CN113502402A - 一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶‑侧复合熔炼直接炼镍方法，该方法包括以下步骤：首先通过原料输送机构输送炼镍原料，所述炼镍原料包括硫化镍精矿、熔剂、燃料及还原剂；将炼镍原料通过炉顶双点加料口输送至炉体的熔池熔炼区和熔炼还原区中，进行熔池熔炼反应，得到含50～75wt％的高镍锍、熔炼炉渣和高温含硫烟气；将熔炼炉渣由排渣口9放出通过热渣溜槽连接，由沉降电炉炉顶接收口进入沉降电炉进行炉渣过热澄清沉降分离，产出沉降炉渣和金属化镍锍；将烟气进行后续处理。本发明能够解决现有技术中DON工艺存在的原料入炉条件高、熔炼渣含有价金属高、能耗高、能源利用率低的问题。

Description

一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法。

背景技术

硫化镍精矿目前普遍采用的火法冶炼工艺为：镍精矿经物料制备及配料后送熔炼炉熔炼，熔炼产低镍锍送吹炼炉进行吹炼，吹炼产高镍锍冷却后作为最终产品，或送湿法进直接处理。熔炼产出的熔炼渣经电炉贫化或电极区贫化后产弃渣。吹炼产出的吹炼渣返熔炼炉处理、或返熔炼电极区或沉降电炉处理，也可单独设贫化电炉处理。吹炼渣若单独贫化，一般需要加还原剂和硫化剂，产金属化镍锍。然而，该工艺流程长，能耗高，各物料倒运主要是通过包子倒入下一工序，操作环境差，且该工艺对精矿含MgO有一定的要求。同时，该工艺还存在能耗高、投资大、低空污染严重等问题。

1995年芬兰的Harjavalta厂在现有奥托昆普闪速熔炼工艺的基础上开发了闪速炉直接炼镍工艺(DON,Direct Outokumpu Nickel),用于处理含镍较高的硫化镍精矿,可将镍精矿直接直接法闪速熔炼至高镍锍，其工艺流程为：硫化镍精矿干燥至含水≤0.3％，与粉状熔剂(若为块状熔剂，需细磨后才能入炉)、 烟尘一起配料后送精矿喷嘴，在反应塔内与富氧空气发生化学反应，生成高镍锍。熔炼渣和高镍锍在沉淀池沉清分离，分别排放，高镍锍作为最终产品，或送下一道工序处理；熔炼渣排入贫化电炉。贫化电炉需配入还原剂和硫化剂，经还原硫化反应，电炉产金属化高镍锍作为最终产品，或送下一道工序处理；电炉产弃渣可直接外销。DON工艺与传统的火法冶炼工艺相比，其优势如下：(1)流程短，硫化镍精矿直接氧化成高镍锍，减少了低镍锍吹炼工序。(2)减少物料转运，扩散到环境中的金属尘及硫更少，操作环境好，金属和硫回收率高。(3)由于熔炼过程中，物料中Fe氧化进渣，可稀释渣中MgO，因此该工艺对原料中MgO适应性更好。(4)熔炼过程连续进行，取消了转炉周期作业对烟气波动的影响，后续烟气处理装置的作业条件更好、投资少、成本低。

然而，DON工艺仍旧存在一些问题，具体如下：

(1)物料制备复杂。硫化镍精矿需经过干燥处理，物料含水降至0.3％以下才能入炉；熔剂、烟尘等其他物料的粒度均需≤1mm，因此若熔剂石英石等为块状物料，需经细磨后才能入炉；装置块状返料，如溜槽结渣、钢包冷料、锅炉结焦及块状烟尘等也需经细磨后入炉。

(2)闪速熔炼需要在反应塔内进行强氧化熔炼，使硫化镍精矿与氧气快速反应，因此熔炼渣氧势高，渣含有价金属较高。因此，熔炼渣需经电炉进直接贫化处理。

(3)熔炼渣电炉贫化，需加入还原剂和硫化剂，产金属化镍锍。还原剂用于还原渣中的氧化镍Ni2O和磁性铁，硫化剂用于稀释金属不断进行交互反应，调节金属化镍锍含硫量，从而控制熔体温度。此外，硫化剂通过喷枪喷入电炉中，物料制备和运输装置复杂。

总之，采用DON工艺，物料需经充分干燥后入炉，且闪速熔炼氧势高，熔炼渣含Ni高，需对熔炼渣继续进行还原硫化，贫化过程耗能大、燃料利用率低，烟气量大浓度低等问题。因此，有必要提供一种新的炼镍工艺，以克服这些缺陷。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，针对现有技术中DON工艺存在的原料入炉条件高、熔炼渣含有价金属高、能耗高、能源利用率低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，包括以下步骤：首先通过原料输送机构输送炼镍原料，所述炼镍原料包括硫化镍精矿、熔剂、燃料及还原剂；将炼镍原料通过炉顶双点加料口输送至炉体的熔池熔炼区和熔炼还原区中，进行熔池熔炼反应，得到含50～75wt％的高镍锍、熔炼炉渣和高温含硫烟气；将熔炼炉渣由排渣口9放出通过热渣溜槽连接，由沉降电炉炉顶接收口进入沉降电炉进行炉渣过热澄清沉降分离，产出沉降炉渣和金属化镍锍；将烟气进行后续处理。

所述沉降电炉熔体接收区具有第一接收口、第二接收口等熔体接收口，熔体接收口为不定形耐火材料浇筑或石墨。

所述硫化镍精矿的镍含量≥ 5.5％，MgO含量≥ 8.5％；所述熔池熔炼反应的温度为1200～1350℃，所述还原剂为无烟原煤、粉煤、块煤中的一种或多种。

对所述烟气进行后续处理的步骤包括:利用余热回收系统回收所述高温烟气烟气的余热产出蒸汽或通过余热进行发电，得到降温烟气后，采用除尘系统对所述预处理烟气进行除尘处理，回收烟气中的含有价金属的烟尘，通过烟尘回收利用提高有价金属综合回收率指标。

所述熔炼炉渣的Fe和SiO2的质量比为0 .8～1 .2，所述熔炼炉渣的镍含量为2～4.5wt％。

所述熔池熔炼反应的过程中，通过顶吹喷枪向熔池内部通入第一富氧空气级粉煤，所述第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，通过侧吹喷枪向熔池内部通入第二富氧空气及粉煤，所述第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，第二富氧空气中的氧含量为100％，顶吹喷枪粉煤喷吹流量3t/h，侧吹喷枪粉煤喷吹流量4.5t/h。

所述炼镍原料还包括系统返料和收尘烟灰。

所述熔炼反应过程中，炉内出现粘渣或泡沫渣时，通过双点加料口向所述炉体加入应急还原煤，且所述应急还原煤为块状固体还原剂。

所述炉体后端还包括沉降电炉沉降分离装置，所述直接炼镍方法还包括：使所述熔炼炉渣进入所述沉降电炉区域进行过热澄清沉降分离处理，产出第二金属化镍锍和弃渣。

所述沉降电炉对所述熔炼炉渣渣进行沉降处理时，所述熔炼炉渣排放口与所述沉降电炉渣接收口通过热渣溜槽相连，且在沉降处理的过程中同时向所述沉降炉中还原剂或通过沉降电炉侧吹喷枪喷吹天然气进行还原贫化。

本发明的有益效果是：本发明实现了强化冶炼、炉渣贫化，从而实现了硫化镍精矿直接冶炼出高镍锍。与此同时，由于采用了本发明，熔炼渣镍含量低，燃料利用率高，沉降过程负荷小，能耗低，烟气减量提浓为制酸装置创造条件。此外，熔池熔炼时硫化镍精矿、熔剂和还原剂的进料粒径和含水率没有特殊要求，原料入炉条件低，由于富氧熔池熔炼，可处理高镁低精矿物，原料适应性更强。

总之，利用本发明有效解决了DON工艺存在的原料入炉条件高、原料适应性差、熔炼渣镍含量高、贫化过程耗能大、燃料利用率低、烟气量大浓度低、低喷枪寿命短，作业率低等问题等问题。

附图说明

图1是本发明所使用的直接炼镍装置的结构示意图。

其中，1、炉体水套；2、双点加料口；3、顶吹喷枪；4、烟气处理机构；5、二次燃烧区；6、熔炼还原区；7、侧吹喷枪口；8、熔池熔炼区；9、排渣口；10、镍锍口；11、炉体；12、原料输送机构。

具体实施方式

一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，包括以下步骤：首先通过原料输送机构12输送炼镍原料，炼镍原料包括硫化镍精矿、熔剂、燃料及还原剂；将炼镍原料通过炉顶的双点加料口2输送至炉体11的熔池熔炼区8和熔炼还原区6中，进行熔池熔炼反应，得到含50～75wt％的高镍锍、熔炼炉渣和高温含硫烟气；将熔炼炉渣由排渣口9放出通过热渣溜槽连接，由沉降电炉炉顶接收口进入沉降电炉进行炉渣过热澄清沉降分离，产出沉降炉渣和金属化镍锍；将烟气进行后续处理。

其中，沉降电炉熔体接收区具有第一接收口、第二接收口等熔体接收口，熔体接收口为不定形耐火材料浇筑或石墨。

其中，硫化镍精矿的镍含量≥ 5.5％，MgO含量≥ 8.5％；所述熔池熔炼反应的温度为1200～1350℃，所述还原剂为无烟原煤、粉煤、块煤中的一种或多种。

其中，对所述烟气进行后续处理的步骤包括:利用余热回收系统回收所述高温烟气烟气的余热产出蒸汽或通过余热进行发电，得到降温烟气后，采用除尘系统对所述预处理烟气进行除尘处理，回收烟气中的含有价金属的烟尘，通过烟尘回收利用提高有价金属综合回收率指标。

其中，熔炼炉渣的Fe和SiO2的质量比为0 .8～1 .2，所述熔炼炉渣的镍含量为2～4.5wt％。

其中，熔池熔炼反应的过程中，通过顶吹喷枪3向熔池内部通入第一富氧空气级粉煤，第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，通过侧吹喷枪7向熔池内部通入第二富氧空气及粉煤，第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，第二富氧空气中的氧含量为100％，顶吹喷枪粉煤喷吹流量3t/h，侧吹喷枪粉煤喷吹流量4.5t/h。

其中，炼镍原料还包括系统返料和收尘烟灰。

其中，熔炼反应过程中，炉内出现粘渣或泡沫渣时，通过双点加料口2向所述炉体11加入应急还原煤，且应急还原煤为块状固体还原剂。

其中，炉体11后端还包括沉降电炉沉降分离装置，直接炼镍方法还包括：使熔炼炉渣进入所述沉降电炉区域进行过热澄清沉降分离处理，产出第二金属化镍锍和弃渣。

其中，沉降电炉对所述熔炼炉渣渣进行沉降处理时，熔炼炉渣排放口与沉降电炉渣接收口通过热渣溜槽相连，且在沉降处理的过程中同时向沉降炉中还原剂或通过沉降电炉侧吹喷枪喷吹天然气进行还原贫化

如图1所示，本发明所使用的直接炼镍装置，包括炉体11，炉体 11炉膛内径φ5000mm，炉膛高度为16500mm，炉体结构两段：下段为圆筒状，采用立水套冷却，上段为扩大段，采用多层平水套冷却，水套之间砌筑有耐火材料，炉盖为汽化冷却炉顶，炉壳采用44mm厚钢板制作，水套固定在炉壳上，优化了炉子的整体性，加强了炉子的强度，炉顶采用锅炉管炉顶，比吊挂砖炉顶简单，此种炉顶可减少烟尘粘结，粘结的烟尘也较容易清理，炉体11内部自上而下依次设置二次燃烧区5、熔炼还原区6和熔池熔炼区8，熔池熔炼区8和熔炼还原区6用于对硫化镍精矿进行熔池熔炼以产出品位50～75wt％的高镍锍、熔炼炉渣和高温含硫烟气，炉体11顶部设置双点加料口2和顶吹喷枪3，双点加料口2与原料输送机构12对应连接，原料输送机构12包括：配料、制粒单元，用于将所述硫化镍精矿、所述熔剂、燃料及所述还原剂进行配料，通过输送机，连接在配料单元和双点加料口2之间，炉体11顶部出烟口上设置烟气处理机构4，二次燃烧区5与烟气处理机构4相连通,对高温含硫烟气进行冷却，后端收尘后并入制酸装置，炉体11具有圆柱形侧壁，圆柱形侧壁距炉底反拱圆弧底部450mm表面设置有镍锍口10，圆柱形侧壁距炉底反拱圆弧底部1250mm表面设置有排渣口9，排渣口9所用溜槽为铜钢复合型水套，炉体11侧壁上设置侧吹喷枪7，炉体11整体安装炉架上，炉架底部为混凝土基础，炉架通过地脚螺栓固定于混凝土基础上，设置地脚螺栓数目36个（均布），螺栓之间夹角10°，螺栓高度1050mm，螺栓中心距￠6308mm，炉架直径6000mm，最大外径6560mm，炉架高度2059mm，炉架设计人孔8处，人孔直径￠500mm，人孔高度1350mm。炉架（含筋板、垫板等附件）材质均为16MnR，炉体11具有炉底封头、直段炉壳、锥段炉壳，将炉底封头的位于熔池熔炼区8下方的部分记为第一部分，将直段炉壳的位于熔池熔炼区8和熔炼还原区6的部分记为第二部分，将锥段炉壳的位于二次燃烧区5上方的部分记为第三部分，其中，按所述第一部分、所述第二部分及所述第三部分的顺序，炉体11的水平高度依次升高，炉底封头位于熔池熔炼区8下方，直段炉壳与熔池熔炼区8和熔炼还原区6相对应，锥段炉壳位于二次燃烧区5上方，炉底封头的内表面为圆弧表面，直段炉壳的内表面为垂直表面，所述锥段炉壳的内表面为倾斜面，锥段炉壳的倾斜表面的倾斜角度为40°，本发明还包括炉体水套1，炉体水套1包括齿形冷却水套、炉体平水套和挂渣水套，齿形冷却水套设置在炉体11内的熔池熔炼区和熔炼还原区6之间，炉体平水套设置在炉体11内的二次燃烧区上方，挂渣水套设置于锥段炉壳的迎锅炉面上，炉体11的炉盖为汽化冷却炉顶，顶吹喷枪3为一支，侧吹喷枪7为七支，顶吹喷枪3穿过炉体11延伸至熔炼还原区6内部，侧吹喷枪7分布在炉体11侧壁上，烟气处理机构4包括与炉体11顶部锥段顺次相连的余热回收设备和除尘设备，排渣口9为溢流式排渣口，顶吹喷枪3长25米，内部为多通道结构，由喷枪小车，喷枪卷扬装置及顶吹喷枪组成，侧吹喷枪7为直通式喷枪，由枪座水套、安装座、喷枪组成，炉体11镍锍口5处，排渣口2处，镍锍口高度480mm，排渣口1280mm，高差800mm。1#、2#、3#口位于炉体东侧，排口中心夹角32.14°，低镍锍排向钢包，4#、5#口位于炉体西侧，低镍锍排向沉降电炉，排口中心夹角32.14°，6#、7#口熔渣排向沉降电炉，排口中心夹角25.71°。

在实际生产过程中，硫化镍精矿、熔剂和还原剂通过原料输送机构12进入炉体11的熔炼还原区6进行熔池熔炼，发生高价硫化物的分解、氧化、还原等一系列化学发生，生成高镍锍、熔炼渣和烟气。熔池熔炼时硫化镍精矿、熔剂和还原剂的进料粒径和含水率没有特殊要求，仅通过精矿混料、制粒、输送，因此能够简化物料制备系统，物料经配料后直接入炉，不需要干燥和细磨，原料入炉条件低。熔炼产出的熔炼渣通过热渣流槽流入沉降电炉中进行沉降分离。由于采用了熔池熔炼技术，熔池搅动过程中配入了还原剂，还原剂与熔体充分接触反应，增强了反应动力学条件，且通过合理控制熔炼氧势，保证熔炼渣有价金属含量较低，约3～5wt％，熔炼渣经沉降炉热澄清分离及侧吹喷枪喷吹天然气还原，弃渣含镍更低，约0.08-0.2%，金属回收率高。熔炼产出的高镍锍通过钢包吊运至缓冷区进行浇筑。

在实际生产过程中，镍熔炼渣通过接受口进入沉降电炉，通过电极的高温澄清作用，提高镍熔炼渣温度；通过加料管加入还原剂或硫化剂，参与硫化、还原反应；通过侧吹喷枪，向渣层鼓入天然气或粉煤，增加熔池动力学条件，一方面向熔池补热，使炉内热量更加均匀，解决电极死区热量不足的问题，另一方面通过喷枪欠氧燃烧，实现炉内的还原性气氛，以期对镍熔炼渣中NiO和Fe304实现强化还原，有效降低镍熔炼渣含有价金属，渣含镍约0.08-0.2%。

本发明所使用的直接炼镍装置，有效解决了现有镍熔炼贫化工艺渣含镍高、电炉单独处理镍熔炼渣时负荷高、能耗高的问题。镍熔炼渣通过接收口进入炉内，电极加热熔体，高温澄清，侧吹喷枪有效提温和炉渣贫化，生产稳定，贫化效果好，渣含镍低，沉降炉产金属化镍锍的温度1200～1280℃，渣1350℃～1450℃，烟气温度800℃～1000℃。。

总之，利用本发明提供的一步炼镍系统进行硫化镍精矿冶炼，有效解决了DON工艺存在的原料入炉条件高、原料适应性差、熔炼渣镍含量高、贫化过程耗能大、燃料利用率低，烟气量大浓度低等问题。

在一种优选的实施方式中，熔体接收区可接收转炉渣或熔炼炉渣等镍渣，可处理多种类型的镍熔融炉渣，贫化还原区用于镍熔炼渣的高效贫化还原，产出贫化渣及低镍锍，具有电极、侧吹喷枪、加料口和出烟口。

在一种优选的实施方式中，镍熔炼渣沉降还原装置的炉体两端墙分别设置有低镍锍排放口和排渣口，在一种图中未示出的实施方式中，侧墙也可根据镍熔炼渣处理量设置低镍锍放出口。因该弃渣含镍≤0.2%，可直接做废渣处理，更优选地，弃渣可采用钢包拉运、水淬工艺、风淬工艺处理。

为进一步提高液面的稳定性及装置的安全性，顶-侧复合熔炼直接炼镍装置的排渣口可设置为溢流式排渣口，排渣口上方天然气保温。

在一种优选的实施方式中，对烟气进行后处理的步骤包括：利用余热回收单元回收烟气的余热，得到预处理烟气；采用除尘单元对预处理烟气进行除尘处理,然后通过制酸管线进入制酸系统。

总之，利用本发明提供的直接炼镍系统及方法进行硫化镍精矿冶炼，具有以下有益效果：

(1)流程短，硫化镍精矿直接氧化成高镍锍，减少了低镍锍吹炼工序，且物料制备系统简单，物料经配料后直接入炉，不需要干燥和细磨。

(2)减少物料转运，扩散到环境中的金属尘及硫更少，操作环境好。

(3)优选地，由于熔炼过程中，物料中Fe氧化进渣，可稀释渣中MgO，因此该工艺对原料中MgO适应性更好。

(4)熔炼过程连续进行，取消了转炉周期作业对烟气波动的影响，后续烟气处理系统的作业条件更好、投资少、成本低。

(5)硫化镍精矿在一台熔炼炉内完成氧化反应、和渣沉降分离(渣沉降分离也可在单独的沉降电炉中完成)。

(6)熔池熔炼过程中，原料中可配入还原剂，通过调整还原剂及氧气用量，使整个熔炼过程中氧化还原反应始终可控受控，熔炼渣含Ni更低；经沉降炉进一步沉降还原后，炉渣含有价金属更低，弃渣含Ni、Co低(Ni 0 .2％～0 .3％，Co≤0 .15％)，金属回收率更高(Ni≥96 .5％，Co≥65％)。

(7)取消了吹炼工序，减少烟气逸散，硫的捕集率高(≥99％)。

(8)熔炼、渣贫化为连续作业，渣沉降可根据规模可连续作业，也可周期作业。连续作业，生产稳定，单位时间处理能力小，设备投资省。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

采用的设备如图1所示，具体工艺过程如下：

(1)硫化镍精矿配料：硫化镍精矿(含Ni 6 .52％，含Cu 3 .12％，含Co 0 .20％，含Fe 30.8％，含MgO 8.3％)、石英石熔剂、还原剂(块煤)、系统返料(溜槽结渣、钢包渣、烟尘)经定量给料机配料，各物料重量配比约为：镍精矿:石英石熔剂:第一还原剂＝100:12.5:2.0，配料后混合物料通过胶带运输机运输至熔炼炉炉顶，通过移动胶带运输机有炉顶双点加料口加入炉内。

(2)配料后混合精矿在熔炼炉熔炼区与鼓入熔池的富氧空气发生分解、氧化等一系列化学发生，生成高镍锍、熔炼渣和烟气。生成的高镍锍含Ni 47.8％，含Cu 26.18％，含Fe～3.2％，控制高镍锍温度～1240℃，控制熔炼渣温度～1310℃。熔炼渣Fe/SiO2为～1.0，渣含Ni～2.98％，含MgO～10.25％。熔炼烟气温度(出炉)～1250℃，经余热锅炉回收余热后送电收尘器除尘，除尘后的烟气送烟气制酸系统进一步处理。最终高镍锍的品位为Ni～46.8％，Cu～26.2％，Co～0 .70％。熔炼一次风富氧浓度～75.6％。

（3）熔炼渣由排渣口9放出，通过热渣流槽进入沉降电炉，通过电极的高温澄清作用，提高镍熔炼渣温度；通过加料管加入还原剂或硫化剂，参与硫化、还原反应；通过侧吹喷枪，向渣层鼓入天然气或粉煤，增加熔池动力学条件，一方面向熔池补热，使炉内热量更加均匀，解决电极死区热量不足的问题，使熔炼渣沉降分离时间更充分，另一方面通过喷枪欠氧燃烧，实现炉内的还原性气氛，以期对镍熔炼渣中NiO和Fe304实现强化还原，有效降低镍熔炼渣含有价金属，渣含镍约0.08-0.2%。

（4）通过沉降电炉使熔炼渣中以化学损失和物理损失镍锍颗粒顺利沉降至炉底，形成低镍锍，Ni22%～27%，Cu12%～17%，Fe25%～30%，S22%～28%，镍锍操作温度1250℃～1280℃。炉渣操作温度1350℃～1450℃，经高效贫化还原的镍熔炼渣含镍0.08-0.2%，可直接做废渣处理，更优选地，弃渣可采用钢包拉运、水淬工艺、风淬工艺处理。

（5）经沉降炉产出的低镍锍通过钢包吊运至转炉进行吹炼，产出高镍锍Ni40%～50%，Cu25%～30%，Fe2%～3.5%，操作温度1200℃～1300℃。镍转炉渣含Ni1%～1.5%，渣温1200℃～1300℃。

（6）沉降电炉烟气温度900-1100℃，炉顶设置水套梁，冷却炉顶，提高炉顶的安全性。高温经外包水套烟道和膜式壁烟道冷却后烟气温度280-380℃进入收尘装置。在烟气冷却装置后端设置CO气体分析报警仪及联锁装置，用于CO报警、烟道补氧，解决逸散CO爆燃问题。

需要注意的是，本发明的实施前需要做以下准备：

1、升温前准备

（1）顶吹炉余热锅炉试车正常，即可进入顶吹炉升温阶段。

（2）升温过程严格按照升温曲线要求进行升温，通过调整柴油及炉膛负压控制温度，每两小时提升或下降保温烧嘴2m左右，确保温度分布均匀。

（3）升温前在炉顶及炉体放出口处安装临时热电偶。根据热电偶温度值的变化，及时调整升温参数，将热电偶的温度值进行描点，绘制实际升温曲线与理论升温曲线进行对比。

（4）向炉内加入足量木柴进行烘炉，烘炉阶段顶吹炉烟气走环集系统，木柴升温结束后，顶吹炉用保温烧嘴升温。升温前，确认炉体循环水系统送水正常，劈柴升温期间，控制炉体循环水量在300m3/h，其中各放出口压板水套不通水。

（5）待炉体温度逐步上升，检测放出口区域的衬砖温度上升至60℃左右时，提高炉体循环水量至600m3/h，并安装放出口大小压板衬套；

（16）根据温度升温状况，在复产前24小时，组织对各放出口进行透气作业。

2、升温技术参数

3、喷枪点火

（1）缓慢下降喷枪至4#枪位开始进行点火作业，喷枪点火由控制系统自动完成。

（2）喷枪到达4#枪位后，控制工调整炉膛至微负压（-10-0Pa），降低保温烧嘴燃料量（天然气降至600Nm3/h，柴油降至500Kg/h），喷枪燃煤/柴油按设定值逐步跟踪；

（3）通过声音或视频监控判断喷枪燃烧正常后，控制工继续下枪，炉长提升保温烧嘴；

（4）喷枪点火正常后开始升温，升温96小时，顶吹炉升温结束后，当炉膛温度达到1050℃左右时，炉底热电偶温度在150℃左右，顶吹炉具备复产条件。顶吹炉计划用12小时化渣造熔池，熔体高度控制在600mm以上，炉底冻结层降到700mm以下，锍口、渣口试烧排放正常作为进料的条件。

4、复产技术要求及参数

（1）复产前确认喷枪在6#位以下，PSD条件自动投入；喷枪7种流体选择自动控制；喷枪系统阀门手动控制打到联锁状态。

（2）确认PSD联锁条件全部投用；

（3）确认顶吹炉工艺联闭锁及电气联闭锁试车正产。

（4）确认生产数据采集系统正常。

5、启动熔池阶段

（1）炉温升至1100℃以上时，将顶吹炉喷枪缓慢下至距熔体面上方100mm左右的位置，控制室岗位启动加料系统，设定加料值为10～20t/h向炉内加入水淬渣。同时检查应急煤仓满仓。

（2）启动熔池阶段，将熔体温度控制在1300～1400℃，复产人员控制好喷枪的高度，做好熔体面的测量工作。

（3）复产开始时将炉内冻结层降低到750mm以下。

（4）准确测量熔池面和冻结层，烧开镍锍排放口排放熔体。若镍锍放出口能够放出熔体，则直接按照复产作业参数复产。

（5）若镍锍放出口不能放出熔体，则继续按照按照《顶吹炉启动熔池特殊作业程序》进行消除冻结层，提高底部熔池温度。要求顶吹炉复产人员严格且精心控制喷枪位置，直至镍锍放出口能够顺畅放出熔体后，按照复产作业参数复产。

（6）为了保证搅拌作用消除冻结，熔池熔体深度确保600mm以上。

（7）使用煤枪造熔池，保证熔体深度600mm以上，熔体面高度1300mm以上。其运行参数为：

6、复产阶段

（1）复产20分钟后，确保烧开镍锍放出口进行取样化验。

（2）熔体面的高度控制在2000～2500mm之间。

（3）如炉况、排放均正常后，110t/h投料4～6小时，将料量提至120t/h维持12小时，待其他炉窑及排放系统正常后缓慢提升生产负荷。

其次，熔炼作业中的过程控制为：

熔炼作业过程控制包括枪位控制（手动、自动）、负压控制、熔体面控制（渣、锍面）、工艺参数控制、残氧控制、冻结层控制、蒸发量控制、炉窑本体运行参数。

1、枪位控制

（1）投料稳定后，根据炉长现场判定的喷枪位置确定静压的目标值，投入静压自动控制，偏差设置为0.5KPa；

（2）喷枪无静压或静压波动大时，控制工根据喷枪背压控制喷枪；

（3）如喷枪静压大于20KPa，汇报调度，联系换枪。

2、枪位标定

（1）炉长组织标定枪位；

（2）在正常生产时，利用交接班第一次排放喷口液面标定枪位（如第一次未标出，可后续继续标定）；

（3）控制工根据初始喷口液面2100mm判断喷枪的烧损情况，并及时更新喷枪主表上的喷枪烧损值。

3、负压控制

控制工通过调整排烟机进口阀门开度和排烟机负荷调整余热锅炉入口负压。

（1）投料前5min，将负压控制在-200～-100Pa；

（2）正常生产过程中，将负压控制在-50～20Pa；

（3）下料口粘结严重时，将负压控制在0～10Pa；

（4）停料保温时，将负压控制在0～10Pa；

（5）清理下料口或锅炉点检时，将负压控制在-50～-30Pa。

4、熔体面控制

（1）炉长每间隔20min安排排放低镍锍一次；若排放一次没有见渣，则必须连续排放直至锍口见渣；

（2）正常生产时渣面控制在2000mm～2800mm；

（3）渣面高于2800mm时，立即降料至80～120t/h生产，炉前及时排放；

（4）渣面达到3000mm时，必须停料，严禁修改烧损值及压枪操作。

5、工艺参数控制

1）熔体温度控制

（1）当渣温低于1250℃，按200～500kg/h幅度，间断式提高喷枪燃料；当渣温高于1330℃，同幅度降低喷枪燃料。

（2）渣黏排放不畅时，停料空吹提温1～2min，期间点动加入应急煤。

（3）严禁使用提氧单耗的方式提温。

2）低镍锍品位控制

（1）低镍锍品位是通过调整精矿氧单耗来控制的。实际与目标品位相差±2%以上才允许调整；

（2）炉长根据低镍锍品位的变化来调整氧单耗。

①每次调整幅度为2～5 Nm3/t·精矿，若提高氧单耗则降低喷枪燃煤200～500kg/h；

②若降低氧单耗则需要增加燃煤量200～500kg/h；

③每次调整氧单耗5 Nm3/t·精矿以上时，汇报调度；

④若调整后低镍锍品位仍然不能达到目标品位时，汇报调度联系调整。

3）渣型控制

渣型控制指炉渣铁硅比和渣含氧化钙控制。

（1）顶吹炉炉长安排渣口主操手按频次取渣样、送检。

（2）炉长根据化验结果指令控制工调整石英石率。当铁硅比高于目标0.05，提高石英石率0.3～0.5%，反之同幅度降低。

（3）石英石率调整幅度超过1%时，汇报调度。

（4）调整氧单耗时，按照每提高2Nm3/t·精矿提高石英石率0.1%，反之同幅度降低。

（5）炉渣钙镁比通过调整石灰石加入量控制，控制范围为0.4±0.05。

6、残氧控制

为保证二次燃烧充分，抑制烟气中单质硫的析出，需对残氧进行控制。

（1）控制工监控残氧含量，小于4%时，及时汇报炉长调整：

（2）炉长指令控制工将套筒氧量每次上调100～500Nm3/h（上限6000 Nm3/h）；

（3）若套筒氧调至最大，残氧仍小于4%，调整套筒风至10500Nm3/h；

（4）调整1h仍无效时，汇报调度，联系项目负责人或主管主任处理；

（5）炉顶加料岗位及时清理保温烧嘴孔，确保炉顶三次风能正常鼓入炉内。

7、冻结层控制

冻结层通过熔炼温度和熔体面控制。

（1）炉长每两小时测量一次冻结层，并进行调整。

（2）如冻结层低于200mm，控制渣温至1250~1280℃，控制堵口液面2200mm及以上。

（3）如冻结层高于600mm时，控制渣温至1270~1300℃，控制堵口液面1800～2200mm。

8、蒸发量控制

（1）蒸发量≤130 t/h时，顶吹炉正常操作；

（2）蒸发量130~135t/h时，顶吹炉降料80t/h生产，待蒸发量恢复至0-130 t/h，按5t/次的幅度提升料量，且两次提料间隔时间不得小于5min；

（3）蒸发量≥135t/h时，顶吹炉降料80t/h生产，若蒸发量＞135t/h持续5min，顶吹炉触发PSD停料；＞140t/h直接PSD停料；若PSD失效，蒸发量＞135t/h持续5min或＞140t/h，顶吹炉停料。

9、炉窑本体运行监控

（1）控制工对DCS系统各参数进行实时监控，出现报警或异常信息时，控制工及时调整参数，联系炉长现场检查确认，需要提级处置或外围协调解决的，汇报调度联系处理；

（2）炉长每四小时对炉体表面温度检测一次，炉壳表面温度超过350℃，需使用应急风管或轴流风机进行冷却。若发生在齿形水套区域，应立即停料检查，汇报调度联系车间相关人员现场确认；

（3）炉长及加料岗位协助看水岗位对水系统运行情况点检，按照点检卡频次开展点检；

（4）停料点检炉况时，查看炉内熔池状况、炉墙和炉顶的粘结情况、炉内有无漏水和黑洞、有无掉砖等，做好炉况点检记录。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：包括以下步骤：首先通过原料输送机构(12)输送炼镍原料，所述炼镍原料包括硫化镍精矿、熔剂、燃料及还原剂；将炼镍原料通过炉顶双点加料口(2)输送至炉体(11)的熔池熔炼区(8)和熔炼还原区(6)中，进行熔池熔炼反应，得到含50～75wt％的高镍锍、熔炼炉渣和高温含硫烟气；将熔炼炉渣由排渣口9放出通过热渣溜槽连接，由沉降电炉炉顶接收口进入沉降电炉进行炉渣过热澄清沉降分离，产出沉降炉渣和金属化镍锍；将烟气进行后续处理。

2.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述沉降电炉熔体接收区具有第一接收口、第二接收口等熔体接收口，熔体接收口为不定形耐火材料浇筑或石墨。

3.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述硫化镍精矿的镍含量≥ 5.5％，MgO含量≥ 8.5％；所述熔池熔炼反应的温度为1200～1350℃，所述还原剂为无烟原煤、粉煤、块煤中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：对所述烟气进行后续处理的步骤包括:利用余热回收系统回收所述高温烟气烟气的余热产出蒸汽或通过余热进行发电，得到降温烟气后，采用除尘系统对所述预处理烟气进行除尘处理，回收烟气中的含有价金属的烟尘，通过烟尘回收利用提高有价金属综合回收率指标。

5.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述熔炼炉渣的Fe和SiO2的质量比为0 .8～1 .2，所述熔炼炉渣的镍含量为2～4.5wt％。

6.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述熔池熔炼反应的过程中，通过顶吹喷枪(3)向熔池内部通入第一富氧空气级粉煤，所述第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，通过侧吹喷枪（7）向熔池内部通入第二富氧空气及粉煤，所述第一富氧空气中的氧含量为 60～85％，第二富氧空气中的氧含量为100％，顶吹喷枪粉煤喷吹流量3t/h，侧吹喷枪粉煤喷吹流量4.5t/h。

7.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述炼镍原料还包括系统返料和收尘烟灰。

8.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述熔炼反应过程中，炉内出现粘渣或泡沫渣时，通过双点加料口(2)向所述炉体(11)加入应急还原煤，且所述应急还原煤为块状固体还原剂。

9.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述炉体（11）后端还包括沉降电炉沉降分离装置，所述直接炼镍方法还包括：使所述熔炼炉渣进入所述沉降电炉区域进行过热澄清沉降分离处理，产出第二金属化镍锍和弃渣。

10.根据权利要求1所述的一种顶-侧复合熔炼直接炼镍方法，其特征在于：所述沉降电炉对所述熔炼炉渣渣进行沉降处理时，所述熔炼炉渣排放口与所述沉降电炉渣接收口通过热渣溜槽相连，且在沉降处理的过程中同时向所述沉降炉中还原剂或通过沉降电炉侧吹喷枪喷吹天然气进行还原贫化。

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