(一)鼓风炉用炉料
鼓风炉入炉的料有以下几种:
(1)含镍物料。国内鼓风炉大多处理较高品位的硫化铜镍矿块矿(如新疆喀拉通克镍矿)或烧结块(如四川会理镍矿),也有以处理杂料和废料为主(如成都 电冶厂的密闭鼓风炉)。氧化矿也是鼓风炉的重要原料。含镍物料还包括一些回炉料,如块状转炉渣、包子壳等。
(2)熔剂。由于矿物所含脉石成分各异,所需在的熔剂也不同,常用的熔剂为石英石、石灰石两种。直接加入鼓风炉的日熔剂粒度为30~60mm,如配入烧结块所用的粒度为2~5mm。要求石英石含SiO2大于85%,石英石含CaO大于45%。
(3)硫化剂。在处理氧化矿或当造 锍过程中炉料含 硫量不足时,往往需要加入硫化剂,鼓风炉常用的硫化剂主要为石膏(CaSO4.2H2O),其次为黄铁矿(FeS2)。
(4)燃料。鼓风炉熔炼的热量主要来自燃料燃烧、硫化铁的氧化及氧化亚铁造渣的反应热。炉料中硫的含量越高,燃料消耗越少,所以鼓风炉熔炼硫化矿所消耗的燃料多。在鼓风炉熔炼过程中,一般要求燃料孔隙度适当,强度高,着火点和发热值高,灰分及水分低。由于焦炭比较容易满足上述要求,因而成为鼓风炉通用的燃料。
(二)鼓风炉炉料的制备
敞开式鼓风炉的炉料要进行烧结方可入炉,采用密闭式鼓风炉熔炼,精矿可以不烧结,经混捏压团后进鼓风炉。
(1)制团。氧化镍矿在压团之前,先在干燥窑内700~800℃高温下干燥,将太少石水分降至10%~14%,然后经破碎筛分,将小于8mm的粉矿与镍精矿混合,并配入适量的粘合剂(如粘土、石灰等)(大部分氧化矿可不加粘合剂)、精神文明和返尘,混合均匀后再适量加入水,即可送压团机生产团矿。制团是一种物理过程,并未发生化学变化。团矿必须具备一定的抗压强度,避免在入炉
后破裂或爆裂。矿石国粘土成分越高,压成的团矿强度也越大。团矿的强度大才能满足鼓风炉熔炼过程所要求的较高的块料率和炉料良好的透气性。
(2)烧结。烧结法在生产中应用较为普遍。因为烧结前一般无须对粉矿进行干燥,办需将各物料按一定配比混合后即可送烧结系统。要求烧结块透气性好,有一定的强度,以利于熔炼过程顺利进行。硫化矿的烧结是在硫化镍粖和粉矿的混合矿中配入适量的石英石 、烟尘、焦粉和水,混合均匀后阖家烧结机进行烧结。硫化镍矿的的烧结过程是一个物理化学毂程,除脱水要靠矿石中高价铁氧化物转化为氧化物,脱除一部分硫。氧化镍矿的烧结属于还原烧结,主要靠 矿石中高价铁氧化物还原为FeO,随后与SiO2反应,形成半熔性的硅酸盐,使粉矿粘结成块。烧结层内的温度达1150~1200℃。
烧结毂程所需的热量,录像盘了硫化矿的氧化供热之外,还需配入炉料量的8%~11%的焦粉,使其燃烧发热以补热量之不足。汉处理硫化矿的分量增多时,烧结时放出的热量多,焦粉配入量则可减少。
为了改善烧结料层的透气性,强化过程和提高烧结块的质量,还必须配入25%~30%的烧结返粉。
(三)加料
炉料、燃料、鼓风和生产操作是影响鼓风炉正常作业的四大主要因素。鼓风炉熔炼的正常操作是将制备好的各种炉料(由冶多计算确定),采用分层加料的方式从炉顶侧面加入炉内,每批料的加料顺序依次为焦炭、转炉渣、日熔剂、烧结块(或富矿块、团矿),熔剂和转炉渣的前后顺序可颠倒。这种加料顺序比较普遍被采用,因为每批炉料进入风口上部区域时,其下层的焦炭首先与鼓风相遇而迅速燃烧,所产生的高温气上升与向下运动的炉料形成逆向流动而进行热交换。对敞开式日炉顶的鼓风炉而言,料柱顶层料批中的熔剂、转日炉渣和烧结块等密度大、块度较优焦炭小的炉料,同时起着料封
炉顶、改善炉顶操作条件的作用。
入炉物料经过受热、脱水、分解、硫化和熔炼等一系列物理化学过程,形成镍锍和炉渣,这两种熔体密度不同,流入炉缸或前床后进行澄清分离,上层为密度小的炉渣,下层为密度大的镍锍。
入炉物料量及每批物料入炉时间间隔,因鼓风炉熔炼速度而异。一般鼓风炉批料重量为7~10t,每批料入炉间隔为45min,加装高度一般低于加料平台0.5~1m,料面高度波动为200~300mm。
正常操作是要随时检查风口送风情况、水套冷却温度、放出口(咽喉口或虹吸道)的流通情况,以及测量镍锍面、渣面高度和熔体温度等。
(四)鼓风
实际鼓风量应比冶金计算的理论值高20%,控制风口区鼓风强度达到70m3/(m2. min)或更高一点,以满足熔炼的需要。适当增大鼓风量可提高炉子的生能力及降低燃料消耗,但风量过大也会导到炉气在炉内的不均均分布,对炉况不利。有条件的厂家采用富氧鼓风、使用热风或风口喷燃料的措施,以提高炉床能力、脱硫率和烟气二氧化硫浓度。风压一般取决于炉内阻力(因炉料物理性质、料柱高度及炉料分布的均匀程度而异)和日炉子的宽度,当炉子宽度大于1mm、料柱高于3m时,风压一般可控制为6~12kPa,波动范围较大。风压较高将有利于熔炼过程,但风压太高又将增大烟尘率和降低氧的利用率。因此,风压的控制一般还要在生产中随时调整。
(五)开炉和停炉
鼓风炉的开炉操作包括物料准备、烘炉和开炉三道工序。物料准备要考虑物料的种类配备、物料化学成分的合理性。烘炉之前对水套及冷系统进行严格的检查,对机电设备进行试车,待一切正常后,对本床、前床按预定的升温曲线升温干燥。升温干燥一般先用镍铬电阻丝烘烤,再用木柴、焦炭烘烤,升温时间一般需7d。当炉子各部位
及其相关设施正常以后,先清除烘烤炉底的木炭灰渣,再加入木柴高于风口面0.5~0.8m,打开风口自然通风燃烧0.5~1h,逐渐加入焦炭并开始鼓风,当风口区焦炭达到白热化程度时,即可逐渐加入渣料,然后逐步增加矿石、烧结块和熔剂,直至转入正常操作。
停炉时,需先加洗料以尽可能将炉料全部熔化并排出所有熔体,防止镍锍和残渣冻结在炉底。特别是当大修停炉时,必须先将镍锍面升高以排尽炉渣,然后再将镍锍从底口全部排出,经利拆除炉底。
(六)鼓风炉常见故障及处理
1)炉结是鼓风炉熔炼常见的主要故障,根据其形成的部位可分为上部炉结、下部炉结和炉底炉结。
(1)上部炉结。当批料分布不均匀而产生偏析时,大量炉气在通过上部气流阻力小、透气性好的料层时会将焦炭偿引燃,使炉料局部烧结。如有大量低熔点细粒物料时,更易产生融熔物而形成炉结。这就是所谓“跑风”和“穿火”现象,必将导致炉内气流和温度分布不均,引起炉况恶化。为防止上部炉结形成,应严格配料和均匀加料,增加块料率,适当降低料柱。在炉结的形成之后,应停止加料并降低料柱,从加料口用钢钎将炉结打掉,也可在炉结下部加入焦炭,以提高温度将炉结慢慢熔化掉。
(2)下部炉结。当焦炭不足、送风过大或过小、细粒物过多时,都可引起炉内焦点区温度下降,产生下部炉结。处理的方法一般是改变配料,适当增加炉料和提高焦率。
(3)炉底炉结。当炉料中石英石不足,部分氧化亚铁化面磁性氧化铁,并在炉缸底部温度低的部位析出时,即容易形成炉底炉结。处理办法是在配料中增加黄铁矿,产出低品位镍锍,以溶解磁性氧化铁,或增加批料中石英石,减少磁性氧化铁的生成,也可以加入生铁块,促使磁性氧化铁的还原。
2)风口上渣和风口跑风
当炉渣的温度偏低时,放渣困难,或者渣型不好,咽喉口渣流不畅时,引起渣面上升,都可引起风口上渣,堵塞风口。解决办法是提高焦率以升高炉温,或改变配料调整渣型,并及时将风口渣打掉,以保持风口的明亮和正常送风,当加料或下料不均匀时,将导致风口温度及风量分布不均匀而发生鼓风偏析的“跑空风”现象。处理的办法可采用改变加料方式,提高个别风口温度,控制合适的料柱高度和风压。
3)咽喉死口及虹吸口凝死
当镍锍面偏高或渣型不好、炉温偏低时,或炉内有耐火砖等难熔物时,常发生咽喉口死口。此时,可用调整配料、改变渣型、提高炉温的办法处理,并及时用氧气烧开。当炉渣含氧化镁较高而形成较厚的氧化镁和磁性氧化铁粘渣层,镍锍面又较低时进行排放操作,一旦控制不好,镍锍便将粘渣带出,即发生死口。应立即调整配料,减少炉料中难熔成分,改变渣型和提高焦点温度,并及时用氧气将死口烧开。
(七)鼓风炉熔炼中的问题
影响鼓风炉熔炼过程的因素很多,而且相互制约,但其中最重要的因素是配料成分和焦比,以下就此两点及与之相关的因素讨论。
(1)炉渣成分对整个熔炼过程起着重要的作用,渣型的选择须根据原料成分和性质,按难熔物料的熔点、炉渣有过之而无不及热程度,在保证预定脱硫率的前提下,力求下料块,锍品位适宜,渣含镍少,燃料和熔剂的消耗低,在这些原则下进行配料。配料不当,可使温度的焦点区上移,熔化量减少,并导致炉缸温度下降,甚至造成缸冻结。
(2)料柱的透气性对鼓风炉熔炼十分重要。为了保证有较好的透气性,入炉烧结块率应大于70%,水分应低于10%,防止粉料太多及粉料在日记内粘结,以致堵塞通风孔道,影响炉子的顺行。
(3)通过热平衡计算得到的焦比为
最低值,须视炉况加以调整。在硫化镍精矿的鼓风熔炼中,硫化物氧化产生的热量,约占所需总热量的三分之一左右,其余热量靠焦炭燃烧。焦比过高,熔化速度加快,会使胶硫率降低,导锍品位下降,对吹炼过程不利;焦比低,则供热不足,炉子难以顺行。一般焦比约在12%~14%。
(4)如果于富矿镍锍品位较规定值高,可通过增加入炉料中的富矿量,减少烧结块精选量加以调整。如果由于富矿量的增加使MgO增多,焦比应适当提高(至14%~16%)。也可以直接加入未烧结的生粒精矿以稀释低镍锍。如锍品位偏低,则增加烧结块用量,在允许范围内适当降低焦比,延长炉料在炉内的停留时间,提高脱硫率。应该说,稳定低镍锍的品位,也是保证炉况正常的重要指标。
(八)鼓风炉熔炼的主要技术指标和熔炼产物
1)主要技术指标
(1)焦率。鼓风炉熔炼焦率是指入炉焦炭量怀炉料之比。焦率与原矿性质(硫化矿或氧化矿)、矿石中硫和氧化镁的含量及是否采用预热空气或富氧鼓风有关。
硫化镍矿鼓风炉熔炼焦率较低,按烧结块计一般为10%~18%,按原矿计为15%~25%。
(2)床能力。床能力是指鼓风炉风口区截面积每平方米每昼夜处理物料的吨数。床能力的大小,与物料种类、成分、渣型的合理性及炉温高低、风压大小、操作好坏有关。一般为40~50t/(m2.d).
(3)脱硫率。鼓风炉的脱硫率介于矿热电炉与闪速炉之间,与原矿中高价硫化物的形态、鼓风压力、料柱等因素有关,熔炼烧结块时一般为35%~45%,熔炼原矿时可高达45%~60%。
(4)直收率。镍锍含镍量与入炉物料含镍量之比。它与矿品位、渣量、渣含镍、镍锍品位及技术条件等因素有关。
2)熔炼产物
鼓风炉熔炼的主要物为镍锍和炉渣。
(1)镍锍是冶炼的主产品,鼓风炉产出的是低镍锍,它的矿物组成主要有Ni3S2、Cu2S、FeS。镍锍品位取决于原料品位和脱硫率,一般控制Ni+Cu为12%~25%,含硫22%~26%。
(2)炉渣是各种氧化物的共熔体,以FeO、SiO2、CaO成分为主。其产出量很大,产出率可达入炉烧结块重量的10%~110%。