RU2749184C1

RU2749184C1 - Device and method for top-blown nickel smelting

Info

Publication number: RU2749184C1
Application number: RU2020133274A
Authority: RU
Inventors: Цзиньчжун Лу; Сяося ЛИ; Кай Лю; Хайчунь ЛИ; Лин У; Цзяньхуэй Ли; Сяофэн СУНЬ; Лу ПАНЬ; Юнчэн ЧЖАО; Цзиньцай У; Кэцзянь Вэй; Дунбо Ли; Минь Ли; Кэфэй ЦАО; Цзяньлун ВАН; Чэнь ВАН; Хунфэй ЛИ
Original assignee: Чайна Энфи Инджиниринг Корпорейшн
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2021-06-07

Abstract

FIELD: smelting.

SUBSTANCE: invention relates to a device and a method for top-blown nickel smelting. The device consists of a furnace formed by side walls, end walls, a furnace bottom and a furnace roof, a lance entering the melting zone through a lance window, and an electrode entering the depletion zone through an electrode window. There is a partition in the middle of the furnace roof. The partition extends into the furnace and divides the furnace into a melting zone and a depletion zone, communicating with each other. A method for continuous top-blown nickel smelting is disclosed.

EFFECT: reduced energy consumption, possibility of adapting the process of smelting in suspension to raw materials, shortening the technological scheme of smelting in a melt bath, expanding the possibility of overcoming accidents, continuous supply and periodic discharge, and increased efficiency of slag depletion.

10 cl, 5 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к области технологий плавки никеля, более конкретно, к устройству и способу плавки никеля с верхним дутьем.The present invention relates to the field of nickel smelting technology, more specifically to a top-blown nickel smelting apparatus and method.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Существующие в настоящее время процессы плавки никеля, используемые во всем мире, можно классифицировать на плавление во взвешенном состоянии, плавление с верхним дутьем и плавление с боковым дутьем.Current nickel smelting processes in use around the world can be classified into suspension smelting, top-blowing and side-blowing smelting.

Плавление во взвешенном состоянии относится к процессам плавки взвешенного металла, как правило, включающим следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата и флюсующей добавки, сушка, загрузка через верх печи, распыление в реакционную башню через сопло концентрата, плавление во взвешенном состоянии, получение текучего никелевого штейна и шлака. В этом процессе жесткие требования предъявляются к размеру частиц, влажности, составу и стабильности материалов, поступающих в печь. Например, в качестве флюсующей добавки используют кварц, который должен быть мелко размолот и смешан с сухим концентратом. Кроме этого, для плавки во взвешенном состоянии необходимо, чтобы материал, поступающий в печь, представлял собой сухой порошок, также имеются строгие требования к составу и стабильности материала, особенно, содержанию в материале MgO, в результате, процесс плохо адаптируется к сырью, технологически сложен и длителен.Suspended smelting refers to the processes of smelting suspended metal, as a rule, including the following technological scheme: dosing of nickel concentrate and fluxing additive, drying, loading through the top of the furnace, spraying into the reaction tower through the concentrate nozzle, melting in suspension, obtaining flowable nickel matte and slag. In this process, stringent requirements are placed on the particle size, moisture content, composition and stability of the materials entering the furnace. For example, quartz is used as a fluxing additive, which must be finely ground and mixed with a dry concentrate. In addition, for melting in a suspended state, it is necessary that the material entering the furnace is a dry powder, there are also strict requirements for the composition and stability of the material, especially the content of MgO in the material, as a result, the process is poorly adapted to raw materials, technologically complex and is long lasting.

Плавление с верхним дутьем (включая процессы плавки с верхним дутьем Ausmelt и ISA) относится к процессам плавки в ванне расплава и, как правило, включает следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата, флюсующей добавки и других добавок, гранулирование, подача в печь при помощи колошникового подвижного питателя, плавление с верхним дутьем, обеднение шлака в электропечи, получение штейна с низким содержанием никеля и шлака. В этом процессе исходные материалы гранулируют с получением гранул размером от 5 мм до 25 мм и затем подают в печь. Хотя требования к составу и стабильности материала в этом процессе не такие строгие, как в процессе плавки во взвешенном состоянии, шлак необходимо обеднять в электропечи вне основной печи, что удлиняет технологическую схему и увеличивает энергопотребление. Кроме этого, плавление с верхним дутьем проводят с одной фурмой, и когда фурму заменяют, поток воздуха, подаваемый в печь, должен быть прерван, а температуру нужно поддерживать, из-за чего снижается эффективность плавки. Кроме этого, фурма плавильной печи вводится в слой шлака, поэтому срок ее службы небольшой. Кроме этого, при наличии одной фурмы может иметь место большой расход потока воздуха, сильное взбалтывание ванны расплава, разбрызгивание, поэтому требуется большая высота печи, фурма должна быть длинной, таким образом, увеличивается высота установки, и повышается себестоимость.Top-blown smelting (including Ausmelt and ISA top-blown smelting processes) refers to melt-bath smelting and typically includes the following technological scheme: dosing of nickel concentrate, fluxing additive and other additives, pelletizing, feeding into the furnace using a top-furnace moving feeder, melting with top blowing, depletion of slag in an electric furnace, obtaining matte with a low nickel and slag content. In this process, the raw materials are granulated to form granules ranging in size from 5 mm to 25 mm and then fed into an oven. Although the requirements for the composition and stability of the material in this process are not as stringent as in the suspension smelting process, the slag must be depleted in the electric furnace outside the main furnace, which lengthens the flow sheet and increases energy consumption. In addition, overhead melting is carried out with one lance, and when the lance is replaced, the air flow to the furnace must be interrupted and the temperature must be maintained, thereby reducing the melting efficiency. In addition, the lance of the smelting furnace is introduced into the slag layer, so its service life is short. In addition, in the presence of one lance, there can be a large air flow rate, strong agitation of the melt bath, spraying, therefore a large furnace height is required, the lance must be long, thus increasing the installation height and increasing the cost.

Плавление с боковым дутьем также относится к процессам плавки в ванне расплава и включает следующую технологическую схему: дозирование никелевого концентрата, флюсующей добавки и других добавок, подача в печь при помощи колошникового подвижного питателя, плавление с боковым дутьем, обеднение шлака в электропечи, получение штейна с низким содержанием никеля и шлака. В этом процессе исходные материалы должны быть превращены в гранулы размером не более 25 мм, требования к составу и стабильности материала не такие строгие, как в процессе плавки во взвешенном состоянии. Фурмы с двух сторон печи погружены в слой шлака, печь снабжена аварийной системой подачи воздуха. Когда случается авария, подачу воздуха прерывают, и фурму нужно быстро блокировать, что требует больших трудозатрат. Расплавленный шлак необходимо обеднять в электропечи вне основной печи, что удлиняет технологическую схему и увеличивает энергопотребление. Особые требования предъявляются к колебанию уровня шлака, как правило, шлак нужно непрерывно отводить. Расплавленный шлак поступает на обеднение в электропечь по желобу, из-за рассеивания тепла в желобе увеличивается энергопотребление, а также возникает вторичное перемешивание, что отрицательно сказывается на оседании шлака и никелевого штейна.Side-blow smelting also refers to the processes of smelting in a molten bath and includes the following technological scheme: dosing of nickel concentrate, fluxing additive and other additives, feeding into the furnace using a top movable feeder, melting with side blowing, depletion of slag in an electric furnace, obtaining matte from low nickel and slag content. In this process, the raw materials must be turned into granules with a size of no more than 25 mm, the requirements for the composition and stability of the material are not as stringent as in the suspension smelting process. Tuyeres on both sides of the furnace are immersed in a slag layer, the furnace is equipped with an emergency air supply system. When an accident occurs, the air supply is interrupted and the lance must be quickly blocked, which is labor intensive. The molten slag needs to be depleted in the electric furnace outside the main furnace, which lengthens the process flow and increases energy consumption. Special requirements are imposed on the fluctuation of the slag level, as a rule, the slag must be removed continuously. The molten slag enters the electric furnace for depletion through the chute, energy consumption increases due to heat dissipation in the chute, and secondary mixing occurs, which negatively affects the slag and nickel matte settling.

Следовательно, существующие процессы плавки никеля нуждаются в усовершенствовании.Consequently, existing nickel smelting processes need to be improved.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение направлено на решение, по меньшей мере, одной из проблем, существующих в известном уровне техники, по меньшей мере, до некоторой степени. Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение устройства и способа плавки никеля с верхним дутьем. В устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности преодоления аварий, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.The present invention seeks to solve at least one of the problems in the prior art, at least to some extent. Thus, it is an object of the present invention to provide a top-blown nickel smelting apparatus and method. The apparatus of the present invention can solve such problems as poor adaptation of the suspension smelting process to the feedstock, long process flow and high energy consumption of existing melt bath smelting processes, while increasing the ability to overcome accidents, providing continuous feeding and intermittent discharge, increasing the residence time of the slag in the furnace, and the efficiency of slag depletion is increased.

Настоящим изобретением обеспечивается устройство плавки никеля с верхним дутьем, представленное несколькими вариантами его осуществления. Устройство включает:The present invention provides a top-blown nickel smelting apparatus in several embodiments. The device includes:

печь, образованную боковыми стенками, торцевыми стенками, подом печи и сводом печи, при этом, в середине свода печи имеется перегородка, отходящая внутрь печи и разделяющая печь на зону плавки и зону обеднения, сообщающиеся друг с другом;a furnace formed by side walls, end walls, a furnace bottom and a furnace roof, while in the middle of the furnace roof there is a partition extending into the furnace and dividing the furnace into a melting zone and a depletion zone, communicating with each other;

при этом, в своде печи в зоне плавки имеется впуск расплавляемого материала, окно для фурмы и выпуск дымовых газов плавки, окно для вторичного воздуха образовано в верхней части боковой стенки в зоне правления, выпуск штейна с низким содержанием никеля расположен в торцевой стенке в зоне плавки вблизи пода печи;at the same time, in the furnace roof in the melting zone there is an inlet for the material to be melted, a lance window and a flue gas outlet for the melting, a window for secondary air is formed in the upper part of the side wall in the control zone, a matte outlet with a low nickel content is located in the end wall in the melting zone near the hearth of the furnace;

при этом, в своде печи в зоне обеднения имеется впуск обедняющего материала, окно для электрода и выпуск обедненных дымовых газов, выпуск обедненного шлака образован в верхней части торцевой стенки в зоне обеднения;at the same time, in the roof of the furnace in the depletion zone there is a depletion material inlet, a window for the electrode and an outlet for depleted flue gases, the depleted slag outlet is formed in the upper part of the end wall in the depletion zone;

фурму, входящую в зону плавки через окно для фурмы;a lance entering the melting zone through a lance window;

электрод, входящий в зону обеднения через окно для электрода.electrode entering the depletion zone through the electrode window.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, в устройстве плавки никеля с верхним дутьем печь разделена на зону плавки и зону обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.In accordance with embodiments of the present invention, in a top-blown nickel smelting apparatus, the furnace is divided into a melting zone and a depletion zone. When the device is used to smelt nickel, molten slag formed in the smelting zone can pass around the baffle and enter the depletion zone where it is reduced by reacting with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced, and the resulting depleted slag can be considered as waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in the same equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transport along the chute, reducing energy consumption and cost, simplifying technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the nickel matte. In addition, the lance enters the melting zone through a lance port located in the roof of the furnace, so that the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram. Therefore, the apparatus of the present invention can solve the problems such as poor adaptation of the suspension smelting process to the raw materials, long process flow and high energy consumption of existing melt bath smelting processes, while increasing the ability to handle accidents, providing continuous feed and intermittent supply. unloading, the residence time of the slag in the furnace increases, and the efficiency of slag depletion increases.

Кроме этого, устройство плавки с верхним дутьем, соответствующее вариантам осуществления настоящего изобретения, также может иметь следующие дополнительные отличительные особенности.In addition, the top-blown melting apparatus according to the embodiments of the present invention may also have the following additional features.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон для фурм и множество фурм.In some embodiments of the present invention, a top-blown nickel smelter includes a plurality of tuyere ports and a plurality of tuyeres.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения каждая из фурм проходит в зону плавки и находится на некотором расстоянии от материала в зоне плавки.In some embodiments, implementation of the present invention, each of the tuyeres extends into the melting zone and is located at some distance from the material in the melting zone.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения множество окон для фурм расположены вокруг впуска расплавляемого материала.In some embodiments of the present invention, a plurality of lance ports are disposed around the molten material inlet.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения выпуск обедненных дымовых газов сообщается с окном вторичного воздуха.In some embodiments of the present invention, a lean flue gas outlet is in communication with a secondary air port.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем дополнительно включает: множество окон для фурм бокового дутья, расположенных в верхней части боковой стенки в зоне обеднения; и множество фурм бокового дутья, каждая из которых входит в зону обеднения через соответствующее окно для фурмы бокового дутья и погружается в материал в зоне обеднения.In some embodiments of the present invention, the top-blown nickel smelting apparatus further includes: a plurality of side-blowing tuyere ports located at the top of the sidewall in the depletion zone; and a plurality of side-blowing lances, each of which enters the depletion zone through a respective side-blow lance port and sinks into the material in the depletion zone.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон для электродов и множество электродов.In some embodiments, the topblown nickel smelting apparatus includes a plurality of electrode windows and a plurality of electrodes.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения боковая стенка и/или торцевая стенка выполнены из огнеупорных кирпичей с водяным охлаждающим кожухом.In some embodiments, implementation of the present invention, the side wall and / or end wall is made of refractory bricks with a water cooling jacket.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения свод печи выполнен из литого материала с водяным охлаждающим кожухом.In some embodiments, implementation of the present invention, the furnace roof is made of a cast material with a water cooling jacket.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения под печи выполнен из стальной плиты и огнеупорных кирпичей.In some embodiments, the furnace hearth is made of steel plate and refractory bricks.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения перегородка и/или выпуск штейна с низким содержанием никеля выполнены из меди с водяным охлаждающим кожухом.In some embodiments, the baffle and / or the low nickel matte outlet is copper with a water cooling jacket.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения впуск обедняющего материала выполнен из стали с водяным охлаждающим кожухом.In some embodiments, the depletion material inlet is steel with a water cooling jacket.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения печь представляет собой квадратную электропечь.In some embodiments, implementation of the present invention, the furnace is a square electric furnace.

Кроме этого, настоящим изобретением обеспечиваются варианты осуществления способа плавки никеля с верхним дутьем, осуществляемые в устройстве плавки никеля с верхним дутьем, описанном выше. Способ включает стадии, на которых:In addition, the present invention provides embodiments of a top-blown nickel smelting process performed in the top-blown nickel smelting apparatus described above. The method includes stages at which:

подают никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент в зону плавки через впуск расплавляемого материала и подают первичный воздух в зону плавки через фурму так, что первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона;Nickel concentrate, first reducing agent and slag forming agent are fed into the smelting zone through the molten material inlet and primary air is fed into the smelting zone through a tuyere so that the primary air reacts with the nickel concentrate, the first reducing agent and the slag forming agent to form the first matte with low nickel content , molten slag and fumes;

подают вторичный воздух в зону плавки через окно вторичного воздуха так, что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном с образованием дымовых газов плавки; иthe secondary air is supplied to the smelting zone through the secondary air window so that the secondary air reacts with the fume to form the smelting flue gases; and

подают расплавленный шлак в зону обеднения через область под перегородкой и поддерживают температуру расплавленного шлака путем нагревания при помощи электрода и подают второй восстановитель в зону обеднения через впуск обедняющего материала так, что расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем с образованием второго штейна с низким содержанием никеля, обедненных дымовых газов и обедненного шлака.feeds molten slag into the depletion zone through the area under the baffle and maintains the temperature of the molten slag by heating with an electrode and feeds the second reducing agent into the depletion zone through the depletion material inlet so that the molten slag reacts with the second reducing agent to form a second matte with low nickel content , depleted flue gases and depleted slag.

В способе плавки никеля с верхним дутьем, соответствующем вариантам осуществления настоящего изобретения, для его осуществления используют устройство плавки никеля с верхним дутьем, в котором в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в способе настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих процессов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.The top-blown nickel smelting method according to the embodiments of the present invention uses a top-blown nickel smelting apparatus in which a smelting zone and a depletion zone are provided in the furnace. When the device is used to smelt nickel, molten slag formed in the smelting zone can pass around the baffle and enter the depletion zone where it is reduced by reacting with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced, and the resulting depleted slag can be considered as waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in the same equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transport along the chute, reducing energy consumption and cost, simplifying technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the nickel matte. In addition, the lance enters the melting zone through a lance port located in the roof of the furnace, so that the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram. Therefore, the method of the present invention can solve such problems as poor adaptation of the suspension smelting process to the feedstock, long process flow and high energy consumption of existing melt bath smelting processes, while increasing the ability to cope with accidents, providing continuous feed and intermittent unloading, the residence time of the slag in the furnace increases, and the efficiency of slag depletion increases.

Кроме этого, способ плавки никеля с верхним дутьем, соответствующий вариантам осуществления настоящего изобретения, также может иметь следующие отличительные особенности.In addition, the top-blown nickel smelting method according to the embodiments of the present invention may also have the following features.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения обедненные дымовые газы возвращают в зону плавки как вторичный воздух.In some embodiments of the present invention, the lean flue gases are returned to the smelting zone as secondary air.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает подачу перемешивающего газа в зону обеднения через фурму бокового дутья; или подачу перемешивающего газа и второго восстановителя в зону обеднения через фурму бокового дутья.In some embodiments of the present invention, the method further comprises supplying a stirring gas to the depletion zone through a side blast lance; or feeding the stirring gas and the second reducing agent to the depletion zone through a side blow lance.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения никелевый концентрат содержит от 1 до 15 мас.% Ni, от 0 до 10мас.% Cu, от 0,001 до 1мас.% Co, от 20 до 35мас.% S и от 0 до 12мас.% MgO.In some embodiments, the nickel concentrate contains 1 to 15 wt% Ni, 0 to 10 wt% Cu, 0.001 to 1 wt% Co, 20 to 35 wt% S, and 0 to 12 wt% MgO.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение концентрата никеля к первому восстановителю лежит в диапазоне от 10:1 до 35:1, и массовое отношение концентрата никеля к шлакообразующему агенту лежит в диапазоне от 5:1 до 10:1.In some embodiments, the weight ratio of nickel concentrate to first reducing agent is in the range of 10: 1 to 35: 1, and the weight ratio of nickel concentrate to slagging agent is in the range of 5: 1 to 10: 1.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура плавки в зоне плавки лежит в диапазоне от 1180°С до 1350°С.In some embodiments, implementation of the present invention, the melting temperature in the melting zone ranges from 1180 ° C to 1350 ° C.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе составляет от 50 до 90%.In some embodiments, implementation of the present invention, the volume percentage of oxygen in the primary air is from 50 to 90%.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения содержание никеля в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,4 до 0,6мас.%.In some embodiments, implementation of the present invention, the nickel content in the molten slag ranges from 0.4 to 0.6 wt.%.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение Fe к SiO₂ в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 0,8 до 1,3.In some embodiments of the present invention, the weight ratio of Fe to SiO ₂ in the molten slag ranges from 0.8 to 1.3.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения содержание оксида кальция в расплавленном шлаке лежит в диапазоне от 3до 5мас.%.In some embodiments, implementation of the present invention, the content of calcium oxide in the molten slag ranges from 3 to 5 wt.%.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура дымовых газов плавки лежит в диапазоне от 1300°С до 1350°С.In some embodiments, implementation of the present invention, the temperature of the flue gases of the melting is in the range from 1300 ° C to 1350 ° C.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура обеднения в зоне обеднения лежит в диапазоне от 1300°С до 1450°С.In some embodiments, implementation of the present invention, the depletion temperature in the depletion zone ranges from 1300 ° C to 1450 ° C.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю лежит в диапазоне от 20:1 до 40:1.In some embodiments, implementation of the present invention, the mass ratio of molten slag to the second reducing agent ranges from 20: 1 to 40: 1.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения температура обедненных дымовых газов лежит в диапазоне от 800°С до 1000°С.In some embodiments, implementation of the present invention, the temperature of the lean flue gases ranges from 800 ° C to 1000 ° C.

Дополнительные аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения, отчасти, будут приведены в нижеследующем описании, отчасти, станут очевидны из этого описания или при практической реализации вариантов осуществления настоящего изобретения.Additional aspects and advantages of embodiments of the present invention, in part, will be set forth in the following description, and in part, will become apparent from this description or from the practice of embodiments of the present invention.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Эти и другие аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения наглядно пояснены и станут более понятны из нижеследующего описания, выполненного со ссылкой на чертежи, на которых:These and other aspects and advantages of embodiments of the present invention are clearly illustrated and will be better understood from the following description, made with reference to the drawings, in which:

Фиг. 1 представляет собой схематичный вид спереди устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;FIG. 1 is a schematic front view of a top-blown nickel smelting apparatus in accordance with one embodiment of the present invention;

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид сверху устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения;FIG. 2 is a schematic top view of a top-blown nickel smelting apparatus according to another embodiment of the present invention;

Фиг. 3 представляет собой схематичный вид спереди устройства плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего еще одному варианту осуществления настоящего изобретения;FIG. 3 is a schematic front view of a top-blown nickel smelting apparatus in accordance with another embodiment of the present invention;

Фиг. 4 представляет собой технологическую схему способа плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;FIG. 4 is a flow diagram of a top-blown nickel smelting process in accordance with one embodiment of the present invention;

Фиг. 5 представляет собой технологическую схему способа плавки никеля с верхним дутьем, соответствующего другому варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 5 is a flow diagram of a top-blown nickel smelting process according to another embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

На чертежах показаны варианты осуществления изобретения, которые подробно пояснены ниже. Те же или подобные элементы и элементы, имеющие одинаковые или сходные функции, во всем описании обозначены одинаковыми номерами позиций. Нижеследующие варианты осуществления изобретения, описанные со ссылкой на чертежи, являются пояснительными, приведены только для разъяснения настоящего изобретения и не могут быть интерпретированы как ограничивающие изобретение.The drawings show embodiments of the invention, which are explained in detail below. The same or similar elements and elements having the same or similar functions are referred to throughout the specification with the same reference numbers. The following embodiments of the invention, described with reference to the drawings, are explanatory, are given only to clarify the present invention and should not be interpreted as limiting the invention.

Следует понимать, что в описании такие термины, как «центральный», «продольный», «боковой», «длина», ширина», «толщина», «верхний», «нижний», «передний», «задний», «левый», «правый», «вертикальный», «горизонтальный», «верх», «низ», «внутренний», «наружный», «по часовой стрелке», «против часовой стрелки», «аксиальный», «радиальный» и «окружной» следует рассматривать как относящиеся к ориентации, рассматриваемой в описании или показанной на чертежах. Эти термины относительного расположения нужны для удобства описания и не подразумевают, что настоящее изобретение задумано или функционирует в определенной ориентации.It should be understood that in the description, terms such as "center", "longitudinal", "side", "length", "width", "thickness", "upper", "lower", "front", "back", " left, right, vertical, horizontal, up, down, inside, outside, clockwise, counterclockwise, axial, radial and "circumferential" should be considered as referring to the orientation considered in the description or shown in the drawings. These terms of relative position are for convenience of description and do not imply that the present invention is conceived or operated in a particular orientation.

Кроме этого, такие термины, как «первый» и «второй», использованные для удобства описания, не подразумевают указания или выражения относительной важности или значимости или выражения количества указанных технических отличительных особенностей. Так, отличительная особенность, определенная с использованием термина «первый» и «второй», может включать одну или несколько таких отличительных особенностей. В описании настоящего изобретения выражение «множество чего-либо» означает два или более двух, если не указано иное.In addition, terms such as "first" and "second", used for convenience of description, are not intended to indicate or express relative importance or significance, or to express the number of such technical features. Thus, a feature defined using the terms “first” and “second” may include one or more of such features. In the description of the present invention, the expression "a plurality of something" means two or more than two, unless otherwise indicated.

В описании настоящего изобретения, если не указано или обусловлено иное, термины «смонтирован», «соединен», «связан», «закреплен» и т.д. использованы в широком смысле и могут относиться, например, к жестким соединениям, разъемным соединениям или неразъемным соединениям; это также могут быть механические или электрические соединения; также могут быть прямые соединения или косвенные соединения через промежуточные структуры; также может иметь место внутреннее сообщение между двумя элементами, что будет понятно специалистам в данной области в соответствии с конкретной ситуацией.In the description of the present invention, unless otherwise indicated or determined, the terms “mounted”, “connected”, “connected”, “fixed”, etc. used in a broad sense and may refer, for example, to rigid connections, detachable connections or permanent connections; it can also be mechanical or electrical connections; there can also be direct connections or indirect connections through intermediate structures; there can also be an internal communication between the two elements, which will be understood by those skilled in the art in accordance with the specific situation.

В настоящем изобретении, если не указано или обусловлено иное, структура, в которой первая отличительная особенность находится «на» или «под» второй отличительной особенностью, может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится в непосредственном контакте со второй отличительной особенностью, а также может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность и вторая отличительная особенность непосредственно не контактируют друг с другом, напротив, контактируют через дополнительную отличительную особенность, образованную между ними. Кроме этого, структура, в которой первая отличительная особенность находится «на», «над» или «поверх» второй отличительной особенности, может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится непосредственно или косвенно «на», «над» или «поверх» второй отличительной особенности, либо вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность только находится на большей высоте, чем вторая отличительная особенность; тогда как структура, в которой первая отличительная особенность находится «снизу», «под» или «внизу» второй отличительной особенности может включать вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность находится непосредственно или косвенно «снизу», «под» или «внизу» второй отличительной особенности, либо вариант осуществления, в котором первая отличительная особенность только находится на меньшей высоте, чем вторая отличительная особенность.In the present invention, unless otherwise indicated or stipulated, a structure in which the first feature is "on" or "below" the second feature may include an embodiment in which the first feature is in direct contact with the second feature, and may also include an embodiment in which the first feature and the second feature do not directly contact each other, on the contrary, contact through an additional feature formed therebetween. In addition, a structure in which the first feature is "on", "above" or "on top" of the second feature may include an embodiment in which the first feature is directly or indirectly "on", "above" or "above" »A second feature, or an embodiment in which the first feature is only at a greater height than the second feature; whereas a structure in which the first feature is “below”, “below” or “below” the second feature may include an embodiment in which the first feature is directly or indirectly “below”, “below” or “below” the second feature, or an embodiment in which the first feature is only at a lower height than the second feature.

В одном из аспектов настоящим изобретением обеспечиваются варианты осуществления устройства плавки никеля с верхним дутьем. Как показано на фиг. 1 и 2, устройство включает печь 100, фурму 200 и электрод 300.In one aspect, the present invention provides embodiments of a top-blown nickel smelting apparatus. As shown in FIG. 1 and 2, the apparatus includes an oven 100, a tuyere 200, and an electrode 300.

В вариантах осуществления настоящего изобретения печь 100 образована боковыми стенками 110, торцевыми стенками 120, подом 130 печи и сводом 140 печи. В частности, как показано на фиг. 1 и 2, печь 100 включает две боковых стенки 110, т.е., переднюю и заднюю стенки, две торцевых стенки 120, т.е., левую и правую стенки, один под 130 печи и один свод 140 печи. Предпочтительно, печь 100 представляет собой квадратную электропечь. Более предпочтительно, печь 100 представляет собой узкую квадратную электропечь. Было обнаружено, что этот тип печи характеризуется меньшими низкотемпературными зонами и, таким образом, меньшей адгезией MgO к стенкам печи; печь этого типа хорошо адаптируется к исходным материалам с большим содержанием MgO. Нужно отметить, что материал боковой стенки 110, торцевой стенки 120, пода 130 печи и свода 140 печи 100 может иметь надлежащую структуру, например, боковая стенка 110 и торцевая стенка 120 выполнены из огнеупорных кирпичей с водяным охлаждающим кожухом, под 130 печи выполнен из стальной плиты и огнеупорных кирпичей, свод 140 печи выполнен из литого материала с водяным охлаждающим кожухом. Перегородка 11 расположена посередине свода печи и проходит во внутреннее пространство печи, материал перегородки 11 может иметь любую надлежащую структуру, например, медь с водяным охлаждающим кожухом. Перегородка 11 разделяет печь 110 на зону 12 плавки и зону 13 обеднения, сообщающиеся друг с другом, т.е., зона плавки образована частью передней боковой стенки 110, перегородкой 11, частью задней боковой стенки 110, одной торцевой стенкой 120, частью пода 130 печи и частью свода 140 печи; зона обеднения образована оставшейся частью передней стенки 110, перегородкой 11, оставшейся частью задней боковой стенки 110, одной торцевой стенкой 120, оставшейся частью пода 130 печи и оставшейся частью свода 140 печи. Было обнаружено, что поскольку в печи данного устройства имеется зона плавки и зона обеднения, во время плавки никеля расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки 11 и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, и образующийся обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключается снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшается энергопотребление и себестоимость, упрощается технологическая схема. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению первого и второго никелевого штейна.In embodiments of the present invention, the furnace 100 is formed by side walls 110, end walls 120, a furnace hearth 130, and a furnace roof 140. In particular, as shown in FIG. 1 and 2, furnace 100 includes two side walls 110, i.e., front and rear walls, two end walls 120, i.e., left and right walls, one underneath 130 of the furnace, and one roof 140 of the furnace. Preferably, oven 100 is a square electric oven. More preferably, the furnace 100 is a narrow square electric furnace. It has been found that this type of furnace is characterized by smaller low temperature zones and thus less adhesion of MgO to the furnace walls; this type of furnace adapts well to raw materials with a high MgO content. It should be noted that the material of the side wall 110, the end wall 120, the hearth 130 of the furnace and the roof 140 of the furnace 100 may have a proper structure, for example, the side wall 110 and the end wall 120 are made of refractory bricks with a water cooling jacket, the furnace base 130 is made of steel slabs and refractory bricks, the roof 140 of the furnace is made of cast material with a water cooling jacket. The baffle 11 is located in the middle of the furnace roof and extends into the interior of the furnace, the material of the baffle 11 can be of any suitable structure, for example copper with a water cooling jacket. The partition 11 divides the furnace 110 into a melting zone 12 and a depletion zone 13 communicating with each other, i.e., the melting zone is formed by a part of the front side wall 110, a partition 11, a part of the rear side wall 110, one end wall 120, a part of the hearth 130 oven and part of the arch 140 of the oven; the depletion zone is formed by the remainder of the front wall 110, the baffle 11, the remainder of the rear side wall 110, one end wall 120, the remainder of the hearth 130 of the furnace, and the remainder of the roof 140 of the furnace. It has been found that since the furnace of this apparatus has a melting zone and a depletion zone, during nickel smelting, molten slag generated in the melting zone can pass around the baffle 11 and enter the depletion zone where it is reduced with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced, and the resulting depleted slag can be considered a waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in one equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transportation along the chute, reducing energy consumption and cost, and simplifying the technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the first and second nickel matte.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в своде 140 печи в зоне 12 плавки имеется впуск 141 расплавляемого материала, окно 142 для фурмы и выпуск 143 дымовых газов плавки. Расплавляемые материалы (содержание никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент) могут быть поданы в зону 12 плавки через впуск 141 расплавляемого материала. Фурма 200 проходит в зону 12 плавки через окно 142 для фурмы, дымовые газы плавки отводят из печи 100 через выпуск 143 дымовых газов плавки. Более конкретно, впуск 141 расплавляемого материала и окно 142 для фурмы расположены в своде 140 печи в разных местах зоны 12 плавки. Предпочтительно, устройство плавки никеля с верхним дутьем включает множество окон 142 для фурм, так что в печи имеется множество фурм 200. Нужно отметить, что конкретное количество и технические характеристики фурм могут быть надлежащим образом выбраны специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, могут быть определены в соответствии с масштабом производства. Было обнаружено, что применение при плавлении с верхним дутьем множества фурм позволяет исключить снижение эффективности, имеющееся в устройстве с одной фурмой, вызываемое заменой фурмы, таким образом, повышая эффективность работы устройства. Поскольку множество фурм используется для дутья при одновременном плавлении, воздушный поток из одной фурмы относительно мал, поэтому существенно ослабляется явление разбрызгивания в ванне расплава, тем самым, уменьшается высота печи и стоимость оборудования. Кроме этого, каждой фурмой можно управлять индивидуально, и индивидуально регулировать поток воздуха через каждую фурму, следовательно, оптимизировать процесс массо- и теплопереноса и уменьшать повреждение футеровки печи. Кроме этого, фурма входит в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, поэтому фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Кроме этого, может быть предусмотрено наличие множества впусков 141 расплавляемого материала, благодаря чему сокращается время поступления материала в печь и увеличивается время пребывания расплавленного шлака в печи. Следует отметить, что взаимное расположение множества окон 142 для фурм и множества впусков 141 расплавляемого материала может быть надлежащим образом выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, множество окон 142 для фурм может быть расположено вокруг множества впусков 141 расплавляемого материала, как показано на фиг. 1. Было обнаружено, что при таком расположении может быть существенно увеличена площадь контакта между материалами и первичным воздухом, благодаря чему увеличивается скорость реакции между материалами и первичным воздухом и повышается эффективность плавки никеля в устройстве. В то же время, при таком расположении расплавляемый материал может непосредственно поступать в печь после дозирования, благодаря чему значительно повышается адаптируемость устройства к материалам. Кроме этого, конкретное место, в котором фурма 200 входит в зону 12 плавки, может быть надлежащим образом выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, фурма 200 может находиться на некотором расстоянии от материалов в зоне 12 плавки или входить в материалы в зоне 12 плавки.In one embodiment of the present invention, the furnace roof 140 in the melting zone 12 includes a melt inlet 141, a lance port 142, and a melt flue gas outlet 143. Materials to be melted (containing nickel concentrate, first reducing agent and slagging agent) can be supplied to the melting zone 12 through the inlet 141 of the material to be melted. The lance 200 passes into the smelting zone 12 through the lance port 142, the smelting flue gases are withdrawn from the furnace 100 through the smelting flue outlet 143. More specifically, the material inlet 141 and the lance port 142 are located in the roof 140 of the furnace at different locations in the melting zone 12. Preferably, the top-blown nickel smelter includes a plurality of tuyere ports 142 such that a plurality of tuyeres 200 are present in the furnace. It should be noted that the specific number and specifications of the tuyeres may be appropriately selected by those skilled in the art according to actual needs, for example , can be determined according to the scale of production. It has been found that the use of a plurality of lances in top-blown melting avoids the efficiency degradation present in a single lance device caused by lance change, thereby increasing the efficiency of the device. Since a plurality of lances are used for blowing while melting, the air flow from one lance is relatively small, so the splash phenomenon in the melt bath is greatly reduced, thereby reducing the furnace height and equipment cost. In addition, each lance can be individually controlled, and the air flow through each lance can be individually regulated, therefore, to optimize the process of mass and heat transfer and to reduce damage to the furnace lining. In addition, the lance enters the melting zone through a lance window located in the roof of the furnace, so the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram. In addition, a plurality of molten material inlets 141 can be provided, thereby shortening the time it takes for the material to enter the furnace and increasing the residence time of the molten slag in the furnace. It should be noted that the relative position of the plurality of tuyere ports 142 and the plurality of molten material inlets 141 can be appropriately selected by those skilled in the art according to actual needs. For example, a plurality of lance ports 142 may be disposed around a plurality of melt material inlets 141 as shown in FIG. 1. It has been found that this arrangement can significantly increase the contact area between the materials and the primary air, thereby increasing the reaction rate between the materials and the primary air and increasing the efficiency of nickel smelting in the apparatus. At the same time, with this arrangement, the material to be melted can directly enter the furnace after metering, thereby greatly increasing the adaptability of the device to materials. In addition, the specific location where the lance 200 enters the melting zone 12 can be appropriately selected by those skilled in the art according to actual needs. For example, the lance 200 may be located at some distance from the materials in the melting zone 12 or enter the materials in the melting zone 12.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, окно 111 для вторичного воздуха находится в верхней части боковой стенки 110 в зоне 12 плавки. Предпочтительно, в верхней части боковой стенки 110 в зоне 12 плавки имеется множество окон 111 для вторичного воздуха. Нужно отметить, что конкретное количество окон 111 для вторичного воздуха может быть выбрано специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Было обнаружено, что когда вторичный воздух, такой как воздух или обогащенный кислородом воздух, подают в зону 12 плавки через окно 111 для вторичного воздуха, монооксид углерода в возгоне, образующемся при плавлении никелевого концентрата, сгорает с образованием диоксида углерода, таким образом, облегчается обработка дымовых газов плавки в последующем устройстве обработки дымовых газов. Кроме этого, расход вторичного воздуха, подаваемого в окно 111 для вторичного воздуха, не должен быть слишком большим или слишком маленьким. Если расход слишком большой, SO₂ в возгоне может превращаться в SO₃, таким образом, увеличивая количество кислоты, подлежащей обработке, а если расход слишком мал, монооксид углерода в возгоне может расходоваться не полностью.In one embodiment of the present invention, the secondary air port 111 is located at the top of the side wall 110 in the melting zone 12. Preferably, a plurality of secondary air ports 111 are provided in the upper portion of the side wall 110 in the melting zone 12. It should be noted that the specific number of secondary air windows 111 can be selected by those skilled in the art according to actual needs. It has been found that when secondary air such as air or oxygen-enriched air is supplied to the smelting zone 12 through the secondary air port 111, carbon monoxide in the fume generated by the nickel concentrate smelting is burned to form carbon dioxide, thus facilitating processing. flue gas smelting in a downstream flue gas treatment device. In addition, the secondary air flow rate supplied to the secondary air port 111 should not be too large or too small. If the flow rate is too high, SO ₂ in the sublimate can be converted to SO ₃ , thus increasing the amount of acid to be treated, and if the flow rate is too low, the carbon monoxide in the sublimate may not be completely consumed.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля образован в торцевой стенке 120 в зоне 12 плавки вблизи пода 130 печи и пригоден для выгрузки первого штейна с низким содержанием никеля, полученного при плавлении никелевого концентрата в зоне 12 плавки. Было обнаружено, что никелевый концентрат в зоне 12 плавки преобразуется в первый штейн с низким содержанием никеля и расплавленный шлак, находящиеся в разных слоях; расплавленный шлак образует верхний слой, а первый штейн с низким содержанием никеля образует нижний слой, так что первый штейн с низким содержанием никеля может быть выведен через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля. Кроме этого, общее содержание Ni и Cu в первом штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес. и содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном устройстве достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более. Нужно отметить, что материал для изготовления выпуска штейна с низким содержанием никеля может быть выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, это может быть медь с водяным охлаждающим кожухом.In another embodiment of the present invention, a low nickel matte outlet 121 is formed in end wall 120 in smelting zone 12 near furnace hearth 130 and is suitable for discharging a first low nickel matte produced by smelting nickel concentrate in smelting zone 12. It has been found that the nickel concentrate in the smelting zone 12 is converted to a first low nickel matte and molten slag in different layers; the molten slag forms the top layer and the first low nickel matte forms the bottom layer so that the first low nickel matte can be discharged through the low nickel matte outlet 121. In addition, the total Ni and Cu content of the first low nickel matte is in the range of 25% by weight. up to 50% wt., S content - in the range from 20% wt. up to 35% wt., the content of Co - in the range from 0 to 1.5% wt. and the Fe content is in the range of 28% by weight. up to 45% weight. Therefore, this device achieves a significant technical effect, namely, the recovery rate of nickel from nickel concentrate in this device is 96% or more. It should be noted that the material for the production of the low nickel matte tapping can be selected by those skilled in the art according to the actual needs, for example copper with a water cooling jacket.

Более конкретно, в зону 12 плавки никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают через впуск 141 расплавляемого материала, первичный воздух подают через фурму 200, в зоне 12 плавки первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона; первый штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля. Вторичный воздух подают в зону 12 плавки через окно 111 для вторичного воздуха, так что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном, монооксид углерода в возгоне сгорает до диоксида углерода с образованием дымовых газов плавки; дымовые газы плавки выводят через окно 143 для дымовых газов плавки. Нужно отметить, что поскольку производство является непрерывным, последовательность подачи и отведения указанных выше материалов в реальном процессе производства может быть выбрана в соответствии с фактическими потребностями специалистами в данной области.More specifically, in the smelting zone 12, nickel concentrate, a first reducing agent and a slag-forming agent are fed through an inlet 141 of the material to be melted, primary air is fed through a tuyere 200, in a smelting zone 12, primary air reacts with the nickel concentrate, the first reducing agent and the slag-forming agent to form the first low nickel matte, molten slag and fumes; the first low nickel matte is withdrawn through a low nickel matte tap 121. Secondary air is supplied to the melting zone 12 through the secondary air port 111, so that the secondary air reacts with the sublimate, the carbon monoxide in the sublimate burns to carbon dioxide to form the flue gases of the melt; the smelting flue gases are discharged through the smelting flue gas port 143. It should be noted that since production is continuous, the sequence of feeding and discharging the above materials in the actual production process can be selected according to the actual needs of those skilled in the art.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения конкретный состав никелевого концентрата может быть надлежащим образом выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, никелевый концентрат может содержать от 1% вес. до 15% вес. Ni, от 0 до 10% вес. Cu, от 0,001% вес. до 1% вес. Co, от 20% вес. до 35% вес. S и от 0 до 12% вес. MgO. Первый восстановитель может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кусковой уголь, полукокс, антрацит и кокс. Шлакообразующий агент может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кварцит и известняк. Массовое отношение никелевого концентрата к первому восстановителю может лежать в диапазоне от 10:1 до 35:1, например, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 30:1 или 35:1. Массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту может лежать в диапазоне от 5:1 до 10:1, например, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1. Было обнаружено, что если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком велико, то рабочей температуры недостаточно, поэтому в шлаке остается большое содержание никеля. Если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком низкое, количество примешиваемого угля большое, поэтому увеличивается температура возгона и энергопотребление. Если массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту слишком большое или слишком низкое, может иметь место ненадлежащий состав шлака, поэтому увеличивается рабочая температура и содержание никеля в шлаке. Температура плавки в зоне плавки может лежать в диапазоне от 1180°С до 1350°С. Было обнаружено, что если температура плавки слишком низкая, увеличивается вязкость шлака, из-за чего возникают трудности при выгрузке материала, и увеличивается содержание никеля в шлаке. Если температура плавки слишком высокая, увеличивается энергопотребление, и сокращается срок службы печи. Объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе может лежать в диапазоне от 50% до 90%. Было обнаружено, что если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком низкое, то образуется большое количество возгона, поэтому требуется относительно крупногабаритная и сложная система обработки дымовых газов, что приводит к высокой себестоимости и энергопотреблению. Если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком большое, трудно управлять производственным процессом, и срок службы фурмы сокращается. Кроме этого, температура дымовых газов плавки может лежать в диапазоне от 1300°С до 1350°С.In another embodiment of the present invention, the particular composition of the nickel concentrate may be appropriately selected by those skilled in the art according to the actual needs. For example, a nickel concentrate can contain from 1 wt%. up to 15% weight. Ni, 0 to 10 wt% Cu, from 0.001 wt% up to 1% weight. Co, from 20% by weight. up to 35% weight. S and from 0 to 12% by weight. MgO. The first reducing agent can be any suitable agent, for example, include at least one of the following: lump coal, char, anthracite, and coke. The slagging agent can be any suitable agent, for example, include at least one of the following: quartzite and limestone. The weight ratio of the nickel concentrate to the first reducing agent can range from 10: 1 to 35: 1, for example 10: 1, 15: 1, 20: 1, 25: 1, 30: 1, or 35: 1. The weight ratio of nickel concentrate to slagging agent can range from 5: 1 to 10: 1, for example, 5: 1, 6: 1, 7: 1, 8: 1, 9: 1, 10: 1. It has been found that if the ratio of the nickel concentrate to the first reductant is too high, the operating temperature is not enough, so a high nickel content remains in the slag. If the ratio of the nickel concentrate to the first reducing agent is too low, the amount of added coal is large, so the sublimate temperature and energy consumption increase. If the weight ratio of nickel concentrate to slag forming agent is too large or too low, improper slag composition may occur, so the operating temperature and nickel content of the slag increase. The melting temperature in the melting zone can range from 1180 ° C to 1350 ° C. It has been found that if the melting temperature is too low, the viscosity of the slag increases, which makes it difficult to discharge the material, and the nickel content of the slag increases. If the melting temperature is too high, energy consumption increases and the life of the furnace is reduced. The volume percentage of oxygen in the primary air can range from 50% to 90%. It has been found that if the volume percentage of oxygen in the primary air is too low, a large amount of flue is generated, therefore a relatively large and complex flue gas treatment system is required, resulting in high cost and energy consumption. If the volume percentage of oxygen in the primary air is too high, it is difficult to control the production process and the life of the lance is shortened. In addition, the temperature of the flue gases of the smelting can be in the range from 1300 ° C to 1350 ° C.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения в своде 140 печи в зоне 13 обеднения имеется впуск 144 обедняющего материала, окно 145 для электрода и выпуск 146 обедненных дымовых газов; второй восстановитель может быть подан в зону обеднения через впуск 144 обедняющего материала. Электрод 300 может быть введен в зону 13 обеднения через окно 145 для электрода, обедненные дымовые газы, образующиеся в зоне 13 обеднения, могут быть выведены через выпуск 146 обедненных дымовых газов. Нужно отметить, что электрод может представлять собой графитовый электрод. Нужно отметить, что конкретный материал для выполнения впуска обедняющего материала может быть выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, это может быть сталь с водяным охлаждающим кожухом. Кроме этого, имеется множество впусков 144 обедняющего материала и множество окон 145 для электродов, при этом, множество впусков 144 обедняющего материала и множество окон 145 для электродов расположены с промежутками, как показано на фиг. 1. Нужно отметить, что конкретное количество и технические параметры электродов могут быть выбраны специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями, например, определены в соответствии с масштабом производства. Было обнаружено, что второй восстановитель, подаваемый в зону 13 обеднения через множество впусков 144 обедняющего материала, вступает в реакцию с расплавленным шлаком, подаваемым в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11 в зоне 13 обеднения, таким образом, оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются вторым восстановителем. Электрод 300 вводят в зону 13 обеднения через окно 145 для электрода с целью нагревания расплавленного шлака, при этом, также поддерживая температуру зоны 13 обеднения в стабильном диапазоне. Наличие множества впусков 144 обедняющего материала и множества окон 145 для электродов, расположенных с промежутками, с одной стороны, благоприятно для поддержания температуры расплавленного шлака при помощи электродов 300 и дополнительной стабилизации температуры в зоне 13 обеднения, с другой стороны, благоприятно для увеличения площади контакта второго восстановителя с расплавленным шлаком и, тем самым, увеличения скорости восстановления расплавленного шлака. Кроме этого, выпуск 146 обедненных дымовых газов может быть соединен с окном 111 для вторичного воздуха для подачи обедненных дымовых газов, образовавшихся в зоне 13 обеднения, в зону 12 плавки с целью удаления монооксида углерода из обедненных дымовых газов с тем, чтобы дымовые газы, образующиеся в устройстве плавки никеля с верхним дутьем, по существу, не содержали токсичного монооксида углерода, что упрощает последующую обработку этих дымовых газов. Нужно отметить, что обеденные дымовые газы также могут быть непосредственно отведены на обработку в последующем процессе обработки дымовых газов.In another embodiment of the present invention, the furnace roof 140 in the depletion zone 13 includes a depletion material inlet 144, an electrode port 145, and a depleted flue gas outlet 146; the second reductant can be supplied to the depletion zone through the depletion material inlet 144. The electrode 300 can be introduced into the depletion zone 13 through the electrode port 145, the lean flue gases generated in the depletion zone 13 can be discharged through the lean flue outlet 146. It should be noted that the electrode can be a graphite electrode. It should be noted that the specific material for making the depletion material inlet can be selected by those skilled in the art according to the actual needs, for example, it can be steel with a water cooling jacket. In addition, there are a plurality of depletion material inlets 144 and a plurality of electrode ports 145, while the plurality of depletion material inlets 144 and a plurality of electrode ports 145 are spaced as shown in FIG. 1. It should be noted that the specific number and technical parameters of the electrodes can be selected by specialists in this field in accordance with the actual needs, for example, determined in accordance with the scale of production. It has been found that the second reducing agent supplied to the depletion zone 13 through the plurality of lean material inlets 144 reacts with the molten slag supplied to the depletion zone 13 through the region under the baffle 11 in the depletion zone 13, thus nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced with a second reducing agent. The electrode 300 is introduced into the depletion zone 13 through the electrode window 145 to heat the molten slag while also maintaining the temperature of the depletion zone 13 in a stable range. The presence of a plurality of depletion material inlets 144 and a plurality of electrode windows 145 located at intervals, on the one hand, is favorable for maintaining the temperature of the molten slag by means of the electrodes 300 and additional temperature stabilization in the depletion zone 13, on the other hand, it is favorable for increasing the contact area of the second reducing agent with molten slag and thereby increasing the rate of reduction of molten slag. In addition, the depleted flue gas outlet 146 may be connected to the secondary air port 111 to supply the lean flue gases generated in the lean zone 13 to the melting zone 12 to remove carbon monoxide from the lean flue gases so that the flue gases generated the top-blown nickel smelter was substantially free of toxic carbon monoxide, which simplifies post-treatment of these flue gases. It should be noted that the lean flue gases can also be directly diverted for treatment in a subsequent flue gas treatment process.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения выпуск 122 обедненного шлака находится в нижней части торцевой стенки 120 в зоне 13 обеднения и используется для отведения обедненного шлака. Было обнаружено, что расплавленный шлак, образующий верхний слой, перетекает в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11, после чего восстанавливается в зоне 13 обеднения с получением обедненного шлака и второго штейна с низким содержанием никеля. Обедненный шлак и второй штейн с низким содержанием никеля тоже образуют разные слои, обедненный шлак, находящийся в верхнем слое, может быть отведен через выпуск 122 обедненного шлака, выполненный в верхней части торцевой стенки 120, а второй штейн с низким содержанием никеля, находящийся в нижнем слое, может перетекать в зону 12 плавки через область под перегородкой 11 и быть выгруженным через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля.In another embodiment of the present invention, the depleted slag outlet 122 is located at the bottom of the end wall 120 in the depletion zone 13 and is used to drain the depleted slag. It was found that the molten slag forming the top layer flows into the depletion zone 13 through the region under the baffle 11, and then recovers in the depletion zone 13 to obtain a depleted slag and a second matte with a low nickel content. The depleted slag and the second low nickel matte also form different layers, the depleted slag in the upper layer can be discharged through the depleted slag outlet 122 at the top of the end wall 120, and the second low nickel matte in the lower layer can flow into the melting zone 12 through the area under the baffle 11 and be discharged through the outlet 121 of the matte with a low nickel content.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 3, устройство плавки никеля с верхним дутьем также включает множество окон 112 для фурм бокового дутья, расположенных в верхней части боковой стенки 110 в зоне 13 обеднения, и множество фурм бокового дутья (не показаны), каждая из которых входит в зону 13 обеднения через соответствующее окно 112 для фурм бокового дутья и погружена в материал, находящийся в зоне 13 обеднения. Через фурмы бокового дутья в зону 13 обеднения может быть введен газ для перемешивания; или через фурмы бокового дутья в зону 13 обеднения может быть введен газ для перемешивания и второй восстановитель. Следовательно, может быть дополнительно повышена эффективность восстановления расплавленного шлака в зоне обеднения.In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the top-blown nickel smelter also includes a plurality of side-blow lance ports 112 located at the top of the side wall 110 in a depletion zone 13, and a plurality of side-blown lances (not shown), each of which enters the depletion zone 13 through a corresponding a window 112 for side blast tuyeres and is immersed in the material located in the depletion zone 13. A mixing gas may be introduced through the side-blow lances into the depletion zone 13; or a stirring gas and a second reducing agent can be introduced through the side-blow lances into the depletion zone 13. Therefore, the reduction efficiency of the molten slag in the depletion zone can be further improved.

А именно, верхний слой расплавленного шлака перетекает в зону 13 обеднения через область под перегородкой 11, электрод 300 используют для нагревания расплавленного шлака в зоне 13 обеднения и, в то же время, поддержания температуры в зоне 13 обеднения. Второй восстановитель поступает в зону 13 обеднения через впуск 144 обедняющего материала, расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем в зоне 13 обеднения. Если нужно, через фурму бокового дутья может быть подан газ для перемешивания; либо через фурму бокового дутья может быть пода второй восстановитель и газ для перемешивания с целью ускорения реакции между расплавленным шлаком и вторым восстановителем с получением обедненного шлака, второго штейна с низким содержанием никеля и обедненных дымовых газов. Обедненный шлак и второй штейн с низким содержанием никеля образуют разные слои, обедненный шлак образует верхний слой, второй штейн с низким содержанием никеля образует нижний слой. Обедненный шлак выводят через выпуск 122 обедненного шлака, обедненные дымовые газы выводят через выпуск 146 обедненных дымовых газов и подают в последующий процесс обработки дымовых газов; либо обедненные дымовые газы могут быть направлены как вторичный воздух в зону 12 плавки для удаления монооксида углерода, после чего отведены через выпуск 143 дымовых газов плавки. Второй штейн с низким содержанием никеля перетекает в зону плавки через область под перегородкой 11, его отводят через выпуск 121 штейна с низким содержанием никеля.Namely, the upper layer of molten slag flows into the depletion zone 13 through the area under the baffle 11, the electrode 300 is used to heat the molten slag in the depletion zone 13 and at the same time maintain the temperature in the depletion zone 13. The second reducing agent enters the depletion zone 13 through the depletion material inlet 144, the molten slag reacts with the second reducing agent in the depletion zone 13. If necessary, agitation gas can be supplied through the side blow lance; or a second reductant and gas may be fed through the side-blow lance to accelerate the reaction between the molten slag and the second reductant to produce a lean slag, a second low nickel matte and depleted flue gases. The depleted slag and the second low nickel matte form different layers, the depleted slag forms the top layer, the second low nickel matte forms the bottom layer. Lean slag is discharged through a depleted slag outlet 122, depleted flue gases are discharged through a depleted flue outlet 146 and fed to a downstream flue gas treatment process; or the depleted flue gases can be directed as secondary air to the smelting zone 12 to remove carbon monoxide, and then discharged through the smelting flue outlet 143. The second low nickel matte flows into the smelting zone through the area under the baffle 11 and is withdrawn through a low nickel matte outlet 121.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения содержание никеля в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,4% вес. до 0,6% вес., например, 0,4% вес., 0,45% вес., 0,5% вес., 0,55% вес. или 0,6% вес. Было обнаружено, что если содержание никеля в расплавленном шлаке низкое, нужно ввести в зону плавки большое количество первого восстановителя для поддержания сильной восстановительной среды, что неблагоприятно для окисления сульфидов и ведет ухудшению качества штейна с низким содержанием никеля. Если содержание никеля в расплавленном шлаке высокое, в зону обеднения нужно ввести большое количество второго восстановителя для восстановления, и обедненный шлак будет содержать большое количество никеля. Кроме того, массовое отношение Fe к SiO₂ в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,8 до 1,3, например, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 или 1,3. Было обнаружено, что массовое отношение Fe к SiO₂ связано с содержанием СаО и MgО в исходных материалах, и целью регулирования этих параметров является обеспечение возможности поддержания температуры плавки расплавленного шлака в пределах относительно широкого низкотемпературного диапазона. Если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке слишком высокое, массовое отношение Fe к SiO₂ низкое, а если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке низкое, массовое отношение Fe к SiO₂ высокое. Кроме этого, содержание оксида кальция в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 3% вес. до 5% вес., например, 3% вес., 3,5% вес., 4% вес., 4,5% вес. или 5% вес. Было обнаружено, что содержание СаО влияет на температуру плавки расплавленного шлака. Если содержание СаО слишком высокое или слишком низкое, температура плавки расплавленного шлака увеличивается. Кроме этого, температура обеднения в зоне обеднения может лежать в диапазоне от 1300°С до 1450°С, например, 1300°С, 1350°С, 1400°С или 1450°С. Было обнаружено, что температура обеднения влияет на содержание никеля в обедненном шлаке. Когда температура обеднения слишком высокая, содержание никеля в обедненном шлаке снижается, однако, если температура обеднения слишком высокая, то потребляется много энергии. С другой стороны, если температура обеднения слишком низкая, содержание никеля в обедненном шлаке увеличивается. Кроме этого, второй восстановитель может представлять собой кокс или полукокс. Кроме этого, массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю может лежать в диапазоне от 20:1 до 40:1, например, 20:1, 25:1, 30:1, 35:1 или 40:1. Было обнаружено, что если это отношение слишком высокое, количество восстановителя мало, и оксид никеля и магнитное железо в расплавленном шлаке не могут быть эффективным образом восстановлены, поэтому содержание никеля в обедненном шлаке будет высоким. Если это отношение слишком низкое, добавляется большое количество восстановителя, таким образом, снижается эффективность восстановителя, и увеличивается содержание СО в возгоне. В этом случае нужно подавать большое количество воздуха для вторичного горения, таким образом, увеличивается объем дымовых газов и стоимость обработки дымовых газов. Кроме этого, газ для перемешивания может представлять собой азот, природный газ или любой другой пригодный газ. Кроме этого, температура обедненных газов может лежать в диапазоне от 800°С до 1000°С. Общее содержание Ni и Cu во втором штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес., содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном устройстве достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более. Кроме этого, содержание никеля в обедненном шлаке лежит в диапазоне от 0,2% вес. до 0,3% вес. То есть, после того, как расплавленный шлак дополнительно восстановлен и обеднен, из него может быть дополнительно извлечен никель, и степень извлечения никеля увеличивается.In another embodiment of the present invention, the nickel content of the molten slag may range from 0.4 wt%. up to 0.6% by weight, for example, 0.4% by weight, 0.45% by weight, 0.5% by weight, 0.55% by weight. or 0.6% weight. It has been found that if the nickel content of the molten slag is low, a large amount of the first reducing agent must be introduced into the smelting zone to maintain a strong reducing environment, which is unfavorable for the oxidation of sulfides and degrades the quality of the low nickel content matte. If the nickel content of the molten slag is high, a large amount of the second reducing agent must be introduced into the depletion zone for reduction, and the depleted slag will contain a large amount of nickel. In addition, the mass ratio of Fe to SiO ₂ in the molten slag can range from 0.8 to 1.3, for example 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 or 1.3. ... It has been found that the weight ratio of Fe to SiO ₂ is related to the CaO and MgO content of the starting materials, and the purpose of controlling these parameters is to allow the melting temperature of the molten slag to be maintained within a relatively wide low temperature range. If the content of CaO and MgO in the molten slag is too high, the mass ratio of Fe to SiO _{2 is} low, and if the content of CaO and MgO in the molten slag is low, the mass ratio of Fe to SiO _{2 is} high. In addition, the content of calcium oxide in the molten slag can range from 3% by weight. up to 5% by weight, for example, 3% by weight, 3.5% by weight, 4% by weight, 4.5% by weight. or 5% weight. It has been found that the CaO content affects the melting temperature of the molten slag. If the CaO content is too high or too low, the melting temperature of the molten slag increases. In addition, the depletion temperature in the depletion zone can range from 1300 ° C to 1450 ° C, for example, 1300 ° C, 1350 ° C, 1400 ° C, or 1450 ° C. It has been found that the depletion temperature affects the nickel content of the depleted slag. When the depletion temperature is too high, the nickel content of the depleted slag decreases, however, if the depletion temperature is too high, a lot of energy is consumed. On the other hand, if the depletion temperature is too low, the nickel content of the depleted slag increases. In addition, the second reducing agent can be coke or semi-coke. In addition, the weight ratio of molten slag to the second reducing agent can range from 20: 1 to 40: 1, for example 20: 1, 25: 1, 30: 1, 35: 1, or 40: 1. It has been found that if this ratio is too high, the amount of the reducing agent is small and the nickel oxide and magnetic iron in the molten slag cannot be efficiently reduced, so the nickel content in the depleted slag will be high. If this ratio is too low, a large amount of the reducing agent is added, thus reducing the effectiveness of the reducing agent and increasing the CO content in the flue. In this case, a large amount of secondary combustion air needs to be supplied, thus increasing the volume of flue gas and the cost of treating the flue gas. In addition, the stirring gas can be nitrogen, natural gas, or any other suitable gas. In addition, the temperature of the lean gases can range from 800 ° C to 1000 ° C. The total Ni and Cu content of the second low nickel matte ranges from 25% by weight. up to 50% wt., S content - in the range from 20% wt. up to 35 wt%, the Co content is in the range from 0 to 1.5 wt%, the Fe content is in the range from 28 wt%. up to 45% weight. Therefore, this device achieves a significant technical effect, namely, the recovery rate of nickel from nickel concentrate in this device is 96% or more. In addition, the nickel content in the lean slag ranges from 0.2% by weight. up to 0.3% wt. That is, after the molten slag is further reduced and depleted, nickel can be further recovered therefrom, and the nickel recovery rate is increased.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, в устройстве плавки никеля с верхним дутьем в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в устройстве настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.In accordance with embodiments of the present invention, a top-blown nickel smelter has a smelting zone and a depletion zone in a furnace. When the device is used to smelt nickel, molten slag formed in the smelting zone can pass around the baffle and enter the depletion zone where it is reduced by reacting with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced, and the resulting depleted slag can be considered as waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in the same equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transport along the chute, reducing energy consumption and cost, simplifying technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the nickel matte. In addition, the lance enters the melting zone through a lance port located in the roof of the furnace, so that the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram. Therefore, the apparatus of the present invention can solve the problems such as poor adaptation of the suspension smelting process to the raw materials, long process flow and high energy consumption of existing melt bath smelting processes, while increasing the ability to handle accidents, providing continuous feed and intermittent supply. unloading, the residence time of the slag in the furnace increases, and the efficiency of slag depletion increases.

В другом аспекте настоящего изобретения им обеспечиваются варианты осуществления способа плавки никеля с верхним дутьем, осуществляемого в устройстве плавки никеля с верхним дутьем. Как показано на фиг. 4, способ включает следующие стадии.In another aspect of the present invention, it provides embodiments of a top-blown nickel smelting process performed in a top-blown nickel smelting apparatus. As shown in FIG. 4, the method includes the following steps.

На стадии S100 никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают в зону плавки через впуск расплавляемого материала, первичный воздух подают в зону плавки при помощи фурмы.In step S100, the nickel concentrate, the first reducing agent and the slagging agent are fed to the smelting zone through the inlet of the molten material, the primary air is supplied to the smelting zone by means of a lance.

На этой стадии никелевый концентрат, первый восстановитель и шлакообразующий агент подают в зону плавки через впуск расплавляемого материала, первичный воздух подают в зону плавки при помощи фурмы так, что первичный воздух вступает в реакцию с никелевым концентратом, первым восстановителем и шлакообразующим агентом с образованием первого штейна с низким содержанием никеля, расплавленного шлака и возгона, первый штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск первого штейна с низким содержанием никеля. Было обнаружено, что в процессе плавки могут проходить такие реакции, как разложение никелевого концентрата, окисление сульфидов, шлакообразование и восстановление. Например, 4CuFeS₂=2Cu₂S+4FeS+S₂(г), 2FeS₂=2FeS+S₂(г), 2FeO+SiO₂=2FeO·SiO₂ и Fe₃O₄+C=3FeO+CO(г).At this stage, the nickel concentrate, the first reducing agent and the slag forming agent are fed to the smelting zone through the inlet of the molten material, the primary air is fed to the smelting zone by means of a lance so that the primary air reacts with the nickel concentrate, the first reducing agent and the slag forming agent to form the first matte. low nickel, molten slag and fumes, the first low nickel matte is discharged through the tapping of the first low nickel matte. It has been found that reactions such as decomposition of nickel concentrate, oxidation of sulfides, slagging and reduction can take place during smelting. For example, 4CuFeS ₂ = 2Cu ₂ S + 4FeS + S ₂ (g), 2FeS ₂ = 2FeS + S ₂ (g), 2FeO + SiO ₂ = 2FeO · SiO ₂ and Fe ₃ O ₄ + C = 3FeO + CO (g ).

Кроме этого, в данном способе в печи имеется меньше низкотемпературных областей, поэтому адгезия MgO к стенкам печи может быть меньше, следовательно, печь этого типа хорошо адаптируется к исходным материалам с большим содержанием MgO. Кроме того, на этом основании данный способ включает две операции, т.е., плавление и обеднение. Когда этот способ используют для плавки никеля, расплавленный шлак может быть обеднен непосредственно, то есть, восстановлен вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, и полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть осуществлены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению первого никелевого штейна и второго никелевого штейна.In addition, in this method, there are fewer low-temperature regions in the furnace, so the adhesion of MgO to the walls of the furnace may be less, therefore, this type of furnace is well adapted to raw materials with a high MgO content. In addition, on this basis, this method includes two steps, i.e. melting and depletion. When this method is used to smelt nickel, the molten slag can be depleted directly, that is, reduced with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced and the resulting depleted slag can be considered a waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in the same equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transport along the chute, reducing energy consumption and cost, simplifying technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the first nickel matte and the second nickel matte.

Кроме того, в соответствии с данным способом, где при плавлении с верхним дутьем используется множество фурм, может быть исключена потеря эффективности устройства с одной фурмой, возникающая при замене фурмы, таким образом, повышается эффективность устройства. Поскольку множество фурм используется для дутья при одновременном плавлении, воздушный поток из одной фурмы относительно мал, поэтому существенно ослабляется явление разбрызгивания в ванне расплава, тем самым, уменьшается высота печи и стоимость оборудования. Кроме этого, каждой фурмой можно управлять индивидуально, и индивидуально регулировать поток воздуха через каждую фурму, следовательно, оптимизировать процесс массо- и теплопереноса и уменьшать повреждение облицовки печи. Кроме этого, фурма входит в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, поэтому фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема.In addition, according to this method, where a plurality of tuyeres are used in top-blown melting, the loss of efficiency of the single-tuyere apparatus caused by replacing the lance can be avoided, thereby increasing the efficiency of the apparatus. Since a plurality of lances are used for blowing while melting, the air flow from one lance is relatively small, so the splash phenomenon in the melt bath is greatly reduced, thereby reducing the furnace height and equipment cost. In addition, each tuyere can be individually controlled, and the air flow through each tuyere can be individually regulated, therefore, the process of mass and heat transfer can be optimized and the damage to the furnace lining can be minimized. In addition, the lance enters the melting zone through a lance window located in the roof of the furnace, so the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения конкретный состав никелевого концентрата может быть надлежащим образом выбран специалистами в данной области в соответствии с фактическими потребностями. Например, никелевый концентрат может содержать от 1% вес. до 15% вес. Ni, от 0 до 10% вес. Cu, от 0,001% вес. до 1% вес. Co, от 20% вес. до 35% вес. S и от 0 до 12% вес. MgO. Первый восстановитель может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кусковой уголь, антрацит, полукокс и кокс. Шлакообразующий агент может представлять собой любой надлежащий агент, например, включать, по меньшей мере, одно из следующего: кварцит и известняк. Массовое отношение никелевого концентрата к первому восстановителю может лежать в диапазоне от 10:1 до 35:1, например, 10:1, 15:1, 20:1, 25:1, 30:1 или 35:1. Массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту может лежать в диапазоне от 5:1 до 10:1, например, 5:1, 6:1, 7:1, 8:1, 9:1, 10:1. Было обнаружено, что если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком велико, то рабочей температуры недостаточно, поэтому в шлаке остается большое содержание никеля. Если отношение никелевого концентрата к первому восстановителю слишком низкое, количество примешиваемого угля большое, поэтому увеличивается температура дымовых газов и энергопотребление. Если массовое отношение никелевого концентрата к шлакообразующему агенту слишком большое или слишком низкое, может иметь место ненадлежащий состав шлака, поэтому увеличивается рабочая температура и содержание никеля в шлаке. Температура плавки в зоне плавки может лежать в диапазоне от 1180°С до 1350°С. Было обнаружено, что если температура плавки слишком низкая, увеличивается вязкость шлака, из-за чего возникают трудности при выгрузке материала, и увеличивается содержание никеля в шлаке. Если температура плавки слишком высокая, увеличивается энергопотребление, и сокращается срок службы печи. Объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе может лежать в диапазоне от 50% до 90%. Было обнаружено, что если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком низкое, то образуется большое количество дымовых газов, поэтому требуется относительно крупногабаритная и сложная система обработки дымовых газов, что приводит к высокой себестоимости и энергопотреблению. Если объемное процентное содержание кислорода в первичном воздухе слишком большое, трудно управлять производственным процессом, и срок службы фурмы сокращается. Кроме этого, общее содержание Ni и Cu в первом штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес. и содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном способе достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в данном устройстве составляет 96% или более. Кроме того, содержание никеля в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,4% вес. до 0,6% вес., например, 0,4% вес., 0,45% вес., 0,5% вес., 0,55% вес. или 0,6% вес. Было обнаружено, что если содержание никеля в расплавленном шлаке низкое, нужно ввести в зону плавки большое количество первого восстановителя для поддержания сильной восстановительной среды, что неблагоприятно для окисления сульфидов и ведет ухудшению качества первого штейна с низким содержанием никеля. Если содержание никеля в расплавленном шлаке высокое, в зону обеднения нужно ввести большое количество второго восстановителя для восстановления, и обедненный шлак будет содержать большое количество никеля. Кроме того, массовое отношение Fe к SiO₂ в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 0,8 до 1,3, например, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2 или 1,3. Было обнаружено, что массовое отношение Fe к SiO₂ связано с содержанием СаО и MgО в исходных материалах, и целью регулирования этих параметров является обеспечение возможности поддержания температуры плавки расплавленного шлака в пределах относительно широкого низкотемпературного диапазона. Если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке слишком высокое, массовое отношение Fe к SiO₂ низкое, а если содержание СаО и MgО в расплавленном шлаке низкое, массовое отношение Fe к SiO₂ высокое. Кроме этого, содержание оксида кальция в расплавленном шлаке может лежать в диапазоне от 3% вес. до 5% вес., например, 3% вес., 3,5% вес., 4% вес., 4,5% вес. или 5% вес. Было обнаружено, что содержание СаО влияет на температуру плавки расплавленного шлака. Если содержание СаО слишком высокое или слишком низкое, температура плавки расплавленного шлака увеличивается.In another embodiment of the present invention, the particular composition of the nickel concentrate may be appropriately selected by those skilled in the art according to the actual needs. For example, a nickel concentrate can contain from 1 wt%. up to 15% weight. Ni, 0 to 10 wt% Cu, from 0.001 wt% up to 1% weight. Co, from 20% by weight. up to 35% weight. S and from 0 to 12% by weight. MgO. The first reducing agent can be any suitable agent, for example, include at least one of the following: lump coal, anthracite, char, and coke. The slagging agent can be any suitable agent, for example, include at least one of the following: quartzite and limestone. The weight ratio of the nickel concentrate to the first reducing agent can range from 10: 1 to 35: 1, for example 10: 1, 15: 1, 20: 1, 25: 1, 30: 1, or 35: 1. The weight ratio of nickel concentrate to slagging agent can range from 5: 1 to 10: 1, for example, 5: 1, 6: 1, 7: 1, 8: 1, 9: 1, 10: 1. It has been found that if the ratio of the nickel concentrate to the first reductant is too high, the operating temperature is not enough, so a high nickel content remains in the slag. If the ratio of the nickel concentrate to the first reducing agent is too low, the amount of added coal is large, so the flue gas temperature and energy consumption increase. If the weight ratio of nickel concentrate to slag forming agent is too large or too low, improper slag composition may occur, so the operating temperature and nickel content of the slag increase. The melting temperature in the melting zone can range from 1180 ° C to 1350 ° C. It has been found that if the melting temperature is too low, the viscosity of the slag increases, which makes it difficult to discharge the material, and the nickel content of the slag increases. If the melting temperature is too high, energy consumption increases and the life of the furnace is reduced. The volume percentage of oxygen in the primary air can range from 50% to 90%. It has been found that if the volume percentage of oxygen in the primary air is too low, a large amount of flue gas is generated, therefore a relatively large and complex flue gas treatment system is required, resulting in high cost and energy consumption. If the volume percentage of oxygen in the primary air is too high, it is difficult to control the production process and the life of the lance is shortened. In addition, the total Ni and Cu content of the first low nickel matte is in the range of 25% by weight. up to 50% wt., S content - in the range from 20% wt. up to 35% wt., the content of Co - in the range from 0 to 1.5% wt. and the Fe content is in the range of 28% by weight. up to 45% weight. Therefore, this method achieves a significant technical effect, namely, the degree of recovery of nickel from nickel concentrate in this device is 96% or more. In addition, the nickel content of the molten slag can range from 0.4% by weight. up to 0.6% by weight, for example, 0.4% by weight, 0.45% by weight, 0.5% by weight, 0.55% by weight. or 0.6% weight. It has been found that if the nickel content of the molten slag is low, a large amount of the first reducing agent must be introduced into the smelting zone to maintain a strong reducing environment, which is unfavorable for the oxidation of sulfides and degrades the quality of the first matte with a low nickel content. If the nickel content of the molten slag is high, a large amount of the second reducing agent must be introduced into the depletion zone for reduction, and the depleted slag will contain a large amount of nickel. In addition, the mass ratio of Fe to SiO ₂ in the molten slag can range from 0.8 to 1.3, for example 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 or 1.3. ... It has been found that the weight ratio of Fe to SiO ₂ is related to the CaO and MgO content of the starting materials, and the purpose of controlling these parameters is to allow the melting temperature of the molten slag to be maintained within a relatively wide low temperature range. If the content of CaO and MgO in the molten slag is too high, the mass ratio of Fe to SiO _{2 is} low, and if the content of CaO and MgO in the molten slag is low, the mass ratio of Fe to SiO _{2 is} high. In addition, the content of calcium oxide in the molten slag can range from 3% by weight. up to 5% by weight, for example, 3% by weight, 3.5% by weight, 4% by weight, 4.5% by weight. or 5% weight. It has been found that the CaO content affects the melting temperature of the molten slag. If the CaO content is too high or too low, the melting temperature of the molten slag increases.

На стадии S200 в зону плавки через окно для вторичного воздуха подают вторичный воздух так, что вторичный воздух вступает в реакцию с возгоном.In step S200, secondary air is supplied to the melting zone through the secondary air port so that the secondary air reacts with fumes.

На этой стадии вторичный воздух подают в зону плавки через окно для вторичного воздуха с тем, чтобы вторичный воздух вступил в реакцию с возгоном с образованием дымовых газов плавки, дымовые газы плавки выводят через выпуск дымовых газов плавки. Было обнаружено, что когда вторичный воздух, такой как воздух или обогащенный кислородом воздух, подают в зону плавки через окно для вторичного воздуха, монооксид углерода в возгоне образующемся при плавлении никелевого концентрата, сгорает с образованием диоксида углерода, таким образом, облегчается обработка дымовых газов плавки в последующем устройстве обработки дымовых газов. Кроме этого, расход вторичного воздуха, подаваемого в окно для вторичного воздуха, не должен быть слишком большим или слишком маленьким. Если расход слишком большой, в ванне расплава может иметь место расплескивание, а если расход слишком мал, монооксид углерода в возгоне может расходоваться не полностью. Кроме этого, температура дымовых газов плавки лежит в диапазоне от 1300°С до 1400°С.At this stage, secondary air is supplied to the smelting zone through a secondary air port so that the secondary air reacts with the flue to form smelting flue gases, the smelting flue gases are discharged through the smelting flue gas outlet. It has been found that when secondary air such as air or oxygen-enriched air is fed into the smelting zone through the secondary air port, carbon monoxide in the smelter sublimate of the nickel concentrate is burned to form carbon dioxide, thus facilitating the handling of the smelting flue gases. in the downstream flue gas treatment device. In addition, the secondary air flow through the secondary air window must not be too high or too low. If the flow rate is too high, splashing may occur in the molten bath, and if the flow rate is too low, carbon monoxide in the sublimate may not be completely consumed. In addition, the temperature of the flue gases of the melting is in the range from 1300 ° C to 1400 ° C.

На стадии S300 расплавленный шлак направляют в зону обеднения через область под перегородкой, температуру расплавленного шлака поддерживают путем нагревания при помощи электрода, второй восстановитель подают в зону обеднения через впуск обедняющего материала так, что расплавленный шлак вступает в реакцию со вторым восстановителем.In step S300, molten slag is directed to the depletion zone through the area below the baffle, the temperature of the molten slag is maintained by heating with an electrode, the second reducing agent is fed to the depletion zone through the depletion material inlet so that the molten slag reacts with the second reducing agent.

На этой стадии расплавленный шлак направляют в зону обеднения через область под перегородкой, температуру расплавленного шлака поддерживают при помощи электрода, второй восстановитель подают в зону обеднения через впуск обедняющего материала для осуществления реакции расплавленного шлака со вторым восстановителем с образованием второго штейна с низким содержанием никеля, обедненных дымовых газов и обедненного шлака. Обедненный шлак отводят через выпуск обедненного шлака, обедненные дымовые газы отводят через выпуск обедненных дымовых газов, второй штейн с низким содержанием никеля выводят через выпуск штейна с низким содержанием никеля.At this stage, the molten slag is sent to the depletion zone through the area under the baffle, the temperature of the molten slag is maintained by the electrode, the second reducing agent is fed to the depletion zone through the depletion material inlet to react the molten slag with the second reducing agent to form a second matte with a low nickel content, depleted flue gases and depleted slag. Depleted slag is withdrawn through a depleted slag outlet, depleted flue gases are withdrawn through a lean flue outlet, a second low nickel matte is withdrawn through a low nickel matte outlet.

Было обнаружено, что в процессе обеднения проходят реакции восстановления оксидов никеля, оксидов железа и магнитного железа, например, NiO+C=Ni+CO (г), FeO+C=Fe+CO (г) и Fe₃O₄+C=3FeO+CO (г). Кроме этого, второй восстановитель и расплавленный шлак в зоне обеднения подвергаются восстановлению, оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются вторым восстановителем, электрод может быть использован для поддержания температуры расплавленного шлака, при этом, также поддерживая температуру зоны обеднения в стабильном диапазоне.It was found that in the process of depletion, reactions of reduction of nickel oxides, iron oxides and magnetic iron occur, for example, NiO + C = Ni + CO (g), FeO + C = Fe + CO (g) and Fe ₃ O ₄ + C = 3FeO + CO (g). In addition, the second reducing agent and molten slag in the depletion zone undergo reduction, nickel oxide and part of the magnetic iron in the molten slag are reduced by the second reductant, the electrode can be used to maintain the temperature of the molten slag, while also maintaining the temperature of the depletion zone in a stable range.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 5, обедненные дымовые газы могут быть использованы в качестве вторичного воздуха в зоне плавки с целью удаления из обедненных дымовых газов монооксида углерода, таким образом, дымовые газы, образующиеся в соответствии с настоящим способом, по существу, не содержат токсичного монооксида углерода, и последующая обработка дымовых газов может быть упрощена Нужно отметить, что обедненные дымовые газы также могут быть непосредственно направлены на обработку в последующем процессе обработке дымовых газов.In one embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the lean flue gas can be used as secondary air in the smelting zone to remove carbon monoxide from the lean flue gas, thus the flue gas generated by the present method is substantially free of toxic carbon monoxide, and subsequent treatment flue gases can be simplified It should be noted that the lean flue gases can also be directly sent to treatment in a downstream flue gas treatment process.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения температура обеднения в зоне обеднения может лежать в диапазоне от 1300°С до 1450°С, например, 1300°С, 1350°С, 1400°С или 1450°С. Было обнаружено, что температура обеднения влияет на содержание никеля в обедненном шлаке. Когда температура обеднения слишком высокая, содержание никеля в обедненном шлаке снижается, однако, если температура обеднения слишком высокая, то потребляется много энергии. С другой стороны, если температура обеднения слишком низкая, содержание никеля в обедненном шлаке увеличивается. Кроме этого, второй восстановитель может представлять собой кокс или полукокс. Кроме этого, массовое отношение расплавленного шлака ко второму восстановителю может лежать в диапазоне от 20:1 до 40:1, например, 20:1, 25:1, 30:1, 35:1 или 40:1. Было обнаружено, что если это отношение слишком высокое, количество восстановителя мало, и оксид никеля и магнитное железо в расплавленном шлаке не могут быть эффективным образом восстановлены, поэтому содержание никеля в обедненном шлаке будет высоким. Если это отношение слишком низкое, добавляется большое количество восстановителя, таким образом, снижается эффективность восстановителя, и увеличивается содержание СО в возгоне. В этом случае нужно подавать большое количество воздуха для вторичного горения, таким образом, увеличивается объем дымовых газов и стоимость обработки дымовых газов. Кроме этого, газ для перемешивания может представлять собой азот, природный газ или любой другой пригодный газ. Кроме этого, температура обедненных газов может лежать в диапазоне от 800°С до 1000°С. Общее содержание Ni и Cu во втором штейне с низким содержанием никеля лежит в диапазоне от 25% вес. до 50% вес., содержание S - в диапазоне от 20% вес. до 35% вес., содержание Со - в диапазоне от 0 до 1,5% вес., содержание Fe - в диапазоне от 28% вес. до 45% вес. Следовательно, в данном способе достигается значительный технический эффект, а именно, степень извлечения никеля из никелевого концентрата в этом устройстве составляет 96% или более.In another embodiment of the present invention, the depletion temperature in the depletion zone may range from 1300 ° C to 1450 ° C, such as 1300 ° C, 1350 ° C, 1400 ° C, or 1450 ° C. It has been found that the depletion temperature affects the nickel content of the depleted slag. When the depletion temperature is too high, the nickel content of the depleted slag decreases, however, if the depletion temperature is too high, a lot of energy is consumed. On the other hand, if the depletion temperature is too low, the nickel content of the depleted slag increases. In addition, the second reducing agent can be coke or semi-coke. In addition, the weight ratio of molten slag to the second reducing agent can range from 20: 1 to 40: 1, for example 20: 1, 25: 1, 30: 1, 35: 1, or 40: 1. It has been found that if this ratio is too high, the amount of the reducing agent is small and the nickel oxide and magnetic iron in the molten slag cannot be efficiently reduced, so the nickel content in the depleted slag will be high. If this ratio is too low, a large amount of the reducing agent is added, thus reducing the effectiveness of the reducing agent and increasing the CO content in the flue. In this case, a large amount of secondary combustion air needs to be supplied, thus increasing the volume of flue gas and the cost of treating the flue gas. In addition, the stirring gas can be nitrogen, natural gas, or any other suitable gas. In addition, the temperature of the lean gases can range from 800 ° C to 1000 ° C. The total Ni and Cu content of the second low nickel matte ranges from 25% by weight. up to 50% wt., S content - in the range from 20% wt. up to 35 wt%, the Co content is in the range from 0 to 1.5 wt%, the Fe content is in the range from 28 wt%. up to 45% weight. Therefore, this method achieves a significant technical effect, namely, the recovery rate of nickel from nickel concentrate in this device is 96% or more.

Нужно отметить, что ссылочные номера 100, 200 и 300 не обязательно отражают последовательность операций способа настоящего изобретения.It should be noted that reference numbers 100, 200, and 300 do not necessarily reflect the flow of the method of the present invention.

В соответствии со способом плавки никеля с верхним дутьем, представленного в вариантах осуществления настоящего изобретения, для реализации данного способа используют устройство плавки никеля с верхним дутьем, в котором в печи имеется зона плавки и зона обеднения. Когда устройство используют для плавки никеля, расплавленный шлак, образующийся в зоне плавки, может проходить вокруг перегородки и поступать в зону обеднения, где он восстанавливается, реагируя со вторым восстановителем. Оксид никеля и часть магнитного железа в расплавленном шлаке восстанавливаются, полученный обедненный шлак может рассматриваться как отвальный шлак. То есть, плавление и обеднение шлака могут быть проведены в одном и том же оборудовании без использования отдельной электропечи для обеднения расплавленного шлака и желоба для его транспортировки, таким образом, исключая снижение температуры расплавленного шлака во время транспортировки по желобу, уменьшая энергопотребление и себестоимость, упрощая технологическую схему. Также уменьшается вторичное перемешивание шлака, что благоприятствует осаждению и отделению никелевого штейна. Кроме того, фурма проникает в зону плавки через окно для фурмы, расположенное в своде печи, так что фурму можно свободно перемещать вверх и вниз в соответствии с изменением содержания жидкости в печи. В случае производственной аварии фурма может быть вынута из печи, таким образом, исключается операция блокирования окна, и упрощается технологическая схема. Следовательно, в способе настоящего изобретения могут быть решены такие проблемы, как плохая адаптация процесса плавки во взвешенном состоянии к сырью, длинная технологическая схема и высокое энергопотребление существующих способов плавки в ванне расплава, при этом, расширяются возможности справляться с авариями, обеспечивается непрерывная подача и периодическая выгрузка, увеличивается время пребывания шлака в печи, и повышается эффективность обеднения шлака.In accordance with the top-blown nickel smelting method of the embodiments of the present invention, the method uses a top-blown nickel smelting apparatus in which a smelting zone and a depletion zone are provided in the furnace. When the device is used to smelt nickel, molten slag formed in the smelting zone can pass around the baffle and enter the depletion zone where it is reduced by reacting with a second reducing agent. Nickel oxide and some of the magnetic iron in the molten slag are reduced, and the resulting depleted slag can be considered as waste slag. That is, the melting and depletion of the slag can be carried out in the same equipment without using a separate electric furnace for depleting the molten slag and the chute for transporting it, thus eliminating the decrease in the temperature of the molten slag during transport along the chute, reducing energy consumption and cost, simplifying technological scheme. Secondary mixing of the slag is also reduced, which favors the precipitation and separation of the nickel matte. In addition, the lance enters the melting zone through a lance port located in the roof of the furnace, so that the lance can be freely moved up and down in accordance with the change in the liquid content of the furnace. In the event of an industrial accident, the lance can be removed from the furnace, thus eliminating the window blocking operation and simplifying the process flow diagram. Therefore, the process of the present invention can solve problems such as poor adaptation of the suspension smelting process to the feedstock, long process flow and high energy consumption of existing melt bath smelting processes, while increasing the ability to cope with accidents, providing continuous feed and intermittent supply. unloading, the residence time of the slag in the furnace increases, and the efficiency of slag depletion increases.

Нужно отметить, что отличительные особенности и преимущества описанного выше устройства плавки никеля с верхним дутьем также применимы к способу настоящего изобретения и здесь не повторяются.It should be noted that the features and advantages of the above-described top-blown nickel smelting apparatus are also applicable to the method of the present invention and are not repeated here.

В данном описании ссылка на «один из вариантов осуществления», «некоторые варианты осуществления», «один из примеров», «конкретный пример» или «некоторые примеры» означает, что определенная отличительная особенность, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. Так, наличие указанных выше выражений в различных местах настоящего описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления или примеру настоящего изобретения. Кроме того, отдельные отличительные особенности, структуры, материалы или характеристики могут сочетаться любым надлежащим образом в одном или нескольких вариантах осуществления или примерах изобретения.In this description, reference to "one of the embodiments", "some of the embodiments", "one of the examples", "a specific example" or "some examples" means that a certain feature, structure, material or characteristic described in connection with embodiment or example are included in at least one embodiment or example of the present invention. Thus, the presence of the above expressions in various places of the present description does not necessarily refer to the same embodiment or example of the present invention. In addition, individual features, structures, materials, or characteristics may be combined in any appropriate manner in one or more embodiments or examples of the invention.

Хотя показаны и описаны пояснительные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области понятно, что приведенные выше варианты осуществления изобретения не могут рассматриваться как ограничивающие настоящее изобретения, и что возможны изменения, альтернативные варианты и модификации этих вариантов осуществления изобретения, не выходящие за рамки существа, основных принципов и объема настоящего изобретения.Although illustrative embodiments of the invention have been shown and described, those skilled in the art will understand that the above embodiments of the invention should not be construed as limiting the present invention, and that changes, alternatives and modifications to these embodiments are possible without departing from the essence of the basic principles and scope of the present invention.

Claims

1. Device for smelting nickel with top blowing, containing:

a furnace formed by side walls, end walls, a furnace bottom and a furnace roof, while in the middle of the furnace roof there is a partition extending into the furnace and dividing the furnace into a melting zone and a depletion zone, communicating with each other,

in the roof of the furnace in the melting zone, an inlet for the material to be melted, a window for a lance and an outlet for flue gases of the melting, a window for secondary air located in the upper part of the side wall in the melting zone, and an outlet for low nickel matte located in the end wall are provided in the melting zone near the furnace bottom

while in the roof of the furnace in the depletion zone, an inlet for the depletion material, a window for the electrode, an outlet for depleted flue gases and an outlet for depleted slag are provided, located in the upper part of the end wall in the depletion zone,

a lance entering the melting zone through a lance window,

electrode entering the depletion zone through the electrode window.

2. The device according to claim 1, which has a plurality of tuyere windows and a plurality of tuyeres,

optionally, each of the lances extends into the melting zone and is located at a distance from the material in the melting zone,

optionally, a plurality of lance ports are disposed around the molten material inlet.

3. The apparatus of claim 1, wherein the lean flue gas outlet is in communication with the secondary air port.

4. A device according to claim 1, which has:

a plurality of side-blast tuyere windows located at the top of the side wall in the depletion zone, and

a plurality of side-blowing lances, each of which is configured to enter the depletion zone through a corresponding window for the side-blowing lance and immerse in the material in the depletion zone.

5. The device according to claim 1, which has a plurality of electrode windows and a plurality of electrodes; wherein,

optionally, the side wall and / or the end wall are made of refractory bricks with a water cooling jacket,

optionally, the furnace roof is made of cast material with a water cooling jacket,

optionally, under the furnace is made of steel plate and refractory bricks,

optionally, the baffle and / or outlet for the low nickel matte is made of copper with a water cooling jacket,

optionally, the lean material inlet is made of steel with a water cooling jacket,

optionally, it is made in the form of a square electric furnace.

6. A method for smelting nickel with overhead blowing, carried out in a nickel smelting device with overhead blowing according to claim 1, including the stages at which:

the nickel concentrate, the first reducing agent and the slagging agent are fed into the smelting zone through the molten material inlet and the primary air is introduced into the smelting zone through the lance so that the primary air reacts with the nickel concentrate, the first reducing agent and the slagging agent to form the first low content matte nickel, molten slag and fumes,

secondary air is supplied to the smelting zone through the secondary air window so that the secondary air reacts with fumes to form smelting flue gases, and

feeds molten slag into the depletion zone through the area under the baffle and maintains the temperature of the molten slag by heating with an electrode; and feeds the second reductant into the depletion zone through the depletion material inlet so that the molten slag reacts with the second reductant to form a second low content matte nickel, depleted flue gases and depleted slag.

7. The method of claim 6, wherein the lean flue gases are returned to the smelting zone as secondary air.

8. The method according to claim 6, which includes:

feeding a stirring gas to the depletion zone through a side blow lance, or

feeding the stirring gas and the second reducing agent to the depletion zone through the side blow lance.

9. The method according to claim 6, in which the nickel concentrate contains from 1 to 15 wt.% Ni, from 0 to 10 wt.% Cu, from 0.001 to 1 wt.% Co, from 20 to 35 wt.% S and from 0 to 12 wt% MgO,

optionally, the weight ratio of nickel concentrate to first reducing agent is in the range of 10: 1 to 35: 1, and the weight ratio of nickel concentrate to slagging agent is in the range of 5: 1 to 10: 1,

optionally, the melting temperature in the melting zone is in the range from 1180 to 1350 ° C,

optionally, the volume percentage of oxygen in the primary air is 50 to 90%;

optionally, the nickel content of the molten slag ranges from 0.4 to 0.6 wt%,

optionally, the weight ratio of Fe to SiO ₂ in the molten slag ranges from 0.8 to 1.3;

optionally, the content of calcium oxide in the molten slag is in the range from 3 to 5 wt.%,

optionally, the flue gas temperature of the melt is in the range of 1300 to 1350 ° C.

10. The method according to claim 6, wherein the depletion temperature in the depletion zone is in the range from 1300 to 1450 ° C,

optionally, the weight ratio of molten slag to the second reducing agent ranges from 20: 1 to 40: 1,

optionally, the temperature of the lean flue gases is in the range of 800 to 1000 ° C.