CN204625746U - 采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，包括竖炉、煤粉喷吹系统和镍精矿粉喷吹系统，在竖炉顶部设有喷入氧气的炉顶氧枪，竖炉顶部的侧面设有烟气输出管，烟气输出管与重力除尘器连接，重力除尘器通过三通同时与镍精矿粉干燥系统和高效蓄热器连通，镍精矿粉干燥系统包含回转窑干燥炉和上料漏斗，回转窑干燥炉包含原料入口、原料出口、进气口和出气口，原料入口与上料漏斗连接，原料出口与镍精矿粉喷吹系统连接，出气口与机力风冷器连通，高效蓄热器同时与机力风冷器连通，机力风冷器通过布袋除尘器与烟囱连接。本实用新型中的高温烟气通过回转窑用来加热干燥矿粉，也可以通过高效热风炉预热空气，能源利用率高。

Description

采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种冶炼装置，具体涉及一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置。

背景技术

[0002] 当前镍铁常用有3种生产方法；一是回转窑+镍铁电炉生产法；二是转底炉+镍铁 电炉生产法；三是高炉生产法；前二种均为二步法生产，即镍精矿粉与还原剂混合造球，通 过回转窑或转底炉进行烧结、预还原，得到氧化球团或还原球团，然后再采用埋弧电炉进一 步还原并熔分进行铁渣分离.得到镍铁水，然后采用铸铁机浇铸成镍铁块或采用转炉进一 步吹炼纯化，再提供给炼钢作原料。二步法生产能耗高，人员多，投资大，成本也高.高炉生 产法，虽然是一步法，但由于高炉法对原料适应性差、无法大型化，只能采用小型高炉（矮 高炉）生产。高炉法生产镍铁品位低，含镍量仅4-5%左右，且P、S高，另外高炉法生产需要 大量优质焦炭，且污染严重，对于缺焦地区难以采用。本项目所采用镍精矿粉喷吹生产镍铁 水冶炼工艺，工艺流程短，投资省，能耗低，人员少，成本也低，是当前镍铁生产最先进方法。 实用新型内容

[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种采用喷吹竖炉 生产镍铁水的装置，高温烟气通过回转窑用来加热干燥矿粉，也可以通过高效热风炉预热 空气，能源利用率高。

[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型的一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的 装置，包括竖炉、煤粉喷吹系统和镍精矿粉喷吹系统，所述煤粉喷吹系统通过水冷喷煤粉喷 枪插入到竖炉内，镍精矿粉喷吹系统通过镍精矿粉喷枪插入到竖炉内，在竖炉顶部设有喷 入氧气的炉顶氧枪，所述竖炉顶部的侧面设有烟气输出管，烟气输出管与重力除尘器连接， 重力除尘器通过三通同时与镍精矿粉干燥系统和高效蓄热器连通，镍精矿粉干燥系统包含 回转窑干燥炉和用于湿镍精矿上料的上料漏斗，回转窑干燥炉包含原料入口、原料出口、进 气口和出气口，原料入口与上料漏斗连接，原料出口与镍精矿粉喷吹系统连接，位于回转窑 干燥炉与原料出口同一端的进气口与重力除尘器连通，位于回转窑干燥炉另一端的出气口 与机力风冷器连通，高效蓄热器同时与机力风冷器连通，机力风冷器通过布袋除尘器与烟 囱连接。

[0005] 作为优选，所述竖炉包括上壳体、下壳体和顶盖，所述上壳体和下壳体焊接在一 起，顶盖为圆柱形，烟气输出管与顶盖的侧面连通，炉顶氧枪位于顶盖上，炉顶氧枪伸入到 竖炉深度的1/2~2/3处，在竖炉的底部设有出料口和出渣口，出渣口位于出料口的上方。

[0006] 作为优选，所述高效蓄热器包含第一高效蓄热器和第二高效蓄热器，第一高效蓄 热器顶部设有助燃空气入口，重力除尘器与第一高效蓄热器顶端连通，第一高效蓄热器的 上部通过入炉空气输入管与竖炉连通，在第一高效蓄热器的底端通过蓄热器输入管与第二 高效蓄热器的上部连通，第二高效蓄热器的底端与机力风冷器连通。

[0007] 作为优选，所述第二高效蓄热器底部设有透平风机。

[0008] 作为优选，所述布袋除尘器与烟囱之间安装有排烟风机。

[0009] 作为优选，所述原料入口处设有网筛，网筛的孔径不大于3mm。

[0010] 有益效果：本实用新型的一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，在竖炉内产生的 高温烟气同时通入到回转窑和第一高效蓄热器中，在回转窑中用来加热干燥矿粉，在第一 高效蓄热器中通过高效热风炉预热空气，能源利用率高，而且产生的废气通过机力风冷器 和布袋除尘器处理后排出到大气中，利于环境保护。

附图说明

[0011] 图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

[0013] 如图1所示，本实用新型的一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，包括竖炉5、煤 粉喷吹系统1和镍精矿粉喷吹系统2,竖炉5包括上壳体、下壳体和顶盖，上壳体和下壳体焊 接在一起，顶盖为圆柱形，烟气输出管与顶盖的侧面连通，炉顶氧枪3位于顶盖上，炉顶氧 枪3伸入到竖炉5深度的1/2~2/3处，在竖炉5的底部设有出料口和出渣口，出渣口位于 出料口的上方。所述煤粉喷吹系统1通过水冷喷煤粉喷枪4插入到竖炉5内，镍精矿粉喷 吹系统2通过镍精矿粉喷枪6插入到竖炉5内，烟气输出管与重力除尘器7连接，重力除尘 器7通过三通同时与镍精矿粉干燥系统和高效蓄热器连通，镍精矿粉干燥系统包含回转窑 干燥炉9和用于湿镍精矿上料的上料漏斗。回转窑干燥炉9包含原料入口、原料出口、进气 口和出气口，原料入口与上料漏斗连接，原料出口与镍精矿粉喷吹系统2连接，所述原料入 口处设有网筛，网筛的孔径不大于3_，位于回转窑干燥炉9上与原料出口同一端的进气口 与重力除尘器7连通，位于回转窑干燥炉9另一端的出气口与机力风冷器11连通，高效蓄 热器同时与机力风冷器11连通，机力风冷器11通过布袋除尘器12与烟囡14连接，所述布 袋除尘器12与烟囱14之间安装有排烟风机13。

[0014] 在本实用新型中，所述高效蓄热器包含第一高效蓄热器8和第二高效蓄热器15， 第一高效蓄热器8顶部设有助燃空气入口，重力除尘器7与第一高效蓄热器8顶端连通，第 一高效蓄热器8的上部通过入炉空气输入管与竖炉5连通，在第一高效蓄热器8的底端通 过蓄热器输入管与第二高效蓄热器15的上部连通，第二高效蓄热器15的底端与机力风冷 器11连通，第二高效蓄热器15底部设有透平风机10。在竖炉5中产生的烟气通过烟气输 出管进入重力除尘器7中，烟气中的尘埃在重力除尘器7中经过过滤，在重力除尘器7的顶 部通过三通，烟气同时进入到镍精矿粉干燥系统和第一高效蓄热器8中，高温的烟气对回 转窑中的湿镍粉进行干燥，同时一部分的高温烟气在第一高效蓄热器8中与助燃空气入口 中的空气进行燃烧。第一高效蓄热器8和第二高效蓄热器15之间通过两根蓄热器输入管 相连，一根将第一高效蓄热器8中的热气体送入到第二高效蓄热器15中，另一根将由透平 风机10吸入的冷空气送入到第一高效蓄热器8中，然后由入炉空气输入管将经过加热的空 气送入到竖炉5中。

[0015] 镍精矿喷吹冶炼设备由竖炉系统、煤粉喷吹系统1、镍精矿粉喷吹系统2、氧气顶 吹系统、出铁、出渣系统及电气控制系统等组成。辅助设施由镍矿破碎、储存系统、干燥系 统、制煤粉系统、烟气余热回收及热风输送系统、冷却除尘系统、给排水系统、高低压供电系 统及氧气、氮气、压缩空气供应系统等组成.

[0016] 竖炉5是镍铁炉的关键设备，它具有对镍矿粉的加热、还原及熔分的功能，它由竖 炉炉体、水冷炉盖、烟道、检修炉门及观察孔组成。竖炉炉体由下炉壳和上炉壳两部分组成， 下炉壳由30mm钢板焊接而成，竖炉炉型；下部为高炉炉型（炉缸及炉腹）、上部为转炉炉 型，内砌碳砖，在下炉壳设有出铁口和出渣口，上炉壳为水冷挂渣炉壁，在上炉壳设有4支 水冷喷煤粉和2支喷矿粉抢及3个设备检修门，炉底设有排空出铁口及出渣口。竖炉炉盖 由水冷炉盖、水冷烟道组成。水冷炉盖设有1支炉顶氧枪3、2个观察孔及1个电视摄像孔 等。

[0017] 从粉矿仓到竖炉粉矿喷枪之间设施称为镍精矿粉喷吹系统2,它由矿粉储仓、中间 仓、喷粉罐及喷枪等组成。镍矿粉喷吹系统采用高压，串罐式，直接喷吹流程，喷吹介质为氮 气，浓相输送30-40kg e /kgn，竖炉5设有2支水冷矿粉喷枪，2支喷枪布置在竖炉5南北两 侦I按一定度角安装在炉缸上。从煤粉仓到竖炉煤喷枪之间设施称为煤粉喷吹系统1，它由 煤粉储仓、喷粉罐及喷枪等组成。干煤粉仓下设置双罐喷吹系统。热风输送系统主要为喷 煤粉燃烧供应二次热风，热风输送系统由重力除尘器7、热风炉、换向伐及热风喷嘴等组成。

[0018] 炉顶氧枪3安装在竖炉5顶部，设计考虑喷枪口离铁水熔池底部约12m，实际操作 时喷枪口离熔池底部可调，氧纯度约95%，其目的是在炉上部氧化区，由下部产生CO与使 〇 2进行燃烧，所产生炽热火焰通过对流传热给镍矿粉流及铁水。

[0019] 出铁系统由前炉、虹式出铁槽及出铁口开闭器等组成，竖炉5设有一个前炉，采用 虹式出铁槽与前炉相通，其目的是便于铁渣分离和储存铁水，以保持竖炉5的熔池液面高 度，保持竖炉5熔池一定铁水量，确保熔池热反应的进行，为保证铁水温度及镍的含量，在 前炉上方可设置一个氧气喷嘴。

[0020] 出渣系统由流渣槽及水喷嘴组成，炉渣通过2个出渣孔间歇式排出，经流渣槽冲 成水渣。镍铁喷吹竖炉5配有先进的自动化监控系统，对还原及熔分过程进行检测以实现 最佳化的工艺操作。

[0021] 还原原理，本设计镍铁竖炉5,从定义上讲可分为二部分，即上部为氧化区，下部为 熔融、还原区。在熔融、还原区即1450°C以上高温炉渣区，熔池中自由碳与氧进行燃烧，熔解 在铁液中碳又同炽热的镍、铁的氧化物（NiO、FeO)反应，结合生成镍、铁元素和CO,并产生 下列反应。 ------ ▲-一 一一 ▲ - ~…厶'

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[0028] 在上部区从顶部喷射氧气和自身产生CO和H2进行氧化燃烧并进行下列放热反 应，即：

[0031] 在铁水熔池中反应（1) (3) (5)产生的CO与煤中挥发分解产生的H2和喷吹物料载 体的N2形成混合煤气，在上部氧化区与0 2燃烧产生放热反应，所产生炽热火焰通过对流传 热、传给连续喷吹下料的还原铁流，煤粉喷吹燃烧所产生煤气及热能，又强烈逸出和上升又 加热液态渣、铁并形成了混合"涌泉"。上部氧化放热反应所产生的热能，又通过传导和辐射 提高了渣铁混合"涌泉"的温度，连续喷入镍精矿粉在喷入到"涌泉"中后即刻熔化，并在"涌 泉"中得到充分还原、与此同时熔池中渣、铁又进行渣、铁分离，比重较大镍铁水沉积在熔池 底部及前炉等待出铁，而较轻的炉渣沉浮在熔池上面等待出渣。

[0032] 喷吹竖炉冶炼镍铁是在高温条件下，以C(或Si)作还原剂，对氧化镍矿中的NiO 及其他氧化物（如FeO)进行还原而得。同时采用选择性还原工艺，合理使用还原剂，按还 原顺序NiO、FeO、Cr 203、Si02进行还原反应。因不同产地的镍矿成分不同，NiO及各种氧化 物之间组成的化合物也有所不同，因而，在镍铁冶炼过程中，其实际反应较复杂。反应生成 的Ni和Fe能在不同比例下互溶，生成镍铁。从上述（3)、（5)反应式中可看出：NiO、FeO还 原反应开始温度较低，而且，NiO的开始反应温度比FeO约低200°C，因而在喷吹竖炉冶炼镍 铁过程中，尽管所采用的镍矿NiO含量较低，但NiO中的90 %以上的Ni被还原，即是在Ni/ Fe很低的情况下，也可通过不同的工艺操作，如调整合适配碳量、气氛及温度等，使产品含 Ni量提高到较高水平。

[0033] 本实用新型的镍铁生产工艺流程是：红土镍矿一粗破、筛分一低温干燥一与还原 煤、石灰石混合一回转窑脱水、预还原一粗破筛分一喷粉罐喷吹一镍铁竖炉5 -镍铁合金 -铸锭或转炉脱铁纯化一用户。

[0034] 镍铁喷吹竖炉5所用原料为红土镍矿、还原煤及石灰石。红土镍矿含镍量仅1. 6% 左右，含水35%，经粗破后镍矿经圆筒烘干窑进行烘干，烘干后的物料水分由35%降至 18%左右、粒度约为50mm。烘干以后红土镍矿再进行破碎、筛粉，其粒度小于3mm。然后与 经破碎和筛粉后的还原煤及石灰石（粒度小于3_)进行混合，并进入高温回转窑进一步干 燥及预还原，要求回转窑温度达到800-1000°C。经烘干还原后的混合料含水小于2%，镍矿 预还率20 %。再经破碎、筛粉后其粒度小于3_，合格的混合料经风动输送装置，输送到2 个50m3矿粉仓储存。

[0035] 为停、开炉方便，希望镍铁车间配备1台20t中频化铁炉，将1450°C的铁水倾入熔 分炉内（或者对有焦炭地区，也可以采用焦炭烘炉并作底焦加热），当煤粉喷入及矿粉喷入 时即可以开始进入冶炼。竖炉5生产率与矿粉喷入量、混合料的温度及金属化率，煤粉喷入 量、氧气喷入率等有关，可以通过它们来调节，也可以采用喷入少量煤和鼓入少量热风的方 式停止熔炼，进行保温操作，由于镍铁冶炼渣量比较大，为了使铁渣更好分离，维持熔池一 定铁液高度，设计考虑设置一个前炉作为铁水排出装置，竖炉5底与立式前炉有通道联通， 以等液面平衡高液位溢出方式从前炉上口排出铁水，前炉铁水溢出口直径约为200mm，通道 长度约2m，前炉和流铁沟内衬为浇注型高铝耐火材料。

[0036] 熔分炉配备出铁开孔机和泥炮等炉前设备，对于年产5万t镍铁炉而言，每天大约 出铁12次，每次出铁约12t，正常生产时配置1个15t铁水罐，通过流铁槽流入15t铁水罐 内，然后通过电动铁水罐车运入转炉吹铁纯化，以提高镍铁水含Ni量。炉渣通过另外设置 的出渣孔间歇式排出，通过流渣槽冲成水渣，在沉淀池内炉渣通过吊车抓斗装入翻斗汽车 并运往用户，冲水渣水经沉淀后流入畜水池并通过水泵再循环使用。镍铁喷吹竖炉5铁水 成分见表1，炉澄成份见表2。

[0037] 表1铁水成分及温度表

[0038]

[0039] 表2炉渣成份表

[0040]

[0041] 匕上所述ik是本实用k型的优选i施方式，应当指i :对于i技术领^的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1. 一种采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：包括竖炉、煤粉喷吹系统和镍 精矿粉喷吹系统，所述煤粉喷吹系统通过水冷喷煤粉喷枪插入到竖炉内，镍精矿粉喷吹系 统通过镍精矿粉喷枪插入到竖炉内，在竖炉顶部设有喷入氧气的炉顶氧枪，所述竖炉顶部 的侧面设有烟气输出管，烟气输出管与重力除尘器连接，重力除尘器通过三通同时与镍精 矿粉干燥系统和高效蓄热器连通，镍精矿粉干燥系统包含回转窑干燥炉和用于湿镍精矿上 料的上料漏斗，回转窑干燥炉包含原料入口、原料出口、进气口和出气口，原料入口与上料 漏斗连接，原料出口与镍精矿粉喷吹系统连接，位于回转窑干燥炉上与原料出口同一端的 进气口与重力除尘器连通，位于回转窑干燥炉另一端的出气口与机力风冷器连通，高效蓄 热器同时与机力风冷器连通，机力风冷器通过布袋除尘器与烟囡连接。

2. 根据权利要求1所述的采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：所述竖炉包 括上壳体、下壳体和顶盖，所述上壳体和下壳体焊接在一起，顶盖为圆柱形，烟气输出管与 顶盖的侧面连通，炉顶氧枪位于顶盖上，炉顶氧枪伸入到竖炉深度的1/2~2/3处，在竖炉 的底部设有出料口和出渣口，出渣口位于出料口的上方。

3. 根据权利要求2所述的采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：所述高效蓄 热器包含第一高效蓄热器和第二高效蓄热器，第一高效蓄热器顶部设有助燃空气入口，重 力除尘器与第一高效蓄热器顶端连通，第一高效蓄热器的上部通过入炉空气输入管与竖炉 连通，在第一高效蓄热器的底端通过蓄热器输入管与第二高效蓄热器的上部连通，第二高 效蓄热器的底端与机力风冷器连通。

4. 根据权利要求3所述的采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：所述第二高 效蓄热器底部设有透平风机。

5. 根据权利要求4所述的采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：所述布袋除 尘器与烟囱之间安装有排烟风机。

6. 根据权利要求5所述的采用喷吹竖炉生产镍铁水的装置，其特征在于：所述原料入 口处设有网筛，网筛的孔径不大于3_。