CN106676222B - 一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施和方法 - Google Patents

Abstract

一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施及方法，属于红土镍矿生产镍铁的设施和方法。步骤：（1）粉料制备与均化，完成原矿和调渣剂的干燥、粉磨和均化；（2）还原剂的提质与制备，完成还原煤的焦化，同时提供还原气；（3）粉料预热预还原，矿粉和调渣剂混合在预热器内完成干燥、升温和预还原成混合矿料；（4）混合矿料还原：混合矿料在中温还原窑内与煤焦和还原气还原成还原矿料；（5）熔融还原分离：还原矿料在高温熔分窑内完成残余还原的同时实现渣铁分离；（6）出料：熔融镍铁和融渣从不同通道放出，形成镍铁成品；（7）渣处理：高温熔渣冷却，循环拌和，为前序工艺提供高温余热。该方法产能规模大，成本低，窑矿稳定，热量利用率高。

Description

一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施和方法

技术领域

本发明涉及一种红土镍矿生产镍铁的设施和方法，特别是涉及一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施和方法。

背景技术

从红土镍矿中火法提炼镍铁作为生产不锈钢的重要原料，日益受到不锈钢企业的青睐。红土镍矿火法冶炼的主流工艺是回转窑-矿热炉法（RKEF法），即回转窑内焦炭（或高品质还原煤）预还原，矿热炉内电加热熔融分离。由于红土镍矿属于低品位矿（镍含量一般是1%~2%），含水率高，脉石 成分复杂，在通过回转窑实现预热、干燥、烧结、预还原的过程中，物料结圈问题十分突出，不得不采取降低回转窑还原温度或增加造球烧结工艺作为改进手段，导致产能偏低；一方面焦炭成本高昂，而还原煤对灰分要求严格，推广应用受限；另一方面，增加造球烧结工艺也提高了投资和成本；此外，矿热炉采用电加热的方式进行熔融还原和分离，能耗偏高一直是瓶颈问题；因此，探索适合我国国情的煤基生产镍铁的方法势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服传统工艺存在能耗高、产量低、工况不顺、成本高的缺点，提供一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施和方法。

本发明的目的是这样实现的：一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施包括：原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库、矿粉计量秤、调渣粉均化库、调渣粉计量秤、混料运输机、燃烧器、焦化器、煤焦计量秤、煤气管道、多级预热器、中温还原窑、连接器、高温熔分窑、浇铸机、拌料床、渣料破碎机、冷却机、收尘器、鼓风机、高温风机和循环风机；

原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库和矿粉计量秤顺序连接后再连接到混料运输机的输入端，调渣粉均化库通过调渣粉计量秤连接到混料运输机的输入端；混料运输机输出端与多级预热器输入端连接；多级预热器竖向串联布置；多级预热器底部出料口与中温还原窑尾连接；中温还原窑的窑头通过连接器与高温熔分窑的窑尾连接；高温熔分窑下方设有浇铸机；高温熔分窑设有窑头罩，窑头罩设有燃烧器入口；窑头罩下方设有拌料床，在拌料床的上方设有料渣破碎机；拌料床的出口与冷却机连接；

调渣粉均化库通过调渣粉计量秤输出，同时与连接器以及混料运输机连接；

焦化器通过煤气管道与连接器连接，焦化器通过煤焦计量秤同时与中温还原窑和连接器连接；

鼓风机通过管路与冷却机连接；

高温风机进风口通过管路与冷却机连接，高温风机出风口通过管路分别与焦化器、粉磨机、燃烧器连接；

循环风机进风口通过管路与多级预热器的顶部连接，循环风机出风口通过管路与连接器连接；

收尘器进风口通过管路分别与原矿破碎机、粉磨机、多级预热器顶部连接，收尘器出风口通过引风机外排。

所述的中温还原窑和高温熔分窑沿料流方向通过连接器呈下降阶梯式串联布置，中温还原窑和高温熔分窑的轴线均向下倾斜，倾角1°～5°，中温还原窑窑头径向断面中心与高温熔分窑的窑尾径向断面中心的连线向下倾斜，倾角范围60°～70°。

红土镍矿煤基粉态还原生铁镍铁的方法包括以下步骤：（1）粉料制备与均化，完成原矿和调渣剂的干燥、粉磨和均化；（2）还原剂的提质与制备，完成还原煤的焦化，同时提供还原气；（3）粉料预热预还原，矿粉和调渣剂的混合矿料在预热器内完成干燥、升温和预还原，形成混合矿料；（4）混合矿料还原：混合矿料在中温还原窑内与煤焦和还原气进行主体还原，形成还原矿料；（5）熔融还原分离：还原矿料在高温熔分窑内快速升温熔融，在完成残余还原的同时实现渣铁分离；（6）出料：熔融镍铁和融渣从不同通道放出，形成镍铁成品；（7）渣处理：高温熔渣冷却，循环拌和，为前序工艺提供高温余热。

具体步骤如下：

步骤1、粉料制备与均化：红土镍矿经原矿破碎机破碎后进入均化堆场进行预均化，预均化后的矿料经粉磨机进一步磨细后进入矿粉均化库进行均化，矿粉粒度小于0.3mm；

调渣粉经过调渣粉均化库进行均化，调渣粉的粒度小于0.3mm；

所述的原矿破碎机和粉磨机均与高温烟气进口和收尘器管道连接，通过引风机外排，在破碎和粉磨的同时完成矿料干燥和收尘；

步骤2、还原剂的提质与制备：还原煤通过焦化器进行热解焦化提质，形成还原性较强的煤焦和煤气，焦化器的热源来自高温风机的高温烟气；

步骤3、粉料预热预还原：矿粉和调渣粉从均化库分别设定比例由计量秤计量给出，所述的矿粉和调渣粉的质量比例范围为100:3~100:10，经过混料运输机将混合料粉从顶部喂料进入多级预热器，混合料粉与来自中温还原窑的烟气在多级预热器内逆向流动，完成混合料粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却，同时矿粉与烟气中的还原性气体发生预还原反应，调渣粉在烟气温度下完成分解，经多级预热器顶部排出的烟气温度小于300℃，多级预热器底部混合矿料出料温度为800℃～850℃；多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列，级数根据反应速度设计确定；多级预热器通过管管路和收尘器连接，由引风机外排；

步骤4、混合矿料还原：800℃～850℃的混合矿料在中温还原窑的窑尾与来自焦化器的煤焦一同进入中温还原窑，形成矿焦混合料，煤焦加入量根据设定比例由煤焦计量秤控制，所述的煤焦与混合矿料的质量比例范围为10:100~30:100；矿焦混合料在中温还原窑内与烟气逆向流动，矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中，其中的镍铁氧化物与煤焦和煤气在中温还原窑内完成主体还原，形成还原矿料；循环风机将多级预热器的部分小于300℃的低温烟气经过管道吹入连接器，与来自高温熔分窑的高温烟气混合，使得进入中温还原窑窑内烟气温度保持为1100℃～1200℃，同时来自焦化器的煤气也经煤气管道进入连接器，增加中温还原窑的还原气氛；还原矿料出窑温度为900℃～1000℃；

步骤5、熔融还原和分离：900℃～1000℃的还原矿料经连接器进入高温熔分窑，同时煤焦和调渣粉也根据设定比例经连接器进入高温熔分窑，所述的煤焦与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100，调渣粉与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100；燃烧器将煤粉和来自高温风机的烟气喷入窑头罩充分燃烧，形成高温烟气流进入高温熔分窑，还原矿料和煤焦在高温熔分窑内迅速升温，同时完成残余镍铁的还原；高温熔分窑烟气温度保持为1600℃～1700℃，窑内熔融物料温度为1450℃～1500℃；熔融物料根据比重不同在窑内自动分离，形成下部为熔融镍铁水和上部为熔渣的结构体系；

步骤6、出料：当高温熔分窑内镍铁量达到设定值后，高温熔分窑停止转动，打开高温熔分窑的窑身放液孔连续放出镍铁水进入浇铸机，形成镍铁块成品，同时窑内上部熔渣由窑口溢出经窑头罩进入拌料床，从拌料床输出至冷却机，熔渣经冷却机冷却后排出至渣料破碎机，经渣料破碎机破碎后成为低温渣料；当本批次镍铁水达到设定放出量后关闭放液孔，继续转动高温混转窑；在出料过程中，其他各步骤工作继续进行；

步骤7、渣处理：进入拌料床的高温熔渣与来自渣料破碎机的低温渣料混合，快速降低熔融渣料的温度，形成温度为800℃～900℃的拌和渣料，拌和渣料由熔融液态转变为粘稠固态进入冷却机，鼓风机将大量自然风快速鼓入冷却机使得渣料快速冷却，同时获得高温烟气，为前序工艺提供热源；冷却机的部分出料循环进入渣料破碎机，持续提供低温渣料用于拌和。

有益效果及优点，本发明与传统煤基法相比，具有如下有效效果和优点：

1、设置了红土镍矿的多道均化工艺，实现了从原矿到矿粉的充分均化，从根本上降低了原料中脉石成分不均造成的突发性窑况不顺问题，同时降低了分析窑矿不顺的难度。

2、克服了传统造球工艺一旦配料成球难以改变配比的缺陷，采用了还原煤提质和后添加工艺，一方面降低了还原煤的烧损，提高了还原煤利用率，另一方面能够快速改变进窑还原剂的用量，具备根据窑况快速优化还原剂用量的手段。

3、调渣剂和红土镍矿在进入预热器之前采用了分别独立均化和计量的工艺，能够快速改变和稳定配比，此外，调渣剂在连接器处设置了应急快速添加通道，能够充分保障高温熔分窑的工况，使得渣铁充分分离。

4、原料在整个工艺流程中，连续逐级升温，原料反应连续稳定，反应负荷分布均匀，渣料和余热循环利用，大大节省了***能耗。

5、采用预热器粉态进料，快速干燥和预还原，热能利用效率高。

6、还原煤可采用高挥发性的廉价低阶煤，拓展了传统煤基法的用煤范围，我国低阶煤分布广泛，有利于降低原料成本。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施包括：原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库、矿粉计量秤、调渣粉均化库、调渣粉计量秤、混料运输机、燃烧器、焦化器、煤焦计量秤、煤气管道、多级预热器、中温还原窑、连接器、高温熔分窑、浇铸机、拌料床、渣料破碎机、冷却机、收尘器、鼓风机、高温风机和循环风机；

原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库和矿粉计量秤顺序连接后再连接到混料运输机的输入端，调渣粉均化库通过调渣粉计量秤连接到混料运输机的输入端；混料运输机输出端与多级预热器输入端连接；多级预热器竖向串联布置；多级预热器底部出料口与中温还原窑尾连接；中温还原窑的窑头通过连接器与高温熔分窑的窑尾连接；高温熔分窑下方设有浇铸机；高温熔分窑设有窑头罩，窑头罩设有燃烧器入口；窑头罩下方设有拌料床，在拌料床的上方设有料渣破碎机；拌料床的出口与冷却机连接；

调渣粉均化库通过调渣粉计量秤输出，同时与连接器以及混料运输机连接；

焦化器通过煤气管道与连接器连接，焦化器通过煤焦计量秤同时与中温还原窑和连接器连接；

鼓风机通过管路与冷却机连接；

高温风机进风口通过管路与冷却机连接，高温风机出风口通过管路分别与焦化器、粉磨机、燃烧器连接；

循环风机进风口通过管路与多级预热器的顶部连接，循环风机出风口通过管路与连接器连接；

收尘器进风口通过管路分别与原矿破碎机、粉磨机、多级预热器顶部连接，收尘器出风口通过引风机外排。

所述的中温还原窑和高温熔分窑沿料流方向通过连接器呈下降阶梯式串联布置，中温还原窑和高温熔分窑的轴线均向下倾斜，倾角1°～5°，中温还原窑窑头径向断面中心与高温熔分窑的窑尾径向断面中心的连线向下倾斜，倾角范围60°～70°。

红土镍矿煤基粉态还原生铁镍铁的方法包括以下步骤：（1）粉料制备与均化，完成原矿和调渣剂的干燥、粉磨和均化；（2）还原剂的提质与制备，完成还原煤的焦化，同时提供还原气；（3）粉料预热预还原，矿粉和调渣剂的混合矿料在预热器内完成干燥、升温和预还原，形成混合矿料；（4）混合矿料还原：混合矿料在中温还原窑内与煤焦和还原气进行主体还原，形成还原矿料；（5）熔融还原分离：还原矿料在高温熔分窑内快速升温熔融，在完成残余还原的同时实现渣铁分离；（6）出料：熔融镍铁和融渣从不同通道放出，形成镍铁成品；（7）渣处理：高温熔渣冷却，循环拌和，为前序工艺提供高温余热。

具体步骤如下：

步骤1、粉料制备与均化：红土镍矿经原矿破碎机破碎后进入均化堆场进行预均化，预均化后的矿料经粉磨机进一步磨细后进入矿粉均化库进行均化，矿粉粒度小于0.3mm；

调渣粉经过调渣粉均化库进行均化，调渣粉的粒度小于0.3mm；

所述的原矿破碎机和粉磨机均与高温烟气进口和收尘器管道连接，通过引风机外排，在破碎和粉磨的同时完成矿料干燥和收尘；

步骤2、还原剂的提质与制备：还原煤通过焦化器进行热解焦化提质，形成还原性较强的煤焦和煤气，焦化器的热源来自高温风机的高温烟气；

步骤3、粉料预热预还原：矿粉和调渣粉从均化库分别按设定比例由计量秤计量给出，所述的矿粉和调渣粉的质量比例范围为100:3~100:10，经过混料运输机将混合料粉从顶部喂料进入多级预热器，混合料粉与来自中温还原窑的烟气在多级预热器内逆向流动，完成混合料粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却，同时矿粉与烟气中的还原性气体发生预还原反应，调渣粉在烟气温度下完成分解，经多级预热器顶部排出的烟气温度小于300℃，多级预热器底部混合矿料出料温度为800℃～850℃；多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列，级数根据反应速度设计确定；多级预热器通过管管路和收尘器连接，由引风机外排；

步骤4、混合矿料还原：800℃～850℃的混合矿料在中温还原窑的窑尾与来自焦化器的煤焦一同进入中温还原窑，形成矿焦混合料，煤焦加入量根据设定比例由煤焦计量秤控制；矿焦混合料在中温还原窑内与烟气逆向流动，矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中，其中的镍铁氧化物与煤焦和煤气在中温还原窑内完成主体还原，形成还原矿料；循环风机将多级预热器的部分小于300℃的低温烟气经过管道吹入连接器，与来自高温熔分窑的高温烟气混合，使得进入中温还原窑窑内烟气温度保持为1100℃～1200℃，同时来自焦化器的煤气也经煤气管道进入连接器，增加中温还原窑的还原气氛；还原矿料出窑温度为900℃～1000℃；

步骤5、熔融还原和分离：900℃～1000℃的还原矿料经连接器进入高温熔分窑，同时煤焦和调渣粉也根据设定比例经连接器进入高温熔分窑，所述的煤焦与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100；所述的调渣粉与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100；燃烧器将煤粉和来自高温风机的烟气喷入窑头罩充分燃烧，形成高温烟气流进入高温熔分窑，还原矿料和煤焦在高温熔分窑内迅速升温，同时完成残余镍铁的还原；高温熔分窑烟气温度保持为1600℃～1700℃，窑内熔融物料温度为1450℃～1500℃；熔融物料根据比重不同在窑内自动分离，形成下部为熔融镍铁水和上部为熔渣的结构体系；

步骤6、出料：当高温熔分窑内镍铁量达到设定值后，高温熔分窑停止转动，打开高温熔分窑的窑身放液孔连续放出镍铁水进入浇铸机，形成镍铁块成品，同时窑内上部熔渣由窑口溢出经窑头罩进入拌料床，从拌料床输出至冷却机，熔渣经冷却机冷却后排出至渣料破碎机，经渣料破碎机破碎后成为低温渣料；当本批次镍铁水达到设定放出量后关闭放液孔，继续转动高温混转窑；在出料过程中，其他各步骤工作继续进行；

步骤7、渣处理：进入拌料床的高温熔渣与来自渣料破碎机的低温渣料混合，快速降低熔融渣料的温度，形成温度为800℃～900℃的拌和渣料，拌和渣料由熔融液态转变为粘稠固态进入冷却机，鼓风机将大量自然风快速鼓入冷却机使得渣料快速冷却，同时获得高温烟气，为前序工艺提供热源；冷却机的部分出料循环进入渣料破碎机，持续提供低温渣料用于拌和。

Claims (4)

1.一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施，其特征是：设施包括：原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库、矿粉计量秤、调渣粉均化库、调渣粉计量秤、混料运输机、燃烧器、焦化器、煤焦计量秤、煤气管道、多级预热器、中温还原窑、连接器、高温熔分窑、浇铸机、拌料床、渣料破碎机、冷却机、收尘器、鼓风机、高温风机和循环风机；

原矿破碎机、均化堆场、粉磨机、矿粉均化库和矿粉计量秤顺序连接后再连接到混料运输机的输入端，调渣粉均化库通过调渣粉计量秤连接到混料运输机的输入端；混料运输机输出端与多级预热器输入端连接；多级预热器竖向串联布置；多级预热器底部出料口与中温还原窑窑尾连接；中温还原窑的窑头通过连接器与高温熔分窑的窑尾连接；高温熔分窑下方设有浇铸机；高温熔分窑设有窑头罩，窑头罩设有燃烧器入口；窑头罩下方设有拌料床，在拌料床的上方设有渣料破碎机；拌料床的出口与冷却机连接；

调渣粉均化库通过调渣粉计量秤输出，同时与连接器以及混料运输机连接；

焦化器通过煤气管道与连接器连接，焦化器通过煤焦计量秤同时与中温还原窑和连接器连接；

鼓风机通过管路与冷却机连接；

高温风机进风口通过管路与冷却机连接，高温风机出风口通过管路分别与焦化器、粉磨机、燃烧器连接；

循环风机进风口通过管路与多级预热器的顶部连接，循环风机出风口通过管路与连接器连接；

收尘器进风口通过管路分别与原矿破碎机、粉磨机、多级预热器顶部连接，收尘器出风口通过引风机外排。

2.根据权利要求1所述的一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的设施，其特征是：所述的中温还原窑和高温熔分窑沿料流方向通过连接器呈下降阶梯式串联布置，中温还原窑和高温熔分窑的轴线均向下倾斜，倾角1°～5°，中温还原窑的窑头径向断面中心与高温熔分窑的窑尾径向断面中心的连线向下倾斜，倾角范围60°～70°。

3.一种红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的方法，其特征是：红土镍矿煤基粉态还原生铁镍铁的方法包括以下步骤：（1）粉料制备与均化，完成原矿和调渣剂的干燥、粉磨和均化；（2）还原剂的提质与制备，完成还原煤的焦化，同时提供还原气；（3）粉料预热预还原，矿粉和调渣剂的混合矿料在预热器内完成干燥、升温和预还原，形成混合矿料；（4）混合矿料还原：混合矿料在中温还原窑内与煤焦和还原气进行主体还原，形成还原矿料；（5）熔融还原分离：还原矿料在高温熔分窑内快速升温熔融，在完成残余还原的同时实现渣铁分离；（6）出料：熔融镍铁和熔渣从不同通道放出，形成镍铁成品；（7）渣处理：高温熔渣冷却，循环拌和，为前序工艺提供高温余热。

4.根据权利要求3所述的红土镍矿煤基粉态还原生产镍铁的方法，其特征是：具体步骤如下：

步骤1、粉料制备与均化：红土镍矿经原矿破碎机破碎后进入均化堆场进行预均化，预均化后的矿料经粉磨机进一步磨细后进入矿粉均化库进行均化，矿粉粒度小于0.3mm；

调渣粉经过调渣粉均化库进行均化，调渣粉的粒度小于0.3mm；

所述的原矿破碎机和粉磨机均与高温烟气进口和收尘器管道连接，通过引风机外排，在破碎和粉磨的同时完成矿料干燥和收尘；

步骤2、还原剂的提质与制备：还原煤通过焦化器进行热解焦化提质，形成还原性较强的煤焦和煤气，焦化器的热源来自高温风机的高温烟气；

步骤3、粉料预热预还原：矿粉和调渣粉从均化库分别按设定比例由计量秤计量给出，所述的矿粉和调渣粉的质量比例范围为100:3~100:10，经过混料运输机将混合料粉从顶部喂料进入多级预热器，混合料粉与来自中温还原窑的烟气在多级预热器内逆向流动，完成混合料粉的快速干燥预热和高温烟气的冷却，同时矿粉与烟气中的还原性气体发生预还原反应，调渣粉在烟气温度下完成分解，经多级预热器顶部排出的烟气温度小于300℃，多级预热器底部混合矿料出料温度为800℃～850℃；多级预热器排列方式为竖向单列或竖向双列，级数根据反应速度设计确定；多级预热器通过管路和收尘器连接，由引风机外排；

步骤4、混合矿料还原：800℃～850℃的混合矿料在中温还原窑的窑尾与来自焦化器的煤焦一同进入中温还原窑，形成矿焦混合料，煤焦加入量根据设定比例由煤焦计量秤控制；矿焦混合料在中温还原窑内与烟气逆向流动，矿焦混合料在向窑头缓慢前进的过程中，其中的镍铁氧化物与煤焦和煤气在中温还原窑内完成主体还原，形成还原矿料；循环风机将多级预热器的部分小于300℃的低温烟气经过管道吹入连接器，与来自高温熔分窑的高温烟气混合，使得进入中温还原窑窑内烟气温度保持为1100℃～1200℃，同时来自焦化器的煤气也经煤气管道进入连接器，增加中温还原窑的还原气氛；还原矿料出窑温度为900℃～1000℃；

步骤5、熔融还原和分离：900℃～1000℃的还原矿料经连接器进入高温熔分窑，同时煤焦和调渣粉也根据设定比例经连接器进入高温熔分窑，所述的煤焦与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100；所述的调渣粉与还原矿料的质量比例范围为3:100~10:100；燃烧器将煤粉和来自高温风机的烟气喷入窑头罩充分燃烧，形成高温烟气流进入高温熔分窑，还原矿料和煤焦在高温熔分窑内迅速升温，同时完成残余镍铁的还原；高温熔分窑烟气温度保持为1600℃～1700℃，窑内熔融物料温度为1450℃～1500℃；熔融物料根据比重不同在窑内自动分离，形成下部为熔融镍铁水和上部为熔渣的结构体系；

步骤6、出料：当高温熔分窑内镍铁量达到设定值后，高温熔分窑停止转动，打开高温熔分窑的窑身放液孔连续放出镍铁水进入浇铸机，形成镍铁块成品，同时窑内上部熔渣由窑口溢出经窑头罩进入拌料床，从拌料床输出至冷却机，熔渣经冷却机冷却后排出至渣料破碎机，经渣料破碎机破碎后成为低温渣料；当本批次镍铁水达到设定放出量后关闭放液孔，继续转动高温熔分窑；在出料过程中，其他各步骤工作继续进行；

步骤7、渣处理：进入拌料床的高温熔渣与来自渣料破碎机的低温渣料混合，快速降低熔融渣料的温度，形成温度为800℃～900℃的拌和渣料，拌和渣料由熔融液态转变为粘稠固态进入冷却机，鼓风机将大量自然风快速鼓入冷却机使得渣料快速冷却，同时获得高温烟气，为前序工艺提供热源；冷却机的部分出料循环进入渣料破碎机，持续提供低温渣料用于拌和。