生產(chǎn)管理知識(shí)_鎳鐵生產(chǎn)工藝課件

鎳鐵生產(chǎn)工藝 1 鎳鐵的來(lái)歷 成分和消費(fèi)市場(chǎng)我國(guó)不銹鋼和電池行業(yè)的快速發(fā)展 國(guó)內(nèi)鎳產(chǎn)品供應(yīng)將面臨長(zhǎng)期短缺的局面 2005年以來(lái)國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)非理性的不斷上漲對(duì)國(guó)內(nèi)鋼鐵業(yè)發(fā)展構(gòu)成了新的挑戰(zhàn) 我國(guó)民營(yíng)企業(yè)使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石 大量生產(chǎn)鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料 成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作 鎳價(jià)大幅下降 市場(chǎng)將逐步恢復(fù)理性 我國(guó)鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破 擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 紅土鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鉻生鐵 生產(chǎn)出大批鎳生鐵的實(shí)際成效 技術(shù)變革及其快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域 成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作 2007年6月國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)大幅下降 在市場(chǎng)高鎳價(jià)的情況下 2005年開(kāi)始 國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始利用煉鋼高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵 我國(guó)民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始大規(guī)模利用從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵 此后進(jìn)口礦石量逐月增加 到2007年底利用進(jìn)口礦石約300多萬(wàn)噸 產(chǎn)出鎳生鐵的含鎳量約3萬(wàn)噸 2007年全國(guó)生產(chǎn)鎳生鐵的中小企業(yè)達(dá)到100多家 l 9月進(jìn)口礦石1200萬(wàn)噸左右 目前我國(guó)中小企業(yè)生產(chǎn)的鎳生鐵的含鎳量多在4 8 只能用作冶煉不銹鋼的配料 在冶煉不銹鋼時(shí) 尚需加入一定量的精煉純鎳 只有提高技術(shù)使鎳生鐵中的含鎳量達(dá)到l2 15 才能在冶煉不銹鋼時(shí)完全替代純鎳 這就是產(chǎn)生礦石積壓在港口的原因 也是今后民營(yíng)企業(yè)需要攻克的技術(shù)難關(guān) 據(jù)最新資料 個(gè)別技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)已經(jīng)可以生產(chǎn)出鎳含量10 以上的鎳生鐵了 我國(guó)使用火法利用紅土鎳礦冶煉鎳生鐵 使不銹鋼生產(chǎn)原料構(gòu)成發(fā)生了重大變革 改變了全球不銹鋼生產(chǎn)原料鎳的供需格局 也改變了世界不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局 低成本利用礦石質(zhì)量較差的紅土鎳礦資源 符合資源節(jié)約型的歷史發(fā)展趨勢(shì) 翻開(kāi)了我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)史的新篇章 目前 高爐法的低品位產(chǎn)品市場(chǎng)容量已經(jīng)飽和 加快發(fā)展10 以上品位的回轉(zhuǎn)窯工藝 可以進(jìn)一步擴(kuò)大紅土礦火法鎳的市場(chǎng)容量 2 紅土鎳礦用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)鎳鐵的工藝和技術(shù)大型焙燒還原回轉(zhuǎn)窯是整個(gè)紅土鎳礦冶煉工藝流程中關(guān)鍵設(shè)備之一 礦石經(jīng)干燥后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯 在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱到800 后去除礦石表面水分及結(jié)晶水 并部分還原礦石中的鐵 鎳和鈷氧化物 進(jìn)入電爐熔煉 回轉(zhuǎn)窯工藝與高爐法或電爐法等工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn) 1 熔煉的主要能源為煤 而不是昂貴的焦炭或電能 2 原料的自由選擇 可用東南亞的各種紅土鎳礦 3 所產(chǎn)高鎳鎳鐵質(zhì)量高 含Ni20 左右 可直接用作不銹鋼的生產(chǎn)原料 4 同時(shí)可作為鋼水熔煉時(shí)的冷卻劑 熔煉方法和工藝如下 預(yù)處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細(xì)后 與含碳物料和熔劑石灰石混合 然后連續(xù)給入回轉(zhuǎn)窯 在回轉(zhuǎn)窯中 物料與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運(yùn)動(dòng) 經(jīng)受所有熔煉步驟 干燥 脫水 還原和金屬成長(zhǎng) 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(zhuǎn)窯出來(lái)就將它水碎 磨細(xì)后 用重選和磁選機(jī)將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來(lái) 分離出來(lái)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(xué)組成為C0 1 Ni18 22 S0 45 P0 015 此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于煉鋼過(guò)程 因煉鋼時(shí)有很好的脫硫能力 沙狀顆粒在煉鋼過(guò)程中相當(dāng)有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝鎳和鐵的回收率都很高 均在90 以上 3 財(cái)務(wù)分析目前鎳市場(chǎng)處于低谷 電解鎳大約10萬(wàn)元 噸 相當(dāng)于鎳鐵為1000元 噸度 1 Ni或稱一個(gè)Ni 相當(dāng)于10Kg鎳 當(dāng)前進(jìn)口紅土鎳礦國(guó)內(nèi)港口價(jià)為400元左右 濕噸 低鐵高鎳礦 約2 左右Ni 10 左右Fe 相當(dāng)于200元 噸Ni 以上述紅土鎳礦為例 加工一噸紅土鎳礦可得20 左右高鎳鎳鐵100Kg左右 生產(chǎn)總費(fèi)用約250元 噸礦 礦石成本500元 加運(yùn)費(fèi) 噸成品約需10噸原礦 總成本約7500元 售價(jià)約2萬(wàn)元左右 20 Ni 利潤(rùn)1萬(wàn)元以上 利潤(rùn)率100 有適合鎳鐵生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線 無(wú)須固定資產(chǎn)投資 投資1000萬(wàn)元流動(dòng)資金即可租賃生產(chǎn)線生產(chǎn) 租金極其低廉 該生產(chǎn)線年加工能力為原礦10萬(wàn)噸 可生產(chǎn)高鎳鎳鐵1萬(wàn)噸 產(chǎn)值2億元 利潤(rùn)1億元 一 鎳 鎳鐵與鎳礦鎳是略帶黃色的銀白色金屬 是一種具有磁性的過(guò)渡金屬 鎳的應(yīng)用在于鎳的抗腐蝕性 合金中添加鎳可增強(qiáng)合金的抗腐蝕性能 不銹鋼與合金生產(chǎn)領(lǐng)域是鎳最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域 全球約2 3的鎳用于不銹鋼生產(chǎn) 因此不銹鋼行業(yè)對(duì)鎳消費(fèi)的影響居第l位 鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu) 在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu) 從而改善諸如可塑性 可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性 所以鎳被稱為奧氏體形成元素 目前全球有色金屬中 鎳的消費(fèi)量?jī)H次于銅 鋁 鉛 鋅 居有色金屬第5位 因此 鎳被視為重要戰(zhàn)略物資 一直為各國(guó)所重視 鎳鐵主要成分為鎳與鐵 同時(shí)還含有Cr Si S P C等雜質(zhì)元素 根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 鎳鐵按含鎳量分為FeNi20 Ni15 25 FeNi30 Ni25 35 FeNi40 Ni35 45 和FeNi50 Ni45 60 又再分為高碳 C1 0 2 5 中碳 C0 030 1 0 和低碳 C 0 03 低磷 P 0 02 與高磷 P 0 030 鎳鐵 目前國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的鎳鐵品位主要集中在1 6 2 0 4 8 以及10 15 同時(shí)也有小部分廠家能生產(chǎn)含鎳量在20 以上的鎳鐵 世界上可開(kāi)采的鎳資源有二類 一類是硫化礦床 另一類是氧化礦床 由于硫化鎳礦資源品質(zhì)好 工藝技術(shù)成熟 現(xiàn)約60 70 的鎳產(chǎn)量來(lái)源于硫化鎳礦 而世界上鎳儲(chǔ)量的65 左右貯存在氧化鎳礦床中 由于其因含有氧化鐵的緣故而呈紅色 因此也俗稱紅土鎳礦 目前發(fā)現(xiàn)的紅土鎳礦多分布在南 北回歸線一帶 如澳大利亞 巴布亞新幾內(nèi)亞 新喀里多尼亞 印度尼西亞 菲律賓和古巴等地 二 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(nèi)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(duì)氧化鎳礦中的NiO及其他氧化物 如FeO 進(jìn)行還原而得 同時(shí)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(jìn)行還原反應(yīng) 因不同產(chǎn)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(guò)程中 其實(shí)際反應(yīng)較復(fù)雜 反應(yīng)生成的Ni和Fe能在不同比例下互溶 生成鎳鐵 NiO C Ni CO 1 T 420 FeO C Fe CO 2 T 650 從上述 1 2 式可以看出 NiO FeO還原反應(yīng)開(kāi)始溫度較低 而且 NiO的開(kāi)始反應(yīng)溫度比FeO約低200 因而 火法冶煉鎳鐵過(guò)程中 盡管所采用的鎳礦NiO含量較低 但NiO90 以上被還原 而且 在Ni Fe很低的情況下 可通過(guò)不同的工藝操作 使產(chǎn)品含Ni量提高到較高水平 與鐵合金其他產(chǎn)品 如高碳鉻鐵 錳硅合金等 相比 電爐粗鎳冶煉難度相對(duì)較低 三 紅土鎳礦預(yù)處理紅土鎳礦屬非結(jié)晶型礦種 不同鎳礦類型 成分波動(dòng)范圍為 Ni0 87 3 85 Fe6 50 MgO1 5 32 Si025 58 Al2O31 15 P0 0004 0 0002 S0 00l 0 08 利用X射線衍射分析礦物組成 如圖3 1所示 紅土鎳礦的礦物組成主要是鐵頑輝石 CaO0 02Fe0 35Mg1 63Si2O6 鱗石英 SiO2 和透輝石 CaMgSi2O6 紅土鎳礦另一個(gè)特點(diǎn)是水分較高 尤其是目前我國(guó)紅土鎳礦主要進(jìn)口國(guó)菲律賓和印尼兩國(guó)氣候多雨潮濕 鎳礦中水分基本在30 35 范圍波動(dòng) 為確保鎳鐵冶煉爐況穩(wěn)定 鎳礦在入爐前必須進(jìn)行脫水 造塊處理 不同的鎳鐵生產(chǎn)廠家對(duì)入爐前鎳礦的脫水燒結(jié)處理普遍使用如下幾種預(yù)處理方式 回轉(zhuǎn)窯烘干 造塊 回轉(zhuǎn)窯高溫脫水 預(yù)熱 回轉(zhuǎn)窯烘干 造塊 豎爐燒結(jié) 預(yù)還原 回轉(zhuǎn)窯烘干 脫水 燒結(jié) 包括預(yù)還原 不同的鎳礦處理工藝的投資費(fèi)用及工藝操作難度不同 對(duì)整個(gè)鎳鐵冶煉工藝綜合能耗及產(chǎn)品質(zhì)量的影響也有所不同 因而 隨著我國(guó)鎳鐵生產(chǎn)的規(guī)?；?選擇何種鎳礦預(yù)處理方式 值得分析 四 數(shù)種工藝流程1 回轉(zhuǎn)窯直接還原法鎳礦 烘干 破碎 配入焦炭 熔劑混合制團(tuán) 預(yù)熱 回轉(zhuǎn)窯脫水 還原 固融態(tài)渣鐵混合物 水淬 磨碎 跳汰 強(qiáng)磁選等多級(jí)渣鐵分離 細(xì)粒鎳鐵 電爐重熔 精煉脫硫 鎳鐵 該工藝?yán)没剞D(zhuǎn)窖全程對(duì)鎳團(tuán)礦進(jìn)行脫水 焙燒 NiO FeO等氧化物還原 金屬物聚集 最后生成融態(tài)海綿狀?yuàn)A渣鎳鐵 熔煉過(guò)程熱能來(lái)自煤粉 或重油 燃燒放出的熱量 其是火法冶煉鎳鐵生產(chǎn)中 設(shè)備最簡(jiǎn)單 生成金屬流程最短 綜合能耗最低的生產(chǎn)工藝 該工藝應(yīng)注意的是 由于鎳團(tuán)礦處在回轉(zhuǎn)窯300 至1400 溫度條件下 使殘余吸附水蒸發(fā) 結(jié)晶水及加入熔劑中的CaCO3分解 NiO FeO等氧化物還原及殘余氧化物成渣 該過(guò)程中團(tuán)礦崩潰 軟化 使產(chǎn)生的礦團(tuán)碳化物分布不均勻 易導(dǎo)致窯壁結(jié)環(huán) 對(duì)正常操作將產(chǎn)生不良影響 2 高爐法鎳礦 脫水 燒結(jié) 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(guó)內(nèi) 近年采用的火法冶煉鎳鐵較為普遍 主要是借用于現(xiàn)有煉鐵小高爐直接轉(zhuǎn)產(chǎn) 具體操作與小高爐生產(chǎn)生鐵操作相似 特別適合于使用低Ni 高Fe鎳礦生產(chǎn)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(guó)家限制400m3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(chǎn)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(guān)注和研究 3 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(duì)鎳礦中的NiO FeO等氧化物進(jìn)行還原 冶煉出鎳鐵 因而 在電爐冶煉過(guò)程中 調(diào)整合適的配炭量 限制FeO還原 可生產(chǎn)出Ni含量較高的電爐鎳鐵 國(guó)外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝 國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)含Ni大于10 的產(chǎn)品時(shí)亦普遍采用 主要冶煉設(shè)備為礦熱電爐 國(guó)內(nèi)個(gè)別廠家也有使用與電弧爐結(jié)構(gòu)相似的電爐生產(chǎn) 其設(shè)備最大容量為9MVA 其鎳礦預(yù)處理方式 冶煉工藝的具體操作 精煉工藝設(shè)備配套情況及精煉效果均不盡相同 各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比也存在一定差異 焦炭中所含的固定碳以及燃燒產(chǎn)生的CO是氧化鎳的還原劑 熔煉對(duì)焦炭的質(zhì)量要求如下 l 含碳量高 灰分低 固定碳和灰分是焦炭的主要組成部分 兩者互為消長(zhǎng)關(guān)系 灰分含量高 單位焦炭提供的熱量和還原劑就少 2 硫 磷等有害雜質(zhì)含量少 焦炭中的硫 磷等有害雜質(zhì)含量高時(shí) 勢(shì)必造成產(chǎn)品中有害雜質(zhì)含量升高 從而冶煉時(shí)對(duì)有害雜質(zhì)的脫除有更加嚴(yán)格的要求 3 成分穩(wěn)定 揮發(fā)分含量適中 水分含量低且穩(wěn)定 焦粉 焦丁用量少時(shí) 被還原的金屬少 而各氧化物在還原性氣氛中由易到難被還原的順序?yàn)?NiO CoO FeO Ni比鐵優(yōu)先還原 所以合金中鎳的品位高 隨焦粉用量增加 更多地鎳 鈷 鐵的氧化物被還原 金屬回收率增加 鎳的回收率在焦粉用量超過(guò)一定值后增長(zhǎng)平緩 說(shuō)明焦粉用量達(dá)到一定值后再增加 對(duì)提高鎳的回收率作用不大 要想繼續(xù)增加鎳的回收率 應(yīng)該從減少渣中鎳的損失方面考慮 金屬回收率增加的同時(shí) 由于被還原的鐵的量比鎳多 因此合金中鎳的品位降低 下降的趨勢(shì)先快后慢 焦粉用量超過(guò)一定值以后 鎳的品位降低 且焦粉用量多導(dǎo)致合金中的C含量明顯增加 合金質(zhì)量變差 焦粉用量還影響渣中FeO的量 焦粉用量越多 被還原的鐵越多 渣中FeO的量就越少 FeO對(duì)熔渣的反應(yīng)能力及物理性能有重要的影響 它能大大降低爐渣熔化溫度和粘度 起著稀釋爐渣的作用 對(duì)冶煉有一定好處 FeO的含量還決定爐渣的氧勢(shì) 從而決定鎳鐵中碳 硅 鉻 磷等雜質(zhì)的含量 熔渣FeO過(guò)低 造渣困難 爐渣的反應(yīng)能力低 FeO過(guò)多又會(huì)增加金屬損失及爐襯侵蝕 因此 焦粉用量應(yīng)適當(dāng) 焦粉用量直接影響還原熔煉的氣氛 決定鎳的品位和金屬回收率 鎳鐵的品位是鎳鐵生產(chǎn)的重要參數(shù) 影響產(chǎn)品價(jià)格 鎳的回收率 電爐的產(chǎn)量 運(yùn)輸成本等 焦粉用量少時(shí) 鎳的品位高 由于熔煉過(guò)程中 鎳在合金和渣中存在一個(gè)平衡 鎳鐵中Ni品位高 渣含鎳也高 而且渣的化學(xué)損失 鎳的氧化物 和物理?yè)p失 渣中夾帶 也增加 鎳的回收率降低 但鎳鐵品位過(guò)低則不能滿足不銹鋼廠用鎳鐵合金替代電解鎳的要求 且低的鎳品位需要還原較多的鐵 增加焦粉用量和能量消耗 焦粉用量對(duì)合金中S含量的影響 渣中FeO含量對(duì)LS的影響 隨著焦粉用量的增加 合金中S含量減少 焦粉用量對(duì)S分布的影響一方面是通過(guò)影響渣FeO含量來(lái)實(shí)現(xiàn) 另一方面 合金中C含量增加有利脫S 另外 不可忽視的是 隨焦粉用量增加 合金質(zhì)量大大增加 在進(jìn)入合金中的總S改變不大的情況下 合金中的 S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)下降 隨著渣中FeO含量增加 硫分配比呈下降趨勢(shì) 隨焦粉用量增加 被還原的鐵就會(huì)增加 因此渣中FeO含量減少 對(duì)脫硫有利 從而合金中S含量降低 焦粉用量對(duì)合金中P含量的影響 渣中FeO含量對(duì)LP的影響 焦粉用量對(duì)P分布的影響主要是通過(guò)影響合金質(zhì)量 其次是影響渣中FeO含量來(lái)體現(xiàn)的 隨渣中FeO含量增加LP增加 此外 在一定的條件下 增加爐渣中FeO含量會(huì)使?fàn)t渣的粘度顯著降低 流動(dòng)性增強(qiáng) 因此爐渣中FeO含量越高 越有利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行 總的來(lái)說(shuō) 由于酸性渣中脫磷效果不明顯 在渣量很大的情況下仍有相當(dāng)一部分P進(jìn)入合金 且LP隨焦粉用量增加 渣中FeO含量減少而減少時(shí)對(duì)進(jìn)入合金的總P的改變不大 但隨焦粉用量增加 被還原的金屬增加 合金質(zhì)量的相對(duì)增加量大 導(dǎo)致合金中P含量降低 紅土鎳礦中有一部分Fe203未被還原為金屬 而是還原為FeO進(jìn)入渣 渣中一定量FeO的存在使得CaO一MgO一SiO2相圖中CaO MgO 2SiO2的初晶區(qū)擴(kuò)大 并能稀釋爐渣 加入一定量石灰石使渣的組成進(jìn)入CaO MgO 2SiO2的初晶區(qū) 當(dāng)爐渣組成在這一初晶區(qū)時(shí) 爐渣的熔點(diǎn)最低 低熔點(diǎn)使得熔煉條件易于達(dá)到并能節(jié)省能源 所用紅土鎳礦含SiO2高達(dá)43 9 MgO含量為17 01 CaO只有2 44 爐渣的自然堿度低 粘度大 對(duì)于金屬與渣的分離和金屬回收率的提高十分不利 需往爐料中加入石灰石作為熔劑造渣 增加渣中所必需的成分氧化鈣 降低渣的熔化溫度 降低粘度 增加堿度 還可減少渣的比重 這對(duì)熔煉操作很有價(jià)值 因?yàn)闋t渣可以在更低的溫度下保持良好的流動(dòng)性 鎳的硅化物較碳化物和硫化物穩(wěn)定 因此當(dāng)合金中硅含量增高時(shí) 碳含量和硫含量低 爐渣與合金成分關(guān)系表明 增加渣中CaO含量能抑制硅的還原 石灰石用量對(duì)熔煉的影響 僅供參考 石灰石用量對(duì)合金質(zhì)量的影響 石灰石用量對(duì)鎳品位的影響 石灰石用量對(duì)金屬回收率的影響 結(jié)果表明 若不加石灰石或石灰石加入量少于一定值時(shí) 渣的熔點(diǎn)高 粘度大 流動(dòng)性差 被還原的鎳鐵不能沉降和渣分離 而是夾雜在渣中 隨著石灰石用量的增加 渣的組成趨于合理 性能得到改善 保證了熔煉過(guò)程的順利進(jìn)行 金屬在渣中的傳質(zhì)更為充分 夾雜損失少 因此所得合金質(zhì)量增加 金屬回收率上升 金屬回收率 鎳 鈷 鐵 符合選擇性還原原理 鎳優(yōu)先還原 如前所述 合金質(zhì)量少時(shí) 鎳的品位高 而隨著金屬的回收率增加 被還原的鎳的質(zhì)量比鐵少 鎳在合金中的品位有所下降 但當(dāng)石灰石用量超過(guò)一定值以后 石灰石的分解產(chǎn)生的CO2增加 這些CO2在高溫下和焦粉反應(yīng) 消耗部分還原劑 使得熔煉的有效還原劑減少 因而造成合金質(zhì)量下降 金屬回收率下降 鎳的品位上升 這與焦粉用量少時(shí)鎳鐵品位高而金屬回收率低的規(guī)律一致 另外 加入石灰石太多造成渣量過(guò)大 對(duì)耐火材料侵蝕嚴(yán)重 且機(jī)械夾雜和溶解損失多 導(dǎo)致Ni的回收降低 綜上所述 石灰石的加入不僅調(diào)整了堿度 降低了爐渣的熔點(diǎn)和粘度 也影響著金屬的回收率和合金中鎳的品位 綜合考慮鎳鐵品位和金屬回收率 選擇最佳的石灰石用量 用石灰石脫硫 碳酸鈣受熱分解 形成的CaO有很高的活性 脫硫能力強(qiáng) 并且放出的C02能起到攪拌作用 加強(qiáng)傳質(zhì) CaO脫硫時(shí) 在固體石灰表面生成的CaS是多孔質(zhì)的 利于S2 向其內(nèi)的CaO表面擴(kuò)散 石灰石用量對(duì)S分布的影響主要是通過(guò)影響渣中CaO含量和堿度來(lái)實(shí)現(xiàn) 石灰石在熔煉的時(shí)候分解為CaO和C02 CaO在熔煉溫度下不會(huì)被還原 因此隨石灰石用量增加 渣中CaO含量就增加 石灰石用量對(duì)合金中S含量的影響 渣中CaO含量對(duì)LS的影響 隨著渣中CaO含量增加 硫分配比呈上升趨勢(shì) 按照分子理論 石灰石分解產(chǎn)生的氧化鈣 CaO 是脫硫反應(yīng)的反應(yīng)物 爐渣中 CaO 增多 能大大地促進(jìn)在金屬爐渣界面上進(jìn)行的脫硫反應(yīng) 此外 石灰石降低渣的熔點(diǎn) 減少粘度 有利于脫硫 而根據(jù)離子理論 CaO帶入脫S反應(yīng)所需的02 雖然所有的堿性氧化物都能提供02 但Ca2 帶入的02 的作用最大 又因S2 的半徑比02 的半徑大 所以Ca2 主要集中在S2 的周圍 形成弱離子對(duì) 降低rs2 硫分配比增大 此外 在其他條件不變的情況下 CaO 增加還使?fàn)t渣堿度提高 渣中02 濃度提高 復(fù)雜的硅氧復(fù)合陰離子解體分裂形成較簡(jiǎn)單的硅氧復(fù)合陰離子 故爐渣的脫硫能力提高 但是CaO含量增加到一定程度后 Ls增加的趨勢(shì)不再明顯 這是因?yàn)槭沂昧窟_(dá)到一定值后 分解產(chǎn)生的CO2會(huì)削弱體系中的還原氣氛 對(duì)脫S不利 因此Ls改變不大 合金中S含量下降變緩 石灰石用量對(duì)合金中P含量的影響 渣中CaO含量對(duì)LP的影響 石灰石用量對(duì)P分布的影響主要是通過(guò)影響渣中CaO含量和堿度來(lái)實(shí)現(xiàn) 隨著渣中CaO含量增加 P分配比呈上升趨勢(shì) 依分子理論 CaO的脫磷能力表現(xiàn)在它與P2O5結(jié)合成2CaO P2O5 3CaO P2O5和4CaO P2O53種磷酸鹽而使P2O5固定于爐渣中 CaO還會(huì)與SiO2結(jié)合消除其對(duì)脫磷的有害作用 因此隨石灰石用量增加 合金中P含量降低 根據(jù)離子理論 加入CaO能提高堿度 引入的Ca2 能與PO43 形成弱離子對(duì) 提高PO43 的穩(wěn)定性 降低其活度系數(shù) 同時(shí)CaO供給的O2 促進(jìn)PO43 的形成的同時(shí)還與Fe2 形成Fe2 O2 對(duì) 提高FeO Fe2 O2 的活度 因此 石灰石用量越多 LP越大 合金中P含量越低 鎳鐵狀態(tài)圖 溫度對(duì)熔煉的影響 從鐵鎳狀態(tài)圖可知 Fe與Ni組成的任何比例的固溶體其熔點(diǎn)均在1400 以上 而含Ni20 的鎳鐵的熔點(diǎn)在1460 左右 因此冶煉溫度必須控制在此溫度以上 考慮到需一定的過(guò)熱度 可將冶煉溫度選擇在1550一1600 左右 溫度對(duì)合金質(zhì)量的影響 溫度對(duì)合金中Ni品位的影響 溫度對(duì)金屬回收率的影響 當(dāng)溫度為1400 時(shí) 在渣中發(fā)現(xiàn)鑲嵌的鎳鐵珠 但沒(méi)有鎳鐵合金塊沉積在坩堝底部 說(shuō)明在1400 的溫度下 渣的粘度很大 被還原的鎳鐵不能順利沉降 渣鐵分離不好 溫度為1450 和1500 時(shí) 有鎳鐵合金出現(xiàn) 且合金的質(zhì)量較大 但合金中Ni的品位較低 這是因?yàn)楹辖鸷驮蛛x不好 渣在合金中的夾雜比較嚴(yán)重 導(dǎo)致合金的質(zhì)量不佳 溫度為1550 和1600 時(shí) 合金與渣分離良好 合金質(zhì)量略有減少 但鎳的品位增加 合金表面光滑并有一定的金屬光澤 從溫度對(duì)金屬回收率影響的圖中可以看出 溫度高于1500 時(shí)對(duì)金屬回收率的影響不明顯 兼顧合金的產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗 設(shè)備要求等 選擇最佳熔煉溫度為1550 溫度低于1500 時(shí) 渣在合金中的夾雜嚴(yán)重 影響合金質(zhì)量 溫度過(guò)高則增加爐子的升溫負(fù)擔(dān)且對(duì)耐火材料的消耗加大 時(shí)間對(duì)熔煉的影響 時(shí)間對(duì)合金質(zhì)量的影響 時(shí)間對(duì)金屬中Ni品位的影響 時(shí)間對(duì)金屬回收率的影響 由圖可知 時(shí)間對(duì)熔煉影響不大 合金中鎳的品位保持在20 左右 Ni的回收率隨熔煉時(shí)間增加而增加 繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間 鎳的回收率增加速度變緩 鈷和鐵的回收率隨時(shí)間增加略有增加 但一定時(shí)間后 回收率反倒有下降的趨勢(shì) 試驗(yàn)表明 當(dāng)還原溫度一定時(shí) 由于金屬相和渣相的傳質(zhì)更充分 鎳 鐵回收率隨著還原時(shí)間的延長(zhǎng)而提高 但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng) 還原劑逐漸被消耗至盡 爐內(nèi)的還原氣氛逐漸減弱 局部會(huì)出現(xiàn)氧化性氣氛 可能會(huì)出現(xiàn)鎳和鐵的重新氧化 導(dǎo)致合金質(zhì)量減少 金屬回收率降低 而且冶煉時(shí)間越長(zhǎng) 生產(chǎn)效率越低 電耗也越高 綜合考慮能耗和生產(chǎn)效率等因素 應(yīng)控制合適的冶煉時(shí)間 最佳熔煉條件下渣的化學(xué)成分分析 電爐冶煉鎳鐵使用的鎳礦NiO FeO含量低 多數(shù)廠家由于對(duì)FeO存在不同程度的選擇性還原 造成爐料配焦量少 料層導(dǎo)電能力差 爐渣堿度低 使電極容易深插 而鐵水量少 造成爐底鐵水層薄 導(dǎo)電強(qiáng) 極容易造成電弧高溫區(qū)對(duì)爐底極心圓區(qū)域的熔蝕和鐵水對(duì)該區(qū)域耐火材料的沖刷及滲透性侵蝕 在對(duì)多家鎳鐵廠拆爐現(xiàn)場(chǎng)觀察中 可以看到 不管是以碳磚或鎂磚砌筑爐底還是鎂質(zhì)材料打結(jié)爐底 在爐底的中下部磚縫或打結(jié)料冷熱收縮縫處 均出現(xiàn)滲鐵現(xiàn)象 特別是碳磚砌筑爐底 開(kāi)爐不到2個(gè)月 鐵水已滲入第二層碳磚底部 因而 鎳鐵冶煉宜采用高二次電壓 大電極直徑 降低極心圓和爐底功率密度 緩解上述現(xiàn)象的發(fā)生并減輕爐渣對(duì)爐襯耐火材料的侵蝕 表3 1冶煉鎳鐵不同功率礦熱爐使用參數(shù) 供冶煉技術(shù)分析用 從表3 1數(shù)據(jù)可以看出 與生產(chǎn)硅鐵 錳硅 高碳鉻鐵同等功率礦熱電爐參數(shù)相比 鎳鐵礦熱電爐電極直徑偏大 極心圓功率密度 爐底功率密度明顯偏低 而使用的二次電壓較高 4 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(yīng)包 向反應(yīng)包加入45 硅鐵 倒包反應(yīng) 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(duì)NiO FeO等氧化物進(jìn)行還原 生成鎳鐵 據(jù)資料介紹 國(guó)外電硅熱法工藝是在爐外 通過(guò)倒包操作 使加入的Si對(duì)熔體中的NiO進(jìn)行還原 生成鎳鐵 與熱兌法生產(chǎn)微碳鉻鐵的反應(yīng)機(jī)理和工藝操作基本相同 因而 可稱之為熱兌法工藝 火法冶煉工藝硅鎂鎳礦通常采用火法冶金工藝處理 火法主要有兩種 一種是用鼓風(fēng)爐或電爐還原熔煉得到鎳鐵 又稱鎳鐵法 另一種是添加硫化劑進(jìn)行硫化熔煉生產(chǎn)鎳硫 又稱鎳锍法 鎳鐵法是采用電爐熔煉 可以達(dá)到較高的溫度 爐內(nèi)的氣氛也比較容易控制 但為了保證礦石處理的經(jīng)濟(jì)性 通常要求礦石達(dá)到一定品位 所以在開(kāi)始熔煉前 首先需對(duì)礦石進(jìn)行篩選 排除風(fēng)化程度低 品位低的礦石 爐料需預(yù)先在回轉(zhuǎn)窯中干燥脫水 在700 800 條件下進(jìn)行預(yù)焙燒 所得焙砂與粒度在10 30mm的揮發(fā)性煤混合一起加入電爐進(jìn)行還原熔煉 產(chǎn)出粗鎳鐵合金 在電爐還原熔煉的過(guò)程中幾乎所有鎳和鈷的氧化物都被還原成金屬 而鐵則不必全部還原成金屬 鐵的還原程度可通過(guò)還原劑的加入量加以調(diào)節(jié) 粗鎳鐵合金再經(jīng)過(guò)精煉產(chǎn)出成品鎳鐵合金 鎳鐵合金主要供生產(chǎn)不銹鋼 采用該法生產(chǎn)鎳鐵合金的工廠主要有法國(guó)的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠 哥倫比亞塞羅馬托莎廠和日本住友公司的八戶冶煉廠 鎳鐵產(chǎn)品中含鎳20 30 全流程回收率為90 95 鈷進(jìn)入合金 火法工藝主要應(yīng)用于處理硅鎂鎳礦 適合于處理鎳含量 1 鐵含量30 左右 鈷含量低的紅土鎳礦 其最大特點(diǎn)是處理工藝簡(jiǎn)單 流程短 缺點(diǎn)是鈷也進(jìn)入鎳鐵合金或鎳锍中 失去了鈷應(yīng)有的價(jià)值 火法工藝處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金具有流程短 效率高等優(yōu)點(diǎn) 但能耗較高 其操作成本中的最大構(gòu)成項(xiàng)是能源消耗 如采用電爐熔煉 僅電耗就約占操作成本的50 再加上氧化鎳礦熔煉前的干燥 焙燒等預(yù)處理過(guò)程的燃料消耗 能耗成本可能要占65 以上 而礦石含鎳品位的高低對(duì)火法工藝的生產(chǎn)成本起著重要的作用 低品位的礦由于冶煉時(shí)礦石量大 能耗高 冶煉成本就高 礦石含鎳提高0 1 生產(chǎn)成本大約可以降低3 4 因此目前火法工藝主要處理高品位的紅土鎳礦 濕法工藝成本上比火法低 但處理氧化鎳礦工藝復(fù)雜 流程長(zhǎng) 工藝條件對(duì)設(shè)備要求高 因此從投資 建設(shè)周期 技術(shù)成熟的角度出發(fā) 火法仍將是鎳鐵冶煉的主導(dǎo)工藝 火法冶煉鎳鐵還可以同時(shí)回收鎳和鐵 用于不銹鋼生產(chǎn) 具有較強(qiáng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)及產(chǎn)