RKEF生产线工艺设计总结

2017-07-31   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　刘晓民

　　                                                                                 冶金规划院
 

　　前言

　　首先感谢诚德的专家帮助我们完成了印尼SEBUKU直接还原镍铁项目的设计、建设、投产。

　　自1998年7月考察乌克兰帕布什镍铁厂开始，我和同事们合作，完成了多条RKEF工艺镍铁生产线的设计，有些体会。

　　今天中国采用这种工艺的镍铁厂已经遍布全国，但是项目的投资、经济技术指标仍然有比较大的差异，想在这里将自己的设计体会与大家分享。

　　1.原料供应系统

　　（1）尽可能简化料场设计，原料系统形成闭路循环系统：由于原料相对单一，套用炼铁料场设计会增加投资。简化料场，可节约运输费用。

　　（2）原料从进入给料机开始，尽可能保证在线送入焙烧窑-矿热炉。减少事故性离线处理量。

　　（3）回转式干燥窑：正常时逆流窑节能效果明显，且可以减少除尘灰量（小于10%）。但在料粘（含水在35%以上时）、干燥窑的热烟气有脱硫设施（需要较大的负压）时要慎重选择。

　　（4）正常生产时，充分利用焙烧窑尾气足以保证湿原料的干燥，不用补充热量（华北以南）。

　　2.入窑料的条件

　　（1）干燥后的原料含水量在20%比较合适，水分再低将扬尘。

　　（2）料的粒度：与焙烧窑的出料 温度相关。目前国内出料温度在900℃以下，粒度在35mm以下最好。

　　（3）尽量提高原料在线处理比例：烘干后的料直接进入配料仓，配料后送入焙烧窑。可以节能，减少扬尘。设计时留有均衡生产节奏、事故处理用原料的储备手段。

　　（4）石头比较多的菲律宾矿，200mm以上的块可以离线处理，作为调整炉渣的手段。

　　3.焙烧窑的参数控制

　　几年来的实践，体会最为深刻的就是：工厂经济技术指标在很大程度上依赖于焙烧料的还原性。

　　（1）高架式更能体现RKEF工艺的优势。焙烧窑窑头布置在电炉顶上的方案，对操作和安全不利。

　　（2）窑的转速的控制：目前国内普遍有加长窑的倾向，但是窑尾空间利用不充分应该引起重视。为此应该控制窑内的布料均匀。挡料坝只在新窑上有作用，旧窑布料的控制办法：以稍慢的速度控制窑转动，当出现窑尾有料溢出时，缓慢的提速，直到不溢料就可以了。这样窑内料分布均匀，窑尾不空料，以得到充分利用。

　　（3）直筒窑与缩颈窑：推荐缩颈窑，缩颈是不被磨损的挡料坝。高温的料在这里继续完成吸热的预还原反应，金属氧化物继续还原的同时，料温有所下降。所以，相同出料温度下，直筒窑的料还原性差些。

　　（4）窑温度的控制：窑内的高温点距离窑头大约22-28米（由于窑长和烧嘴位置不同而变化）。此时，出料温度控制在800-900℃，窑尾烟气的温度控制在300-400℃ 。

　　（5）窑的压力的控制：这点重要。一般来讲，这是窑内还原气氛控制的关键之一（另外一个控制是烧嘴的供风）。保证窑头微正压操作是节省还原剂、提高焙烧渣还原度的重要环节。窑尾的压力理论上控制在-120Pa左右，受到窑尾加料点涡流、测点位置的影响，很难测准。所以窑头操作门打开时以烤脸为好（微正压）。

　　（6）窑尾烟气成分的控制：主要测量并控制CO和O2，一般来讲，氧气应该在0.6%以下。有时会有微量的CO。

　　（7）根据窑尾气体成分控制烧嘴燃料量和风量（主要调整二次风）的比，根据火焰长度（窑皮高温点）调整轴流风、旋流风比。

　　（8）烧嘴火焰长度控制在15-20米之间（气体燃料）或12-15米（烟煤煤粉）。

　　（9）窑内温度的控制:铁含量在15-20%时，控制在1,170-1,210℃，镁高铁低时取上限，反之取下限。如：古巴矿铁38%，氧化镁8%，焙烧窑烧发生炉煤气，温度720℃。国内控制温度普遍比较低，焙砂扬尘严重。帕布什厂焙砂温度高，不扬尘，料仓上面不用除尘，仍很清洁。

　　窑内温度不易测，测窑皮温度，推算窑内温度和料温。

　　（10）温度高、还原率高的焙砂是电炉稳定生产的关键。所以要重视窑的密封，减少 随着料带入的冷风、窑头操作门随时关闭、窑头微正压。

　　4.焙烧料的还原性很重要

　　实际生产中焙烧料的温度固然重要，但是焙烧渣的还原度更为重要。

　　希望：在回转窑中氧化镍95%-98%还原为单质镍，Fe2O3还原成金属铁为2%-4%，大部分还原为Fe3O4和FeO。这是降低电炉电耗的关键因素。

　　国内目前较少化验焙烧渣的还原度，应该 加强。下面是印尼PT Inco公司焙砂化验值，因为用褐煤做还原剂，焙砂还原不好。

 　　Inco焙砂的镍金属化率18-38%，铁金属化率0.85-2.86%

 Inco公司生产含镍35%硫化镍产品，渣中镍高达0.13-0.34%，铁20-22%。

　　5.矿热炉设计参数的确定

　　虽然文献上推荐 了许多电炉参数计算公式，但基本上都建立在实践经验的基础上（系数难取）。

　　（1）二次电压（线）选择是基础（功率为0.9倍变压器容量）

　　公式 U线 =Ku P3/1   关键是Ku--电压系数的选取。取13-14比较合适。

　　如：30,000kVA的炉子，U线 = Ku P3/1=（13-14）×31=390-420V (实际生产控制在400--500V)。

　　二次电压对二次电流、有效功率、操作电阻、反应区大小有重要的影响。

　　对于镍铁矿热炉，电流主要从炉料下部的料层和半熔融状态的炉料中通过，炉内功率不变时，二次电压提高，电弧被拉长，则电极上抬，虽然电效率和功率因数增加了，但是由于高温反应区上移，热损失增加大，炉温下降，金属挥发量增大，坩埚区缩小，炉况变坏，难以操作。

　　二次电压过低也不好：电效率和输入功率降低，电极下插过深，料层电阻会增加（易吃炉底），通过炉料支路的电流过小，炉料熔化和还原速度减慢，坩埚也会缩小。同时功率因数会偏低。

　　（2）二次电流和电极直径的计算

　　线电流 I=P/31/3U

　　当电压为400V时(实际生产控制在400-500V)， I=30,000*0.9/31/3*400=38,970A

　　电极直径    De=(4I/πδ)1/2

　　取电极电流密度δ=3.0A/cm2

　　则De=(4I/πδ)1/2 = (4*38970/3.14*3.0)1/2=12,864mm。

　　30,000kVA的炉子电极直径 1,300mm。

　　（3）电极极心圆

　　文献上推荐的三种电极极心园计算方法（L心=B1* I1/2、L心=B2* PE1/3、L心=2.06* D）均不适用镍铁电炉。主要是镍铁冶炼电压高。

　　实际上按电极的倍数估算比较可行：

　　Dc=K*D（电极直径）。

　　这里主要是K值的取值问题， 推荐K=3.0。

　　对于30,000kVA电炉，电极的极心园为 3,900-4,000mm，推荐取4,000mm。

　　圣彼得堡镍院的估算办法是：两电极表面间的距离为2.0-2.5倍的电极直径(3.9-4.5m)。

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