CN210528961U - 镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，包括熔融还原池，所述熔融还原池上设有还原池保温盖，所述熔融还原池位于支撑基座上，所述保温盖上安装有空压机、压缩空气喷射加料器及还原料料斗，所述还原料料斗底部通过管道与空压机、压缩空气喷射加料器连接；所述熔融还原池前端侧壁上部设有流渣渠，所述熔融还原池后端侧壁下部设有出渣口，位于熔融还原池内后端底面设有铁水出口。本实用新型设计合理，具有很好的实际应用价值。

Description

镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备

技术领域

本实用新型涉及镍铁冶炼技术领域，具体为一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备。

背景技术

近年来，我国利用干燥窑、回转窑、高功率矿热炉三步法，将红土镍铁矿还原成含镍12~14%的镍铁，该法工艺简练，效益明显，民用不锈钢市场需求很旺，镍铁生产线发展很快。

据统计资料，我国镍铁年产量已高达2500多万吨。产1吨镍铁副产1450℃左右的熔融态镍铁渣约5~6吨，全国年产生熔融态镍铁渣1.35亿吨。多数厂家生产工艺是，每3小时排一次渣，每次排渣量约100吨，有的厂家直接用水淬冷却渣，有的厂家先流入渣罐，运到僻静处翻罐倒出液态渣自然冷却或洒水强制冷却。

为了提高镍铁中镍含量，采用焦炭粉做还原剂，少配碳实现选择性还原，导致排放的液态镍铁渣中含有TFe 6~7%的FeO，即1吨镍铁渣含有约65kg铁，全国一年倒掉的镍铁渣含铁量为877.5万吨。其实，镍铁渣中的FeO是1450℃的熔融态，只需往熔融态渣中加入相当于氧化铁量21.4%的还原剂碳（焦粉、无烟煤、电煤等），即可轻松从镍铁渣中还原出铁。这种炼铁法简单易行，成本极低，效益极高。

发明内容

本实用新型针对熔融态镍铁渣重新利用的问题，提供一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，包括熔融还原池，所述熔融还原池上设有还原池保温盖，所述熔融还原池位于支撑基座上，所述保温盖上安装有空压机、压缩空气喷射加料器及还原料料斗，所述还原料料斗底部通过管道与空压机、压缩空气喷射加料器连接；所述熔融还原池前端侧壁上部设有流渣渠，所述熔融还原池后端侧壁下部设有出渣口，位于熔融还原池内后端底面设有铁水出口。

使用时，在矿热炉出渣口下部建设一个或N个储渣池（熔融还原池），储渣池既要耐高温又要防渣腐蚀还要保温，必须要能容纳下矿热炉一次出渣量。储渣池上部有可移动的保温盖，防止散热降温严重，影响还原铁吸热反应持续进行。储渣池入渣口与矿热炉出渣速度匹配（约1小时出渣约100吨），储渣池的出渣口减小，确保与矿热炉出渣周期匹配（约3小时出完渣，留出空池准备容纳下次出渣）。还原铁后的渣铁液流入水淬池冷淬凝固，并利用磁选皮带机将固态渣中不定型碎铁分离。也可以在储渣池出渣口前设计一个低洼的局部，出渣口高于低洼处，利用低洼处使还原出的铁液沉底（铁液比重远大于渣液）聚集，在低洼处最底部设出铁口，平时用耐火泥堵住，定时桶开出铁口流出铁水，直接流到铸铁机上生产面包铁块。

本实用新型设计合理，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示两个熔融还原池（即熔融还原镍铁池和熔融还原纯铁池）串联后示意图。

图2表示单个熔融还原池侧视图。

图3表示一用一备两个熔融还原池并列设置正视图。

图4表示熔融还原镍铁池后端放大示意图。

图5表示熔融还原纯铁池后端放大示意图。

图中：1-冶炼镍铁矿热炉出渣口，2-（流往储渣池）流渣渠，3-熔融还原镍铁池，4-第一控流出渣口，5-熔融还原纯铁池，6-第二控流出渣口，7-流往水淬或余热回收流渣渠，8-还原纯铁池保温盖，9-还原镍铁池保温盖，10a-耐高温烟气空气管A，10b-耐高温烟气空气管B，11a-（陶瓷）蓄热体A，11b-（陶瓷）蓄热体B，12a-换向阀A，12b-换向阀B，13-压缩空气喷射加料器，14-引风机，15-鼓风机，16-镍铁水出铁口，17-纯铁水出铁口，18a-单梁行车A，18b-单梁行车B，19a-提升机A，19b-提升机B，20a-还原料料斗A，20b-还原料料斗B，21a-左侧还原料储料箱（每个熔融还原池设置2个），21b-右侧还原料储料箱（每个熔融还原池设置2个），22-防雨棚，23-支撑基座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，包括一个或者多个串联的熔融还原池。

首先说明单个熔融还原池（储渣池）结构，如下：熔融还原池上设有还原池保温盖，熔融还原池位于支撑基座上，保温盖上安装有空压机、压缩空气喷射加料器及还原料料斗等还原辅助设备，还原料料斗底部通过管道与空压机、压缩空气喷射加料器连接；熔融还原池前端侧壁上部设有流渣渠，熔融还原池后端侧壁下部设有出渣口，位于熔融还原池内后端底面设有铁水出口。

具体实施时，熔融还原池内底面呈前高后低的斜面，便于熔融渣向后流动。

熔融还原池下方的支撑基座23的支柱、横梁、副梁均为钢结构焊接（也可用钢筋混凝土浇注）；每个储渣还原池外底部及四周立边均用钢板焊接并用槽钢加固。熔融还原池由里向外采用三层耐火材料砌筑而成，分别为：最内层用抗镍铁渣腐蚀的耐火材料（如镁锆耐火砖砌筑），中间层用保温隔热具有相当强度耐火材料（如莫来石轻质砖砌筑），最外层用可分散压力保温隔热的廉价耐火材料（如镍铁碎粒渣垫层）。这种结构既经济，可承重，又可耐熔融渣腐蚀，也可保温隔热。

还原镍铁或还原纯铁（C、Si、Mn等杂质含量极少），其还原主要工艺设备都一样，主要集中安放在保温盖上部，包括图中未显示的空压机、鼓风机、引风机、循环冷却水系统及压缩空气喷射加料器、耐高温烟气管、陶瓷蓄热体、换向阀等都安装在保温盖上部。

如图1所示，还原池保温盖上前端和后端分别设有耐高温烟气空气管A 10a和耐高温烟气空气管B 10b，耐高温烟气空气管A 10a与蓄热体A 11a连接，耐高温烟气空气管B10b与蓄热体B 11b连接，蓄热体A 11a与换向阀A 12a连接，蓄热体B 11b与换向阀B 12b连接，换向阀A 12a和换向阀B 12b的烟气口通过烟气管连接引风机 14，换向阀A 12a和换向阀B 12b的空气口通过空气管连接鼓风机15。工作时，换向阀A 12a阀板下到位（打开空气口，封闭烟气口），换向阀B 12b阀板上到位（封闭空气口，打开烟气口），鼓风机驱动空气进入换向阀A 12a，穿过蓄热体A 11a，通过耐热烟气空气管A 10a，进入还原系统与可燃气（CO等挥发份）燃烧放热；烟气被引风机抽吸，通过耐热烟气空气管B 10b，穿过蓄热体B 11b（烟气将大部分携带显热留给蓄热体），进入换向阀B 12b阀腔，向下进入烟气管连接引风机，最后进入烟气脱硫脱硝处理系统（图中未显示）；几十秒后自动换位，换向阀B 12b成了空气进入通道，换向阀A 12a换成抽吸烟气通道，先前高温烟气留给蓄热体B 11b的热量传热给鼓风机来的空气，空气升温（经验数据可达500℃），热空气将高温烟气带走的大部分热量又带回到系统，可有效提高系统内燃烧温度，更多补偿系统散热、吸热、反应热，维持还原铁反应持续进行。

如图2所示，保温盖上安装两组压缩空气喷射加料器，每组的数量为2个，在左右每组的2个压缩空气喷射加料器中间，都安放1个还原料料斗，分别为还原料斗A 20a和还原料斗B 20b。料斗的锥形底部用管道与空压机连接，并与相邻2个压缩空气喷射加料器的中心管连接；需要说明的是，为了均匀布撒还原料，压缩空气喷射加料器中心喷射管是旋转的，压缩空气喷射加料器的安装个数，需根据储渣池面积及每个压缩空气喷射加料器的加料覆盖面而定。之所以一定要用压缩空气喷射加还原料，一为防止烟气带走料中细粒，有了加速度的细粒不会随烟气流漂移；二为还原料冲入熔融渣深度位，增加与渣液接触机会，副产的CO气泡起到深沉搅动作用；三为喷射飞溅熔融渣，增加熔融渣吸热面积和吸热时间。

实际应用时，不管采用单级或N级串联（理论上可N个熔融还原池串联），最好采用一用一备设置，位于同级的熔融还原池共用一个还原池保温盖。还原池保温盖由2台单梁行车升降移动，当一侧的熔融还原池需要检修时，单梁行车同时吊起保温盖移盖到另一侧的熔融还原池，另一侧的熔融还原池工作，则一侧的熔融还原池冷却后检修修补备用。

下面以两级熔融还原池串联为例进行说明。

如图1所示，两组熔融还原池串联设置，采用2×2布局，位于同侧的两个熔融还原池串联设置；位于前部的熔融还原池作为熔融还原镍铁池3，位于后部的熔融还原池作为熔融还原纯铁池5，熔融还原镍铁池3上设有还原镍铁池保温盖9，熔融还原纯铁池5上设有还原纯铁池保温盖8，位于前部的两个熔融还原镍铁池3共用一个还原镍铁池保温盖9，位于后部的两个熔融还原纯铁池5共用一个还原纯铁池保温盖8。熔融还原镍铁池3前端的流渣渠2与冶炼镍铁矿热炉出渣口1连接，熔融还原镍铁池3后端侧壁下部和熔融还原纯铁池5前端侧壁下部共同形成有第一控流出渣口4，如图4所示，第一控流出渣口4为前大后小的形状，注意：第一控流出渣口4距离熔融还原镍铁池3后端底面一定高度，便于镍铁水存储于熔融还原镍铁池3底部，位于熔融还原镍铁池3内后端底面的铁水出口作为镍铁水出铁口16。熔融还原纯铁池5后端侧壁下部的出渣口作为第二控流出渣口6，如图5所示，第二控流出渣口6也为前大后小的形状，注意：第二控流出渣口6距离熔融还原纯铁池5后端底面一定高度，便于纯铁水存储于熔融还原纯铁池5底部，位于熔融还原纯铁池5内后端底面的铁水出口作为纯铁水出铁口17，第二控流出渣口6连接流往水淬或余热回收流渣渠7。实际工作是，冶炼镍铁矿热炉出渣口1由镍铁厂负责开、堵管理，一般每3小时打开，连续流渣约1小时后堵口，其口径约φ80mm，1小时流出液渣约100吨；熔融还原镍铁池3入口是长开的，口径较大，确保流渣畅通无阻，并要求方便清理因飞溅或冷凝在表面的结渣层块，其开口位置接近储渣池上沿；第一控流出渣口4是连通熔融还原镍铁池3和熔融还原纯铁池5的长开的控制流速流渣孔，其主要功能是控制前后两个储渣池的流速，确保熔融还原镍铁池3大于2小时以上有渣液，保证熔融渣还原镍铁有充足的时间，而且要保证熔融还原纯铁池5及时布满熔融渣，参照镍铁厂出渣口径理论上其口径（指小端口径）为φ56mm；第二控流出渣口6主要功能是进一步控制离开熔融还原纯铁池5液渣的流速，确保熔融还原纯铁池5约3小时内有液渣，保证残留渣中FeO基本彻底还原成铁，参照镍铁厂出渣口径理论上其口径（指小端口径）为φ48mm；镍铁水出铁口16在每个还原周期内（约2~2.5小时），该口用耐火泥堵塞，在还原周期结束前，捅开口，流出镍铁液，然后再用耐火泥堵上，其口径要与铸铁机能力匹配；纯铁水出铁口17的操作要求类似镍铁水出铁口16。

如图2、3所示，还原镍铁池保温盖9上方和还原纯铁池保温盖8上方均设有单梁行车，而且每个还原池保温盖上方平行设置单梁行车A 18a和单梁行车B 18b，共同提升保温盖。

还原镍铁池保温盖9和还原纯铁池保温盖8旁均设有提升机，而且位于每个保温盖上的每个还原料料斗旁均设置一台提升机，分别为提升机A 19a和提升机B 19b；每个熔融还原池（熔融还原镍铁池3和熔融还原纯铁池5）两侧均设有两个还原料储料箱，分别为左侧还原料储料箱21a和右侧还原料储料箱21b。还原料料斗A 20a和还原料料斗B 20b内的还原料，分别由对应的提升机A 19a和提升机B 19b，从地面上安装的左侧还原料储料箱21a或右侧还原料储料箱21b提升起滑落供给。

为了效益的更大化，本实施例至少由2个储渣池串联方式（也可只建1个储渣池，只还原渣中残留铁），熔融还原镍铁池（作为第一个储渣池）加入红土矿与焦粉或无烟煤面的混合料压块，控制配碳比，选择性还原，将红土矿中NiO尽可能还原彻底，而红土矿中Fe₂O₃尽可能少还原，提高镍铁含镍比（含镍越高售价越高），还原出的镍铁液下沉于第一储渣池出渣口前的低洼处，定时排出，决不允许镍铁液面超过出渣口（第一控流出渣口），随渣流到熔融还原纯铁池（作为第二储渣池）；在第二储渣池，主要还原渣中残留的约10%的FeO（TFe 6~7%），只需加入FeO重量的21.4%碳还原剂即可。在第二个储渣池中还原反应副产CO气体，CO气体上浮从渣液中溢出，促使渣液形成沸腾状态，有利于反应物和产物扩散，不仅加快还原反应，而且可使还原反应充分。CO气体溢出渣液和鼓入的空气燃烧放热，一部分燃烧热通过辐射传热给渣液，一部分燃烧热通过对流传热给渣液，特别是传热给沸腾飞溅起的渣液，渣液吸热后补偿了红土矿和焦粉或铁矿和煤面升温熔化吸热、还原反应吸热及系统散热，只需掌握好加碳量及煤种（比如挥发份适当高的煤对系统热能贡献大），就可保持渣温不降反升，这样就可以在加煤的同时，配加一部分铁矿粉或转炉灰作为冷却剂，顺便可以还原出更多的铁。

具体操作步骤案例如下：

（1）、镍铁厂打开矿热炉出渣口开始出渣。

（2）、启动提升机，往还原料料斗内送料，熔融还原镍铁池对应还原料，是红土镍铁矿与焦粉或无烟煤搅拌均匀的烘干压块，控制配碳比（如：红土矿100：焦粉8）选择性还原；熔融还原纯铁池对应还原料，部分铁矿粉或转炉灰（TFe 50%）与一定挥发份的低硫烟煤搅拌均匀的烘干压块及纯煤面（2~5mm颗粒最佳，防止被烟气带走），配煤比及煤种选择需根据热平衡及还原反应耗碳当量计算而定。

（3）、启动空压机及熔融还原镍铁池所有压缩空气喷射加料器，往渣池内旋转喷射红土镍铁矿与焦粉干压块还原料，还原料被渣加热到一定温度开始还原反应（理论上，400℃下NiO开始还原，600℃下FeO开始还原，850℃下Fe₂O₃开始还原）；然后启动引风机、鼓风机，在渣池上部空间燃烧还原反应副产的CO放热。

（4）、紧接着按照步骤（3）的程序启动熔融还原纯铁池相关设备，往熔融还原纯铁池喷射的还原料配碳是有一定挥发份的低硫煤非焦炭粉或无烟煤，其目的一是降低成本（煤比焦粉便宜），其目的二是提高发热量，此时系统内燃烧的可燃气体除还原铁副产的CO，还有煤旳挥发份（主要为CH₄等），可为延长液渣不降温停留时间，彻底还原残留渣中FeO，提供能量保证。

特别要说明的，熔融还原镍铁池和熔融还原纯铁池的还原反应系统内，都对称安装有换热设备。在还原反应期间，换热设备功能是自动交替换位的。利用蓄热体及换向阀交替运行，将烟气余热留给蓄热体，并传热给鼓入的空气，空气温度可以达到500℃，热空气与煤气燃烧温度更高，更有利于系统保温、升温，可以加入更多的铁矿冷却剂，得到更多还原铁。

（5）、当熔融还原镍铁池内渣液几乎流净时，还原反应基本结束，烟气管道上的氧化锆传感器显示烟气中O₂含量骤增，同时热电偶显示烟气温度骤降，自控系统自动停止所有相关设备运行，等待下一个循环。

（6）、接近3小时，熔融还原纯铁池会重复熔融还原镍铁池上述步骤（5）的自动操作。

（7）、当熔融还原池运行设备自动停止后，储渣池内剩余的主要是沉积在低洼处的镍铁液或纯铁液，分别捅开镍铁水出铁口和纯铁水出铁口，启动铸铁机（图中未显示），放出铁液铸成面包铁成品，然后堵上出铁口，等待下一个循环。最好是利用已发明的熔融渣余热回收发电技术，将液渣流入余热回收器，进而产蒸汽，推动汽轮发电机发电（目前该技术正在江苏扬州一川镍业试行），回收余热后的固态渣铁混合物，再磁选分离出铁块。注意，出渣口下方的低洼区容积设计须大于等于还原铁液的体积（按7.5吨/m³折算）。

（8）、发现控渣口（第一控流出渣口和第二控流出渣口）被流渣冲刷变大，控制液渣停留时间远小于预定，就要将保温盖（还原纯铁池保温盖和还原镍铁池保温盖）及其上部所有设备，用单梁行车A、单梁行车B吊起移位到备用熔融还原池，继续生产，等刚刚使用完毕的熔融还原池冷却后，用特制耐火泥缩孔修复，顺便检查池底、池墙有无腐蚀，一并修复后备用。

本实用新型具有如下优点：

1、拓展了镍铁生产的补充新方法（不耗电只耗煤）。

2、以极低成本回收提取出镍铁渣中残留的铁（用350公斤工业煤就可换来1吨铁），同时减量10%排放镍铁渣。

3、为改进现行矿热炉生产镍铁工艺技术（吨镍铁耗电3500~4500KWH/吨，耗焦粉500Kg/吨），探索节省电耗降低成本的新思路（用副产CO、挥发份燃烧热代替同等当量的电能）。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本实用新型的权利要求保护范围中。

Claims (10)

1.一种镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：包括熔融还原池，所述熔融还原池上设有还原池保温盖，所述熔融还原池位于支撑基座上，所述保温盖上安装有空压机、压缩空气喷射加料器及还原料料斗，所述还原料料斗底部通过管道与空压机、压缩空气喷射加料器连接；所述熔融还原池前端侧壁上部设有流渣渠，所述熔融还原池后端侧壁下部设有出渣口，位于熔融还原池内后端底面设有铁水出口。

2.根据权利要求1所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：所述熔融还原池由里向外采用3层耐火材料砌筑而成，分别为：最内层采用抗镍铁渣腐蚀的耐火材料，中间层采用保温隔热耐火材料，最外层采用可分散压力保温隔热耐火材料。

3.根据权利要求2所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：所述熔融还原池内底面呈前高后低的斜面。

4.根据权利要求3所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：所述还原池保温盖上前端和后端分别设有耐高温烟气空气管A（10a）和耐高温烟气空气管B（10b），所述耐高温烟气空气管A（10a）与蓄热体A（11a）连接，所述耐高温烟气空气管B（10b）与蓄热体B（11b）连接，所述蓄热体A（11a）与换向阀A（12a）连接，所述蓄热体B（11b）与换向阀B（12b）连接，所述换向阀A（12a）和换向阀B（12b）的烟气口通过烟气管连接引风机（14），所述换向阀A（12a）和换向阀B（12b）的空气口通过空气管连接鼓风机（15）。

5.根据权利要求4所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：所述保温盖上安装两组压缩空气喷射加料器，每组的数量为2个，每组压缩空气喷射加料器配备一个还原料料斗，分别为还原料斗A（20a）和还原料斗B（20b）。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：两个熔融还原池串联设置，位于前部的熔融还原池作为熔融还原镍铁池（3），位于后部的熔融还原池作为熔融还原纯铁池（5），所述熔融还原镍铁池（3）上设有还原镍铁池保温盖（9），所述熔融还原纯铁池（5）上设有还原纯铁池保温盖（8），所述熔融还原镍铁池（3）前端的流渣渠（2）与冶炼镍铁矿热炉出渣口（1）连接，所述熔融还原镍铁池（3）后端侧壁下部和熔融还原纯铁池（5）前端侧壁下部共同形成有第一控流出渣口（4），所述熔融还原纯铁池（5）后端侧壁下部的出渣口作为第二控流出渣口（6）；位于熔融还原镍铁池（3）内后端底面的铁水出口作为镍铁水出铁口（16），位于熔融还原纯铁池（5）内后端底面的铁水出口作为纯铁水出铁口（17）。

7.根据权利要求6所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：四个熔融还原池采用2×2布局，位于同侧的两个熔融还原池串联设置；位于前部的两个熔融还原镍铁池（3）共用一个还原镍铁池保温盖（9），位于后部的两个熔融还原纯铁池（5）共用一个还原纯铁池保温盖（8）。

8.根据权利要求7所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：还原镍铁池保温盖（9）上方和还原纯铁池保温盖（8）上方均设有单梁行车。

9.根据权利要求8所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：所述还原镍铁池保温盖（9）和还原纯铁池保温盖（8）旁均设有提升机；所述熔融还原镍铁池（3）和熔融还原纯铁池（5）旁边均设有还原料储料箱。

10.根据权利要求2所述的镍铁渣熔融还原炼镍铁及还原炼铁设备，其特征在于：最内层采用镁锆耐火砖，中间层采用莫来石轻质砖，最外层采用镍铁碎粒渣垫层。

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