熔煉方法和工藝

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產品介紹

熔煉方法和工藝如下:
預處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細后, 與含碳物料和熔劑石灰石混合, 然后連續給入回轉窯。在回轉窯中, 物料與煤燃燒所產生的熱氣流逆流運動,經受所有熔煉步驟--干燥, 脫水, 還原和金屬成長。金屬是在窯中半熔融條件下生成的。燒成的物料熔塊從回轉窯出來就將它水碎,磨細后, 用重選和磁選機將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來。分離出來的鎳鐵呈直徑2~3毫米的沙狀顆粒, 并夾帶1~2%爐渣, 其化學組成為C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。 此產品不管含硫多高均適用于煉鋼過程, 因煉鋼時有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過程中相當有利于連續加料和作為冷卻劑物料快速溶解。
回轉窯生產工藝鎳和鐵的回收率都很高,均在90%以上。
工藝原理
雖然紅土鎳礦處理工藝主要分為濕法冶煉工藝和火法冶煉工藝,但目前世界范圍內比較成熟的利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的工藝方法仍舊以火法冶煉為主。
火法冶煉鎳鐵是在高溫條件下,以C(或Si)作還原劑,對氧化鎳礦中的NiO及其他氧化物(如FeO)進行還原而得。同時采用選擇性還原工藝,合理使用還原劑,按還原順序NiO、FeO、Cr2o3、SiO2進行還原反應。
因不同產地的鎳礦成分不同,NiO及各種氧化物之間組成的化合物也有所不同,因而,在鎳鐵冶煉過程中,其實際反應較復雜。反應生成的Ni和Fe能在不同比例下互溶,生成鎳鐵。
從上述(1)、(2)反應式中可看出:NiO、FeO還原反應開始溫度較低,而且,NiO的開始反應溫度比FeO約低200℃;因而,火法冶煉鎳鐵過程中,盡管所采用的鎳礦NiO含量較低,但NiO 90%以上被還原,而且,在Ni/Fe很低的情況下,可通過不同的工藝操作,使產品含Ni量提高到較高水平,與鐵合金其他產品(如高碳鉻鐵、錳硅合金等)相比,電爐粗鎳冶煉難度相對較低。
三、紅土鎳礦預處理
紅土鎳礦屬非結晶型礦種。不同鎳礦類型,成分波動范圍為:Ni 0.87%~3.85%,Fe 6%~50%,MgO 1.5%~32%,Si02 5%~58%,Al2o3 1%~15%,P 0.000 4%~0.000 2%,S 0.00l%~0.08%。
紅土鎳礦另一個特點是水分較高,尤其是目前我國紅土鎳礦主要進口國菲律賓和印尼兩國氣候多雨潮濕,鎳礦中水分基本在30~35%范圍波動。為確保鎳鐵冶煉爐況穩定,鎳礦在入爐前必須進行脫水,造塊處理。不同的鎳鐵生產廠家對入爐前鎳礦的脫水燒結處理普遍使用如下幾種預處理方式:
①回轉窯烘干→造塊→回轉窯高溫脫水、預熱。
②回轉窯烘干→造塊→豎爐燒結、預還原。
③回轉窯烘干→脫水、燒結(包括預還原)。
不同的鎳礦處理工藝的投資費用及工藝操作難度不同,對整個鎳鐵冶煉工藝綜合能耗及產品質量的影響也有所不同,因而,隨著我國鎳鐵生產的規?;?,選擇何種鎳礦預處理方式,值得分析。
四、數種工藝流程
1、回轉窯直接還原法
鎳礦→烘干→破碎→配入焦炭、熔劑混合制團→預熱→回轉窯脫水、還原→固融態渣鐵混合物→水淬→磨碎→跳汰、強磁選等多級渣鐵分離→細粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳鐵。
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,生成融態海綿狀夾渣鎳鐵。熔煉過程熱能來自煤粉(或重油)燃燒放出的熱量,其是火法冶煉鎳鐵生產中,設備簡單、生成金屬流程短、綜合能耗低的生產工藝。
2、鼓風爐法
鎳礦→回轉窯烘干→制塊→配入焦炭→鼓風爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。
該工藝在冶煉設備結構方面與高爐法冶煉鎳鐵有相似之處。冶煉過程中以焦炭燃燒放熱作為熱源,但反應機理有所不同。高爐直接冶煉出的鎳鐵,其含Ni量基本取決于入爐鎳礦中的Ni/Fe比值,而鼓風爐法生產的粗鎳,其含Ni量,不只受限于該比值的大小。
鼓風爐工藝是早出現的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術,1875年,在新喀里多尼亞小高爐就已應用,后法國也有采用,但該法因消耗大量優質焦炭、污染嚴重而為人詬病。終該工藝在市場競爭和環保壓力下停止,1985年日本礦業公司佐賀關冶煉廠的一座鎳鐵高爐熄火,標志著鼓風爐冶煉鎳鐵技術在歐美、日本等發達國家壽終正寢。
3、高爐法
鎳礦→脫水、燒結、造塊→配入焦炭、熔劑→高爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。
在國內,近年采用的火法冶煉鎳鐵較為普遍,主要是借用于現有煉鐵小高爐直接轉產,具體操作與小高爐生產生鐵操作相似,特別適合于使用低Ni、高Fe鎳礦生產低Ni鎳鐵(含鎳生鐵)。
該工藝仍以焦炭燃燒放熱作為冶煉熱能,入爐鎳礦中FeO可被焦炭中的C充分還原,故粗鎳鐵中的Ni含量高低基本受限于入爐鎳礦Ni/Fe的比值大小。
由于國家限制400 m3以下小高爐的使用,而使用礦熱電爐,利用低鎳高鐵鎳礦,直接生產低Ni鎳鐵,其工藝的合理性和易操作性,似乎不及高爐法,因而采用大容量高爐冶煉低Ni鎳鐵值得關注和研究。
4、電碳熱法
鎳礦→脫水、造塊→配入焦炭、熔劑→電爐冶煉→粗鎳鐵→降C、Si、P、S精煉→鎳鐵。
電碳熱法是以C作還原劑,在電能高溫條件下,對鎳礦中的NiO、FeO等氧化物進行還原,冶煉出鎳鐵,因而,在電爐冶煉過程中,調整合適的配炭量,限制FeO還原,可生產出Ni含量較高的電爐鎳鐵。
國外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝,國內廠家生產含Ni大于10%的產品時亦普遍采用。主要冶煉設備為礦熱電爐,國內個別廠家也有使用與電弧爐結構相似的電爐生產(其設備容量為9 MVA),其鎳礦預處理方式,冶煉工藝的具體操作,精煉工藝設備配套情況及精煉效果均不盡相同,各項指標對比也存在差異。
5、電硅熱法
鎳礦→烘干→破碎→高溫脫水煅燒成塊→配入熔劑→礦熱電爐熔化→NiO熔體→倒人反應包→向反應包加入45%硅鐵→倒包反應→粗鎳鐵→降P、Si精煉→鎳鐵。
電硅熱法工藝是以Si作還原劑,在高溫條件下,對NiO、FeO等氧化物進行還原,生成鎳鐵。 據資料介紹,國外電硅熱法工藝是在爐外,通過倒包操作,使加入的Si對熔體中的NiO進行還原,生成鎳鐵,與熱兌法生產微碳鉻鐵的反應機理和工藝操作基本相同,因而,可稱之為熱兌法工藝。

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