一種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備及工藝制造技術

一種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備及工藝，屬于鎳鐵生產領域。分為預處理區、還原反應區和分離釜三個區域，總高度7.2～15.3米，高徑比3.4～6.3。預熱區高度3～8.3M，容積1.6～38.7M3，預熱區頂部溫度為80～200℃；爐內采取負壓9.5～9.0MPa操作；還原反應區高度2～4.2M，容積1.3～7.1M3，還原區溫度1100℃～1300℃；分離釜高度0.4～0.8M，容積0.2～1.6M3，分離釜底部溫度1050℃～1250℃，分離釜死鐵層設置為70～300mm；出鐵口與出渣口在軸向距離400～600mm分布，在徑向成90°～180°分布。本發明專利技術生產成本低、環保效果好、還原效率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于鎳鐵生產領域，涉及一種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備及工藝，適用于冶煉紅土鎳礦。
技術介紹
含鎳礦石類型主要有硫化鎳礦和氧化鎳礦(也稱紅土鎳礦)，以前各國主要以硫化鎳礦為原料，通過電爐冶煉；近年來由于硫化鎳礦資源已瀕臨枯竭，世界各國的鎳冶煉企業紛紛把目光轉移到氧化鎳礦資源的開采和利用上來。紅土鎳礦冶煉鎳鐵有兩種方法，分別為濕法冶金工藝和火法冶煉工藝。由于濕法冶金工藝對環境污染嚴重、投資大，很少有企業采用此工藝。火法工藝冶煉鎳鐵主要有高爐冶煉工藝、回轉窯+礦熱爐工藝(RKEF)和回轉窯熔融直接還原工藝。首先高爐冶煉工藝投資大、環境污染嚴重、焦炭消耗量大，也無法實現選擇性還原，產品含鎳一般在3 6%，市場需求量少，成本高。其次設備壽命短,其主要原因有還原區溫度過高、還原時間過長、爐體采用整體設計，這樣爐膛的某一部位一旦損壞，設備就要停產檢修，自然使用壽命就短了。對于回轉窯+礦熱爐工藝(RKEF)，該工藝投資大，建設期長，原料處理階段成本高；由于含水分在35%左右的紅土鎳礦要經過烘干窯進行表面水處理后，再經過回轉窯焙燒預還原，然后再投入礦熱爐內進行鎳鐵冶煉，因此要消耗大量的焦煤、電力以及相當的人工成本，產品含鎳在10%左右。三是回轉窯熔融直接還原紅土鎳礦法，該工藝利用回轉窖全程對鎳團礦進行脫水、焙燒，NiO, FeO等氧化物還原，金屬物聚集，最后生成融態海綿狀夾渣鎳鐵粒，然后再進行磁選；熔煉過程熱能來自煤粉(或重油)燃燒放出的熱量。回轉窯直接還原冶煉鎳鐵生產中，設備簡單、此工藝在實際生產作業率相當較低，綜合單位耗能耗高，雖投資小但鎳金屬回收率低，成本高，在冶煉技術方面還不太成熟，在國內并沒有得到廣泛的應用于實際生產當中。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種以紅土鎳礦為原料，采用節能環保新型紅土鎳礦冶煉設 備，實現控制性還原鐵。生產工藝采用原礦直接投入爐內進行冶煉，并在生產過程中通過控制反應溫度和反應時間來控制鐵的還原度，以解決高爐工藝、回轉窯+礦熱爐(RKEF)、回轉窯直接還原冶煉鎳鐵方法存在的投資大、生產成本高、見效慢、鎳鐵品位低等問題。一種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，分為預處理區、還原反應區和分離釜三個區域，總高度7. 2 15. 3米，高徑比3. 4 6. 3。高度低，容積小，裝料量少，爐料從入爐到出鎳鐵的一個循環次時間為2. 5 4小時，出鎳鐵頻次在I. 5 3小時左右。預熱區高度3 8. 3M，容積I. 6 38. 7M3，預熱區頂部溫度一般在80 200度；爐內采取負壓(9. 5 9. OMPa)操作。還原反應區高度2 4. 2M，容積I. 3 7. IM3左右，還原區溫度1100°C 1300°C。分離釜高度0. 4 0. 8M，容積0. 2 I. 6M3，分離釜底部溫度1050°C 1250°C )。分離爸死鐵層設置為70 300mm。出鐵口與出渣口在軸向距離400 600mm分布，在徑向成90。 180°分布(具體角度依據爐子在生產現場的規劃布局而定)。還原反應區設有配風盤，可很好的將氧氣與空氣進行混合，形成均勻的富氧混合氣體送入爐內，并可隨時調節氧氣的濃度以及送風量的大小，以達到控制爐內還原氣氛的目的。還原反應區與分離釜接觸面采用5 IOmm石棉板做墊圈，內表面用耐火噴涂料從還原反應區底部順延至分離爸耐火磚表面(過度圓弧半徑40 60mm,如圖2所示)。爐內配置了水循環溫度測量傳感器(布置于水循環內)、還原反應區溫度測量傳感器(布置于內爐殼外表面)、分離釜底部溫度測量傳感器(位于底層耐火材料下50 150mm處)。通過監視各溫度測量器(水溫不能超過75°C 100°C，反應區測量溫度不應超過1100°C 1300°C，分離釜底部溫度不應超過1050°C 1250°C )來調節風機的送風量、風速(進入爐內)、氧濃度、水冷卻系統中水流速度，以控制爐內的反應溫度。分離釜底部溫度測量傳感器還為掌握分離釜底部溫度以及間接反應爐內耐火材料的腐蝕情況提供信息。在節能環保型紅土鎳礦冶煉設備的還原反應區域的下部配置了 2-8個氧氣送風口，風口角度為2° 8°，以便于更好更徹底的控制還原反應溫度，提高鎳鐵產品的品位。 還原反應區域爐內料柱存在密度分布不均勻，芯部爐料密度大于外圍爐料密度，加上爐內的氣流呈上升運動影響鼓風效果，容易導致料柱芯部與邊緣氣氛相差較大，將鼓風口角度設置在2° 8°之間，以此來平衡爐內高溫氣體向上運動和爐料芯部密度高所導致料柱芯部的氣氛與邊緣氣氛相差較大的情況。為便于更好更徹底的控制和調節還原反應氣氛，本專利技術將還原反應區的爐腹角設置為3° 10°，能夠減緩氣流上升的速度，使還原反應更充分。由于紅土鎳礦冶煉設備爐腹會因為溫度、溫度變化、化學侵蝕、氧化、爐渣酸堿度、 機械破壞等遭受侵蝕。當金屬冷卻設備長期裸露在高爐內部炙熱的煤氣流或液態渣鐵中， 其工作面將遭受沖刷、磨損及侵蝕，使其命壽縮短。因此本設計考慮在冷卻器工作面砌筑耐火噴涂料來保護冷卻器，厚度為IOmm 80mm，在保護冷卻器的同時也增加了還原反應區內壁的掛渣能力，此外水循環系統對還原反應區爐腹進行降溫的同時，也降低了渣的溫度，增強了耐火層的掛渣能力，更好的保護了冷卻器，延長爐子的壽命。考慮到鐵水的滲透力較強，我們在分離釜外耐火材料和爐殼之間設立了膨脹層6， 能夠有效緩解鐵水對爐殼的壓力。本專利技術冶煉工藝采用濕球入爐、負壓操作、部分還原的方式冶煉紅土鎳礦。球團礦含水量在20% -30%、強度為3kg 10kg/cm2，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度 1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵，整個冶煉過程爐內均采用負壓操作，負壓值在 9. 5 9. OMpa0預熱區由于燃料在爐內燃燒，爐料與高溫氣流成逆流運動，因而熱交換條件好。當爐料不斷向下運動時爐內會產生有大量的水蒸氣蒸發，對爐料向下運動時摩擦產生的粉塵起到了抑制作用，再加上爐內采取負壓(9. 5 9. OMPa)操作，可控制大量的粉塵不能向外溢出，從而達到降塵除塵的目的，環保效果好。由于爐料水分蒸發后體積縮小，同時水分蒸發后使得爐料變的疏松，增大了爐料與爐內氣體接觸的面積，提高了還原效率。還原反應區與預處理區采用法蘭連接。還原反應區爐料已成為熔融狀態，大部分鎳和一部分鐵等其它金屬基本都在此段開始還原成單質狀態，流入至分離釜。主要的反應有NiO+C — Ni+C0 T = 420°C (I)FeO+C — Fe+CO f T = 650 °C (2)Cr203+C — Cr+CO 丨(3)Si02+C — Si+CO f(4)由反應式(1)、(2)可以看出Ni比Fe更容易還原，在Ni先基本還原完的情況下盡量控制低爐溫1010°C 1400°C，減慢Fe的還原速度。分離釜死鐵層設置為70 300_，能較好的保護爐底耐火材料和爐內溫度的穩定性作用。為了提高產品鎳含量，控制鐵的深度還原，一是設計出鐵口距出渣口距離400 600mm，在此段位置Ni的還原反應已經基本完畢，主要存約40% 65%的未還原的氧化鐵和其他爐渣，渣口設置在此位置能達到較好的甩鐵留鎳的效果。采用本專利技術節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，能將主要含有Ni :1. 52% 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，其特征在于分為預處理區、還原反應區和分離釜三個區域，總高度7.2～15.3米，高徑比3.4～6.3；預熱區高度3～8.3M，容積1.6～38.7M3，預熱區頂部溫度為80～200℃；爐內采取負壓9.5～9.0MPa操作；還原反應區高度2～4.2M，容積1.3～7.1M3，還原區溫度1100℃～1300℃；分離釜高度0.4～0.8M，容積0.2～1.6M3，分離釜底部溫度1050℃～1250℃，分離釜死鐵層設置為70～300mm；出鐵口與出渣口在軸向距離400～600mm分布，在徑向成90°～180°分布。

【技術特征摘要】
1.ー種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，其特征在于分為預處理區、還原反應區和分離釜三個區域，總高度7. 2 15. 3米，高徑比3. 4 6. 3 ; 預熱區高度3 8. 3M，容積I. 6 38. 7M3，預熱區頂部溫度為80 200°C;爐內采取負壓9. 5 9. OMPa操作； 還原反應區高度2 4. 2M，容積I. 3 7. 1M3，還原區溫度1100°C 1300°C ； 分離釜高度O. 4 O. 8M，容積O. 2 I. 6M3，分離釜底部溫度1050°C 1250°C，分離釜死鐵層設置為70 300mm ； 出鐵ロ與出渣ロ在軸向距離400 600mm分布，在徑向成90° 180°分布。2.如權利要求I所述ー種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，其特征在于還原反應區設有配風盤，能很好的將氧氣與空氣進行混合，形成均勻的富氧混合氣體送入爐內，并可隨時調節氧氣的濃度以及送風量的大小。3.如權利要求I所述ー種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，其特征在于還原反應區與分離爸接觸面采用5 IOmm石棉板做墊圈，內表面用耐火噴涂料從還原反應區底部順延至分離爸耐火磚表面，過度圓弧半徑40 60mm。4.如權利要求I所述ー種節能環保型紅土鎳礦冶煉設備，其特征在于爐內配置了水循環溫度...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊敏，由勇，陳玉榮，張克強，王強，念大路，由佳，王平，
申請(專利權)人：罕王實業集團有限公司，
類型：發明
國別省市：