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回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝的難點分析及改進措施

2018-04-23

本文通過對紅土鎳礦回轉窯直還原生產鎳鐵粉的工藝難點進行了分析介紹,主要從紅土鎳礦的成分波動,金屬品位降低,冶煉強度增加等原料方面、成球率及成球強度低的壓球方面、耐材及工藝操作對窯體作業(yè)率的影響方面、選礦破碎粒度及磁選分離效果對回收率的影響方面等四方面指出了該工藝目前存在的問題。
   張秋艷

  北海誠德鎳業(yè)有限公司

  1前言

  近年來,隨著高品位、易開采的硫化鎳礦日益枯竭和國內不銹鋼產業(yè)的快速發(fā)展,低品位紅土鎳礦的開發(fā)和利用受到越來越多的關注(1)。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,世界范圍內比較成熟的利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵的工藝方法仍舊以火法冶煉為主。其中火法冶煉中利用較廣泛的是RKEF(主要工藝是回轉窯焙燒-電爐熔煉)法。但是,利用RKEF法冶煉低品位紅土鎳礦,耗電量大,電爐操作要求高,生產成本高,因此,紅土鎳礦回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝以其能耗低,成本低,流程短的優(yōu)勢也逐漸出現(xiàn)在人們的視野。北海誠德公司回轉窯分廠直還原生產鎳鐵粉工藝自2014年投產以來,經歷了數(shù)次的大修及多次技改,不管是在設備選型使用還是生產操作以及工藝技術水平上,都有了很大的提高,可是就目前市場經濟情況來看,如何對該工藝進行進一步改良,推進降本增效,是該工藝發(fā)展將必然面臨的問題。

  2回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝的難點分析

  2.1原料供應質量下降

  原料質量下降,主要體現(xiàn)在紅土鎳礦上,自印尼禁止原礦出口以后,公司紅土鎳礦的主要用礦從菲律賓進口,原礦成分變化非常大,主要體現(xiàn)在兩個方面,一是原礦的金屬含量由原來的20%下降到16%,甚至更低,鎳由原來的1.8~2.0%降低到1.6%以內,使得冶煉的各項消耗指標都上漲,成本提高,產品產、質量下降;在保證回收率不變的情況下,原料金屬量每下降1%,工藝成本和加工成本均升高,制造成本升高約500元;二是原礦的鎂硅比從原來的0.4提高到目前的0.7,增加了冶煉難度,提高冶煉溫度,煤耗上漲的同時,也對耐材及選礦破碎設備提出了更高的要求。

  2.2入窯球的成球率及成球強度有待提高

  回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝中,將小于3mm占80%以上的粉料進行壓球(43mm×42mm×20mm)處理入窯,對窯的穩(wěn)定生產有著重要的積極影響,可有效消除窯內中低溫段的窯壁冷凝結壁現(xiàn)象,保持窯內通風,有利于窯內操作,延緩結圈,并增加入窯量,減少煙塵量,同時還能達到煅燒充分,均勻的效果,提高還原率,增加回收率。但目前本分廠工藝的成球率在75%-85%波動,且成球強度有待提高,成球率和成球強度低導致返礦量增多,雖然設計了循環(huán)利用,但是二次壓球對新料的成球率也造成了一定影響,灰量較大,形成惡性循環(huán)。另外成球強度還體現(xiàn)在窯尾料在入窯過程中的除塵灰量,經由窯尾料管落差給料,部分球受到損壞,約10-20%的粉塵經由窯尾高溫風機抽離窯體,一方面造成了窯尾煙道的清理問題,對通風造成不利影響,進而對窯操造成不良影響;另一方面也造成了入窯效率降低,同時也增加工序電耗,每增加1%的窯尾灰,則噸鎳鐵將增加電耗約8度電;因此,解決成球率及成球強度的問題,將直接影響工序能耗和產品成本。

  2.3回轉窯作業(yè)率低,產量低

  回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝作業(yè)率低,產量低,主要體現(xiàn)在兩個方面,一是工藝技術上,由于該窯在生產過程中,不可避免的將出現(xiàn)結圈現(xiàn)象,而窯體生產過程中一直處于轉動狀態(tài),且窯頭燃燒器火焰長度有限,處理范圍也受到限制,所以一般正產生產3個月后,均需要停窯,對窯內結圈進行人工處理。二是耐材問題,該工藝具有渣含量高,波動大,黏度低的特點,且工況溫度高,對耐火材料的性能要求十分苛刻(2),從目前使用情況來看,高溫段耐材本身的耐火度,耐磨性,抗剝落性能存在一定的問題,無法達到在該工況情況下,連續(xù)生產10個月的要求,大修后的新窯在六個月左右將會出現(xiàn)因耐材磨損變薄,剝落,斷層等現(xiàn)象,被迫停產的現(xiàn)象,同時小修后的窯體耐材整體穩(wěn)定性較差,這使得窯體作業(yè)率下降,同時,為了保護耐材,窯頭操作也會受限,導致產量降低。

  選礦破碎磁選分離不徹底,回收率及產品質量波動大選礦過程的目的是將燒結礦粉碎,使得燒結礦中的鎳鐵與礦渣分離,然后利于磁選工序,得到穩(wěn)定、高純度的鎳鐵粉金屬產品;就分廠目前生產情況來看,由于鎳鐵礦中有可見鎳鐵顆粒,且燒結礦中氧化鎂含量高,雖有鄂破,對輥破,但是破碎粒度仍存在問題,導致渣鐵分離不完全,特別是當回轉窯工段的窯況不穩(wěn)定時,含渣鎳鐵粉的產品金屬品位受回轉窯煅燒情況影響大,在選礦過程中的可控性就變小,金屬回收率在75%-85%波動,鎳鐵品位由40%-70%波動,這也對下道工序的穩(wěn)定生產產生不利影響,因此,提高選礦車間的破碎和磁選效果,是本工藝對回收率控制的最后關卡,也是控制成本的關鍵措施。

  3工藝改進及發(fā)展方向

  3.1尋找合適的添加劑

  紅土鎳礦回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝,可直接將產品應用到不銹鋼生產工藝中去,相對于其它火法工藝來說,雖然具有能耗小,成本低的優(yōu)勢,但是工藝技術仍不穩(wěn)定,由于紅土鎳礦本身的特殊性,針鐵礦與硅酸鹽礦物混雜交生,形式復雜,增加了鎳、鐵的還原富集難度,同時,窯尾入窯料的成球率和成球強度還有待提高,物料在1250℃-1400℃的高溫中煅燒,還原分離不徹底,所以開發(fā)和制備出具有化學吸附性,選擇性催化還原鎳氧化物,抑制鐵氧化物和促進金屬相晶粒長大,強化球團固結與球團熱穩(wěn)定性的添加劑進行工業(yè)試驗,是使該工藝達到節(jié)能降耗,減少成本非常必要的措施之一;如目前已知的中南大學研究一種復合添加劑在實驗室可有效降低煅燒溫度200度等,同時,添加碳酸鈉(3)可顯著改善紅土鎳礦的還原,磁選效果,提高金屬回收率,獲得高品位金屬的鎳鐵粉產品。

  3.2研究開發(fā)新的耐材

  回轉窯耐材的好壞對其作業(yè)率,產量影響非常大,導致各項消耗,成本影響也大;根據(jù)數(shù)年的生產情況綜合來看,回轉窯在耐材的選擇上,需要在其抗熱震性,侵蝕性,導熱性上作出更高的要求,使高溫段磚的壽命更長。同時,在結構上,應充分重視不同窯體段的工況情況,采用不同類型的耐材,如窯體高溫段,應以高壓成型的磚體砌筑為主,窯口可采用預制件砌筑模式,相對于傳統(tǒng)的窯口澆注料,耐磨性能將更好,當然,還需要對窯口結構進一步進行優(yōu)化研究,以提高使用壽命。

  3.3加強余熱利用

  目前廠內該工藝的余熱利用率較低,應在窯尾高溫廢氣余熱、筒體散熱余熱,水淬煙氣余熱等方面考慮使用問題,以達到節(jié)能降耗,節(jié)約成本的目的。

  例如有提出的將窯口高溫燒結礦的水淬冷卻方式改為罐式氮氣冷卻,在避免了鎳鐵氧化的同時,也將高溫燒結礦的熱能進行最大化利用。

  3.4對選礦進行設備技改

  磁選車間燒結礦破碎難度比較大,如何開發(fā)和選用合適的破碎機型號是保證燒結礦渣鐵分離效果和鎳鐵品位的提高,為下道工序提供有利條件的保障,例如采用高壓輥磨進行選擇性破碎磨礦,提高磁選分離鐵、鎳金屬的有效富集。

  選礦車間的磁選設備是本生產工藝的關鍵設備,在生產過程中,我們應從磁選機給料粒度和鋪料厚度,礦漿物料的濃度情況以及磁選機本身的轉速大小,磁系偏角大小,磁場強度,磁選機工作間隙大小等方面進行管理,摸索總結,以開發(fā)和選用新型設備更有利于提高回收率,降低生產成本也是本工藝改進發(fā)展的一個重要舉措。

  4結語

  (1)紅土鎳礦回轉窯直還原生產鎳鐵粉工藝雖有能耗小,成本低的優(yōu)勢,但仍存在原料成分波動大,冶煉性能差,成球率及成球強度低,窯體作業(yè)率低,選礦回收率,產品質量波動大的一些問題;

        (2)在現(xiàn)有工藝基礎上,應在研發(fā)添加劑,原料加工,耐材選擇,加強余熱利用,選礦設備選型技改等方面進行改進措施,以尋求更好的發(fā)展;

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