EA029992B1

EA029992B1 - Вращающаяся печь с переменным диаметром для переработки окисленных никелевых руд

Info

Publication number: EA029992B1
Application number: EA201600492A
Authority: EA
Inventors: Борис Григорьевич Балмаев; Анатолий Иванович КИСЕЛЕВ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Ви Холдинг"
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-06-29
Also published as: EA201600492A1

Abstract

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке окисленных никелевых руд для повышения технико-экономических показателей в традиционных пирометаллургических методах производства ферроникеля. Целью изобретения является использование вращающейся печи с переменным диаметром для переработки окисленных никелевых руд, имеющей расширение на 20-35% в зоне крицеобразования, что приводит к возрастанию поверхности теплообмена, увеличению времени нахождения материала в этой зоне и снижению теплового напряжения объема печи и, в конечном итоге, должно привести к улучшению качества ферроникелевой крицы. Футерование указанной высокотемпературной зоны с увеличенным диаметром барабана печи производится с применением легковесного теплоизоляционного слоя подложки под основной рабочий слой, что позволяет снизить теплопотери корпусом печи и вес футеровки.

Description

029992 Β1

029992

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке окисленных никелевых руд для повышения технико-экономических показателей в традиционных пирометаллургических методах производства ферроникеля.

Уровень техники

Известно применение вращающихся печей в различных отраслях промышленности - цементной, глиноземной и других (Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии, М.: Металлургия, 1970, с.544).

Основной элемент печи - стальной барабан длиной до 240 м и постоянным диаметром до 6 м, футерованный огнеупорными изделиями по температурным зонам. Для перемещения обжигаемого материала барабан имеет уклон, составляющий 4-6% от его длины. Барабан вращается со скоростью около 1 об/мин от электропривода через редуктор и открытую зубчатую передачу, заканчивающуюся большой венцовой шестерней, закрепленной на кожухе.

Так как вес барабана весьма значителен (например, при длине барабана 70 м его вес вместе с футеровкой составляет около 400 т), то опорные устройства являются ответственным узлом в конструкции печи.

Для непосредственного производства ферроникеля из окисленных никелевых руд известно несколько процессов. Плавка в доменной печи позволяет получать никельсодержащий естественно легированный чугун со сравнительно невысокой температурой плавления. Восстанавливать никель и получать его сплав с железом возможно в электропечи. Известен кричный процесс низкотемпературного восстановления окисленных никелевых руд с получением мелких кристаллов ферроникеля. Процесс получения зародышей ферроникеля в шлаковой фазе, находящейся полурасплавленном состоянии, осуществляется в трубчатых печах.

Крицы (мелкие зерна ферроникеля) получают обычно в наклонной трубчатой печи нагревом смеси окисленной никелевой руды с восстановителем и последующей магнитной сепарацией. Трубчатую печь по длине можно разделить на три основные зоны: предварительного нагрева (подогрева), восстановления окислов и крицеобразования. Температура в зоне нагрева находится в интервале от 3000 до 600°С. Температура восстановительной зоны поднимается от 6000 до 1100°С. Температура зоны крицеобразования достигает 12500-1350°С.

Процесс крицеобразования является лимитирующей стадией всех преобразований исходной шихты в процессе обжига. Скорость формирования ферроникелевых криц находится в диффузионной области. Технологические приемы, которые могут ускорить этот процесс, заключающиеся в повышении температуры в зоне крицеобразования и/или снижении вязкости жидкой фазы за счет изменения состава шлака, ограничены процессами кольцеобразования и образованием крупных сваров материала во вращающейся печи, что может привести к аварийной ситуации. В этом случае единственным способом остается увеличение времени пребывания материала в зоне крицеобразования за счет увеличения печного объема. В случае увеличения протяженности зоны крицеобразования сложнее поддерживать одинаковый температурный режим по ее длине, может потребоваться установка дополнительной горелки, системы ее обеспечения топливом и дутьем. Кроме того, увеличение длины барабана потребует изменения опорных конструкций.

Наиболее ответственной и в то же время наиболее уязвимой частью вращающейся печи является ее футеровка, низкая стойкость которой резко понижает производительность вращающихся печей. Помимо этого футеровка обладает значительными теплопотерями.

Существуют однослойные (толщиной в 1 кирпич) способы футеровки печи, в которых применяемые огнеупорные изделия выбирают по зонам их установки с учетом изменения температурного режима по длине печи. Известны также варианты футеровки, которые основаны на сочетании кислых и основных огнеупоров, в результате чего увеличивается срок их службы (авт. св-во СССР 626335, 1977).

Трудность подбора огнеупоров для вращающихся печей объясняется чрезвычайно тяжелыми условиями работы футеровки печи, особенно в зоне крицеобразования, где она подвергается воздействию высоких температур факела пламени (1450°С) и разъедающему влиянию со стороны жидких шлаков.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности работы печи для производства крицы за счет увеличения продолжительности пребывания материала в зоне крицеобразования без увеличения длины барабана печи и изменения опорной конструкции печи, а также за счет снижения теплопотерь корпусом печи.

Решение поставленной задачи достигается путем увеличения диаметра барабана печи на 20-35% в зоне крицеобразования с одновременным использованием в этой зоне двухслойной футеровки из легковесного огнеупора в качестве теплоизолирующей подложки и магнезиальных огнеупоров в качестве рабочего слоя.

Для осуществления кричного процесса необходимо в зоне крицеобразования вращающейся печи создать следующие технологические условия: перевести материал в полурасплавленное состояние и увеличить высоту слоя потока материала. Как было установлено заявителями, эти условия достигаются уве- 1 029992

личением диаметра печи в области зоны высоких температур на 20-35% относительно диаметра зоны предварительного нагрева и зоны восстановления.

Увеличением диаметра барабана на 20-35% за счет создания разных условий продвижения материала достигается согласование по времени всех протекающих процессов по зонам печи (сушка и подогрев, восстановление и крицеобразование), что обеспечивает ее непрерывную и равномерную загрузку и тем самым наиболее эффективную работу печного агрегата.

Расширение печи менее чем на 20% не обеспечивает необходимой толщины слоя материала. Однако одновременно с увеличением диаметра печи необходимо применять футеровку с теплоизолирующим слоем для компенсации возрастающих теплопотерь увеличившейся поверхностью корпуса печи. Для снижения теплопотерь в зоне крицеобразования выполняют двухслойную футеровку из легковесного огнеупора в качестве теплоизолирующей подложки и магнезиальных огнеупоров в качестве рабочего слоя. Такая футеровка позволяет сократить теплопотери без утяжеления печи и увеличения нагрузки на опоры. Увеличение диаметра печи более чем на 35% нежелательно в связи со значительным увеличением массы агрегата. В этом случае увеличение поверхности теплоотдачи не компенсируются дополнительны эффектом от применения 2-слойной футеровки, а в слишком большом слое материала ухудшается теплообмен.

Краткое описания чертежей

Фиг. 1 - схема корпуса и распределение температурных зон вращающейся печи для получения ферроникелевой крицы по изобретению;

фиг. 2 - раскладка огнеупоров в зоне крицеобразования по изобретению; фиг. 3 - фотография футеровки печи.

Осуществление изобретения

Далее изобретение будет описано со ссылкой на вышеупомянутые чертежи.

Схема корпуса и распределение температурных зон вращающейся печи для получения ферроникелевой крицы по изобретению представлена на фиг. 1, а раскладка огнеупоров двухслойной футеровки в зоне крицеобразования показана на фиг. 2.

На фиг. 1 показана печь длиной 70 м, вращающаяся со скоростью 40-60 об/ч. Шихту, представляющую собой железную руду, восстановительное твердое топливо и флюс, в определенных пропорциях смешивают и загружают через торец во вращающуюся печь. В противоположном конце печи расположена горелка, в которой сжигают топливо для нагрева шихты. Шихта по мере передвижения в печи к выходному отверстию непрерывно нагревается отопительными газами и в ней в зависимости от температуры нагрева протекают различные физико-химические процессы. Относительное распределение температурных зон по длине печи в метрах и процентах от общей длины печи составляет: зона подогрева при температуре 300-600°С (20% длины печи), восстановления окислов при температуре 600-1100°С (40% длины печи) и зона крицеобразования при 1200-1400°С (20% длины печи). Из выходного отверстия печи выгружают клинкер при 1250°С, а из противоположного конца печи выходят отходящие газы.

Раскладка огнеупоров в печи фиг. 1 (разрез А-А) показана на фиг. 2. Слой (3) теплоизоляционной подложки из легковесного огнеупора (теплоизоляционный кирпич) укладывают на шамотный мертель (5) в кольцо. Рабочий слой (1,2) из магнезиальных огнеупоров в виде ребровых двухсторонних клиньев укладывают поверх слоя (3) теплоизоляции на магнезиально-железистый мертель (4). Применение такой конструкции футеровки с легковесной подложкой обеспечивает снижение ее веса и более высокий суммарный коэффициент термического сопротивления футеровочного слоя.

Пример.

В опытно-промышленной печи 0 0,6x8м для обжига окисленной никелевой руды было сделано расширение до 0,8 м на участке протяженностью 2 м, считая от горячего конца печи на отметке от 1,5 до 3,5 м. Футеровка в этой зоне выполнена в 2 слоя (фиг. 3): 1 - обечайка печи, 2 - слой теплоизоляционной подложки, 3 - рабочий слой, 4 - кружало (приспособление для укладки).

В печи был проведен обжиг окисленной никелевой руды (количество обжигаемой шихты - 280 кг, влажность - 2,5%, состав шихты: руда 206 кг, флюсы 36 кг, связующее 1,5 кг, углеродный восстановитель 36,5 кг)

Основные результаты проведенных испытаний в традиционной печи и печи по изобретению представлены в таблице.

Сравнение показателей работы печи

Показатель	Пример сравнения	Пример по изобретению
Температура корпуса в зоне крицеобразования	350°С	234°С
Остаточное содержание углерода в ферроникелевом клинкере	5,5%	0,8%
Содержание шлака в крице после магнитной сепарации	5%	1%

Снижение показателей остаточного содержания углерода в получаемом ферроникелевом клинкере и содержания шлака в крице после магнитной сепарации свидетельствует о более полном завершении

- 2 029992

восстановительных процессов и разделении металла и шлака в реконструированной печи. Таких качественных показателей удалось достичь за счет возрастания поверхности теплообмена и увеличения времени нахождения обжигаемого материала в реконструированной части печи.

Снижение температуры корпуса печи в зоне крицеобразования свидетельствует об энергоэффективности примененной двухслойной футеровки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вращающаяся печь для обжига окисленных никелевых руд, содержащая футерованный стальной барабан, включающий зону предварительного нагрева, зону восстановления и зону крицеобразования и расположенный на опорных устройствах, отличающаяся тем, что диаметр барабана печи в зоне крицеобразования выполнен на 20-35% больше диаметра зоны предварительного нагрева и зоны восстановления, и тем, что в зоне крицеобразования футеровка выполнена двухслойной из легковесного огнеупора в качестве теплоизолирующей подложки и магнезиальных огнеупоров в качестве рабочего слоя.