CN211689185U

CN211689185U - 顶吹炼镍的装置

Info

Publication number: CN211689185U
Application number: CN201921713594.5U
Authority: CN
Inventors: 陆金忠; 李晓霞; 刘恺; 李海春; 吴玲; 李建辉; 孙晓峰; 潘璐; 赵永成; 吴金财; 尉克俭; 李东波; 黎敏; 曹珂菲; 王健龙; 王琛; 李鸿飞
Original assignee: China ENFI Engineering Corp
Current assignee: China ENFI Engineering Corp
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2029-10-12

Abstract

本实用新型公开了一种顶吹炼镍的装置，该装置包括：炉体，炉体由侧墙、端墙、炉底和炉顶组成，炉顶中部设有伸入炉体内部的隔墙，隔墙将炉体分隔成相连通的熔炼区和贫化区，其中，熔炼区的炉顶上设有熔炼物料入口、喷枪口和熔炼烟气出口，熔炼区的侧墙上部设有二次风口，熔炼区的靠近炉底的端墙上设有低镍锍出口；贫化区的炉顶上设有贫化物料入口、电极孔和贫化烟气出口，贫化区的端墙上部设有贫化渣出口；喷枪，喷枪通过喷枪口伸入至熔炼区内部；电极，电极通过电极孔伸入至贫化区内部。该装置克服了闪速熔炼原料适应性差的问题，解决了现有熔池熔炼工艺流程长的问题，且对事故应变能力强，可以实现连续进料及间断排放，提高熔炼渣的贫化效果。

Description

顶吹炼镍的装置

技术领域

本实用新型属于镍冶炼技术领域，具体而言，本实用新型涉及顶吹炼镍的装置。

背景技术

目前国内外使用的较先进的镍冶炼工艺有：闪速熔炼、顶吹熔炼、侧吹熔炼。其中：

闪速熔炼属于悬浮熔炼工艺，其工艺流程包括：镍精矿、熔剂配料-干燥-炉顶配料-精矿喷嘴喷入反应塔-闪速熔炼-产低镍锍和弃渣。该工艺对入炉物料粒度、水分、成分及其稳定性均有严格要求，如若使用石英石做熔剂，石英石需细磨后与干精矿配料，且闪速熔炼要求入炉物料必须是干燥的粉料，且对物料成分及稳定性要求较高，对原料适应性差，尤其是对物料中MgO含量要求严格，工艺流程长，操作复杂。

顶吹熔炼(包括Ausmelt和ISA两种顶吹工艺)属熔池熔炼工艺，其工艺流程包括：镍精矿、熔剂等配料-制粒-炉顶移动加料机加入炉内-顶吹熔炼-电炉贫化-产低镍锍和弃渣。该工艺的原料需制粒后入炉，要求入炉物料粒度5-25mm，对物料成分及其稳定性的要求较闪速熔炼宽泛，且需在炉外设电炉贫化熔炼渣，工艺流程长、能耗高；同时顶吹熔炼是单枪作业，喷枪更换时需停风保温，因此熔炼作业率低，并且熔炼喷枪单枪插入渣层，寿命短。且单枪操作，鼓风量大，熔池搅动强烈，喷溅大，故所需炉膛高度高，喷枪长，厂房高度随之增大，投资高。

侧吹熔炼也属熔池熔炼工艺，其工艺流程包括：镍精矿、熔剂等配料-炉顶移动加料机加料入炉内-侧吹熔炼-电炉贫化-产低镍锍和弃渣。该工艺要求物料粒度≤25mm，对物料成分及其稳定性要求较闪速熔炼宽泛。两侧喷枪埋入渣层，需设事故供风系统，并在事故停风时需对两侧喷枪进行快速堵口作业，工人劳动强度大。需在炉外设电炉贫化熔炼渣，工艺流程长、能耗高；对渣液面波动要求较高，渣一般需连续排放；熔炼渣经流槽流入电炉进行贫化，流槽散热导致能耗增加，且增加二次搅动，对渣和镍锍的沉降不利。

因此，现有镍冶炼工艺有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种顶吹炼镍的装置。该装置既克服了闪速熔炼原料适应性差的问题，又解决了现有熔池熔炼工艺流程长、能耗高的问题，且对事故应变能力强，可以实现连续进料及间断排放，延长熔炼渣在炉体内的停留时间，提高熔炼渣的贫化效果。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种顶吹炼镍的装置，根据本实用新型的实施例，该装置包括：

炉体，所述炉体由侧墙、端墙、炉底和炉顶组成，且在所述炉顶中部设有伸入所述炉体内部的隔墙，所述隔墙将所述炉体分隔成相连通的熔炼区和贫化区，其中，

所述熔炼区的所述炉顶上设有熔炼物料入口、喷枪口和熔炼烟气出口，所述熔炼区的所述侧墙上部设有二次风口，所述熔炼区的靠近所述炉底的所述端墙上设有低镍锍出口；

所述贫化区的所述炉顶上设有贫化物料入口、电极孔和贫化烟气出口，所述贫化区的所述端墙上部设有贫化渣出口；

喷枪，所述喷枪通过所述喷枪口伸入至所述熔炼区内部；

电极，所述电极通过所述电极孔伸入至所述贫化区内部。

根据本实用新型实施例的顶吹炼镍的装置，该装置炉体内设有熔炼区和贫化区两部分，采用该装置进行镍熔炼，熔炼区产生的熔炼渣可经过隔墙进入贫化区，在第二还原剂的作用下进一步还原，熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁被还原，所得的贫化渣可直接作为废弃渣，即熔炼和渣贫化可在一套装置内完成，不需要设置单独的电炉对熔炼渣进行贫化，不需要通过流槽转运，从而避免了流槽转运过程中熔炼渣降温的问题，有利于节约能耗，降低投资，且缩短了工艺流程，同时也减少了对渣的二次搅动，有利于镍锍的沉降分离。进一步的，喷枪是通过炉顶的喷枪口伸入至熔炼区的，使得喷枪可灵活升降以适应炉体内液面的变化，当生产出现故障时，只需将喷枪提出炉体即可，不需要堵口作业，操作便捷。由此，该装置既克服了闪速熔炼原料适应性差的问题，又解决了现有熔池熔炼工艺流程长、能耗高的问题，且对事故应变能力强，可以实现连续进料及间断排放，延长熔炼渣在炉体内的停留时间，提高熔炼渣的贫化效果。

另外，根据本实用新型上述实施例的顶吹炼镍的装置还可以具有如下附加的技术特征：

任选的，包括多个所述喷枪口和多个所述喷枪。

任选的，所述喷枪伸入至所述熔炼区内部且与所述熔炼区内的物料具有距离。

任选的，多个所述喷枪口围绕所述熔炼物料入口设置。

任选的，所述贫化烟气出口与所述二次风口相连。

任选的，上述顶吹炼镍的装置进一步包括：多个侧吹喷枪口和多个侧吹喷枪，多个所述侧吹喷枪口设于所述贫化区的所述侧墙上部，且所述侧吹喷枪通过所述侧吹喷枪口伸入至所述贫化区内部并埋入所述贫化区内的物料中。

任选的，包括多个所述电极孔和多个所述电极。

任选的，所述侧墙和所述端墙为水套-耐火砖结构。

任选的，所述炉顶为水套-浇铸料结构。

任选的，所述炉底为钢板-耐火砖结构。

任选的，所述隔墙和所述低镍锍出口为铜水套结构。

任选的，所述贫化物料入口为钢水套结构。

任选的，所述炉体为电热方形炉体。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的顶吹炼镍的装置结构前视图；

图2是根据本实用新型再一个实施例的顶吹炼镍的装置结构俯视图；

图3是根据本实用新型又一个实施例的顶吹炼镍的装置结构前视图；

图4是根据本实用新型一个实施例的采用顶吹炼镍的装置实施顶吹炼镍的方法流程示意图；

图5是根据本实用新型再一个实施例的采用顶吹炼镍的装置实施顶吹炼镍的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种顶吹炼镍的装置，根据本实用新型的实施例，参考图1和2，该装置包括：炉体100、喷枪200和电极300。

根据本实用新型的实施例，炉体100由侧墙110、端墙120、炉底130和炉顶140组成，具体的，参考图1和2，包括前后两面侧墙110、左右两面端墙120、一炉底130和一炉顶 140，优选的，炉体100为电热方形炉体，进一步优选的，炉体100为电热方形窄长形炉体。发明人发现，该类型炉体中低温死角少，MgO在炉壁上的粘接会减少，且采用该类型炉体对高MgO原料适应能力强。需要说明的是，炉体100中侧墙110、端墙120、炉底130和炉顶140的材质结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如侧墙110和端墙120可以为水套-耐火砖结构，炉底130可以为钢板-耐火砖结构，炉顶140 可以为水套-浇铸料结构。在炉顶140中部设有伸入炉体100内部的隔墙11，隔墙11的材质结构也不受特别限制，例如可以为铜水套结构。隔墙11将炉体100分隔成相连通的熔炼区12和贫化区13，即熔炼区由前侧墙110的一部分、隔板11、后侧墙110的一部分、一端墙120、炉底130的一部分和炉顶140的一部分组成，贫化区由前侧墙110的剩余部分、隔板11、后侧墙110的剩余部分、一端墙120、炉底130的剩余部分和炉顶140的剩余部分组成。发明人发现，该装置炉体内设有熔炼区和贫化区两部分，采用该装置进行镍熔炼，熔炼区产生的熔炼渣可经过隔墙进入贫化区，在第二还原剂的作用下进一步还原，熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁被还原，所得的贫化渣可直接作为废弃渣，即熔炼和渣贫化可在一套装置内完成，不需要设置单独的电炉对熔炼渣进行贫化，不需要通过流槽转运，从而避免了流槽转运过程中熔炼渣降温的问题，有利于节约能耗，降低投资，且缩短了工艺流程，同时也减少了对渣的二次搅动，有利于第一低镍锍和第二低镍锍的沉降分离。

根据本实用新型的一个实施例，熔炼区12的炉顶140上设有熔炼物料入口141、喷枪口142和熔炼烟气出口143，且适于往熔炼物料入口141向熔炼区12加入熔炼物料(包括镍精矿、第一还原剂和造渣剂)，喷枪200通过喷枪口142伸入至熔炼区12内部，熔炼烟气通过熔炼烟气出口143排出炉体100。具体的，熔炼物料入口141和喷枪口142设在熔炼区12的炉顶140的不同位置上，优选的，包括多个喷枪口142，由此，可为炉体配备多个喷枪200。需要说的是，喷枪的具体数量和规格并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以根据生产规模确定。发明人发现，采用多喷枪顶吹熔炼，可避免单喷枪熔炼换喷枪时对装置作业率的影响，有利于提高装置的作业率；同时因采用多支喷枪进行喷吹熔炼，则单喷枪送气量小，可显著减弱熔池喷溅现象，进而可减少炉体高度，节约投资；进一步的，因每支喷枪均可单独控制，单独调整气量，有利于实现最佳的传质传热效果，减少对炉体内衬的损害；进一步的，喷枪是通过炉顶的喷枪口伸入至熔炼区的，使得喷枪可灵活升降以适应炉体内液面的变化，当生产出现故障时，只需将喷枪提出炉体即可，不需要堵口作业，操作便捷。进一步的，可以包括多个熔炼物料入口141，由此可节约物料入炉的时间，提高熔炼渣在炉体内停留的时间。需要说明的是，多个喷枪口142和多个熔炼物料入口141之间的位置关系并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如多个喷枪口142可围绕多个熔炼物料入口141设置，如图1所示。发明人发现，采用该设置可显著提高物料与第一空气的接触面积，进而提高物料与第一空气的反应速率，提高该装置的炼镍效率，同时该设置能使得熔炼物料经配料后可直接入炉，显著提高装置对物料的适应性。进一步的，喷枪200伸入至熔炼区12内部的具体位置并不受特别限制，例如喷枪200可以与熔炼区12内的物料具有距离，也可以插入至熔炼区12内的物料中。

根据本实用新型的一个实施例，熔炼区12的侧墙110上部设有二次风口111，优选的，熔炼区12的侧墙110上部设有多个二次风口111。需要说明的是，二次风口111的具体数量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。发明人发现，通过二次风口111往熔炼区12供给第二空气，如空气或富氧空气，使得镍精矿熔炼产生的烟气中一氧化碳燃烧，成为二氧化碳，有利于降低后续烟气处理单元对熔炼烟气的处理难度。进一步的，往二次风口111送第二空气的气量不能过高也不能过低，过高可能会引发烟气中SO₂转变为SO₃，导致污酸处理量加大，过低可能会导致烟气中一氧化碳燃烧不完全。

根据本实用新型的再一个实施例，熔炼区12的靠近炉底130的端墙120上设有低镍锍出口121，且适于排出熔炼区12镍精矿熔炼所得的第一低镍锍。发明人发现，镍精矿在熔炼区12熔炼后，得到第一低镍锍和熔炼渣，且第一低镍锍与熔炼渣分层，上层为熔炼渣，下层为第一低镍锍，使得第一低镍锍可沿低镍锍出口121排出。进一步的，该第一低镍锍中Ni和Cu的总含量为25-50wt％，S含量为20-35wt％，Co含量为0-1.5wt％，Fe含量为 28-45wt％。由此，采用该装置进行镍精矿的熔炼镍的回收率高达96％以上，技术效果显著。需要说明的是，低镍锍出口的材质结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为铜水套结构。

具体的，在熔炼区中，镍精矿、第一还原剂和造渣剂从熔炼物料入口141送至熔炼区 12，第一空气通过喷枪200送至熔炼区12，第一空气与镍精矿、还原剂和造渣剂反应，得到第一低镍锍、熔炼渣和烟气，第一低镍锍从低镍锍出口121排出；第二空气通过二次风口111送至熔炼区12，第二空气与烟气反应，烟气中的一氧化碳燃烧变成二氧化碳，得到熔炼烟气，熔炼烟气通过熔炼烟气出口143排出。需要说明的是，因生产是连续的，上述物料的加入和排出在实际生产过程中没有严格的前后顺序，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

根据本实用新型的又一个实施例，镍精矿的具体组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以包括1-15wt％Ni、0-10wt％Cu、0.001-1wt％Co、 20-35wt％S、0-12wt％MgO。第一还原剂的具体类别也不受特别限制，例如可以为块煤、兰碳、无烟煤、焦炭中的至少之一。造渣剂的具体类型也不受特别限制，例如可以为石英石、石灰石中的至少之一。镍精矿与第一还原剂、造渣剂的质量比也不受特别限制，例如镍精矿与第一还原剂的质量比可以为10-35：1，具体的，例如可以为10/15/20/25/30/35：1，镍精矿与造渣剂的质量比可以为5-10：1，例如可以为5/6/7/8/9/10：1。发明人发现，若镍精矿与第一还原剂比太高，操作温度不够，渣含镍高；若镍精矿与第一还原剂比太低，配煤量大，烟气温度高，能耗高；镍精矿与造渣剂质量比太高或太低，均会导致渣型偏差，使操作温度升高，渣含镍升高。熔炼区的熔炼温度也不受特别限制，例如可以为1180-1350 摄氏度。发明人发现，熔炼温度太低，渣粘性增大，排放困难，渣含镍升高；熔炼温度太高，能耗高，炉体寿命短。第一空气中氧气的体积百分浓度也不受特别限制，例如可以为 50-90％。发明人发现，若第一空气中氧气的体积百分浓度太低，烟气量大，后续烟气处理系统庞大，投资高，且烟气带出热多，能耗高；而若第一空气中氧气的体积百分浓度太高，生产操作控制难度加大，且喷枪寿命短。进一步的，熔炼烟气的温度为1300-1350摄氏度。

根据本实用新型的又一个实施例，贫化区13的炉顶140上设有贫化物料入口144、电极孔145和贫化烟气出口146，且适于通过所述贫化物料入口144向贫化区加入第二还原剂，通过电极孔145向贫化区13插入电极300，并将贫化区13产生的贫化烟气从贫化烟气出口146排出。需要说明的是，电极的具体类型并不受特别限制，例如可以为石墨电极。需要说明的是，贫化物料入口的具体材质结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以为钢水套结构。进一步的，包括多个贫化物料入口144和多个电极孔145，且多个贫化物料入口144和多个电极孔145间隔布置，如图1所示。需要说的是，电极的具体数量和规格并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以根据生产规模确定。发明人发现，从多个贫化物料入口144加入贫化区13 内的第二还原剂与从隔墙11下部进入贫化区13的熔炼渣在贫化区13内发生还原反应，第二还原剂将熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁还原，且电极300从电极孔145内插入贫化区 13内以熔炼渣进行保温，同时进一步维持贫化区13的温度在一范围内稳定，通过设置多个贫化物料入口144和多个电极孔145，且多个贫化物料入口144和多个电极孔145间隔布置，一方面有利于加强电极300对熔炼渣的保温效果，并进一步稳定贫化区13的温度，一方面有利于提高第二还原剂与熔炼渣的接触面积，进而提高第二还原剂与熔炼渣的还原反应速率。进一步的，贫化烟气出口146可以与二次风口111相连，以将贫化区13产生的贫化烟气送至熔炼区12，除掉贫化烟气中的一氧化碳，进而使得整个顶吹炼镍装置所产的烟气均基本不含有毒气体一氧化碳，简化后续对烟气的处理工序。需要说明的是，贫化烟气也可以直接外排送至后续烟气处理工序。

根据本实用新型的又一个实施例，贫化区13的端墙120上部设有贫化渣出口122，且适于从贫化渣出口122排出贫化渣。发明人发现，位于上层的熔炼渣从隔墙11的下部流至贫化区13，并在贫化区13得到进一步还原后，得到贫化渣和第二低镍锍，同样，贫化渣与第二低镍锍分层，贫化渣位于上层，可从设于端墙120上部的贫化渣出口122排出，第二低镍锍位于下层，可从隔墙11下部流至熔炼区12并从低镍锍出口121排出。

根据本实用新型的又一个实施例，参考图3，上述顶吹炼镍的装置进一步包括：多个侧吹喷枪口112和多个侧吹喷枪(未示出)，多个侧吹喷枪口112设于贫化区13的侧墙110上部，且侧吹喷枪通过侧吹喷枪口112伸入至贫化区13内部并埋入贫化区13内的物料中，且适于通过侧吹喷枪向贫化区13喷入搅拌气体，或通过侧吹喷枪向贫化区13喷入搅拌气体和第二还原剂。由此，可进一步提高熔炼渣在贫化区内的还原效率。

具体的，上层的熔炼渣从隔墙11下部流入贫化区13，电极300对贫化区13内的熔炼渣进行保温，同时让贫化区的协助维持贫化区13内的温度稳定，第二还原剂从贫化物料入口144进入贫化区13，熔炼渣与第二还原剂在贫化区13内发生还原反应，需要的话，可以从侧吹喷枪喷入搅拌气体，或者从侧吹喷枪喷入第二还原剂和搅拌气体，以加速熔炼渣与第二还原剂的反应速率，得到贫化渣、第二低镍锍和贫化烟气。其中，贫化渣与第二低镍锍分层，上层为贫化渣，下层为第二低镍锍。贫化渣从贫化渣出口122排出；贫化烟气从贫化烟气出口146排出，进入后续烟气处理工序，或者可以先把贫化烟气作为第二空气送至熔炼区12除一氧化碳，再从熔炼烟气出口143排出；第二低镍锍从隔墙11下部流至熔炼区，并从低镍锍出口121排出。

根据本实用新型的又一个实施例，熔炼渣中镍的含量不受特别限制，例如可以为0.4-0.6wt％，例如可以为0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％。发明人发现，若熔炼渣含镍较低，即在熔炼区需加入大量的第一还原剂，保持较强的还原性气氛，这对硫化物氧化不利，会使得第一低镍锍品位偏低；若熔炼渣含镍较高，则贫化区需加入较多的第二还原剂还原，贫化渣含镍会偏高。进一步的，熔炼渣中Fe与SiO₂的质量比也不受特别限制，例如可以为0.8-1.3，例如可以为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3。发明人发现，Fe 与SiO₂的质量比与原料中CaO和MgO的含量有关，其取值的最终目的是确保熔炼渣的熔点控制在一个相对较宽且温度较低的范围内。若熔炼渣中CaO、MgO含量高，Fe/SiO₂较低，若熔炼渣中CaO、MgO含量低，Fe/SiO₂较高。进一步的，熔炼渣中氧化钙的含量也不受特别限制，例如可以为3-5wt％，例如可以为3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％。发明人发现，CaO含量对熔炼渣熔点有影响，太高或太低都会导致熔炼渣熔点升高。进一步的，贫化区的贫化温度也不受特别限制，例如可以为1300-1450摄氏度，例如可以为1300 摄氏度、1350摄氏度、1400摄氏度、1450摄氏度。发明人发现，贫化温度影响贫化渣的含镍量，贫化温度高，贫化渣含镍降低，但贫化温度太高，能耗高；贫化温度过低，渣含镍偏高。进一步的，第二还原剂的具体类型也不受特别限制，例如可以为焦炭或兰炭。进一步的，熔炼渣与第二还原剂的质量比也不受特别限制，例如可以为20-40：1，例如可以为20/25/30/35/40：1。发明人发现，该比值太高，还原剂配入量偏低，熔炼渣中氧化镍和磁性铁不能有效还原，贫化渣含镍高；该比值太低，大量还原剂加入，还原剂利用率低，烟气中CO浓度高，需鼓入大量空气进行二次燃烧，烟气量高，烟气处理系统投资增加。进一步的，搅拌气体的具体类型也不受特别限制，例如可以为氮气或天然气。进一步的，贫化烟气的温度可以为800-1000摄氏度。进一步的，第二低镍锍中Ni和Cu的总含量为 25-50wt％，S含量为20-35wt％，Co含量为0-1.5wt％，Fe含量为28-45wt％。由此，采用该装置进行镍精矿的熔炼镍的回收率高达96％以上，效果显著。进一步的，贫化渣中镍的含量为0.2-0.3wt％。即通过将熔炼渣进一步还原贫化后，可进一步回收熔炼渣中的镍，提高镍的回收率。

为了方便理解，下面对采用上述顶吹炼镍的装置实施顶吹炼镍的方法进行详细描述，根据本实用新型的实施例，参考图4，该方法包括：

S100：将镍精矿、第一还原剂和造渣剂从熔炼物料入口送至熔炼区，将第一空气通过喷枪送至熔炼区

该步骤中，将镍精矿、第一还原剂和造渣剂从熔炼物料入口送至熔炼区，将第一空气通过喷枪送至熔炼区，第一空气与镍精矿、还原剂和造渣剂反应，以便得到第一低镍锍、熔炼渣和烟气，第一低镍锍从低镍锍出口排出。发明人发现，在熔炼过程中，会发生镍精矿分解、硫化物氧化、造渣、还原等反应，例如4CuFeS₂＝2Cu₂S+4FeS+S₂(g)， 2FeS₂＝2FeS+S₂(g)，2FeO+SiO₂＝2FeO·SiO₂，Fe₃O₄+C＝3FeO+CO(g)等。

进一步的，因该方法中炉体内低温死角少，MgO在炉壁上的粘接会减少，且采用该类型炉体对高MgO原料适应能力强。进一步的，该方法包括熔炼和贫化两个步骤，且采用该方法进行镍熔炼，熔炼渣可直接被贫化，即在第二还原剂的作用下进一步还原，熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁被还原，所得的贫化渣可直接作为废弃渣，即熔炼和渣贫化可在一套装置内完成，不需要设置单独的电炉对熔炼渣进行贫化，不需要通过流槽转运，从而避免了流槽转运过程中熔炼渣降温的问题，有利于节约能耗，降低投资，且缩短了工艺流程，同时也减少了对渣的二次搅动，有利于第一低镍锍和第二低镍锍的沉降分离。

进一步的，该方法采用多喷枪顶吹熔炼得到方法，可避免单喷枪熔炼换喷枪时对装置作业率的影响，有利于提高装置的作业率；同时因采用多支喷枪进行喷吹熔炼，则单喷枪送气量小，可显著减弱熔池喷溅现象，进而可减少炉体高度，节约投资；进一步的，因每支喷枪均可单独控制，单独调整气量，有利于实现最佳的传质传热效果，减少对炉体内衬的损害；进一步的，喷枪是通过炉顶的喷枪口伸入至熔炼区的，使得喷枪可灵活升降以适应炉体内液面的变化，当生产出现故障时，只需将喷枪提出炉体即可，不需要堵口作业，操作便捷。

根据本实用新型的一个实施例，镍精矿的具体组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以包括1-15wt％Ni、0-10wt％Cu、0.001-1wt％Co、20-35wt％S、0-12wt％MgO。第一还原剂的具体类别也不受特别限制，例如可以为块煤、无烟煤、兰碳、焦炭中的至少之一。造渣剂的具体类型也不受特别限制，例如可以为石英石、石灰石中的至少之一。镍精矿与第一还原剂、造渣剂的质量比也不受特别限制，例如镍精矿与第一还原剂的质量比可以为10-35：1，具体的，例如可以为10/15/20/25/30/35：1，镍精矿与造渣剂的质量比可以为5-10：1，例如可以为5/6/7/8/9/10：1。发明人发现，若镍精矿与第一还原剂比太高，操作温度不够，渣含镍高；若镍精矿与第一还原剂比太低，配煤量大，烟气温度高，能耗高；镍精矿与造渣剂质量比太高或太低，均会导致渣型偏差，使操作温度升高，渣含镍升高。熔炼区的熔炼温度也不受特别限制，例如可以为1180-1350 摄氏度。发明人发现，熔炼温度太低，渣粘性增大，排放困难，渣含镍升高；熔炼温度太高，能耗高，炉体寿命短。第一空气中氧气的体积百分浓度也不受特别限制，例如可以为 50-90％。发明人发现，若第一空气中氧气的体积百分浓度太低，烟气量大，后续烟气处理系统庞大，投资高，且烟气带出热多，能耗高；而若第一空气中氧气的体积百分浓度太高，生产操作控制难度加大，且喷枪寿命短。进一步的，该第一低镍锍中Ni和Cu的总含量为 25-50wt％，S含量为20-35wt％，Co含量为0-1.5wt％，Fe含量为28-45wt％。由此，采用该方法进行镍精矿的熔炼镍的回收率高达96％以上，技术效果显著。进一步的，熔炼渣中镍的含量不受特别限制，例如可以为0.4-0.6wt％，例如可以为0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％、 0.55wt％、0.6wt％。发明人发现，若熔炼渣含镍较低，即在熔炼区需加入大量的第一还原剂，保持较强的还原性气氛，这对硫化物氧化不利，会使得第一低镍锍品位偏低；若熔炼渣含镍较高，则贫化区需加入较多的第二还原剂还原，贫化渣含镍会偏高。进一步的，熔炼渣中Fe与SiO₂的质量比也不受特别限制，例如可以为0.8-1.3，例如可以为0.8、0.9、1.0、 1.1、1.2、1.3。发明人发现，Fe与SiO₂的质量比与原料中CaO和MgO的含量有关，其取值的最终目的是确保熔炼渣的熔点控制在一个相对较宽且温度较低的范围内。若熔炼渣中 CaO、MgO含量高，Fe/SiO₂较低，若熔炼渣中CaO、MgO含量低，Fe/SiO₂较高。进一步的，熔炼渣中氧化钙的含量也不受特别限制，例如可以为3-5wt％，例如可以为3wt％、 3.5wt％、4wt％、4.5wt％、5wt％。发明人发现，CaO含量对熔炼渣熔点有影响，太高或太低都会导致熔炼渣熔点升高。

S200：将第二空气通过二次风口送至熔炼区，第二空气与烟气反应

该步骤中，将第二空气通过二次风口送至熔炼区，第二空气与烟气反应，以便得到熔炼烟气，熔炼烟气通过熔炼烟气出口排出。发明人发现，该方法通过二次风口往熔炼区供给第二空气，如空气或富氧空气，使得镍精矿熔炼产生的烟气中一氧化碳燃烧，成为二氧化碳，有利于降低后续烟气处理单元对熔炼烟气的处理难度。进一步的，往二次风口送第二空气的气量不能过高也不能过低，过高可能会引发熔池喷溅，过低可能会导致烟气中一氧化碳燃烧不完全。进一步的，熔炼烟气的温度可以为1300-1400摄氏度。

S300：熔炼渣从隔墙下部进入贫化区，电极对熔炼渣进行保温，将第二还原剂通过贫化物料入口送至贫化区，熔炼渣与第二还原剂反应

该步骤中，熔炼渣从隔墙下部进入贫化区，电极对熔炼渣进行保温，将第二还原剂通过贫化物料入口送至贫化区，熔炼渣与第二还原剂反应，以便得到第二低镍锍、贫化烟气和贫化渣，贫化渣通过贫化渣出口排出，贫化烟气通过贫化烟气出口排出，第二低镍锍通过低镍锍出口排出。发明人发现，在贫化过程中氧化镍、氧化铁和磁性铁之间发生还原反应，例如NiO+C＝Ni+CO(g)，FeO+C＝Fe+CO(g)，Fe₃O₄+C＝3FeO+CO(g)。进一步的，第二还原剂与熔炼渣在贫化区内发生还原反应，第二还原剂将熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁还原，且电极可对熔炼渣进行保温，同时进一步维持贫化区的温度在一范围内稳定。

根据本实用新型的一个实施例，参考图5，贫化烟气可以作为熔炼区的第二空气使用，以除掉贫化烟气中的一氧化碳，进而使得整个方法所产的烟气均基本不含有毒气体一氧化碳，简化后续对烟气的处理工序。需要说明的是，贫化烟气也可以直接外排送至后续烟气处理工序。

根据本实用新型的再一个实施例，贫化区的贫化温度不受特别限制，例如可以为1300-1450摄氏度，例如可以为1300摄氏度、1350摄氏度、1400摄氏度、1450摄氏度。发明人发现，贫化温度影响贫化渣的含镍量，贫化温度高，贫化渣含镍降低，但贫化温度太高，能耗高；贫化温度过低，渣含镍偏高。进一步的，第二还原剂的具体类型也不受特别限制，例如可以为焦炭或兰炭。进一步的，熔炼渣与第二还原剂的质量比也不受特别限制，例如可以为20-40：1，例如可以为20/25/30/35/40：1。发明人发现，该比值太高，还原剂配入量偏低，熔炼渣中氧化镍和磁性铁不能有效还原，贫化渣含镍高；该比值太低，大量还原剂加入，还原剂利用率低，烟气中CO浓度高，需鼓入大量空气进行二次燃烧，烟气量高，烟气处理系统投资增加。进一步的，搅拌气体的具体类型也不受特别限制，例如可以为氮气或天然气。进一步的，贫化烟气的温度可以为800-1000摄氏度。进一步的，第二低镍锍包括第二低镍锍中Ni和Cu的总含量为25-50wt％，S含量为20-35wt％，Co含量为0-1.5wt％，Fe含量为28-45wt％。由此，采用该装置进行镍精矿的熔炼镍的回收率高达96％以上，效果显著。

需要说明的是，上述标号S100、S200和S300并不一定代表方法的前后顺序。

根据本实用新型实施例的采用顶吹炼镍的装置实施顶吹炼镍的方法，该方法采用的装置炉体内设有熔炼区和贫化区两部分，采用该装置进行镍熔炼，熔炼区产生的熔炼渣可经过隔墙进入贫化区，在第二还原剂的作用下进一步还原，熔炼渣中的氧化镍和部分磁性铁被还原，所得的贫化渣可直接作为废弃渣，即熔炼和渣贫化可在一套装置内完成，不需要设置单独的电炉对熔炼渣进行贫化，不需要通过流槽转运，从而避免了流槽转运过程中熔炼渣降温的问题，有利于节约能耗，降低投资，且缩短了工艺流程，同时也减少了对渣的二次搅动，有利于镍锍的沉降分离。进一步的，喷枪是通过炉顶的喷枪口伸入至熔炼区的，使得喷枪可灵活升降以适应炉体内液面的变化，当生产出现故障时，只需将喷枪提出炉体即可，不需要堵口作业，操作便捷。由此，该方法既克服了闪速熔炼原料适应性差的问题，又解决了现有熔池熔炼工艺流程长、能耗高的问题，且对事故应变能力强，可以实现连续进料及间断排放，延长熔炼渣在炉体内的停留时间，提高熔炼渣的贫化效果。

需要说明的是，上述顶吹炼镍的装置所具有的特点和优势同样适用于该方法，对此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种顶吹炼镍的装置，其特征在于，包括：

喷枪，所述喷枪通过所述喷枪口伸入至所述熔炼区内部；

电极，所述电极通过所述电极孔伸入至所述贫化区内部。

2.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，包括多个所述喷枪口和多个所述喷枪。

3.根据权利要求2所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，多个所述喷枪口围绕所述熔炼物料入口设置。

4.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，所述喷枪伸入至所述熔炼区内部且与所述熔炼区内的物料具有距离。

5.根据权利要求1或2所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，所述贫化烟气出口与所述二次风口相连。

6.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，进一步包括：多个侧吹喷枪口和多个侧吹喷枪，多个所述侧吹喷枪口设于所述贫化区的所述侧墙上部，且所述侧吹喷枪通过所述侧吹喷枪口伸入至所述贫化区内部并埋入所述贫化区内的物料中。

7.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，包括多个所述电极孔和多个所述电极。

8.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，所述侧墙和所述端墙为水套-耐火砖结构；所述炉顶为水套-浇铸料结构；所述炉底为钢板-耐火砖结构。

9.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，所述隔墙和所述低镍锍出口为铜水套结构；所述贫化物料入口为钢水套结构。

10.根据权利要求1所述的顶吹炼镍的装置，其特征在于，所述炉体为电热方形炉体。