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澳斯麦特炉提高冰镍品位的措施和方法

发布日期:2018-08-10 作者:任洪波 点击:

前言

冶炼高品位低冰镍是冶炼厂澳斯麦特炉的发展方向和目标,它能以最少的投资最大限度地提高产量。澳斯麦特炉冶炼中,低冰镍中镍和铜的总品位目标值是45%。要达到这个目标值,操作人员必须密切控制冰镍的品位:①吹炼工艺要求稳定的原料成分;②冰镍品位过高,将导致从沉降电炉排出的渣含镍量增大,造成镍损失增加;③冰镍品位过高将导致渣中的磁性铁增加,引起电炉炉结、结瘤和操作温度高;④冰镍品位过低则造成转炉锤炼时间延长。

所以合理的控制低冰镍品位是冶炼工艺过程的重要指标,根据物料成分做充分快速的调整,才能保证冶炼生产的正常进行,各生产工序的连贯性更好。

高品位冰镍对冶炼生产带来的问题

澳斯麦特顶吹浸没冶炼技术的关键设备是一个垂直浸没在熔融渣池中的喷枪。炉渣与喷入的气体充分混合从而使炉内达到很快的反应速率。喷枪采用受控冷却方式来固化喷枪表面的渣,使其不受周围高侵蚀性环境的侵袭。空气和燃料通过喷枪喷入,向炉内提供热量,而氧化和还原的程度是通过调节燃料和氧的比率以及加料中还原煤的比例来控制的。

当冶炼镍品位22%的低冰镍时,Fe3O4,的生成量较少,为2%~3%,对炉况影响不大。但当镍品位达到32%以上时,铁和硫的脱出率增大,在强氧化气氛下,精矿中会有较多的铁不可避免地被氧化成了Fe3O4,而且被氧化的铁量随品位的提高而增多。Fe3O4的熔点高达1597摄氏度,密度为5.1g/cm3,它会增加炉渣的粘度和密度,影响渣镍分离,至使电炉的渣含镍量增高。其沉积于电炉炉底的部分成为固态结炉,使电炉的炉池缩小,降低了储存冰镍量,不利于转炉的正常生产。

处于炉渣层和冰镍层之间的Fe3O4形成黏渣层,极大地影响了冰镍的沉降,恶化炉况,至使排渣带镍、排镍带渣的情况出现。从而使渣含镍升高并影响转炉吹炼生产正常进行。

另外Fe3O4的增高对澳斯麦特炉上升烟道采用余热锅炉膜式壁,负压操作对烟道黏结影响很大,在物料的水分及成球率不好的情况下黏结的情况会更严重。如果Fe3O4增高,烟道黏结会随着上升烟道温度的降低更加严重,更恶劣的情况就是把上升烟道堵死,严重影响正常的生产,只能停用人工清理。所以要在品位正常的情况下严格控制Fe3O4的含量。

提高冰镍品位方法的探讨

2.1  确定精矿的化学成分

熔炼系数的确定是根据物料的成分调节的,调节后不同的物料以及渣型成分分别见表1、表2

 

物料及渣成分 %

 

成分NiCuCoFeSCaOMgOSiO2

Al2O3

水分Fe3O4
低冰镍11.030.2840.14654.221.21.341.744.670.81.59-
镍锍12.31.492.2714.8637.65.075.1318.328.286.13-
精矿16.881.950.19829.421.152.37.7619.691.596.13-
精矿23.771.560.24636.8424.51.94.910.743.2811.46-
渣样11.510.3370.13641.011.491.555.2831.623.17-6.36
渣样21.720.3510.14440.911.931.54

4.74

30.943.63-

7.05

渣样31.610.3350.13937.232.091.594.3332.993.87-5.21

物料及渣成分 %

 

成分NiCuCoFeSCaOMgOSiO2

Al2O3

水分Fe3O4
低冰镍10.41
0.1390.13952.6621.341.340.9925.190.5911.59-
镍锍12.51.522.3114.9237.35.135.2218.288.236.03-
精矿17.031.950.142

27.56

20.522.062.5923.441.496.13-
精矿23.231.130.14640.9229.522.015.4810.380.7611.46-
渣样11.530.3190.11135.441.631.895.9735.973.22-4
渣样21.38

0.303

0.11336.161.462.02

4。88

35.033.61-

4.2

渣样31.430.3070.10737.991.431.764.7935.673.21-4.75


 

2.2  加料量的稳定性对冰镍品位的影响

入炉的加料量有试生产期间的10t/h提高到30t/h以至提高到设计值40t/h,随着入炉加料量的逐步提高,燃煤以及富氧浓度也随着提高,显而易见,温度也就跟着不断的提高。

试生产期间目标品位为30%,精矿配比为:漂河精矿10t、块煤1t、石英0.5t,熔炼系数为874Nm3/t,富氧浓度为28%,燃煤量为3000kg/h。但是因为精矿的加入量比较少,所以澳斯麦特炉出口处镍的取样比较难。

目标品位为30%,精矿配比为:漂河精矿13t、自产7t、块煤1.5t、石英2.5t,熔炼系数为874Nm3/t,富氧浓度为35%,燃煤量为3500kg/h,澳斯麦特炉出口处镍含量为28.3%,已经很接近把目标值了。

由此说明,入炉精矿的增加有助于提高炉内化学反应速率以及冰镍品位。

2.3   熔炼系数是提高冰镍品位的第一要素

通过表1和表2的比较,精矿的化学成分没有太大的变化。

熔炼系数提高前,低冰镍:471Nm3/t,镍锍:301Nm3/t,精矿1377Nm3/t,精矿2377 Nm3/t,精矿3377 Nm3/t,块煤:3780 Nm3/t。熔炼过剩风系数为100%,富氧浓度为50%,燃煤量为3000kg/h

熔炼系数提高后,低冰镍:491 Nm3/t,镍锍:411 Nm3/t,精矿1429 Nm3/t,精矿2429 Nm3/t,精矿3438 Nm3/t,块煤:4410 Nm3/t。熔炼过剩风系数为100%,富氧浓度为50%,燃煤量为3000kg/h

熔炼系数提高前后冰镍品位对比见表3,证明熔炼系数的提高是控制冰镍品位最有效的办法。

 

熔炼系数提高前后冰镍品位对比 %

成分NiCuCoFeS
提高前28.12

5。81

0.51330.8522.62
提高后34.796.340.37325.0524.86

 

 

2.4  富氧浓度的变化对冰镍品位的影响

镍精矿中最大的杂质成分是Fe,占精矿成分的50%~60%,冶炼的过程就是造渣去杂质,把金属富集的一个过程。硫化物的氧化,在澳斯麦特熔炼炉中,精矿往往很快地进入高温强氧化气氛中,所以高价硫化物除发生解离反应外,还会被直接氧化,反应式为:

2CuFeS2+5/2O2=Cu2S·FeS+FeO+2SO2

3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2

2Fe7S8+53/2O2=7Fe2O3+16SO2

2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2

Ni3S2+7/2O2=3NiO+2SO2

2FeS+3O2=2FeO+2SO2

造渣反应,氧化反应产生的FeOSiO2存在的条件下,将反应成炉渣,反应式为:

2FeO+SiO2=2FeO·SiO2

炼铜有两个周期,造铜期的造渣期。炼镍只有一个周期就是造渣期,然而这个造渣反应在炼镍过程中是至关重要的。高价硫化物发生氧化,反应式为:

2FeS+3O2=2FeO+2SO2

要想此反应能顺利进行就需要充足的氧与其反应,然后才能进行造渣反应,需要充足的氧那就需要有合适反应的富氧浓度。熔炼过程中改变富氧浓度,然后对照澳斯麦特炉出口处镍含量进行比较见表4.由表4不难看出增加富氧浓度是另一种提高冰镍品位额有效方法。

 

改变富氧浓度提高冰镍品位对比 %

 

成分NiCuCoFeS

O2(48%)

27.865.950.3932.9623.48

O2(50%)

31.326.220.53229.9222.77


 

  2.4   过剩风系数的提高对冰镍品位的影响

在整个澳斯麦特炉冶炼过程当中,采用的是仓式配料方式,由于计量称存在一定误差,所以入炉物料的成分与理论配料计算存在误差而导致其不稳定,对熔炼过程有很大的影响。当熔炼系数已经达到理论设定值、富氧浓度也达到设计值时,为了安全不能再提高这些参数,而冰镍的品位还很低的时候,就只有提高过剩风系数已达到冰镍品位要求了。当整个反应的过程中要求反应过剩系数为100%,提高过剩风系数就意味着熔炼过程的反应燃烧风量要增加,也就意味着氧浓度的增加,造渣反应能更充分。

通过提高反应的过剩风系数进行的比较见表5,由表5很容易就能看出品位有大幅度提高。

 

过剩风系数提高前后冰镍对比 %

 

 

成分NiCuCoFe

S

过剩系数(100%)30.254.950.30832.5724.07
过剩系数(120%)35.266.050.4124.1323.157


2.6  温度的变化对冰镍品位的影响

提高冶炼温度,促进Fe3O4还原以及渣镍分离。生产初期,由于澳斯麦特熔炼炉内的耐火材料全部脱落,致使生产采用铜水套挂渣工艺掌握的还不够成熟,所以熔炼温度就会控制比较低。温度控制在1200~1250摄氏度之间。整个熔炼的化学反应不够完全,所以澳斯麦特炉出口处镍含量及电炉低冰镍的品位在20%~25%之间。随着铜水套挂渣工艺越来越完善,熔池的温度也相应提高到1300~1350摄氏度,整个造锍熔炼反应也能正常进行,澳斯麦特炉出口处镍含量及电炉低冰镍的品位也提高到1300~1350摄氏度,整个造锍熔炼反应不够完全,所以澳斯麦特炉出口处镍含量及电炉低冰镍的品位在30%~35%之间。随着冰镍品位的提高Fe3O4的生成量也在增加,渣熔点升高,尽管控制了较低的Fe/SiO2(0.85~1.1),因反应的温度低,Fe3O4被原的较少,熔炼渣过热度小,黏度大,炉况恶化,所以要使高品位冰镍的冶炼过程能顺利进行,应该提高整个熔池温度,以达到工艺设计要求,适宜的温度应在1350摄氏度左右。

2.7  喷枪枪位变化对冰镍品位的影响

操作人员应该严格控制喷枪位置,原因是正确合理的喷枪位置可以优化氧气利用率,抑制Fe3O4生成,让整个化学反应能顺利进行。不恰当的喷枪位置会影响整个熔炼过程的化学反应,造成物料混合不均匀,致使化学反应不能顺利进行。不恰当的喷枪位置会导致熔炼炉内产生温度梯度,造成炉况恶化,渣的黏度大,造成澳斯麦特炉排放困难,影响整个生产的连续性。

2.8  Fe/SiO2的变化对冰镍品位的影响

在整个熔炼过程当中,由于加入的物料成分不稳定以及现场设备情况的不稳定,致使每小时的加料量就不稳定,直接导致澳斯麦特炉熔炼渣的Fe/SiO2(0.9~1.4)变化非常大,整个冶炼的造渣反应就不能正常的进行,导致沉降电炉的Fe/SiO21.4~1.6)逐步增大。沉降电炉就被迫采取加入大量的熔剂来调节渣型。由于沉降电炉在试生产初期的工艺条件不成熟,耐火材料也大面积脱落,沉降电炉的温度就无法满足工艺要求,导致电炉渣黏度太大,排放困难,直接影响渣含镍,从而使沉降电炉渣和镍铁分离不好,渣含镍逐渐的升高。因此严格的控制澳斯麦特炉熔炼渣型是至关重要的,这样才能更好的达到工艺设计要求。适宜的Fe/SiO2应控制在0.9~1.05之间。

结语

     综上所述,澳斯麦特熔炼炉冶炼提高品位的冰镍是增加冶炼厂产量的最佳途径。不需要对整个工艺流程进行改造,只需根据高品位冰镍冶炼的特点改进操作和控制工艺参数,强化熔池熔炼管理,能有效地冶炼出含镍30%~40%的高品位低冰镍,以最低的成本创造出巨大的经济效益。

 

摘自:铁合金

 

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