用特殊方法在炉底上铺上一层硅镁型耐高温保护层，该硅镁型耐高温保护层是冶炼原料形成的高温熔融的硅镁型炉渣铺在炉底冷却而制备的。二次或多次使用炉渣制备成的炉底，采用控制电极电流和电压使电弧对炉底超熔点烧结的方法，再次制备成这种特殊的中间凹陷、四周隆起的浅弧形结构使用。
方案二：
一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法，其特征在于，在冶炼使用过程中炉底烧损后，将冶炼原料形成的高温熔融的硅镁型炉渣铺在炉底冷却，形成一层硅镁型耐高温保护层，从而增加矿热炉炉底耐火材料的寿命。具体的操作过程为：初次铺渣时，首先使用底层的排铁口排完炉内铁水，然后将渣温降低到1450-1550℃，从炉体下面的镍铁铁水口排出炉内的部分镍铁渣(平时生产时渣是从炉体上部的排渣口排出的，不会使用下部排铁口排渣，此为此发明的特别操作，且此操作不会损伤炉体及排铁口)，然后将炉内的镍铁渣保温在1450-1550℃约0.5-2.5小时，之后加硅镁型红土镍矿原料焙砂(约600-750℃)，升温到1500-1650℃冶炼；其红土镍矿成份中质量份数SiO2>35％,MgO>15％。
本发明进一步技术方案在于，炉底采用的耐火材料为镁质砖和镁质捣打料，且MgO含量大于90％，1300℃X3小时烧后耐压强度大于10MPa/平方厘米，其不是镁碳砖、碳砖、铝炭砖、石墨砖中的任意一种。
本发明进一步技术方案在于，镁质捣打料制成炉底结构呈中心凹陷，四周相对中心隆起的结构，硅镁型耐高温保护层厚度为>800mm，中间凹陷深度为30-200mm。
本发明进一步技术方案在于，初始排铁时镍铁铁水温度为1450-1520℃，渣温为1550-1580℃；当从底层铁水口排渣时，渣温为1450-1550℃。
本发明进一步技术方案在于，镍铁渣中包含SiO2质量份数>40％,MgO质量份数>20％。
本发明进一步技术方案在于，镍铁电炉炉底的铺渣法使用条件为检测到炉底耐火材料层厚度比初次砌筑厚度低35mm以上，铺渣厚度为35-100mm/次。
本发明进一步技术方案在于，炉底耐火材料内部不含任何水冷壁或冷却水管。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：
此发明克服了频繁更换镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料造成的损失，本发明将大幅提高镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料寿命，经过多年摸索实践，此发明方法可将镍铁冶炼矿热电炉炉底耐火材料寿命提高到10年以上，将大大提高中国乃至全世界镍铁冶炼矿热电炉炉底寿命。以中国镍铁2019年产量1000万吨计算，此发明每年节约生产成本约100元/吨，其经济效益每年大于10亿人民币；同时减少了由于频繁拆炉导致的环境污染和镁资源浪费，使得镍铁冶炼矿热电炉更加安全、环保、节能，并且大幅提高生产企业的作业率。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
图1为镍铁冶炼电炉炉体整体结构
图2为炉底铺渣结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。文中未表述的固定方式，可以是螺纹固定，螺栓固定或者是胶水粘结等任意一种固定方式。
镍铁矿热电炉其特点是采用特殊炉底结构和操作方法，将冶炼原料形成的高温熔融的硅镁型炉渣铺在炉底冷却沉淀，形成一层硅镁型耐高温保护层，从而增加矿热炉耐火材料的寿命。具体的操作过程为：初次铺渣时，首先使用底层的排铁口排空炉内铁水，然后提升电极降低电炉功率，将渣温降低到1400-1550℃，同时由于铁水温度比渣温本来就低100℃左右，熔融的镍铁渣遇到原本铺满铁水的炉底，渣温也会下降。此刻从底层的镍铁铁水口排出电炉内一半容量的渣，然后从上层渣口开始排渣，渣口排完渣，炉内渣温保温在1400-1550℃约0.5-2.5小时，炉底的镍铁渣会从熔融态变化成流体态最终变为固态，形成炉底铺渣层约35-100mm，铺渣过程结束，再加入红土镍矿原料高温矿砂(约600-750℃)，升温冶炼。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：
由于镍铁渣本身含氧化镁MgO>20％,炉底也采用氧化镁的耐火材料，根据相似相融原理，镍铁渣与炉底耐火材料容易结合，同时偶尔使用炉体下面正常排镍铁水的铁口来排渣形成炉底铺渣层(根据经验约3-6个月一次)，减少了设备的投入和操作简单化，以原本废弃的镍铁渣铺到炉底，变废为宝，使得炉底耐材寿命大幅增加到10年以上，是非常合理和巧妙的发明。
本发明操作简单，不损伤炉体，使得镍铁冶炼工艺更加安全、环保、节能，大幅提高了镍铁电炉炉底耐材寿命，增加了工厂的作业率。本发明可在镍铁行业内大幅推广，是目前镍铁冶炼行业的优势技术。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (2)

1.一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法，其特征在于，炉底采用镁质捣打料制作成特殊的中间凹陷、四周隆起的浅弧形结构，在冶炼使用过程中炉底烧损后，检测到炉底耐火材料层厚度比初次砌筑厚度低35mm以上时，将冶炼原料形成的高温熔融的硅镁型炉渣铺在炉底冷却，形成一层硅镁型耐高温保护层，从而增加矿热炉炉底耐火材料的寿命；具体的操作过程为：首先在铁水温度为1450-1520℃、渣温为1550-1580℃时使用底层的排铁口排完炉内铁水，然后将渣温降低到1450-1550℃，从炉体下面的镍铁铁水口排出炉内的部分镍铁渣，平时生产时渣是从炉体上部的排渣口排出的，不会使用下部排铁口排渣，且此操作不会损伤炉体及排铁口，然后再将炉内的镍铁渣保温在1450-1550℃约0.5-2.5小时，炉底的镍铁渣会从熔融态变化成流体态最终变为固态，形成炉底铺渣层约35-100mm，铺渣过程结束；之后加硅镁型红土镍矿原料焙砂，升温到1500-1650℃冶炼，上述镍铁渣中包含SiO2质量份数>40%,MgO质量份数>20%。
2.根据权利要求1所述的一种提高镍铁电炉炉底耐材寿命的方法制备的炉底，其特征在于，镍铁电炉开始冶炼使用后，在冶炼使用过程中炉底会烧损，当烧损影响到生产后采用特殊方法在炉底上铺上一层硅镁型耐高温保护层，该硅镁型耐高温保护层是冶炼原料形成的高温熔融的硅镁型炉渣铺在炉底冷却而制备的。
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