RKEF火法冶炼镍铁介绍
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国内红土镍矿冶炼镍铁主流工艺技术:RKEF火法冶炼镍铁介绍
1、对原料的要求
对于“回转窑(RK)-矿热炉(EF)”流程,矿石成分很重要,有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的:
(1) Ni品位,希望在1.5以上,最好2.0以上。
(2) Fe/Ni,希望在6~10,最好接近6,中Ni品位高;如果Fe/Ni>10,则很难冶炼出含20%的镍铁,因为原料中Fe过高,很难在回转窑中控制氧化铁的还原度。
(3) MgO/SiO2,在0.55~0.65较合适,少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。
以上3个条件只是合适的条件,而不是必须的条件,在矿石条件不符合上述要求时,可以生产品位较低的镍铁,技术经济指标将受到影响。
还原剂(烟煤或无烟煤均可)和石灰石也是RKEF工艺所必需的,这两种原料在我国资源丰富,容易得到。
2、典型工艺流程、主体设备结构
(1) 生产流程
原料场→筛分、破碎和混匀配料→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼转炉→浇铸。在这个基础上,发展了对原料预干燥、原料制球、回转窑节能和余热发电、矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术,适用于不同条件的工厂。
(2) 典型工艺装备组成
2台5.0×100m回转窑、2台63MVA的密闭矿热炉、40t的底吹精炼转炉,造粒和铸块设备。年产镍铁10.12万t(镍金属2~2.2万t)。鉴于国产设备的成熟度和运输条件制约,为降低投资,国内的在建工厂采用4座回转窑、2台48MVA矿热炉的方案将可以缩短建设周期,收到好的经济效益。
(3) 工艺概述
矿石、石灰石、还原剂在原料场、备料间加以筛分破碎后,混匀配料送入回转窑。
在回转窑中,原料经干燥、焙烧、预还原,制成约1000℃的镍渣,回转窑烟气经余热锅炉、除尘、脱硫化后排放,粉尘与原料混合后再次入窑。
镍渣在封闭隔热状态下(高架送料小车)加入矿热炉料仓(内衬耐火砖),根据工艺要求通过不同位置的下料管分配到矿热炉内。矿热炉为全封闭式,自焙电极,埋弧冶炼,还原并熔分粗制镍铁和炉渣,同时产生含Co约75%的矿热炉荒煤气,荒煤气经过净化送到回转窑烧嘴,
与煤粉一起作为燃料,除尘灰经处理后,返回到原料场。矿热炉炉渣经过水淬后可作为建筑材料,用于道路建设、制砖。
矿热炉的产品是粗制镍铁,出铁前预先在铁水包加脱硫剂,出铁同时脱硫,粗制镍铁含Si、C、P等杂质,需要继续精炼,扒渣后,兑入酸性转炉,吹氧脱硅,同时加入含镍废料以防铁水温度偏高,脱硅后扒渣(或者挡渣出铁),兑入碱性转炉,吹氧脱磷、脱碳,同时加入石灰石造碱性渣,碱性转炉精炼后的镍铁水送往浇注车间,铸成合格的商品镍铁块或者制成粒状镍铁。
(4) 工艺特点
①原料适应性强。可适用镁质硅酸盐矿和含铁不高于30%的褐铁矿型氧化镍矿,以及中间型矿。最适合使用湿法工艺难以处理的高镁低铁氧化镍矿石。
②镍铁品位高,有害元素少。同样的矿石,RKEF工艺生产的镍铁品位高于高炉法和“烧结矿-矿热炉”工艺。该工艺的脱硫和转炉精炼工序能够将镍铁的有害元素降低到ISO6501标准所要求的范围内,为炼钢用户所欢迎。
③节能环保,循环利用。原料水分较多,料场和筛分破碎运输的过程中不产生粉尘,回转窑烟气余热可回收蒸汽用于发电,经过烟气脱硫满足环保要求后排入大气,回转窑和矿热炉烟尘返回料场;矿热炉煤气经除尘后送回转窑作燃料,炉渣水淬后成为建筑工业原材料。转炉烟气余热回收蒸汽,煤气回收利用,炉渣磁选回炉,尾渣可铺路或制作水泥。从含水炉料进入回转窑直到矿热炉出铁出渣的整个过程产中,炉料处于全封闭,环保节能。
④镍渣热料入矿热炉。回转窑产的镍渣在900℃以上的高温下入炉,相对于“烧结矿-矿热炉”的冷料入炉,节省了大量的物理热和化学热,显著降低了电能和还原剂的消耗,提高了生产效率。
我国是不锈钢生产和消费的大国,镍铁需求巨大,非常有必要掌握应用RKEF技术,以低成本高效率地生产镍铁,满足国民社会发展需求的同时创造良好的经济效益。该工艺的大多数设备为冶金工业常用设备,以我国冶金设备制造能力,均可国产化,大大降低投资。
RKEF氧化镍矿火法冶金技术由日本、加拿大和前苏联所拥有。2005年以来经过与前苏联专家接触,探讨合作的可能性,并考察了由前苏联建设、地处乌克兰的帕布什镍铁厂。目前已有中钢滨海公司、福建德胜镍业、天津荣程钢铁公司购买了该技术,这些项目都在进行中,预计l~2年内将建成投产。
虽然RKEF是成熟技术,但由于各国各地的外部条件不同,比如电和能源结构,将影响生产成本。
国内采用该技术必须进行改进。首先要研究配料模型。国内氧化镍矿资源贫乏,要依靠进口,进口矿来源复杂,缺乏稳定的原料基地,使得配料模型的开发更为重要。配料模型确定后,还要进行小型工业实验,以获得炉渣熔点、渣铁熔分特性和合适的烧结温度等数据,以指导生产。
其次,开展对回转窑的余热利用和烟气脱硫的研究。由于天然气资源紧缺,国内建设项目的回转窑多用煤粉为燃料,为保护环境,必须明确回转窑烟气特性,脱除烟尘和硫分,同时研究回转窑低温余热利用问题。
再次,矿热炉是镍铁冶炼投资最大的工序,对于炉型、耐火材料、电极直径、极心圆直径、电极电流密度及电压调整等需要进行研究,确定最适合的参数,实现节电和延长炉衬寿命。
最后,转炉的问题。在国内看到的几座镍铁精炼转炉沿用了炼钢用顶吹转炉的设计,喷溅严重,原因是镍铁精炼转炉的渣量大,约是炼钢转炉渣量的10倍。另外,粗制镍铁是高硅镍铁水,普通炼钢转炉处理起来很困难。国内建设中的镍铁厂采用氧气底吹转炉将很好地解决以上问题。