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矿热电炉红土矿冶炼镍铁技术概论

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电炉 红土 矿冶 炼镍铁 技术 概论
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2 01 3 年第4 期总第2 3 1 期铁合 金R O 1 3 N O 3 1矿热电炉红土矿冶炼镍铁技术概论吴殿臣1 胡立夫1张烽2 李蒙姬2(1 中钢集团吉林机电设备有限公司 中 国 吉林1 3 2 0 2 1 )( 2 中国钢研科技集团有限公司 中国北京 1 00 0 8 1 )摘 要 详细地介绍了回转 K E F ) 红土矿冶炼镍铁工艺的各个环节 , 包括 : 红土矿的预处理,开炉 ,渣型的选择 , 并给出了 2 种冶炼方案。 同时对电炉的供电制度 、电炉参数的选定。 炉衬的选择以及技术经济指标进行了阐述。并将R 工艺与日本大江山工艺进行了对比, 对红土矿冶炼镍铁生产有一定的指导意义。关键词 红土矿 R 工艺 预处理 工艺控制 经济指标中图分类号 T F 6 44 . 3文献标识码 A文章编号 1 00 1 - 1 9 43 ( 20 1 3 ) 04 - 00 4 3 - 06T E R O D U C T O F U S M E D■A R C F U R E T O L T F eN i W L A T E R W u Di an ch u Li h an g Fe n i M en S i n o s te e l J i l El e c t M e c h an i c a l E qu i pm e n t C o . , Lt d . , J n 1 3 20 2 1 , C h in a )(2C h i I ro n & S te e l R e s e h In s t i tu G r o B e ij in g, 1 000 8 1 , C h in a)A bs t ra c in du c e s w h o p ro c e s s u s la t e ri sm el t F eN i w it h F d e ta i l, in c lu d in g la t re t tm e n t , b lo n an d s la g p a c ho ic e . Tw o sm e l t in g p ro s ar e g iv e n . I t e la b o ra te s o n se v e ra l a s pe c su c h a c e e le c tr ic i t y su p p l y sy s t f u rn ac e p a e te r s , l i n i a te c h n ic o- e c o n om i c i n d e x I t al c om p a re s Fp r o c e s s w i J a p a n K rn R e p ro c e s s . T h er e i s c e r ta gu i d in g s ig n if i c an c e o n p r o du c in g F e N i w it h l at e r i t e .K e yw o rd s la t er i R K c e s s , p r e a tm e n t , te c hn o lo g y c o n l , e c on om i c in d e x* ?刖目据 1 9 8 7 年国际红土矿年会统计 , 目前世界上80 % 的镍储量为氧化性红土矿。 从 1 9 世纪开始 , 人们采用各种不同的湿法或火法冶金从红土矿中提取镍。 经过长期的研究 , 火法冶金采用高炉法或电炉法用碳质还原剂还原氧化性红土矿制取含镍生铁获得了较大的成功 。 所炼镍铁在钢铁工业中用于含镍钢和含镍铸造生铁。 由于电炉的供热热源特征 ,电炉法的镍铁质量高于高炉法 , 含S 、P 相对低 , 减轻了后期精炼负荷 , 因而电炉法是国内外冶炼低品位镍铁的主体。 我国电炉主要生产含镍 1 0% ~ 1 1 % 的镍铁, 而高炉法则生产含镍量相对低的镍铁。 早期我国一些铁合金企业用冶炼硅铁或锰系铁合金的矿热电炉 , 以红土矿( la t 为原料转炼镍铁 , 摸索出重要的经验。在不锈钢产量大幅增幅的驱动下 , 电炉法镍铁的生产能力急剧增加。 据海关统计,我国 2 0 1 0 、20 1 1年进口红土矿分别为 2 5 0 0 万 t 和 4 8 0 5 万 t , 以 1 0 镍铁产量分别可达2 5 0万 0万t。我国冶炼镍铁电炉炉容在不断地扩大 , 额定容量2 5 M 炉型已经逐步退出主体炉型 , 进而 3 3 M V A 、3 6 M V A 、4 8 M V A 、5 1 M V 目前我国最大的 6 0 M V A 镍铁电炉已经投入生产 , 运行指标良好。与此同时, 我国矿热炉生产镍铁的工艺流程更加合理 , 矿热电炉的总体装备水平大幅度提高 , 冶炼工艺技术更加成熟。文章将概括介绍和讨论矿热电炉利用红土矿采用回转窑- 电炉( R K E F ) 冶炼镍铁的工艺( 即E lk )技术[ 1 ]。作者简介 吴殿臣 男 , 1 9 64 年 9 月 出生 ,1 9 8 7 年毕业于北京钢铁学院 自动化专业 ( 吉林函授 ) , 工程师。 现从事市场研发工作 。收稿日期 20 1 3 - 1 644铁 合 金1 工艺流程的描述利用红土镍矿生产镍铁的R 冶炼工艺流程主要包含以下几个阶段 :( 1 )在露天料场进行红土矿的晾晒; 大块红土矿的破碎、筛分; 不同品位红土矿的混匀。( 2 )应用回转式干燥窑对红土矿进行干燥 ; 应用回转窑进行红土矿的焙烧预还原 , 以此获得焙砂。( 3 ) 电炉熔炼焙砂生产含镍生铁。( 4 )炉外精炼粗制镍铁。( 5 ) 用链式浇铸机浇铸(或水粒化)镍铁和渣粒化。( 6 ) 电炉余热的利用。( 7 )粉尘的收集与再利用。2入炉前红土矿预处理 含有大量的物理水( 约 3 0%~ 4 5% ) 和结晶水( 约 1 2 % ) , 不能直接人炉。2 除物理水( 1 ) 晾晒 , 即通过自然蒸发减少物理水。( 2 ) 把含水红土矿混入生石灰(C a O ) , 吸附物理水。( 3 )利用电炉烟气余热作为干燥窑热源 , 在干燥窑大约 2 5 0 T 的温度下 , 将矿石水分降低至 1 5 % ~2 0 % (化学结合水没有排出 ) , 干燥后的矿料水分不宜过低 , 以避免进人回转窑过程中产生过量的粉尘。此为目前普遍采用的生产工艺。2 . 2 获得入炉要求的红土矿( 1 ) 平地吹土烧结。 即把晾晒后的红土矿配加石灰( C 和焦炭 , 在平地上进行“土烧"。该过程热效率低 , 消耗高 , 红土矿利用率低 , 污染严重 , 为国家环保部门所禁止 ,将逐步被淘汰。( 2 ) 采用类似烧石灰的竖窑烧结红土矿。 该工艺也可以生产出合格的烧结矿 ,但也由于污染严重 ,竖窑物料运行不畅而被弃用。( 3 ) 采用煤气( 或天燃气)作燃料的步进式烧结机 ,燃烧器燃烧温度约 1 3 00 t , 生产红土矿烧结矿。此种生产工艺成熟 ,烧结矿的质量较好。 但所生产的烧结矿需要破碎、筛分和整粒工序 , 存在返矿率高( 可达2 0% 左右) 的问题,且难以实现热料人炉 。( 4 ) 圆盘式烧结机。 这是一种高炉法冶炼镍铁红土矿常见的烧结工艺 , 与链式烧结机相比 , 除尘易2 0 1 3 年处理, 烧结矿的质量较好, 但仍然存在返矿率高的缺点 , 对电炉而言存在不能充分利用烧结矿的潜热实现热料入炉的缺陷。( 5 ) 回转窑预还原工艺。 无论国内还是国外 , 现在推荐并且成熟的工艺为回转窑预还原工艺。 其是把经过干燥窑干燥的热料配加碳质还原剂送入回转窑 , 对红土矿进行加热脱水 , 并对其中的铁、镍氧化物进行预还原。 回转窑采用物流与热流逆行的方式进行。红土矿中的结晶水是以氢氧基同矿石的晶格结构结合在一起的 , 约在 40 0X :开始脱除 , 大约在7 6 0 尤完成。回转窑中还原气氛的生成 :2C +0 2 = 2 C 0 t(1 )N 直接还原 :N C =N i + C O t ( 2 )N 间接还原 :N C 0 =N i+ C 0 2 t(3 )矿料一直与含 C 0、C 0 2 的还原气氛接触。 还原气氛下矿料在 50 0 ~ 6 0 0 当矿料到达出料端时 , 温度可升至8 0 0 ~ 9 00 此时矿料中多数的 N 还原。铁氧化物的热分解和还原在低于 5 7 0 T 时按F e 20 3—F e 30 4— 进行转换。而高于5 7 0 "C 时, 有浮氏体中间相生成 ,铁氧化物转换按F e 20 3~ > 0 4—F e O^ F 在还原性气氛下将发生下列反应 :3 F e 20 3+ C 0 = 2F e 30 4+C 0 2 1(4 )F e 30 4+ C 0 = 3 F C 0 2 1 ( 5 )F C 0 = C 0 2 T ( 6 )在上述 3 个铁氧化物的间接还原反应中 , 由于回转窑的还原气氛弱,Pc 反应( 4 )反应相对彻底 , 而反应( 5 ) 、尤其反应( 6 ) 反应并不充分。 在回转窑中不能追求铁氧化物还原成金属的量 , 因为窑内最髙的工作温度受到矿料在窑壁上粘附和生成环状结瘤的限制。回转窑可以采用油质料作为热源, 而目前喷吹煤粉的工艺技术已经完全成熟。 该工艺的优势如下 :( 1 ) 喷咀喷烧烟煤 , 碳质还原剂采用无烟煤 , 工艺既可靠又降低了生产成本。( 2 ) 窑内火焰温度 ( < 1 2 00 T ) 和窑体空间温度易控制 。( 3 )采用耐火浇注料的窑衬, 窑体服务期限长。( 4 ) 焙砂物理水完全被除去 , 结晶水大部分被除去 , 均满足了电炉使用的要求。( 5 ) 由于可控的热制度不会存在窑体矿料结瘤第4 期吴殿臣等 矿热电炉红土矿冶炼镍铁技术概论? 4 5 ?问题 , 物流通畅。( 6 ) 预还原效果容易控制 ,进人电炉内的焙砂无需另加碳质还原剂。( 7 ) 回转窑出来的热焙砂无需筛分 ,直接进人热料罐 , 再经过保温料仓、保温料管直接进人还原炉 ,充分利用了焙砂潜热 , 实现了热料 ( 5 0 0~ 6 0 0 T)人炉 ,大大降低了冶炼过程的电力消耗。在回转窑中由于不能得到烧结块矿 , 采用高炉法冶炼镍铁不宜采用回转窑工艺。3 电炉供电的选择利用红土矿在矿热电炉中冶炼镍铁 , 所用的电炉与其他的铁合金电炉供电方式类似 , 但根据冶炼镍铁熔体的电阻特性 , 镍铁电炉具有如下特征 :( 1 )熔炼熔体的电阻较大, 电极易下插。(2 ) 可采用高于冶炼其他合金(如硅系 、锰系 ) 的二次电压。( 3 ) 电极的插深对炉内电阻敏感性降低, 可放宽矿变的级差。(4 ) 由于采用较高的二次电压, 电炉对无功补偿的补偿量降低 , 甚至无需补偿。( 5 )考虑到用红土矿冶炼镍铁的二次电压较高和采用天燃气开炉工艺的优点 , 变压器的二次侧的低压档的电压可适当提高。考虑到上述特征 , 则:( 1 ) 以矿热电炉冶炼硅铁作为参照炉 ,镍铁电炉的二次工作电压值大致是硅铁的2 2 。(2 ) 正常炉况情况下这样高的二次电压无需无功补偿 ,全炉或称一次侧c p 即可达到0 . 9 以上。( 3 )二次侧电压的级差可放宽到 1 0 V 。(4 ) 为了满足开炉工作电压和冶炼炉况调整的需要 , 大型电炉电压的调级方式增加了矿变二次侧的串并联技术 , 该项技术已经成功用于镍铁冶炼中 ,效果较好。4 电炉尺寸参数的确定[5 ]4 . 1 电极材质电极的材质选用自焙电极。4 极直径冶炼镍铁由于电极的消耗较低, 每吨焙砂在 3 ~5 k g 左右。 因此 , 电极的电流密度可适当降低 , 在电极的正常状态下(不发生软断 ) , 电极电密可选择 3 . 5 ~4 A / 电极截面的功率密度可选 0 0 。4 于极心圆、炉膛直径和炉膛深度依据电炉截面的功率和容积功率密度来选择极心圆直径、炉膛直径和炉膛深度。 同电极截面功率密度选择一样 , 炉容不同选择值不同 ,一般随着炉容的增加, 各项功率密度值呈上升趋势。以 3 6 M V A 镍铁电炉为例, 极心圆功率密度可选择2 M W /炉膛面积功率密度可选择 1 8 0 k W / 炉膛容积功率可选择4 0 依上述参考值可反推确定电炉的极心圆直径、炉膛直径和炉膛深度。 由计算结果可知 , 镍铁电炉尺寸与硅铁等电炉相比呈现出大极心圆直径、大炉膛直径和深炉膛的特征。4 继而在分渣器分流 , 渣 、铁流分离清晰。 而矮炉身的大型镍铁电炉渣铁分出 , 在炉身纵向渣 、铁口位置不同 , 这样就存在渣铁口中心线相距多少才合理的问题。 应当考虑 ( 1 )炉容 ; ( 2 )炉膛深度 ; ( 3 ) 出渣、铁的周期 , 渣铁量 ; ( 4 ) 电极插入料面以下的深度; ( 5 )渣铁熔体层的厚度等诸多因素。 统计数据表明 ,渣铁口中心线的纵向高度差距参考值为炉膛深度的 1 0 % ~ 1 5 % 为宜。 考虑该问题的出发点主要在于出渣铁后炉内应保证一定厚度的熔体层 , 以利于维持炉膛内熔体的高热焓 ,对于降低冶炼电耗至关重要。5 电炉旳装备特征镍铁电炉本体类似常规铁合金矿热炉 , 但也有特殊要求。( 1 )必须采用水冷炉衬,一般采用炉衬铜套水冷。( 2 ) 大型电炉采用双铁口 、双渣口 , 渣铁口中心线要保持一定的距离, 实现渣铁分出 。( 3 )采取炉底留铁操作工艺 , 拥有合理的死铁层深度 , 出铁口高于炉底 ( 譬如 1 0 0 ~ 1 5 0 m m ) , 以减轻铁水环流对炉底耐材的冲刷 , 延长炉底耐材的使用寿命。( 4 )炉底和炉衬多处埋置热电偶 , 随时监控炉底和炉衬各部位的温度变化。( 5 )更加强调炉底风冷。( 6 ) 采用密封式炉盖, 无水耐火砖结构或水冷炉生 . o( 7 ) 由于大型镍铁电炉炉衬的热膨胀较大, 大型镍铁电炉壳体结构不能采取整体炉壳 , 而要用非整体炉壳 , 留有膨胀间隙(膨胀节 ) 。? 4 6 ?铁 合 金20 1 3 年( 8 )镍铁电炉由于煤气量少 , 烟气排出的 C O 浓度低 , 发热值低 , 不宜采用常规回收煤气的铁合金封闭电炉。( 9 )炉顶设置保温料仓和保温料管, 以实现镍铁电炉的热料人炉。( 1 0 ) 镍铁电炉炉口温度高 , 烟气温度高 ( 可达8 5 0 工甚至更高 ) ,要充分利用该部分热能作为红土矿干燥窑的热源 , 要求烟道的设计必须满足该要求。一般采用保温烟道 , 内衬耐火材料。( 11) 电炉炉基设有安全坑, 当电炉发生漏铁漏渣事故时, 高温熔体能顺利地流人安全坑内。6 冶炼工艺控制6 . 1 开好炉开好炉的标志是 : (1 )炉体保持整体完整; ( 2 )妒衬蓄热充足; (3 ) 电极可以承受额定电负荷。 要根据炉衬材质的不同种类制定周密的烘炉热工方案 , 要根据所用电极糊的特性制定周密的电极焙烧方案。一般大型电炉开炉的方案有3 种:⑴焦烘- 电烘; ( 2 )直接电烘 ; ( 3 )天燃气火焰烘。 与( 1 ) 、 ( 2 )相比天燃气火焰烘炉的优点是 :①火焰温度易控制 ; ②炉膛空间受热均匀; ③烘后炉内无残留物 ;④炉衬耐材受热可控 , 均匀 ; ⑤电极整体焙烧好M 。6 型选择所谓渣型的选择主要指 ( 1 )熔渣中 S i 0 2 、C M g O 质量分数及其比值 ; (2 )渣中 F e O 量。 在粗制镍铁的电炉冶炼过程中宏观可区分为 2 种冶炼方案 :红土矿中所含 N i 、F e 氧化物尽可能地完全还原 , 镍生铁中镍含量基本上是焙砂中的 N i /( N i+ F e )之比, 即生产低品位的粗制镍生铁。R K E F 冶炼镍铁工艺 , N i O 的还原充分 ,但对铁氧化物的还原在回转窑中的还原条件并不充分 , 所谓在回转窑中铁氧化物的预还原主要是指铁氧化物由高价态变成低价态 ,也有少量的金属铁。 所说减少铁氧化物还原成金属铁的总量而提高了电炉冶炼粗制含镍生铁中含镍量 ,提高的幅度决定于铁氧化物在猹中的残余量 , 以 F 式呈现。表 1 为红土矿原始干基成分。 表2 给出了 A 、由于红土矿属镁质硅酸盐氧化型镍矿 , 含 C a 大约 1 % ) 。 3 ); B 方案中属于原矿中的自然碱度 。表 1 红土矿原始干基成分 %T a b . 1 O ri g in d b as p o si ti o n fo r l a t e%N iF eM i 0 2C 1 2031 . 8 01 6 . 001 9 . 00 3 3 1 2 . 00表 2 A、B 两种方案指标对比%T a b . 2 I nd c om s o n be t w e e n P l a n A a Pl a n B %项目 A 5 01. 80F . 001 6 . 001 9 29 . 003 3 . 00—R( C M g 0 ) /S = 1 . 00M S =0 . 5 8铁还原率9 05 0熔渣成分S 47 . 005 8 F e 0 01 1 C 00—M 003 4 R( C M /S = 0 M S =0 . 60铁水水分N . 001 显然 , A 方案中渣型主要是S - C a 0 - M g 0 为主体 ,而e 0 -S i 0 2- M 。A 方案中提高了渣中C a O 的质量分数,提高了熔渣的碱度(见表 1 , 《= 0. 9 3 ) 。熔池中发生如下反应 :C ?S = C ?S + F )形成高温而稳定的硅酸钙结构 : C a 0 * S ,20 &0^ 0 2 和 3 C S , 其溶化温度分别为1 8 1 3 K、2 4 0 3 K 和 2 1 7 3 K ,从而提高了熔渣的熔化液相线温度提高了炉温。 而C S 的结合导致原来的S - 化合键受到破坏 , 提高了 ( ) 的活度 , 利于F 熔体里的还原。 在碳充足的情况下 , F 直接还原相当彻底 ,一般 F e 氧化物的还原度均可达到 90%~ 9 5% 。 A 方案工艺使N i , 红土矿中的组分得到了充分的利用 , 当然随着镍生铁中铁组分的增加 ,成品镍铁中的 N i 的组分降低。见表 l , i?= ,控制F 由于熔渣中含有大量的F e O , 形成低熔点 ( 1 4 9 3 K ) 的硅酸铁( F e S )熔体,降低了熔渣的初始熔化温度 , 降低了操作温度 , 抑制了 F 还原 ,从而可以得到含镍高的粗制镍铁。一般表1 中的焙砂采用 A 方案生产的粗制镍铁含N i 1 0% ~ 1 1 % ,而采用i 可达1 5%~ 2 0% 。 采用哪种方案第4 期主要取决于对生铁中 N i 的成分的要求。合理的选择渣型对冶炼镍铁十分重要。 在保证出炉渣流动性良好和所给予的红土矿组分好的情况下, 尽量选择熔点相对较低的渣型, 这样炉膛内化猹所用的电力消耗可以降低。一般A 方案中( C a O +M / S 0 0 . 9 3 , 而 然碱度 ,M g 0 /S ~ 0 为参考值。 因而所谓矿热炉冶炼镍铁的电耗 , 确切地说应当是化渣能耗。6 1 热化学反应理论指出, 在N F e 0 -S 系中,在7 5 0 尤时 :( 2N ) +2 C = 2[+2C 0 t + S ( 8 )N 而在9 0 0 ~ 1 1 0 0 T 时铁氧化物还原按下式进行 :( 2 F ? S i 0 2 ) + 2 C =2 [F e ] + 2 C 0 t + S ( 9 )F e 开始被还原 , 体可以作为 N 还原剂。N F e= N i + ( 1 0 )还原出来的[F e ] 和[下式互溶 :[N i ] + [F e ]=[N i ]F e ( 1 1 )在液态时[N i ] 和[F e ] 有无限溶解性 , 二者互溶促进了还原反应的进行。 渣的熔态比重为 3 g /c 右,而铁水的熔态比重为 7 . 9 g /c 悬殊的比重差异极易实现熔池内渣相流质和铁相流质的聚集与分离。在矿热炉冶炼镍铁的工艺中 , 在配碳正确的情况下 , A 方案中铁、 镍氧化物的还原无需特别关注。因为 , 当熔池中在渣熔体的温度下 , 铁 、镍氧化物的还原十分彻底。而根据所设定的成品生铁中的镍含量,控制反应( 9 ) 的发展。控制的方法是 : 采用低碱度 , 选择性还原和控制进入电炉的焙砂的残碳量。6. 3 确选择使用负荷镍铁冶炼在炉中可以说仅仅是一个化渣过程 ,其在相当宽的二次电压范围内均可以完成此工艺过程。 控制的标准为电极插人料层的深度适宜, 熔池为焙砂覆盖 ,杜绝明弧操作 , 尽量做到使固态料下熔化的径向区域宽。 熔体过热对镍铁冶炼有害 ,其不仅增加了冶炼电耗 , 还会对炉衬安全构成威胁。 同时应十分注意电炉功率和吞吐焙砂料量的关系。6 . 3 . 3 熔池电路特征以 3 6 M V A 硅铁电炉为参照炉与相同容量的镍铁电炉为例 , 折算到二次侧等效星形电炉电路参数的比较见表 3 。表 3 的计算结果表明 , 就全炉阻抗而言 , 镍铁电炉为硅铁电炉的 3 . 7 倍; 而熔池有效电阻( 也称操作? 4 7 ?表 3 3 6 M 铁电炉参数T 3 3 6 M V A i f u rn a c e p a ra m e te r 带二次侧补偿 )( 无补偿)电极直径/m 3 0 01 3 0 0二次侧线电压/0二次侧电流A . 5 7总阻抗/m f 8 766 . 94 5短网有效电阻/0 . 0 1< 0 极外露端有效电阻/m i 060 . 06熔池有效电阻/m X 66 66 . 2 5 0熔池功率/k 9 8 73 2 4 00电阻) 约为硅铁电炉的 3 说明镍铁电炉所使用的二次侧电压远远高于硅铁电炉的原因及其电极可以深深地插人渣熔体的原因。以冶炼硅铁为参照 , 应重视炉内熔池电路星形回路( 电极一渣熔体一金属 ( 电位零点)一渣熔体一电极) 的发展 , 并形成完整的电弧高温反应区。 与冶炼硅铁相反 , 镍铁电炉的熔池应重视三角形 ( 电极一渣熔体一电极 ) 回路的发展, 以扩大熔池的径向熔化区。在冶炼 7 5 硅铁时 , 电弧电流( 星形回路)达到总电流的 7 0 % , 而炉料( 三角形回路)电流只占 3 0% ; 镍铁电炉恰恰与此相反 , 主要原因是与硅铁电炉相比 ,镍铁电炉有更大的电阻。 炉内电流的分配还取决于熔渣的形成条件 ,出现液相的温度愈低 , 炉料电导愈大 , 经炉料电流越大而电弧电流 ( 功率 ) 的份额就愈小。 采用 B 方案冶炼镍铁, 由于渣中 F e O 高达 1 0%~2 0 % 甚至更高, 炉渣的导电性增强 , 从而扩大了三角形回路的份额, 降低了渣相熔体的液线温度抑制了铁的还原量。 在熔渣组分确定的前提下, 控制两种回路比例的方法是调节电炉的二次电压、 负荷量和调节电极插人熔体的位置 ( 即电极的插深 ) 。6 4 用插入式钼铑热电偶随时测定渣 、铁水的温度。直观地反映出炉内熔体的温度状态, 为控制电炉冶炼工艺提供了重要的依据 ,一般出渣温度在1 4 5 0 ~1 6 0 0冗, 而铁水温度在 1 4 00 ~ 1 5 0 (? : 为参考值。7电炉炉衬镁砖曾是镍铁电炉炉衬的首选材料 , 耐火度高 ,强度大。然而 , M 耐材是由镁砂颗粒构成的 , 因而存在较高的气孔率 , 达1 0%~ 2 0% , 其缺点 : ( 1 ) 镁砖对温度急变十分敏感 , 使用不当 , 易产生剥落; ( 2 )吴殿臣等矿热电炉红土矿冶炼镍铁技术概论? 4 8 ?铁 合 金20 1 3 年熔渣容易渗透。 随之而开发的镁铬砖( M g 0-C ) 解决了镁砖的渗透问题 , 抗渣性能显著提高 ; 在高达1 8 0 0 弋温度下体积稳定 ,高温强度大。 在国内外镍铁电炉获得了广泛的应用[@ 。由于M g O - C 砖存在 C r 对环境污染, 进而开发了更加优良的碱性耐材材料镁炭砖 ( M ) 。M C 砖中的石墨碳填充了镁砖的气孔空间 , 其特点 : ( 1 )体积稳定 ; ( 2 ) 高温强度高 ; ( 3 ) 尤其是抗渣性能优良 。 M g O 的出现完全克服了过去碱性耐火材料的缺点 , 即炉渣侵蚀和发生裂纹的致命问题。 其质量优势在国内外碱性炉衬的耐材中得到广泛的应用和肯定 , 在耐材领域中被认为具有里程碑意义?。国外镍铁电炉炉底和炉墙渣线的砌筑材质由镁砖发展到 M g O -C 砖进而发展到 M g O - C 砖 。少有炉底用带烧结剂的镁质捣打料打结。在总结国内外成功经验的基础上, 我国有大型镍铁电炉炉墙内衬选用 M g O , 外衬选用 M C 砖; 炉底耐材下层选用M g 0-C 砖 , 上层选用M C 砖 , 被认为是使用了当前最优质的碱性耐材。国内外解决镍铁电炉炉衬寿命更重要的措施是采用强制水冷却挂渣炉衬以弥补耐材的不足。 冷却的方式有炉壳水喷淋和炉墙内预置水冷铜套。 预置水冷铜套尽管费用高 , 但效果较好, 大大提高了炉衬的服务期限, 经济上也是合理的。铁渣口是整个炉体受热负荷最重的区域 , 为提高铁、渣口的使用寿命, 渣口采用石墨衬里的水冷铜水套 ; 铁口采用铬镁材料或熔铸耐火材料的水冷铜水套 , 统称为易拆换组合式水冷铁渣口 , 效果较好。8 技术经济指标8 . 1 焙砂耗电量 , 一般按电炉每耗 5 0 0 ~ 5 5 0 吐 1 t 热焙砂的量来估算。8 铁电耗 : 指生产1 t 镍铁的电力消耗, 其决定于红土矿中所含F e 的总量和所采用的冶炼方案。 例如 , 采用表1成分的红土矿 , 采用A 方案冶炼大约可生产出含 N i 为 1 0 % ~ 1 1 % 的镍铁 ,1 冶炼电耗大约为 3 5 0 0 - 4 0 0 0 kW h 。9 结语镍铁冶炼工序较长 , 要协调好干燥窑一回转窑一电炉冶炼一出渣 、铁一铁水浇铸( 或粒化 ) , 水淬渣等各工序的关系 , 减少热停时间。9 焙砂入炉的温度是降低冶炼电耗的关键因素之一, 与冷料人炉相比 , 人炉焙砂温度达到 5 0 0 ° 0 %左右。 这是国内外电炉法冶炼镍铁均采用回转窑生产热焙砂的理由 。9 . 2 提高红土矿的利用率重点是对粉尘( 尤其是散点粉尘 ) 的收集。 国内外通用做法是回收粉尘直接返回回转窑 , 全过程红土矿利用率应不低于9 5 % 。9 . 3 在世界上利用红土矿冶炼镍生铁的工艺 , 除日本冶金工业有限公司大江山冶炼厂采用回转窑直接冶炼镍铁 ( 称为大江山法 ) 外 , 基本上采用挪威埃尔克姆公司 ( E l k e m ) 的回转窑一电炉 ( R K E F )工艺。9 江山工艺与 R K E F 工艺一样均起始于2 0世纪5 0 年代 ,其整个流程分为3个步骤 : (1) 物料预处理 :磨矿、混合与制团; (2 ) 冶炼工艺 : 回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集 ; ( 3 )分离处理 : 回转窑产出的热料用重选与磁选分出镍铁合金 。 其是直接使用烟煤和无烟煤等廉价燃料取代昂贵的电能作为其主要的能源, 因而能耗的成本很低, 其同样也可以处理镁质硅酸盐型红土矿 , 镍矿中 N i 的回收率达9 5%。 但大江山工艺并没有被广泛的采纳 , 主要的原因与 R K E F 工艺工序流畅 、易实现相比 , 工序的技术难度较大有关[ 1W 2] 。参考文献[ 1 ] 张烽 , 于忠. 铁合金生产的理论和工艺 ,北京: 冶金工业出版社 , 1 994 . 8[ 2 ] 黄其兴. 镍冶金学, 北京 : 中国科学技术出版社 , 1 99 0 . 8[ 3 ] 彭容秋. 镍冶金 , 长沙中南大学出版社 , 2 005 . 9[4 ]J . R 小博尔德. 镍提取冶金. 北京 : 冶金工业出版社,1 9 7 7 . 9[5 ] 重有色金属冶炼设计手册 , 铜镍卷. 北京:冶金工业出版社 , 1 9 9 6 . 1 0[6]C D . 镍火法冶金综述. 有色冶炼 , 1 9 9 2 ( 5 )[7 ] 镍铁合金经济熔炼法. 有色冶炼 , 1 9 9 6 ( 5 )[ 8 ] 孙宇飞. 镁质和镁基复相耐火材料. 北京 : 冶金工业出版社 , 2 0 1 0 . 7[9 ] 王诚训. 镁铬铝系耐火材料. 北京 : 冶金工业出版社 。1 9 9 5 . 1 2[ 1 0 ] 王诚训. M 北京 : 冶金工业出版社。1 9 9 5 . 1 0[ 1 1 ] 世界镍钴生产公司及厂家 . 北京 : 冶金工业出版社 20 00 1 2 ] 日 向冶炼厂的镍铁冶炼. 有色冶炼 , 1 99 6 ( 6 )
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