竖罐式红土镍矿还原炉研发设计及热过程分析

发布时间：2020-07-14 10:01

【摘要】：目前,日益减少的硫化镍矿资源已经不能满足世界各国对镍铁的需求。镍富集性差,但储量丰富、开采方便的氧化镍矿逐渐成为镍铁合金主要原材料,现有的镍铁处理工艺在处理低镍的氧化镍矿时存在能耗高、工序复杂的问题,开发一种低污染、低能耗、适应性强的镍矿处理工艺是氧化镍矿处理的必然趋势。现有镍铁处理工艺中,湿法冶炼镍铁工艺普遍存在废液难处理、污染严重的问题。从投资、技术成熟等角度来看火法冶炼镍铁工艺占据主导地位。火法冶炼中应用最广泛的是回转窑-电炉技术,但每降低0.1%的镍含量将提高能耗3%～4%,且废气处理及CO回收设备及工序复杂。为此,在原有工艺的基础上,提出了一种新型镍铁熔炼工艺,内容如下:1.提出一种新型竖罐式镍铁熔炼还原工艺。该工艺借鉴大江山法及镁还原罐作为反应容器的方法,将镍矿与煤粉压球后装入还原罐内,直接加热还原,熔炼产生的废气作为二次流燃料燃烧,熔炼后产物经水淬、磁选及精炼等后续工作。本工艺直接高效利用CO及干馏气、设备简单、采用蓄热式燃烧技术。2.以还原炉内表面和还原罐外表面形成的腔体作为反应域,借助fluent模拟软件研究炉膛三维空间内复杂的燃烧、流动、辐射的耦合问题。得到还原罐表面温度分布作为球团内部反应模拟的边界条件。3.以还原罐壁及内部球团矿作为研究对象,分析其内部传热过程,建立差分方程并求解。将燃烧过程计算结果作为边界条件,提供给还原计算过程,得到加热熔炼3h后还原罐内部温度分布场,并对热工参数的选择进行分析。4.研究不同的热工参数对加热熔炼过程的影响,最终发现影响物料转换率的因素在于球团较低的导热能力。采用套罐方式模拟得到球团转换率达到0.87。通过正交试验,得出加热时间为3h,还原罐表面温度1400℃,孔隙率0.45是较佳的熔炼工艺参数。在这种工况下,球团转换率达到0.95。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF644
【图文】：

冶炼工艺,镍铁,设备,流程

东北大学硕士学位论文逦第１章绪论逡逑送入干燥窑或者回转窑内燃烧利用。另一种是矿热炉的煤气经过完全燃烧后送至干燥窑逡逑预热物料，再从干燥窑内排出并除尘。方案１需要一整套单独的冷却除尘设施，方案２逡逑需要一套耐高温的气体输送管道，且输送距离远。两种方法所需提供的设备如下：逡逑方案１：矿热炉－水冷管－冷却器－空冷器－粗煤气风机－调节阀－布袋过滤－净煤气风机－逡逑干燥窑燃烧。逡逑方案２：矿热炉－高温烟气－耐高温管道－调节阀－烟气混合室－干燥窑预热物料。逡逑２）回转窑－磁选逡逑回转窑－磁选工艺又名直接还原工艺，目前世界上采用此工艺的只有日本冶金公司逡逑大江山冶炼厂［７＇９］。其工艺流程是原矿经过磨碎后，和煤粉进行混合制团并千燥，球团逡逑在回转窑内加热焙烧还原，焙烧后的焙烧矿再经过磨碎、重选和分离，工艺流程及设备逡逑可见图１．２。这种冶炼方法的特点是设备简单，熔炼能耗低。逡逑

镍铁合金,球团,产物,还原罐

东北大学硕士学位论文逦第２章还原罐冶炼镍铁设备的研发与设计逡逑新型还原罐式镍铁熔炼工艺简单。预处理工艺是将红土镍矿磨细后，与褐煤及石灰逡逑石混合并压球制团（可见图２．２），经上料机构将球团加入到还原罐内，由两侧蓄热式烧逡逑嘴交替加热。一个加热周期结束后，将金属熔块从还原罐下出料口水淬，经磁选机将还逡逑原后的镍铁合金从熔块中分离出来，粗镍铁合金将作为不锈钢的镍源。具体流程见图２．１。逡逑

还原熔炼,总体结构,还原罐

提升到１４５０°Ｃ来加热还原罐及内部球团。罐内的球团进行还原反应，产生的干馏气及还逡逑原产物一氧化碳气体，从罐体逸出并在炉内作为二次燃料进行燃烧。一个熔炼周期结束逡逑后，还原罐底部出料由小车运走，进行水淬和磁选等后续操作［￣８］。其总体结构如图２．２：逡逑１0逡逑■邋＆逡逑＾逦逦＾Ｔ￣逦」逡逑ｆ邋逦逡逑逦Ｊ邋Ｏ邋Ｏ邋Ｏ邋Ｏ邋Ｌ逦逡逑（１．料斗２．星型阀３．气缸伸缩导料器４．翻转机５．天然气烧嘴６．蓄热室７．还原罐８．钢结构９．出料逡逑小车１０．纤维耐火材料１１．刚玉莫来石轻质砖１２轻质粘土砖及硅钙板）逡逑图２．３还原熔炼炉总体结构逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｇｅｎｅｒａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邋ｓｍｅｌｔｉｎｇ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑－１１邋－逡逑

【参考文献】