用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺及设备的制作方法

专利名称：用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于有色金属冶金领域，特备是涉及一种用低含镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺， 以及实现这种工艺的设备。
背景技术：
镍是一种重要的战略金属，是优良的耐腐蚀材料，镍不仅是制造镍合金的基础材料，更 是其它合金(铁、铜、铝基等合金)中的合金元素。镍主要用于冶金行业，是生产不锈钢，特 种钢，高温合金、精密合金和耐热合金等的重要合金元素。镍在电镀、磁性材料、电子、电 器及电磁和传感器、储氧合金、形态记忆合金及国防和航空、航天、火箭技术等领域中也有 着广泛的应用，如将超级的镍或镍合金用作高温结构材料，镍及其合金用于特殊用途的零部 件、仪器制造、机器制造，火箭技术装备，原子反应堆中；镍在化学工业中也有着特殊的价 值，用于生产碱性蓄电池，多孔过滤器，催化剂，颜料，染料等；大型工厂经常使用镍包复 钢，此镍包复层由热轧或焊接而成；镍用于制作腐蚀性化工产品的生产部件。目前，全世界镍 的消费量仅次于铜、铝、铅、锌而居有色金属第五位，被视为国民经济建设的重要战略物质， 其资源的有效开发和综合利用一直为各国所重视。
目前全球约2/3的镍用于不锈钢的生产。我国将是一个极具发展潜力的镍及不锈钢消费 市场，镍行业发展蕴藏着巨大潜力。据统计，我国2007年不锈钢的产量约为720余万吨，占 全世界不锈钢产量的25%,已成为世界第一不锈钢生产大国，但2007年我国不锈钢的进口量 仍然达到169万吨，按照我国的不锈钢消费量和现有的生产能力，预计2 3年内我国不锈钢 行业仍会快速发展，年产量有望突破IOOO万吨，国内有限的镍资源已无法满足，已成为影响 不锈钢产业的发展瓶颈。
随着不锈钢产量的大幅度增长，以及镍基耐热合金的大规模发展和应用，对金属镍的需 求也与日俱增。但是，就镍矿资源现状而言，我国的含镍物资主要集中在金川的硫化物共生 矿，其产量已远远不能满足国内经济快速发展的需要。我国镍产量与镍消耗量之间存在着极 大的差距，为此，我国年都要消耗巨额外汇从菲律宾、巴西、哥伦比亚、澳大利亚、加拿大 等国大量进口镍铁合金或者进口红土镍矿、蛇纹石镍矿来生产冶炼镍铁，而进口的红土镍矿 和蛇纹石镍矿都是以氧化镍为主的含镍矿物，它是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规 模的长期风化淋滤变质而成的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石，由 于铁的氧化，岩石呈红色，所以被称为红土镍矿，其镍的含量根据所开采的层次而不同，褐 铁矿层Ni的含量约为0.8 1.5%，过渡层Ni的含量约为1.5 1.8%，腐植土层Ni的含量约 为1.8 3.0%，由于含镍量较低使其提取镍的工艺成本高、工艺复杂、产量低、污染严重，因 而致使该矿藏长期以来没有得到大规模的开发利用。针对这种低品位镍物料，目前我国生产 镍铁的工艺主要有二种 一为高炉冶炼镍铁，该工艺的特点是产量大，但耗资巨大，(128立方米高炉需耗资3000万左右)，生产成本高(焦比高，约为还原法的一倍)，且对高炉损坏严 重，如我国专利申请号200510102985.X和200510102984.5均为将红土镍矿破碎筛分后与焦 粉、生石灰石混合配料进行烧结后得到烧结块，然后将烧结块再与焦炭、石灰/生石灰、白云 石和萤石混合配比后进行高炉冶炼得到镍铁。该工艺是在镍价格较高的情况下，国内部分地 区提出的采用红土镍矿作原料，利用高炉(大部分为国家已要求淘汰的小高炉)冶炼制造含 镍铁水的方法，经生产实践表明，该方法具有明显的不足(l)渣量较大(大于1120Kg/t);(2) 炉渣碱度低，不利于脱硫；(3)焦炭比高，大于1000Kg/t; (4)需配加萤石调整炉渣粘度； (5)高炉利用系数低，产量低(6)所生产的镍铁质量差，含硫、磷量较高，含硅量较高， 不利于炉外脱磷；(7)该工艺为传统高炉流程，该工艺所生产的镍铁存在加工成本高，环境 污染大，工序多等缺陷；二为电炉冶炼镍铁(也称熔融法冶炼)，其工艺同上，所不同点仅是 将高炉改成矿热炉或电弧炉，该工艺耗能高，生产成本高。为降低成本，提高质量，我国开 展了利用红土矿生产镍铁的制备工艺和设备研究，如我国专利申请号200610163832.0号公开 了一种采用转底炉生产含镍铁精矿球团的工艺，该工艺虽然与传流湿法浸出方法相比，具有 工艺流程短，操作简单，温度可控，反应速度快，还原时间短，生产效率高等优点，但该工 艺中普遍存在产品的含硫量高，不能满足电炉炼钢的要求，且同时存在着海绵铁的再氧化问 题，降低了产品的金属化率，且设备结构复杂，造价高，操作技术难度大；我国专利申请号 200710072147.1号公开了一种以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法，该工艺可以 解决采用高炉冶炼镍铁及采用电炉冶炼镍铁所存在的投资大，生产成本高，生产出的镍铁含 碳高的问题，但由于采用隧道窑工艺，其单位产量低，占地面积大，且由于隧道窑需要大量 的耐火材料制造的反应罐，这些反应罐需反复加热和冷却，即大量的消耗能源，也增加了反 应时间，降低了反应罐的寿命，增加了消耗，并需专门设置装、出罐的场地，导致占地面积 大，劳动强度大，成本高，机械化程度低，热效率低，影响了经济效益。
在含镍原料中，除红土镍矿和蛇纹石镍矿外，在不锈钢生产时产生的烟道灰、层泥、铁 磷等废弃物内，均含有大约1 4%的0203、 NiO、 FeO及Ti、 Mn、 Mo、 Cu、 Nb等贵重金 属和金属氧化物，由于受回收工艺的限制而大量堆积抛弃。据测算，我国冶炼1吨不锈钢平 均产生除尘灰约为36.4公斤，其中含有40 60%的金属和贵重金属，这些废弃物不但占用大 量的场地，而且会带来严重的环境污染，同时造成资源的巨大浪费。为此，国内除开展采用 含镍铁矿生产镍铁的研究外，近几年同时开展了采用不锈钢铁磷，不锈钢冶炼中的烟道灰， 层泥、粉尘等含镍的合金废弃物生产镍铁的工艺研究，其生产工艺大多采用隧道法还原，如 中国专利申请号200410092402.5号，该工艺虽然解决了镍资源的回收利用，但由于采用隧道 窑工艺，其优缺点同上所述。因此，研究开发一种新型低成本、高效率、可以广泛使用各种 廉价资源生产含镍铁合金的制备工艺和设备对促进我国镍铁发展具有一定的实际意义。
在还原设备上，除以上所述的各种还原设备外，国内外还大量使用竖炉法进行还原，竖 炉法还原是以对流的方式工作，矿石从炉顶加入，固态炉料自上向下移动，还原气自还原带 下部加入并向上移动，并与炉料形成对流，炉料铁矿石与还原气体都是逆向运动和移动的反应过程，其反应过程与高炉h部间接还原带相似，是一个不出现熔化现象的还原冶炼过程。 入炉料与还原气分布均匀，竖炉内固体炉料向下运动时与上升的还原气体间的传质进行热交 换(还原)，是个接近理想状态的气-固逆流反应过程，还原完毕的海绵铁从炉底排出。该设 备结构简单，自动化程度高，产量大，但目前国内外的竖炉均采用外部加热还原，由于料层 高，阻力大，炉料中心和边缘气流不均匀，温差大，造成能耗高，产量和质量均不稳定。同 时，由于采用外部加热，使炉体结构和风量配置不够理想，使得球团中心氧化亚铁未得到充 分还原而形成低熔点混合物，造成炉膛结瘤和大块导致使停炉，影响生产的进行。
为消除上述竖炉的弊端，我国ZL96205053.9号专利中公布了一种直接还原生产海绵铁的 罐式炉装置。该装置是在炉底基础上砌筑炉体、燃烧室、火道、空气道、烟道、反应罐、炉 架及检测、控制装置。火道是分组、分层、水平交错排列的并且环绕在反应罐的周围；反应 罐可以是结构相同的若干组；火道、燃烧室与反应罐的组数相对应。反应罐位于炉体内部的 部分是由耐火材料砌筑的，位于炉体外部的部分是金属结构的水套，该水套下部安装有排料 器。由于采用了结构紧凑的炉体结构，使得该设备占地面积小，是同等产量隧道窑的1/10以 下，由于火道采用多层水平、交错排列结构，使得火道里的热效率提高，燃耗降低，使用该 装置生产海绵铁，可使反应罐始终处于工作温度状态，不必反复加热冷却，所以与隧道窑相 比降低30%的能耗，成本也相应的降低，同时，该装置采用的是若干组相对独立的反应罐， 每个反应罐可根据还原工况随时单独调整炉料配比、还原冷却时间等参数，可使产品质量稳 定可靠。其生产工艺为将铁精粉与一定量还原剂、脱硫剂混合或制成球团，由进料器间歇 或连续加入反应罐，反应罐由环绕它的若干组的火道加热，热量由燃烧室提供，罐内炉料靠 自重缓慢下移，先在预热段升温至80(TC左右，然后在80(TC 115(TC内还原一定时间后成为 海绵铁，继续下移，先后进入空冷段与水冷段、海绵铁温度降至IO(TC左右，由排料器控制， 间歇或连续排出，然后通过磁选装置将海绵铁与残渣分离。该装置虽然具有生产效率高，适 合大批量生产，但由于仍然采用罐外加热工艺，因而热效率低，还原速度慢，煤耗大，成本 高，使生产应用得到限制。
为改变外加热式竖炉的不足，我国ZL200720032603.5号专利中公布了另一种内置式煤基 海绵铁竖炉，该炉采用在竖炉内部设置有内置炉胆，炉胆壁上设有气体流通孔，炉胆下部与 气化炉上端形成调温室，绕炉胆外周自上而下设有2 10条进料槽道，该进料槽道成嫘旋形， 由于该炉体设有内置式炉胆及嫘旋槽道，能够对还原炉内各部分的温度加以控制，同时也使 炉内的铁矿石与煤同时自上向下缓缓地围绕内置式炉胆运动，并与炉体内的上升温度及还原 气逆向充分接触，提高热效率和还原率。由于该工艺采用内置炉胆加热，比外部加热的竖炉 热效率有所提高，但由于采用单面加热，仍然达不到高效率加热的目的。同时该炉由于采用 多条嫘旋形进料结构，影响了炉内生产空间的利用率，并对气流的上升产生阻碍，且螺旋状 的几何形状复杂，庞大的螺旋体加工起来非常困难，由于螺旋体长期处于高温工况下，对螺 旋体材料的要求较高，所用金属材料造价高，寿命短。在炉料下移过程中，还存在很大的问 题， 一旦矿石烧结成块，堵塞住螺旋槽道，将会造成停工通炉的事故。上述研究一定程度上提高了红土镍矿的使用量，降低了生产成本，但仍没有能够从根本 上解决红土镍矿的使用，且存在冶金强度低，不易还原，生产成本高，环境污染大，电耗高， 还原温度高，能耗大，生产效率低，技术复杂等不足，限制了上述各种镍铁生产工艺的推广 应用，使其至今未能走向工业化生产。而且上述的各种含镍球团制备工艺均属于原料预处理 范畴，如生产镍铁合金或不锈钢含镍铁水时，需将其再二次加热冶炼，造成能源消耗量大， 工序多。为能够直接生产镍铁合金和含镍铁水，国内外同样进行了大量的研究开发工作，中 国专利申请号200710066019.6号公开了一种从红土矿中提取镍铁合金的方法，该方法将红土 矿干燥脱水后加入焦粉进行800。C 120(TC烧结得到烧结料，再将烧结料与熔剂以及还原剂 进行二次配比后烧结，然后将烧结好的炉料加入电弧炉埋弧熔炼；中国专利申请号 200610163834.X号公开了一种转底炉一电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法，工艺步骤包 括红土镍矿经破磨、加入一定比例的碳质还原剂和复合添加剂与红土镍矿混磨，用球蛋成型 机制成球团，在200。C 40(TC干燥4 6小时，采用转底炉在95(TC 130(TC， 10 40min进 行快速还原。还原焙烧后，采用电炉熔分，得到高品位的镍铁，上述二种该方法均存在着工 艺繁多，冶炼时由于烧结料中的渣量大，因而耗电量大，生产时间长，产品中硫、磷含量大， 夹杂物多，质量差，使不锈钢和含镍铸件产生热脆、冷脆等质量问题，因而需要在后续的工
序中脱除上述杂质，提升镍铁品位和质量。目前使用精炼的方法主要有以下几种1、用碱性
渣在电炉中脱硫，通过吹氧氧化其它杂质。2、将粗镍熔液倒入钢包中使用苏打灰脱硫，脱硫 后的镍铁液在L-D型转炉中进行吹氧冶炼，造碱性渣除去硅、碳和磷等杂质。3、将粗镍铁 水倒入摇包中加入碳化钙、石灰进行脱硫，然后倒入转炉中吹氧精炼。上述各种方法存在着 脱硫、脱磷、脱硅和脱除其它杂质速度慢，工序多，镍铁的收得率低。
由上述可见，我国目前主要的生产工艺仍然是采用传统的火法冶炼工艺进行生产镍铁， 所生产的镍铁的含镍量可达6 15%，可直接将其用于制造不锈钢和低含镍量的合金等产品， 可以降低生产成本，而含镍海绵铁(也称直接还原镍铁〉可以直接代替不锈钢废钢使用，并 己成为不锈钢及含镍合金钢生产的主要原料。上述研究一定程度上提高了低含镍氧化镍矿的 使用量和低含镍冶金废弃物的开发利用，降低了生产成本，但仍没有能够从根本上解决红土 镍矿的使用，且存在冶金强度低，不易还原，生产成本高，环境污染大，电耗高，还原温度 高，能耗大，生产效率低，技术复杂等不足，限制了上述各种镍铁生产工艺的推广应用，使 其至今未能走向工业化生产。
因此，开发研究还原温度低，速度快，成本低，冶炼能耗少，质量好，环境污染少，可 以广泛使用各种廉价资源的低含镍氧化物矿、含镍粉尘、烟道灰、层泥、铁磷冶金废弃物冶 炼镍铁合金的工艺和设备，减少对硫化物镍矿资源和纯镍的依赖，从而为不锈钢生产和镍铁 合金应用行业提高优质低价原料，是降低镍铁合金和不锈钢冶炼成本，提高钢铁产品和镍铁 合金竞争能力的一个重要发展方向，具有良好的社会效益和经济效益。
在上述各文献中用于生产含镍和镍铬的海绵铁的矿粉和还原剂、脱硫剂的粒度均为200 目以上的颗粒，由于所用原料的颗粒较粗，使还原反应需在115(TC 130(TC的高温下进行，能源消耗量人，还原速度慢，还原反应时间长，能量利用效率低，环境污染严重。为此，国 内外近年来开展了氧化铁粉低温还原的研究。文献《中国冶金》杂志(2007年第8期第23~~28 页)中报道了"微纳米氧化铁粉低温还原特性的研究"，报导屮公开了一种用微纳米氧化铁粉
(粒度为61um 16um)在28(TC 40(TC内在氢气气氛下经3 20min对铁粉进行还原的研究 成果。但是，H2的制备成本昂贵，且H2的一次利用率仅为25。/。左右，吨铁能耗较高，而且
目前工业卜-大批量制备微纳米粉体尚有难度，且制备成本高，该成果在目前条件下尚还不具 备工业化应用，且该成果仅用于铁的还原，尚未有用于镍铁的还原。

发明内容
本发明的目的是要提供一种还原温度低、还原速度快、能源消耗少、生产效率高、生产 成本低、设备投资小，机械化程度高，环境污染小的可使用低品位的氧化镍矿、氧化镍铬矿 或含镍、含镍铬的冶金废弃物还原后直接冶炼镍铁及含镍铁水工艺及设备。
本发明解决其技术问题的设备方案是
该设备由还原设备和冶炼设备两套系统组成。其中还原设备采用竖炉炉体结构，还原设 备包括有炉底座(12)、上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子(25〉、密封下料装置(1)、 净化装置和和余热循环装置，在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体， 在上炉体的上端连接有上炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉 体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。
冶炼设备由电渣炉、电渣炉供电系统、电极升降装置、气体吹入系统、电极和密封罩组 成，电渣炉根据冶炼要求不同，采用有衬电渣炉、半有衬电渣炉进行冶炼。
所述的还原设备中的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口 (3)、外加热还原罐(4)、 加热进气孔(5)、煤气管(6)、耐火砖(7)、燃气喷嘴(8)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、 内外加热罐进气孔(11)、内加热煤气管(20)、内加热燃气喷嘴(21)、加热室(39)、焙烧 还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于 最外层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端部连接 有内加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有 煤气管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于 加热室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、 在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐h有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为
v字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜 形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。
或者所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口 (3)、外加热还原罐(4)、加热进气 孔(5)、耐火砖(7)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、燃煤燃 烧室(33)、出渣室(34)、内加热火道(38)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、 耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内 层，燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)位于上炉体的下端，内加热火道(38)位于内加热罐(2)和外加热还原罐(4)的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层 内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出 口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部 分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体 的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；
所述的上炉体为单孔一通道炉体结构，或者上炉体为多孔一通道炉体结构；炉体的布置 形式为单排一通道，或者炉体的布置形式为多排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体 内分布有l-50个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10-50个与罐体垂直线呈 斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀 分布；外加热还原罐的形状为圆形或者为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC或者耐火砖材 料制成，或者采用二种材料共同制造。 .
所述的下炉体包括冷却过渡段(13)、螺旋出料机(18)、出料口 (29)、炉体支撑(31)、 内外加热罐支撑(32)，燃煤燃烧室(33)，冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部， 燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑位于中心， 在冷却过渡段的底部连接有螺旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口 。
所述的上炉罩包括炉罩(27)、烟囱(28)、除尘器(44)，烟囱位于炉罩的上端，除尘器 连接在烟囱上。
所述的净化装置包括余热输送管(19)、中余热回收管(22)、上余热回收管(26)、轴流 风机(30)、右冷却风管(36)、右冷却风机(41)，在净化装置的上端通过上余热回收管与上 炉罩连接，在净化装置的中间部位通过中余热回收管连接在上炉体上端，上余热回收管(26) 和中余热回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃 煤燃烧室内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷 却风管，在右冷却风管上连接有右冷却风机。
所述的余热循环装置包括左余热输送管(14)、出水口 (15)、冷却筒(16)、迸水口 (17)、 左冷却风管(35)、左冷却风机(42)，在下炉体外有冷却筒，在冷却筒上有进水口和出水口， 左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余热输送管上连接有左轴流风机，在左轴 流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管(35)，左冷却风管上连接有左冷却风机(42)。
所述的冶炼设备中的电渣炉根据冶炼方式的不同，分为有衬电渣炉、半有衬电渣炉两种 炉体。其中有衬电渣炉由有衬电渣炉炉体(54)、密封罩(49)、电极升降系统(47)和供电电源部 分、气体吹入系统组成，有衬电渣炉炉体(54)座落在有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)上，在有 衬电渣炉炉体(54)的底部连接有底电极(57)，通过电极升降装置(47)将电极(46)插入有衬电渣 炉内，在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51)，底电源(51)连接在底电极(57) 上与电极(46)组成供电回路，在有衬电渣炉炉体(54)的底部底电极(57)的一侧安装有氧气透气 砖(55)，在氧气透气砖(55)上连接有氧气管(56),在底部底电极(57)的另一侧安装有氩气透气 砖(59)，在氩气透气砖(59)上连接有氩气管(58)，有衬电渣炉内有液态熔渣(52)和金属熔液(60)，在有衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣炉的外部安装有密封罩 (49),在密封罩(49)的上部连接有气休回收管(45),气体回收管(45)与连接在竖炉冷却过渡段 (13)下部的余热循环系统管道相连接，有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)安装在炉体支架(64)上。
所述的半有衬电渣炉炉体根据电源的连接方式不同而分为电极加热和导电环加热两种设 备结构。其中电极加热半有衬电渣炉由耐火材料炉体(65)、水冷结晶器(70)、抽定装置(68) 和电源系统、电极升降装置、吹气系统、密封罩组成，耐火材料炉体(65)连接在水冷结晶 器(70)的上面，在水冷结晶器(70) —侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另 一侧的上部连接有进水管74，在耐火材料炉体(65)下面的一侧安装有氧气透气砖(55)，在 氧气透气砖(55)上连接有氧气管(56)，在底部底电极(57)的另一侧安装有氩气透气砖(59)，在 氩气透气砖(59)上连接有氩气管(58)，水冷结晶器(70)的下面连接有底水箱(71)，抽定装 置(68)连接在底水箱(71)的下面，电极(46)通过电极升降装置(47)插入半有衬电渣 炉的耐火材料炉体(65)内，在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51)， 底电源(51)连接在底水箱(71)上与电极(48)组成供电回路，半有衬电渣炉内有液态熔 渣(52)和金属熔液(60),在半有衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)， 在有衬电渣炉的外部安装有密封罩(49)，在密封罩(49)的上部连接有气体回收管(45)， 气体回收管(45)与连接在竖炉冷却过渡段(13)下部的余热循环系统管道相连接，半有衬 电渣炉炉体安装在炉体支架(64)上；
所述的导电环加热半有衬电渣炉由耐火材料炉体(65)、水冷结晶器(70)、抽定装置(68) 和电源系统、电极升降装置、吹气系统、密封罩组成，耐火材料炉体(65)的下面安装有导 电环(73)，在导电环底部(73) —侧的底部连接有皿管72，在导电环底部(73)另一侧 的上部连接有进水管74，在导电环(73)下面的一側安装有氧气透气砖(55),在氧气透气砖(55) 上连接有氧气管(56)，在导电环(73)的另一倒安装有氩气透气砖(59)，在氩气透气砖(59)上 连接有氩气管(58)，在氧气透气砖(55)和氩气透气砖(59)的下面连接有水冷结晶器(70)，在水 冷结晶器(70) —侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另一侧的上部连接有进水 管74，在水冷结晶器(70)的下面连接有底水箱71，抽定装置(68)连接在底水箱(71)的 下面，电源(48)连接在导电环(73)上，与电源开关(50)、底电源(51)和底水箱(71) 组成供电回路。
其余设备和结构于电极加热半有衬电渣炉相同，略。
所述的有衬电渣炉中的有衬炉炉体(54)是由耐高温、耐渣蚀的耐火材料捣打或由耐火 砖砌铸而成，其几何形状为即可为椭圆，亦可以为圆形、矩形、方形。
所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电源(48)为三相低电压、大电流电源，亦可以为单 相低电压、大电流电源，优选三相电源。
所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电极(46)材料为石墨电极，亦可以为金属材料自耗 电极或耐髙温的导电陶瓷材料。所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电极升降装置(47)具有电极夹持、电极上下升降、 电极旋转机构。
所述的导电环(72)为循环水冷结构，材质为导电的铜材、无磁钢、不锈钢或低碳钢，在 导电环(72)的底部连接有导电环进水管(71)，在导电环的上部连接有导电环出水管(73)。 解决其技术问题的工艺方案是
将含镍铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混 合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化 添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球 团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送 入到还原炉内，均匀松散地排布到烘干床炉箅子上，对球团物料进行烘干，球团物料经过干 燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、 112和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在 50(TC-110(TC的还原温度下和催化剂的共同作用下，经15-180分钟的还原反应后，得到金属 化率达到90-95%的镍铁金属化球团(含镍海绵铁)、镍铬铁金属化球团(含镍铬海绵铁)，镍 铁金属化球团或镍铬铁金属化球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为 助燃风与冷却风混合后一同对金属化球团进行冷却，吹入的冷却风吸收金属化球团的热量， 在到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的 废气经除尘后由烟囱排入大气，预冷却后的含镍金属化球团在冷却过渡段的下方进入冷却筒 内，通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金属化球的冷却温度，使其在500 90(TC 范围内通过螺旋出料机排出冷却筒，将排出冷却筒的高温含镍金属化球团不经冷却直接进入 破碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁物料直接进行筛分，然后进行磁选，使含镍铁物料与 残煤和脉石分离，得到高品位的镍铁合金或镍铬铁合金，打开有衬电渣炉电源开关，启动电 极升降装置，将电极送入有衬电渣炉内，将已加入到炉内的固态电渣料通电熔化成液态熔渣， 或将固态熔渣在炉外熔化后倒入有衬电渣炉内，启动电极或导电环对所熔化的液态熔渣进行 加热到所需的165(TC 180(TC范围内，将经磁选后得到的高品位镍铁合金或镍铬铁合金通过 输送机输送到导流槽内直接导入有衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，或将排出冷却 筒的高温含镍金属化球团，不经破碎机热破碎和磁选直接通过输送机输送到导流槽内导入有 衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，金属化球团中的A1203、 MgO、 Si02、 CaO可以 作为电渣炉渣料，然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2 、 A1203、 CaO、 Ti02 、 MnO、 Si02、 RE、 RexOy、 Na2B407、 Na20、 SiCa、 K20、 Al中的一种或多种物质，以对球团中的 脉石成分进行调整，使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，球团中未燃烧完的煤炭进入高温 渣池内继续燃烧，既可以起到节约电能的作用，又可以起到脱氧的作用，同时，煤炭燃烧后 所产生的CO气体还可以进一步促进球团的还原，在熔化过程中，根据冶炼产品的质量要求， 通过氧气管和透气砖吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液进行脱碳，使所冶炼的镍铁合金 或含镍铁水达到所需含碳量，通过氩气管和透气砖吹入适量的氩气对金属熔池进行搅拌，使 所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需纯净度要求，制造出所需质量要求的含高、中、低、微碳量的高质量镍铁合金或含镍铁水，所冶炼好的镍铁合金或含镍铁水可以通过安装在炉体 支架上的有衬炉倾翻装置倒入钢水包进行模铸，制造成所需尺寸的镍铁合金，或通过水冷结 晶器结晶后通过抽定装置从水冷结品器内抽出后切断成所需长度的产品。冶炼过程中所产生 的CO气体在密封罩内通过气体回收管与从竖炉中回收的余热和冷却风混合后一同进入冷却 过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和还原。
对经过竖炉还原好的含镍金属化球团，也可根据需要通过调整冷却筒冷却水流量，使含
镍金属化球团在冷却筒内快速冷却到ioo'c以下通过螺旋出料机排出冷却筒，经破碎和振动
筛分后进行磁选，与残煤和脉石分离后进行压块，得到高品位的镍铁合金或镍铬铁合金产品 直接进行销售。
所述的镍铁原料为氧化镍矿、氧化镍铬矿或含镍的铁磷、含镍铬的铁磷、烟道灰、层
泥中的任意一种或将其中的二种或二种以上的含镍铁原料按照一定的比例配比后的混合物； 所述的超细粉为粒度为75um-5um，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85%以上。 所述的催化添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50%、氧化剂10-30%、催
化助燃剂10-30%、成孔剂5-15%、晶核强化剂5-20%、助熔剂15-30%、自由基引发剂5-10%
所组成；其中(以下均为重量百分比)；
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉50-70%、四硼酸钠(NaB4O7'10H2O) 10-30%、皂土 10-20%
组成，或者为其中的任意一种；
所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KN03) 50%组成，或者为硝酸钠、硝
酸钾中的任意一种；
所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的任意一种，或者为其混合物，混 合比例不限；
所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、三氧化二钇(Y203) 50%组成； 所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02)、硝酸(NaN03)的任意一种；或者为其混合物， 混合比例不限；
所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的任意一种；或者自由基引发剂为其混 合物，混合比例不限；
所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩、碳酸钙的任意一种，或者为其混合物，混合 比例不限。
所述还原剂为固定碳大于65wf/n,灰分小于15wty。，挥发分为20 30wtyn的无烟煤、低
硫低灰分烟煤、焦煤、焦粉中的任意一种，或二种以上的混合物； 所述的熔剂为石灰、消石灰、白云石、石灰石中的任意一种。
所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土、纸浆废液中的任意一种；或者为二种以 上的混合物，混合比例不限。
所述的镍铁金属化球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体70-90%、还原剂3-10%、 熔剂3-10%、粘结剂1-10%、催化添加剂0.1-5%组成，球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的85。/。，还原反应温度为500"C'-110CTC，还原反应时 间为15-190分钟。
所述的磁选工艺为先将金属化球团破碎后进入弱磁选机分离金属化球团中的煤灰、添 加剂和部分脉石，然后将经过磁选后的粉体进行湿法球磨到-200目后，采用摇床进行重选， 重选后得到的镍精矿粉采用2800-5500高斯的磁选机进行磁选，得到含Cr量30 60%，含C 量在1-7%的铬精矿粉，铬收率为90 95%，将所得的铬精矿粉进行压块后制成铬铁合金或铬 镍铁合金；
所述的燃料为煤气、或者为烟煤、或者为无烟煤。
所述的电渣炉的渣料为CaF2 、Al203、CaO、Ti02 、MnO、Si02、RE、RexOy、Na2B 407、K2 a Na20、 SiCa、 Al中的二种或三种以上物质所组成的多元渣系，碱度为1.2 1.8的高碱度渣； 所述的透气砖透气率为26 30%，吹氧气、吹氩气压力为6 8Kg/cm2。 所述的脱碳工艺为包括通过透气砖向熔池和渣池中吹入氧气脱碳、吹入氩气搅拌，或吹 入氩气和氧气的混合气体进行脱碳，或通过在熔渣中加入20%的赤铁矿，20%的铁磷配制成 氧化性熔渣进行脱碳，还可以利用硅所具有的脱碳和还原双层作用，通过在渣料中加入一定
比例的&02、以Si02取代部分碳进行还原和脱碳，达到生产中、低含碳量的含镍铁水。
所述的有衬电渣炉的精炼工艺还包括通过透气砖向熔池和渣'瓶中吹入采用吹氩进行搅拌 精炼。
所述的有衬电渣炉也可以不使用密封罩进行冶炼。 采用本发明工艺制备镍铁金属化球团，所用设备并不限于仅用本发明的内外加热竖式还 原炉生产，尚可采用隧道窑、回转窑、转炉、管式炉、竖炉、倒焰炉。
有益效果，由于釆用了上述方案，在本发明中采用超细粉体还原镍铁金属化球团，由于
超细粉在细化过程中发生畸变位错，产生一定的晶格畸变能，当晶粒尺寸小于100nm后，产 生大量位错，从而形成许多活化中心，具有较高的活性，尺寸越小，比表面积越大，活性越 高，可以显著降低反应活化能，可在比普通铁粉低得多的温度下进行还原，且氧化铁粉体越
细，还原温度越低，反应速率越快，还原率越高。现代材料学研究证明在氢气气氛下，当
平均粒度为0.35um的氧化铁粉在280'C的还原率可达51.3%，在4(XTC， 20分钟条件下还原 率可达97.1%，几乎完全还原。所以采用超细铁粉进行还原既缩短了反应时间，又降低了还 原温度，极大地降低反应过程中的能耗、物耗，节约了人力、物力和还原成本。由于纳米粉 体制备成本较高，生产效率低，考虑到纳米粉体制备技术、牛产效率和制备成本，在目前的 技术状态下实现大批量生产尚有一定难度的现实。本发明将粉体粒度限定在10um-75um范围 内，其中10um-35um粒度的占90M，该粒度的粉体既可以充分利用现有粉体制备技术实现大 规模超细粉体生产，实现低成本，高效率生产优质镍铁金属化球团。
现代材料学研究证明，晶粒纳米化程度越高，氧化铁粉的反应速度越快，但是纳米粉体 的制备成本昂贵，生产效率低，本发明将催化剂技术应用于本发明的制备工艺，在催化剂的 作用下，极大的改善了反应动力学条件，能够更大幅度降低活化能，降低还原反应温度，提高还原反应速度，实现低温快速反应，提高生产效率。
采用内外加热竖式还原炉，由于采用罐外加热和罐内中心加热的双向加热技术，克服了 传统竖炉的不足，使炉料在炉内受内外加热，且反应气体在炉内二次燃烧助热节能，热效率 高，能耗低，火焰穿透力强，温度分布均匀，可控，设备结构简单可靠，可一炉多孔同一通 道，提高热效率，操作方便，提高丫还原速度，实现快速还原，产量高，质量稳定，可以大 型化生产。
采用了竖炉法制备镍铁金属化球团的物料自上而下的连接运行方式，但不同T竖炉的加 热和还原方式，采用了隧道窑法的隔焰加热方式，但不同于隧道窑中反应罐的单体外部加热 方式和罐体反复加热、冷却的运行方式。本发明取其所长，避其所短，采用罐内和罐外同时 加热的新型竖式炉结构，球团采用炉体上部连续自上加入，还原后的镍铁金属化球团自炉底 流出，可使反应罐始终处于工作温度状态，不必反复加热冷却。解决了隧道窑还原法还原时 间长，还原时还原罐需反复加热和冷却而造成的大量能源浪费，耐火材料浪费大，能耗高， 自动化程度低的弊端，简化了生产工序，提高了生产效率，降低了能源消耗，生产过程中无 耐火材料消耗，实现了机械化装出料，改善了劳动环境，降低了劳动强度，无粘结、悬料、
结瘤、大块故障，设备运行可靠，与隧道窑相比降低能耗40%左右，实现了高度机械化生产 高质量镍铁金属化球团。
采用一组或者几组相对独立的反应罐生产，对于多组反应罐，每个反应罐可根据还原工 况随时单独调整炉料配比，还原冷却时间等参数，实现一炉多品种生产，可使产品质量稳定 可靠，燃料适应范围广，即可适用煤气、天然气、也可使用煤炭直接加热。
采用煤基还原工艺，还原中采用烟煤、无烟煤作为直接还原剂，不使用焦碳，消除了焦 碳生产过程所造成的环境污染，由于采用低温快速还原工艺，并在还原生产中采用余热回收
二次使用，从而减少了煤的用量，降低了烟尘排放量，有利T环境保护。
采用资源相对丰富的低品位的氧化镍矿、氧化镍铬矿作为镍铁的原料，其原料来源相对 广泛，对原料的成分没有要求，可以使用各种成分的含镍或含镍铬原料，采用本发明的新型 内外加热式竖炉直接还原得到高品位的还原镍铁合金，原料适用性强，燃料来源广泛，镍和 镍铬的回收率高，生产成本低，由于还原反应温度在脉石的软熔温度以下固态还原，还原过 程中不产生熔化反应，还原料中的有害元素P、 s等主要保留在渣相中，从而使所生产出的还 原镍铁合金的P、 S含量低、质量好。同时，由于还原温度低，使C02、 SO、 NO等有害气 体量大幅度下降，环境友好。本制备丁艺和设备可以代替传统的矿热炉和高炉冶炼方法，与 其它工艺相比生产成本降低50%，所制备的还原镍铁可以直接用于冶炼不锈钢，为不锈钢的 冶炼生产提供了低成本的镍铁合金或镍铬铁合金，可以大量使用低品位的氧化镍矿、氧化镍 铬矿或含镍、含镍铬的冶金废弃物或其混合体直接冶炼镍铁，减少对硫化物镍矿资源和纯镍 的依赖，完全可以替代废不锈钢，成为不锈钢的主要原料，从而为不锈钢生产和镍铁合金应 用行业提高优质低价原料，从而降低不锈钢的生产成本。
采用钢铁工业废弃物作为含镍铁或镍铬铁原料生产优质镍铁合金或镍铬铁合金，即减少了环境污染，又增加了镍铁原料的资源，节省了矿石资源消耗，降低了原料成本。
本发明生产镍铁合金的工艺和设备提高了产品的金属化率，降低了产品的熔点，改善了 料层透气性能，具冇催化助燃，抑制烧结过程屮的不良晶型转变，促进烧结过程SFEA形成 和抑制低温还原粉化，强化烧结工艺过程，降低了产品的熔点和还原温度，加快了还原速度， 缩短了还原时间，减弱了高温还原过程中的二次氧化，可降低燃料消耗和电耗10%以上，改 善了镍铁合金的冶金性能，提高了产品的金属化率，降低了废气中有害气体的排放，减轻对 环境的污染。
本发明的还原工艺和设备使镍铁金属化球团的生产还原温度低、还原速度快、能源消耗 少、生产效率高、生产成本低、机械化程度高，达到本发明的目的。
采用有衬电渣炉冶炼镍铁或含镍铁水，是把电渣冶金原理和电弧炉结构统一起来的特种 设备，它是将电能通过电极导入熔渣层并在熔渣层中形成电回路。当电流通过熔渣层时由于 溶澄层具有一定的电阻而产生焦耳热，从而将电能转换为热能。这种焦耳热使熔渣加热可达
到180(TC的高温，具有比电弧炉温度高的高温熔渣和比电弧炉大上百倍的钢渣界面比两个特 点，熔渣的温度高于钢水温度，冶炼的热量来自熔渣，是高温熔濟把热量传递给钢水以维持 钢水温度，它不同于电弧炉依靠电弧放出的热量加热钢水。这个特点为炉渣内进行的物理化 学反应创造了有利条件，为精炼和脱碳创造了良好的有利条件，金属通过高温渣池熔化，钢 水以熔滴的形式进入渣层，在熔滴通过渣层时被高温活泼的熔渣所精炼。本发明采用改进的 有衬电渣炉对还原后高温镍铁金属化球团直接进行电渣冶炼和精炼，金属化球团中的脉石直 接用作电渣渣料，减少了电渣渔料用量，节约了非金属矿物的消耗，减少了生产工序，或将 还原后金属化球团经热破、热筛和磁选后直接进入有衬电渣炉中进行冶炼和电渣精炼，即减 少了环境污染，又降低了电耗。利用有衬电渣炉独特的冶金特性，减少/合金烧损量，通过 高温渣池提高了含镍钢水温度，增加了含镍钢水的流动性，使钢水纯度高质量好，S、 P含量 低，生产效率高，适应性强，灵活性高，设备投资少，设备和生产工艺简单，可控参数少， 合金回收率高，可以冶炼含碳量^).03%的镍铁合金和不锈钢，可以连续生产，亦可以间断性 生产，开炉与停炉都比较方便。
本发明具有如下优点1、还原温度低、能耗低。2、反应速度快，生产效率高。3、先进
的内外加热设备，提高了加热效率，确保了含镍金属化球团质量的均匀性。4、工艺流程短、 操作工艺简单，设备投资少，机械化程度高，产量大。5、减少燃料消耗，降低环境污染。6、 原料适用性强、燃料来源广泛，镍和镍铬的回收率高。7、废弃资源循环利用，节约了资源消 耗。8、产品S、 P含量低，非金属夹杂物含量少，金属材质内的纯净度高质量好，冶炼合金 损耗小，能耗低，生产效率高，生产成本低，适应性强，灵活性高。
因而，本发明为处理各种不同类型的氧化镍矿和含镍冶金废弃物作为主要含镍铁原料， 生产优质镍铁合金提供了一种新的工艺和设备，可以有效缓解我国不锈钢行业镍资源严重短 缺的困境，经济效益和社会效益、环境效益显著，具有良好的应用和推广前景。


图1为本发明第一实施例的工艺流程图 图2为本发明第二实施例的第一设备结构图 图3为本发明第三实施例的第二设备结构图 图4为本发明第四实施例的第二设备结构图 图5为本发明第五实施例的第四设备结构图 图6为本发明第六实施例的第五设备结构图 图7为本发明第七实施例的第六设备结构图 图8为本发明第八实施例的第一设备布置图 图9为本发明第九实施例的第二设备布置图 图IO为本发明第十实施例的第三设备布置图 图11为本发明第十一实施例的第四设备布置图
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明进一步的解释说明，下列实施例并不限制本发明的保护范 围，所有基于本发明的思想做的修改和调整都属于本发明保护的范围。
实施例l:图1为本发明的工艺流程图，在图1中，解决其技术问题的工艺方案是 将含镍铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混 合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化 添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球 团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送 入到还原炉内，均匀松散地排布到烘下床炉箅子匕对球闭物料进行烘干，球团物料经过干 燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、 H2和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在 50(TC-ll(XrC的还原温度下和催化剂的共同作用下，经15-180分钟的还原反应后，得到金属 化率达到90-95%的镍铁金属化球团(含镍海绵铁)、镍铬铁金属化球团(含镍海绵铁)，镍铁 金属化球团或镍铬铁金属化球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为助 燃风与冷却风混合后一同对金属化球团进行冷却，吹入的冷却风吸收金属化球团的热量，在 到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的废 气经除尘后由烟囱排入大气，预冷却后的含镍金属化球团在冷却过渡段的下方进入冷却筒内， 通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金属化球的冷却温度，使其在500 90(TC范 围内通过螺旋出料机排出冷却筒，将排出冷却筒的高温含镍金属化球团不经冷却直接进入破 碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁物料直接进行筛分，然后进行磁选，使含镍铁物料与残 煤和脉石分离，得到高品位的含镍的镍铁合金或含镍铬的镍铬铁合金，打开有衬电渣炉电源 开关，启动电极升降装置，将电极送入有衬电渣炉内，将已加入到炉内的固态电渣料通电熔 化成液态熔渣，或将固态熔渣在炉外熔化后倒入有衬电渣炉内，启动电极或导电环对所熔化 的液态熔渣进行加热到所需的1650"C 180(TC范围内，将经磁选后得到的高品位镍铁合金或 镍铬铁合金通过输送机输送到导流槽内直接导入有衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，或将排出冷却筒的高温含镍金属化球团，不经破碎机进行热破碎和磁选直接通过输送机 输送到导流槽内导入有衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，金属化球团中的A1203、 MgO、SK)2、CaO可以作为电渣炉渣料，然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2 、A1203、 CaO、 Ti02 、 MnO、 Si02、 RE、 RexOy、 Na2B407、 Na20、 SiCa、 K20、 Al中的一种或多种 物质，以对球团中的脉石成分进行调整，使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，球团中未燃 烧完的煤炭进入高温渣池内继续燃烧，既可以起到节约电能的作用，乂可以起到脱氧的作用， 同时，煤炭燃烧后所产生的CO气体还可以进一步促进球团的还原，在熔化过程中，根据冶 炼产品的质量要求，通过氧气管和透气砖吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液进行脱碳， 使所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需含碳量，通过氩气管和透气砖吹入适量的氩气对金 属熔池进行搅拌，使所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需纯净度要求，制造出所需质量要 求的含高、中、低、微碳量的高质量镍铁合金或含镍铁水，所冶炼好的镍铁合金或含镍铁水
可以通过安装在炉体支架上的有衬炉倾翻装置倒入钢水包进行模铸，制造成所需尺寸的镍铁 合金或通过水冷结晶器结晶后通过抽定装置从水冷结晶器内抽出后切断成所需长度的产品。
冶炼过程中所产生的CO气体在密封罩内通过气体回收管与从竖炉中回收的余热和冷却风混
合后一同进入冷却过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和还原。
所述的镍铁原料为氧化镍矿、氧化镍铬矿或含镍的铁磷、含镍铬的铁磷、烟道灰、层
泥中的任意一种或将其中的二种或二种以上的含镍铁原料按照一定的比例配比后的混合物； 所述的超细粉为粒度为75um-5um，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85%以上。 所述的催化添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50%、氧化剂10-30%、催
化助燃剂10-30%、成孔剂5-15%、晶核强化剂5-20%、助熔剂15-30%、自由基引发剂5-10%
所组成；其中(以下均为重量百分比)；
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉50-70%、四硼酸钠(NaB4O7'10H2O) 10-30%、皂土 10-20%
组成，或者为其中的任意一种；
所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KN03) 50%组成，或者为硝酸钠、硝
酸钾屮的任意一种；
所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的任意一种，或者为其混合物，混 合比例不限；
所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、三氧化二钇(Y203) 50%组成; 所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02)、硝酸(NaN03)的任意一种；或者为其混合物， 混合比例不限；
所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的任意一种；或者自由基引发剂为其混 合物，混合比例不限；
所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩、碳酸钙的任意一种，或者为其混合物，混合 比例不限。
本发明中的催化添加剂提高了产品的金属化率，降低了产品的熔点，改善了料层透气性能，具有催化助燃，抑制烧结过程中的不良晶型转变，促进烧结过程SFEA形成和抑制低温 还原粉化，强化烧结工艺过程，降低了产品的熔点和还原温度，加快了还原速度，縮短了还 原时间，减弱了髙温还原过程中的二次氧化，可降低燃料消耗和电耗10%以上，改善了海绵 铁的冶金性能，提高了产品的金属化率，可降低废气中有害气体的排放，减轻对环境的污染。
所述还原剂为固定碳大于65wt。/。，灰分小f 15wt%，挥发分为20 30wt。/。的无烟煤、低 硫低灰分烟煤、焦煤、焦粉中的仟意一种，或二种以上的混合物；
所述的熔剂为石灰、消石灰、白K石、石灰石中的任意一种。
所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土、纸浆废液中的任意一种；或者为二种以 上的混合物，混合比例不限。
所述的镍铁金属化球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体70-90%、还原剂3-10%、 熔剂3-10%、粘结剂1-10%、催化添加剂0.1-5%组成，球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其 中10-35um的粒度占球团所用物料总量的85%，还原反应温度为50(TC-1 l(XTC，还原反应时 间为15-190分钟。
所述的燃料为煤气、或者为烟煤、或者为无烟煤。
所述的电渣炉的渣料为CaF2 、Al203、CaO、Ti02 、MnO、Si02、RE、RexOy、Na2B407、K2 a Na20、 SiCa、 Al中的二种或三种以上物质所组成的多元渣系，碱度为1.2 1.8的高碱度渣； 所述的透气砖透气率为26 30%，吹氧气、吹氩气压力为6 8Kg/cm2。 所述的脱碳工艺为包括通过透气砖向熔池和渣池屮吹入氧气脱碳、吹入氩气搅拌，或吹 入氩气和氧气的混合气体进行脱碳，通过在熔渣中加入20%的赤铁矿，20%的铁磷配制成氧 化性熔渣进行脱碳，还可以利用硅所具有的脱碳和还原双层作用，通过在渣料巾加入一定比
例的Si02、以Si02取代部分碳进行还原和脱碳，达到生产中、低含碳量的含镍铁水。
所述的有衬电渣炉的精炼工艺还包括通过透气砖向熔池和渣池中吹入采用吹氩进行搅拌 精炼。
实施例2:图2为本发明的第一设备结构图，在图2中，本发明解决其技术问题的设备 方案是
本设备由还原设备和冶炼设备两套系统组成。其中还原设备采用竖炉炉体结构，还原设 备包括有炉底座(12)、上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子(25)、密封下料装置U)、 净化装置和和金热循环装置，在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体， 在上炉体的上端连接有上炉罩，烘干床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉 体和下炉体连接，余热循环装置与下炉体连接。
冶炼设备由有衬电渣炉、电渣炉供电系统、电极升降装置、气体吹入系统、电极和密封 罩组成。
所述的还原设备中的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口 (3)、外加热还原罐(4)、 加热进气孔(5)、煤气管(6)、耐火砖(7)、燃气喷嘴(8)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、 内外加热罐进气孔(11)、内加热煤气管(20)、内加热燃气喷嘴(21)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于 最外层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端部连接 有内加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有 煤气管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于 加热室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、 在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部分为 V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜 形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔。
所述的上炉体为单孔一通道炉体结构，或者上炉体为多孔一通道炉体结构；炉体的布置
形式为单排一通道，或者炉体的布置形式为多排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体 内分布有1-50个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10-50个与罐体垂直线呈 斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀 分布；外加热还原罐的形状为圆形或者为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC或者耐火砖材 料制成，或者采用二种材料共同制造。
所述的下炉体包括冷却过渡段(3)、螺旋出料机(18)、出料口 (29)、炉体支撑(31)、 内外加热罐支撑(32)，燃煤燃烧室(33)，冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部， 燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑位于中心， 在冷却过渡段的底部连接有嫘旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口 。
所述的上炉罩包括炉罩(27)、烟囱(28)、除尘器(44)，烟囱位于炉罩的上端，除尘器 连接在烟囱上。
所述的净化装置包括余热输送管(19)、中余热[Hl收管(22)、上余热回收管(26)、轴流 风机(30)、右冷却风管(36)、右冷却风机(41)，在净化装置的上端通过上余热回收管与上 炉罩连接，在净化装置的中间部位通过中余热回收管连接在上炉体上端，上佘热回收管(26) 和中余热回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃 煤燃烧室内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷 却风管，在右冷却风管上连接有右冷却风机。
所述的余热循环装置包括左余热输送管(14)、出水U (15)、冷却筒(16)、进水U (17)、 左冷却风管(35)、左^^却风机(42)，在下炉体外有冷却筒，在冷却筒上有进水口和出水口， 左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余热输送管上连接有左轴流风机，在左轴 流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管(35 )，左冷却风管上连接有左冷却风机(42 )。
所述的冶炼设备由有衬电渣炉炉体(54)、密封罩(49)、电极升降系统(47)和供电电源部分、 气体吹入系统组成，有衬电渣炉炉体(54)座落在有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)上，在有衬电 渣炉炉体(54)的底部连接有底电极(57)，通过电极升降装置(47)将电极(46)插入有衬电渣炉内， 在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51)，底电源(51)连接在底电极(57)上与 电极(46)组成供电回路，在有衬电渣炉炉体(54)的底部底电极(57)的一侧安装有氧气透气砖(55)，在氧气透气砖(55)上连接有氧气管(56)，在底电极(57)的另一侧安装有氩气透气砖(59), 在氩气透气砖(59)上连接有氩气管(58)，有衬电渣炉内有液态熔渣(52)和金属熔液(60)，在有 衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣炉的外部安装有密封罩(49)， 在密封罩(49)的上部连接有气体回收管(45)，气体回收管(45)与连接在竖炉冷却过渡段(13) 下部的余热循环系统管道相连接，有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)安装在炉体支架(64)上。
所述的有衬电渣炉中的有衬炉炉体(54)是由耐高温、耐渣蚀的耐火材料捣打或由耐火 砖砌铸而成，其几何形状为即可为椭圆，亦可以为圆形、矩形、方形。
所述的有衬电渣炉的电源(48)为三相低电压、大电流电源，亦可以为单相低电压、大电 流电源，优选三相电源。
所述的有衬电渣炉的电极(46)材料为石墨电极、金属材料自耗电极或耐高温的导电陶瓷 材料。
所述的有衬电渣炉的电极升降装置(47)具有电极夹持、电极上下升降、电极旋转机构。
解决其技术问题的工艺方案是 将氧化镍矿、氧化镍铬矿或含镍、含镍铬的铁磷、烟道灰、层泥中的任意一种，与还原 剂、熔剂和催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，将粉碎到200目以下的混合料加 入到球磨机内进行球磨，制备成具有高活化性能的75um-5um的超细粉，其中颗粒度为lOum-35um的粉体占85。/。以上，将制备好的上述粒度的超细粉进行钝化，在催化添加剂中按照所需 的剂量加入适量的水溶化，将所熔化后的水溶液和所需剂量的粘结剂共同加入钝化后的超细 粉中混合均匀后制造镍铁球团；点燃竖式还原炉的外加热和内加热燃烧喷嘴8和21，对炉体 进行加热。将所制好的镍铁球团40经过嫘旋下料器1在密封状态下以均匀的速度送入密封的 内外加热竖式还原炉炉罩27内，均匀松散的排布到位于竖式还原炉体上部的烘千床炉箅子25 上，加热室39的热气通过外加热还原罐4和内加热罐2的罐体上所丌设的气流通道3和5自 下面上升到烘干床炉箅子25上对球团40进行烘千，镍铁球团40经过干燥后自上往下运动与 上升的热气流发生热交换并进入焙烧区43与燃煤气中的CO、 112和挥发分中的碳氢化合物反 应，燃烧放热进一步加热镍铁球团40，使镍铁球团40发生失氧还原反应，镍铁球团40在 1 IO(TC的还原温度和催化剂的共同作用下，经90分钟的还原反应后，得到金属化率达90%-95%的镍铁金属化球团37，镍铁金属化球团37继续下降，进入冷却过渡段13，镍铁金属化 球团37继续完成最后的少量反应，逐步下降进入到冷却过渡段13下方，余热回收管22、 26 将反应后卜.升的废热气吸入到净化装置24内，经净化处理后通过轴流风机30吸出作为助燃 风，与冷却风机42所吹入的冷却风混合后同进入冷却过渡段13的下部对镍铁金属化球团37 进行冷却，冷却风逐步上升并吸收镍铁金属化球团37的热量，在到达焙烧区43时形成含氧 的高温气体，对还原炉IO内的燃气进行助燃。如此依次循环，剩佘的废气经除尘器44除尘 后由烟囱28排入大气，预冷却后的含镍金属化球团37在冷却过渡段13的下方进入冷却筒16 内，通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金属化球的冷却温度，使其在S00 90(TC 范围内通过嫘旋出料机18排出冷却筒16，将排出冷却筒16的高温含镍金属化球团37不经冷却直接进入破碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁物料直接进行筛分，然后进行磁选，使 含镍铁物料与残煤和脉石分，得到高品位的含镍的镍铁合金或含镍铬的镍铬铁合金62，打开 有衬电渣炉电源开关50，启动电极升降装置47，将电极46送入有衬电渣炉炉体54内，将已 加入到炉内的固态电渣料通电熔化成液态熔渣52，或将固态熔渣在炉外熔化后倒入有衬电渣 炉内，启动电极46对所熔化的液态熔渣52进行加热到所需的165(TC 180(TC范围内，将经 磁选后得到的高品位镍铁合金62或含镍铬的镍铬铁合金62通过输送机63输送到导流槽61 内直接导入有衬电渣炉炉体54内进行熔化冶炼，或将排出冷却筒16的高温含镍金属化球团 37，不经破碎机进行热破碎和磁选而直接通过输送机63输送到导流槽61内导入有衬电渣炉 内进行熔化冶炼，含镍金属化球团62中的八1203、 MgO、 Si02、 CaO可以作为电渣炉渣料， 然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2 、 A1203、 CaO、 Ti02 、 MnO、 Si02、 RE、 RexOy、 Na2B407、 Na20、 SiCa、 K20、 Al中的一种或多种物质，以对球团中的脉石成分进行调整， 使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，球团中未燃烧完的煤炭进入高温渣池内继续燃烧，既 可以起到节约电能的作用，又可以起到脱氧的作用，同时，煤炭燃烧后所产生的CO气体还 可以进一步促进球团的还原，在熔化过程中，根据冶炼产品的质量要求，通过吹氧管56和透 气砖55吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液60进行脱碳，使所冶炼的镍铁合金或含镍铁 水达到所需含碳量，通过吹氩管58和透气砖59吹入适量的氩气对金属熔池进行搅拌，使所 冶炼的含镍金属液60达到所需纯净度要求，制造出所需质量要求的含高、中、低、微碳量的 高质量镍铁合金或含镍铁水，所冶炼好的镍铁合金或含镍铁水可以通过安装在炉体支架上的 有衬炉倾翻装置53倒入钢水包进行模铸，制造成所需尺寸的镍铁合金产品。冶炼过程中所产 生的CO气体在密封罩49内通过气体回收管45与从竖炉中回收的余热和冷却风混合后一同 进入冷却过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和还原。 工艺的其它部分与实施例1中的工艺过程同，略。
本发明的技术原理现代材料学研究证明，当颗粒达到纳米级或微米级后，由于表面原 子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易于其它原子相结合而稳定下来， 表现出很高的化学活性，并且物质达到超细化后，其表面原子或分子排列及电子分布结构和 晶体结构均发生变化，产生了块(粒)状材料所不具备的奇特表面效应、小尺寸效应、量子 效应和宏观量子隧道效应。另一方面，当粉体体积减小到纳米级时，物质本身的性质也发生 了变化，因为纳米粒子是由无限个原子或者分子组成，改变了原来由无数个原子或分子组成 的基体属性。当纳米材料的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条 件被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通晶粒相比，具有 一系列优异的物理、化学及表面与界面性质。因而超细铁粉具有很大的比表面积，表面性能 和高的表面活性，存在着表面效应和体积效应，将赋予与大块金属完全不同的特性，具有化 学反应速度快，溶解和溶化速度快，熔点低，还原温度低，还原率高，烧结特性强等特性。 由于还原反应温度在脉石的软熔温度以下固态还原，还原过程中不产生熔化反应，还原料中 的有害元素P、 S等主要保留在渣相中，从而使所生产出的还原铁的P、 S含量低、质量好。同时，由于还原温度低，使CCb、 SO、 NO等有害气体量大幅度下降，从而减少了环境污染， 有利于环境保护。
实施例3:图3为本发明的第二设备结构图，在图3中，所述的还原设备中的上炉体包 括内加热罐2、还原气出口3、外加热还原罐4、加热进气孔5、耐火砖7、耐火纤维9、还原 炉外壳IO、内外加热罐进气孔ll、燃煤燃烧室33、出渣室34、内加热火道38、加热室39、 焙烧还原区43，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位 于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室33、出渣室34位于上炉体的下端，内加热火 道38位于内加热罐2和外加热还原罐4的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维， 在耐火砖层内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段 有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入 保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道， 两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流 孔；
采用燃煤加热，在外加热还原罐的底部，沿炉体垂直线的左右对称设置有二个燃煤的燃 烧室，该燃烧室的火道连接在外加热还原罐的外部和内加热罐底部的中心。 设备的其它部分与实施例2中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料；为氧化镍矿、氧化镍铬矿中的任意 一种含镍铁原料。
所述的催化添加剂是由熔化剂15%、氧化剂10%、催化助燃剂30%、成孔剂5%、晶核 强化剂5%、助熔剂30%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉55%、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 30%、皂土 15%组成； 所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl);所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02);所述的自由基 引发剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为聚氯乙烯。
所述还原剂为低硫低灰分烟煤；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为水玻璃。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体60%、还原剂20%、熔剂5%、 粘结剂10%、催化添加剂5%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球 团所用物料总量的90%,还原反应温度为卯(TC，还原反应时间为30分钟。
所述的燃料为烟煤、或者为无烟煤。将燃烧煤气改为采用煤炭直接加热，将实施例2中 的煤气管5，燃烧喷嘴8和内加热煤气管20、内加热燃烧喷嘴21去掉，改换成燃煤燃烧窑33、 出渣窑34、内加热火道38。
工艺的其它部分与实施例1和2中的工艺过程同，略。
实施例4:图4为本发明的第三设备结构图，在图4中，所述的冶炼设备为电极加热半 有衬电渣炉，该炉由耐火材料炉体(65)、水冷结晶器(70)、抽定装置(68)和电源系统、 电极升降装置、吹气系统、密封罩组成，耐火材料炉体(65)连接在水冷结晶器(70)的上面，在水冷结晶器(70) —侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另一侧的上部连 接有进水管74，在耐火材料炉体(65)下面的一侧安装有氧气透气砖(55)，在氧气透气砖(55) 上连接有氧气管(56)，在底部底电极(57)的另一恻安装有氩气透气砖(59)，在氩气透气砖(59) 上连接有氩气管(58)，水冷结晶器(70)的下面连接有底水箱(71)，抽定装置(68)连接在 底水箱(71)的下面，电极(46)通过电极升降装置(47)插入半有衬电渣炉的耐火材料炉 体(65)内，在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51)，底电源(51) 连接在底水箱(71)上与电极(48)组成供电回路，半有衬电渣炉内有液态熔渣(52)和金 属熔液(60)，在半有衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣 炉的外部安装有密封罩(49)，在密封罩(49)的上部连接有气体回收管(45)，气体回收管 (45)与连接在竖炉冷却过渡段(13)下部的余热循环系统管道相连接，半有衬电渣炉炉体 安装在炉体支架(64)上。
设备的其它部分与实施例2中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是
首先将含镍铁原料与还原剂、熔剂和催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，将 粉碎到200目以下的混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成具有高活化性能的75um-5um 的超细粉，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85%以上，将制备好的上述粒度的超细粉进行 钝化，在催化添加剂中加入适量的水溶化，得到水溶液，将所熔化后的水溶液和所需剂量的 粘结剂共同加入钝化后的超细粉中混合均匀后制造镍铁球团；点燃竖式还原炉的外加热和内 加热燃烧喷嘴8和21，对炉体进行加热。将所制好的镍铁球团40经过螺旋下料器1在密封 状态下以均匀的速度送入密封的内外加热竖式还原炉炉罩27内，均匀松散的排布到位于竖式 还原炉体上部的烘干床炉箅子25上，加热室39的热气通过外加热还原罐4和内加热罐2的 罐体上所开设的气流通道3和5自下面上升到烘干床炉箅子25上对球团40进行烘干，镍铁 球团40经过干燥后自上往下运动与上升的热气流发生热交换并进入焙烧区43与燃煤气中的 CO、 H2和挥发分中的碳氢化合物反应，燃烧放热进一步加热镍铁球团40，使镍铁球团40发 生失氧还原反应，镍铁球团40在还原温度和催化剂的共同作用下，经还原反应后，得到金属 化率达90%-95%的镍铁金属化球团37，镍铁金属化球团37继续下降，进入冷却过渡段13， 镍铁金属化球团37继续完成最后的少量反应，逐步下降进入到冷却过渡段13下方，余热回 收管22、 26将反应后上升的废热气吸入到净化装置24内，经净化处理后通过轴流风机30吸 出作为助燃风，与冷却风机42所吹入的冷却风混合后一同进入冷却过渡段13的下部对镍铁 金属化球团37进行冷却，冷却风逐步上升并吸收镍铁金属化球团37的热量，在到达焙烧区43 时形成含氧的高温气体，对还原炉IO内的燃气进行助燃。如此依次循环，剰余的废气经除尘 器44除尘后由烟囱28排入大气，预冷却后的含镍金属化球团37在冷却过渡段13的下方进 入冷却筒16内，通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金属化球的冷却温度，使其 在500 900'C范围内通过嫘旋出料机18排出冷却筒16，将排出冷却筒16的高温含镍金属化 球团37不经冷却直接进入破碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁物料直接进行筛分，然后进行磁选，使含镍铁物料与残煤和脉石分，得到高品位的镍铁合金或镍铬铁合金62，打开半有 衬电渣炉电源开关50，启动电极升降装置47，将电极46送入半有衬电渣炉耐火材料炉体65 内，将己加入到炉内的固态电渣料通电熔化成液态熔渣52，或将固态熔渣在炉外熔化后倒入 有衬电渣炉内，启动电极46对所熔化的液态熔渣52进行加热到所需的165(TC 180(TC范围 内，将经磁选后得到的高品位镍铁合金62或含镍铬的镍铬铁合金62通过输送机63输送到导 流槽61内直接导入有衬电渣炉炉体54内进行熔化冶炼，或将排出冷却筒16的高温含镍金属 化球团37，不经破碎机进行热破碎和磁选直接通过输送机63输送到导流槽61内导入有衬电 渣炉内进行熔化冶炼，含镍金属化球团37中的A1203、 MgO、 Si02、 CaO可以作为电渣炉渣 料，然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2 、 A1203、 CaO、 Ti02 、 MnO、 Si02、 RE、 RexOy、 Na2B407、 Na20、 SiCa、 K20、 Al中的一种或多种物质，以对球团中的脉石成分进 行调整，使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，球团中未燃烧完的煤炭进入高温渣池内继续 燃烧，既可以起到节约电能的作用，又可以起到脱氧的作用，同时，煤炭燃烧后所产生的CO 气体还可以进一步促进球团的还原，在熔化过程中，根据冶炼产品的质量要求，通过吹氧管56 和透气砖55吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液60进行脱碳，使所冶炼的镍铁合金或含 镍铁水达到所需含碳量，通过吹氩管58和透气砖59吹入适量的氩气对金属熔池进行搅拌， 使所冶炼的含镍金属液60达到所需纯净度要求，制造出所需质量要求的含高、中、低、微碳 量的高质量镍铁合金或含镍铁水，所冶炼好的镍铁合金或含镍铁水通过水冷结晶器70结晶后 通过抽定装置68从水冷结晶器70内抽出后切断成所需长度的镍铁合金67产品。冶炼过程中 所产生的CO气体在密封罩49内通过气体回收管45与从竖炉中回收的余热和冷却风混合后 一同进入冷却过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和还原。
所述的含镍铁原料为含镍的铁磷、含镍铬的铁磷中的一种含镍铁原料。
所述的催化添加剂是由熔化剂10%、氧化剂25%、催化助燃剂25%、成孔剂15%、晶核 强化剂10%、助熔剂10%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉70%、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 15%、皂土 15%组成； 所述的氧化剂由硝酸钾;所述的催化助燃剂为氯化钾(KCl);所述的助熔剂为萤石(CaF2)50n/。、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaN03);所述的自由基引发剂为 芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。
所述还原剂为焦煤；所述的熔剂为白云石所述的粘接剂为粘土。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体65%、还原剂25%、熔剂3%、 粘结剂5%、催化添加剂2%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球 团所用物料总量的90%，还原反应温度为5(KTC，还原反应时间为180分钟。
工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。
实施例5:图5为本发明的第四设备结构图，在图5中，所述的还原设备中的上炉体包 括内加热罐2、还原气出口3、外加热还原罐4、加热进气孔5、耐火砖7、耐火纤维9、还原 炉外壳IO、内外加热罐进气孔ll、燃煤燃烧室33、出渣室34、内加热火道38、加热室39、焙烧还原区43，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位 于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室33、出渣室34位于上炉体的下端，内加热火 道38位于内加热罐2和外加热还原罐4的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维， 在耐火砖层内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段 有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入 保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，
两个罐体的斜形气流通道呈v字型布置，在两个罐体中部向h均丌有多个与罐体平行的气流
孔；
采用燃煤加热，在外加热还原罐的底部，沿炉体垂直线的左右对称设置有二个燃煤的燃 烧室，该燃烧室的火道连接在外加热还原罐的外部和内加热罐底部的中心。 冶炼设备为实施例4所述的电极加热半有衬电渣炉。 设备的其它部分与实施例2中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为含镍的烟道灰、层泥中的一种。
所述的催化添加剂是由熔化剂20%、氧化剂10%、催化助燃剂20%、成孔剂5%、晶核 强化剂20%、助熔剂15%、自由基引发剂10%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉60%、四硼酸钠(NaB4CV10H2O) 30%、皂土 10%组成； 所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KN03) 50%组成；所述的催化助燃剂为氯 化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为二氧化锑(Ce02);所述的自由基引发 剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为珍珠岩。
所述还原剂为无烟煤；所述的熔剂为石灰石；所述的粘接剂为皂土。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体70%、还原剂20%、熔剂8.9%、 粘结剂1%、催化添加剂0.1%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占 球团所用物料总量的90%,还原反应温度为IOO(TC，还原反应时间为100分钟。
所述的燃料为烟煤、或者为无烟煤。将燃烧煤气改为采用煤炭直接加热，将实施例2中 的煤气管5，燃烧喷嘴8和内加热煤气管20、内加热燃烧喷嘴21去掉，改换成燃煤燃烧窑33、 出渣窑34、内加热火道38。
工艺的其它部分与实施例1和4中的工艺过程同，略。
实施例6:图6为本发明的第五设备结构图，在图6中，所述的冶炼设备为导电环加热 半有衬电渣炉，该炉由耐火材料炉体(65)、水冷结晶器(70)、抽定装置(68)和电源系统、 电极升降装置、吹气系统、密封罩组成，耐火材料炉体(65)的下面安装有导电环(73),在 导电环底部(73) —侧的底部连接有进水管72，在导电环底部(73)另一侧的上部连接有进 水管74，在导电环(73)下面的一侧安装有氧气透气砖(55)，在氧气透气砖(55)上连接有氧气 管(56)，在导电环(73)的另一侧安装有氩气透气砖(59),在氩气透气砖(59)上连接有氩气管 (58),在氧气透气砖(55)和氩气透气砖(59)的卜面连接有水冷结晶器(70)，在水冷结晶器(70)一侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另一侧的上部连接有进水管74，在水冷结 晶器(70)的下面连接有底水箱71,抽定装置(68)连接在底水箱(71)的下面，电源(48) 连接在导电环(73)上，与电源开关(50)、底电源(51)和底水箱(71)组成供电回路，导 电环加热半有衬电渣炉内有液态熔渣(52)和金属熔液(60)，在半有衬电渣炉的上部连接有 导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣炉的外部安装有密封罩(49)，在密封罩(49) 的h部连接有气体回收管(45，气体回收管(45)与连接在竖炉冷却过渡段(13)下部的余 热循环系统管道相连接，半有衬电渣炉炉体安装在炉体支架(64)匕
设备的其它部分与实施例2中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是-
首先将含镍铁原料与还原剂、熔剂和催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，将 粉碎到200目以下的混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成具有高活化性能的75um-5um 的超细粉，其中颗粒度为10um-35um的粉体占85。/。以上，将制备好的上述粒度的超细粉进行 钝化，在催化添加剂中加入适量的水溶化，得到水溶液，将所熔化后的水溶液和所需剂量的 粘结剂共同加入钝化后的超细粉中混合均匀后制造镍铁球团；点燃竖式还原炉的外加热和内 加热燃烧喷嘴8和21，对炉体进行加热。将所制好的镍铁球团40经过螺旋下料器1在密封 状态下以均匀的速度送入密封的内外加热竖式还原炉炉罩27内，均匀松散的排布到位于竖式-还原炉体上部的烘干床炉箅子25上，加热室39的热气通过外加热还原罐4和内加热罐2的 罐体上所开设的气流通道3和5 6下面上升到烘干床炉箅子25上对球团40进行烘干，镍铁 球团40经过干燥后自上往下运动与上升的热气流发生热交换并进入焙烧区43与燃煤气中的 CO、 112和挥发分中的碳氢化合物反应，燃烧放热进一步加热镍铁球团40，使镍铁球团40发 生失氧还原反应，镍铁球团40在80(TC的还原温度和催化剂的共同作用下，经150分钟的还 原反应后，得到金属化率达90%-95%的镍铁金属化球团37,镍铁金属化球团37继续下降， 进入冷却过渡段13,镍铁金属化球团37继续完成最后的少量反应，逐步下降进入到冷却过 渡段13下方，余热回收管22、 26将反应后上升的废热气吸入到净化装置24内，经净化处理 后通过轴流风机30吸出作为助燃风，与冷却风机42所吹入的冷却风混合后一同进入冷却过 渡段13的下部对镍铁金属化球团37进行冷却，冷却风逐步上升并吸收镍铁金属化球团37的 热量，在到达焙烧区43时形成含氧的高温气体，对还原炉IO内的燃气进行助燃。如此依次 循环，剩余的废气经除尘器44除尘后由烟囱28排入大气，预冷却后的含镍金属化球团37在 冷却过渡段13的下方进入冷却筒16内，通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金 属化球的冷却温度，使其在500 90(TC范围内通过螺旋出料机18排出冷却筒16，将排出冷 却筒16的高温含镍金属化球团37不经冷却直接进入破碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁 物料直接进行筛分，然后进行磁选，使与含镍铁物料与残煤和脉石分，得到髙品位的含镍的 镍铁合金或含镍铬的镍铬铁合金62，打开导电环加热半有衬电渣炉电源开关50，接通连接在 导电环73上的电源(48)、底电源(51)和底水箱(71)组成供电回路，将已加入到炉内的 固态电渣料通过导电环73通电加热熔化成液态熔渣52，或将固态熔渣在炉外熔化后倒入有衬电渣炉内，通过导电环73对所熔化的液态熔渣52进行加热到所需的165CTC 180(TC范围 内，将经磁选后得到的高品位镍铁合金62或含镍铬的镍铬铁合金62通过输送机63输送到导 流槽61内直接导入导电环加热半有衬电渣炉耐火材料炉体65内进行熔化冶炼，或将排出冷 却筒16的高温含镍金属化球团37，不经破碎机进行热破碎和磁选直接通过输送机63输送到 导流槽61内导入有半衬电渣炉内进行熔化冶炼，含镍金属化球团37中的A1203、 MgD、 SK)2 CaO可以作为电渣炉渣料，然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2 、 A1203、 CaO、 TiO: 、MnO、 Si02、 RE、 RexOy、 Na2B407、 Na20、 SiCa、 K20、 Al中的一种或多种物质，以 对球团中的脉石成分进行调整，使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，球闭中未燃烧完的煤 炭进入高温渣池内继续燃烧，既可以起到节约电能的作用，又可以起到脱氧的作用，同时，
煤炭燃烧后所产生的co气体还可以进一步促进球团的还原，在熔化过程中，根据冶炼产品
的质量要求，通过吹氧管56和透气砖55吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液60进行脱碳， 使所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需含碳量，通过吹氩管58和透气砖59吹入适量的氩 气对金属熔池进行搅拌，使所冶炼的含镍镍金属液60达到所需纯净度要求，制造出所需质量 要求的含高、中、低、微碳量的高质量镍铁合金或含镍不锈钢铁水，所冶炼好的镍铁合金或 含镍铁水通过水冷结晶器70结晶后通过抽定装置68从水冷结晶器70内抽出后切断成所需长 度的镍铁合金67产品。冶炼过程中所产生的CO气体在密封罩49内通过气体回收管45与从 竖炉屮回收的余热和冷却风混合后一同进入冷却过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和 还原。
所述的含镍铁原料为含镍的铁磷、含镍铬的铁磷中的一种含镍铁原料。
所述的催化添加剂是由熔化剂10%、氧化剂25%、催化助燃剂25%、成孔剂15%、晶核 强化剂10%、助熔剂10%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉70。/。、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 15%、皂土 15%组成； 所述的氧化剂由硝酸钾；所述的催化助燃剂为氯化钾(KCI);所述的助熔剂为萤石(CaF2)5(^/0、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaN03);所述的自由基引发剂为 芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。
所述还原剂为焦煤；所述的熔剂为白云石；所述的粘接剂为粘土。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体65%、还原剂25%、熔剂3%、 粘结剂5%、催化添加剂2%:球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35rnn的粒度占球 团所用物料总量的90%,还原反应温度为8(XrC，还原反应时间为150分钟。
工艺的其它部分与实施例1中的T.艺同，略。
实施例7，图7为本发明的第六设备结构图，在图7中，所述的还原设备中的t炉体包 括内加热罐2、还原气出口3、外加热还原罐4、加热进气孔5、耐火砖7、耐火纤维9、还原 炉外壳IO、内外加热罐进气孔ll、燃煤燃烧室33、出渣室34、内加热火道38、加热室39、 焙烧还原区43，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位 于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室33、出渣室34位于上炉体的下端，内加热火道38位于内加热罐2和外加热还原罐4的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维， 在耐火砖层内为加热室，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段 有还原气出口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入 保护罩的部分为V字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道， 两个罐体的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流 孔；
釆用燃煤加热，在外加热还原罐的底部，沿炉体垂直线的左右对称设置有二个燃煤的燃 烧室，该燃烧室的火道连接在外加热还原罐的外部和内加热罐底部的中心。 设备的其它部分与实施例2、 3和6中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺^"案是
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为在10%-90%的氧化镍矿中加入 90%-10%的含镍铁磷；
所述的催化添加剂是由熔化剂35%、氧化剂10%、催化助燃剂10%、成孔剂5%、晶核 强化剂5%、助熔剂30%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉58%、四硼酸钠(NaB4O/10H2O) 22%、皂土 20%组成； 所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钾(KC1);所述的助熔剂为萤石(CaF2)5(^/。、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaN03);所述的自由基引发剂为 芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。
所述还原剂为焦粉；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为纸浆废液。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体60%、还原剂20%、熔剂5%、 粘结剂10%、催化添加剂5%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球 团所用物料总量的90%，还原反应温度为95(TC，还原反应时间为85分钟。
将圆形内外加热还原罐3呈双排纵向排列布置，各炉体共同使用同一加热通道。
工艺的其它部分与实施例6中的工艺同，略。
实施例8，图8为实施例2、 3、 4、 5、 6、 7的内外加热竖式还原炉设备布置图。在图8 中，所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为单排一通道；外加热还原罐和 内加热罐在上炉体内分布有4个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有20个与罐 体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在 罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为圆形；外加热还原罐使用材质为耐火砖材料制成。
该设备内外加热还原罐为圆形，呈炉体单排纵向排列布置，图中l-l为加热器、1-2为外 炉体、l-3为内外加热还原罐、14为加热室，各炉体共同使用同一加热通道。生产时，在各 个内加热罐和外加热还原罐中共同实施或单独实施。
设备的其它部分与实施例2中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为含镍的烟道灰、层泥中的一种。
所述的催化添加剂是由熔化剂20%、氧化剂10%、催化助燃剂20%、成孔剂5%、晶核强化剂20%、助熔剂15%、自由基引发剂10%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。 所述的熔化剂由含硼铁精矿粉60%、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 30%、皂土 10%组成； 所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KN03) 50°/。组成；所述的催化助燃剂为氯 化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02);所述的自由基引发 剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为珍珠岩。
所述还原剂为无烟煤；所述的熔剂为石灰石；所述的粘接剂为皂土。 所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体70%、还原剂20%、熔剂8.9%、 粘结剂1%、催化添加剂0.1%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占 球团所用物料总量的90%，还原反应温度为1050°C，还原反应时间为95分钟。
当生产时，采用实施例1的工艺可在各个内外加热还原罐1-3中共同实施或单独实施。 工艺的其它部分与实施例2中的工艺同，略。
实施例9:图8为实施例2、 3、 4、 5、 6、 7、 8的内外加热竖式还原炉设备布置图。在 图9中，所述的上炉体为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为二排一通道纵向排列，内 外加热还原罐为圆形，图中1-1为加热器、l-2为外炉体、l-3为内外加热还原罐、1-4为加热 室，各炉体共同使用同一加热通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有8个，在外 加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有20个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中 上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状 为圆形；外加热还原罐使用材质为SiC和耐火砖材料二种混合材料制造。
设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为含镍铬的铁磷、烟道灰、层泥中 的任意一种或将其中的二种含镍铁原料按照一定的比例配比后的混合物，混合比例不限；
所述的催化添加剂是由熔化剂20%、氧化剂10%、催化助燃剂20%、成 1剂5%、晶核 强化剂20%、助熔剂15%、自由基引发剂10%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉60%、四硼酸钠(NaB4CV10H2O) 30%、皂土 10%组成； 所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KN03) 50%组成；所述的催化助燃剂为氯 化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的混合物，混合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、 三氧化二钇(Y203) 50%组成所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02);所述的自由基引发 剂为烷氧基胺；所述的成孔剂为珍珠岩。
所述还原剂为无烟煤；所述的熔剂为石灰石；所述的粘接剂为皂土。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体70%、还原剂20%、熔剂8.9%、 粘结剂1%、催化添加剂0.1%;球团粉休的颗粒粒度为5um-75um,其中10-35um的粒度占 球团所用物料总量的90%，还原反应温度为1000"C，还原反应时间为110分钟。
当生产时，采用实施例1的工艺可在各个内外加热还原罐1-3中共同实施或单独实施。
工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。实施例10:图8为实施例2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9的内外加热竖式还原炉设备布置图。 在图10中，所述的上炉体为为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为单排一通道；外加热 还原罐和内加热罐在上炉体内分布有4个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有 10-50个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气？L其 进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为矩形；外加热还原罐使用材质为耐火砖 材料制成。各炉体共同使用同一加热通道。
设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为在10%-90%的氧化镍矿中加入 90%-10%的含镍铁磷；
所述的催化添加剂是由熔化剂35%、氧化剂10%、催化助燃剂10%、成孔剂5%、晶核 强化剂5%、助熔剂30%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉58%、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 22%、皂土 20%组成 所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钾(KC1);所述的助熔剂为萤石(CaF2)50"/u、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaN03);所述的自由基引发剂为 芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。
所述还原剂为焦粉；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为纸浆废液。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体60%、还原剂20%、熔剂5%、 粘结剂10%、催化添加剂5%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球 团所用物料总量的90%，还原反应温度为980。C，还原反应时间为80分钟。
将圆形内外加热还原罐3呈双排纵向排列布置，各炉体共同使用同一加热通道。
工艺的其它部分与实施例1中的工艺同，略。
实施例ll:图8为实施例2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10的内外加热竖式还原炉设备布 置图。在图11中，所述的上炉体为为多孔一通道炉体结构，炉体的布置形式为双排一通道； 外加热还原罐和内加热罐在上炉体内分布有8个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下 部开有10-50个与罐体垂直线呈斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐休平行布置的进出 气孔，其进出气孔在罐体上均匀分布；外加热还原罐的形状为矩形；外加热还原罐使用材质 为耐火砖材料制成。各炉体共同使用同一加热通道。
设备的其它部分与实施例1中所述的设备同，略。
解决其技术问题的工艺方案是所述的含镍铁原料为在10%-90%的氧化镍矿中加入 90%-10%的含镍烟道灰、层泥中的任意种或二种配比后的混合物镍铁原料；
所述的催化添加剂是由熔化剂35%、氧化剂10%、催化助燃剂10%、成 L剂5%、晶核 强化剂5%、助熔剂30%、自由基引发剂5%所组成；其中，所涉及和比例均为重量百分比。
所述的熔化剂由含硼铁精矿粉58%、四硼酸钠(NaB4(V10H2O) 22%、皂土 20%组成； 所述的氧化剂为硝酸钠；所述的催化助燃剂为氯化钾(KC1);所述的助熔剂为萤石(CaF2)50y。、 三氧化二钇(Y203) 50%组成；所述的晶核强化剂为硝酸(NaN03);所述的自由基引发剂为芳基碳金属盐；所述的成孔剂为蛭石。
所述还原剂为焦粉；所述的熔剂为消石灰；所述的粘接剂为纸浆废液。
所述的镍铁球团物料成分配比(重量％)为含镍铁粉体60%、还原剂20T。、熔剂5%、 粘结剂10%、催化添加剂5%;球团粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球 团所用物料总量的90%，还原反应温度为950'C，还原反应时间为85分钟。
将圆形内外加热还原罐3呈双排纵向排列布置，各炉体共同使用同一加热通道。
工艺的其它部分与实施例1中的T艺同，略。
权利要求
1、一种用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺，其特征是将含镍铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，经混合后粉碎到200目以下，制成混合料；然后将混合料加入到球磨机内进行球磨，制备成超细粉，对超细粉进行钝化；在催化添加剂中加水溶化，得到水溶液，将超细粉、水溶液和粘结剂共同混合，混合均匀后造成球团物料；点燃竖式还原炉中的内外加热器中的燃料，将所制好的球团物料经过螺旋送料器送入到还原炉内，均匀松散地排布到烘干床炉箅子上，对球团物料进行烘干，球团物料经过干燥后进行焙烧，在焙烧区内与燃气中的CO、H2和挥发分中的碳氢化合物反应，球团物料在500℃-1100℃的还原温度下和催化剂的共同作用下，经15-180分钟的还原反应后，得到金属化率达到90-95％的镍铁金属化球团，镍铁金属化球团进入冷却过渡段；余热回收装置将反应后上升的热气作为助燃风与冷却风混合后一同对镍铁金属化球团进行冷却，吹入的冷却风吸收镍铁金属化球团的热量，在到达焙烧区时形成含氧的高温气体，对还原炉内的燃气进行助燃，如此依次循环，剩余的废气经除尘后由烟囱排入大气，预冷却后的含镍金属化球团在冷却过渡段的下方进入冷却筒内，通过调节水冷强度和冷却段冷却风量来调节出炉金属化球的冷却温度，使其在500～900℃范围内通过螺旋出料机排出冷却筒，将排出冷却筒的高温含镍金属化球团不经冷却直接进入破碎机进行热破碎，破碎后的热含镍铁物料直接进行筛分，然后进行磁选，使含镍铁物料与残煤和脉石分离，得到高品位的镍铁合金或镍铬铁合金；打开有衬电渣炉电源开关，启动电极升降装置，将电极送入有衬电渣炉内，将已加入到炉内的固态电渣料通电熔化成液态熔渣，或将固态熔渣在炉外熔化后倒入有衬电渣炉内，启动电极或导电环对所熔化的液态熔渣进行加热到所需的1650℃～1800℃范围内，将经磁选后得到的高品位镍铁合金或镍铬铁合金通过输送机输送到导流槽内直接导入有衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，或将排出冷却筒的高温含镍金属化球团，不经破碎机热破碎和磁选直接通过输送机输送到导流槽内导入有衬电渣炉或半有衬电渣炉内进行熔化冶炼，金属化球团中的Al2O3、MgO、SiO2、CaO可以作为电渣炉渣料，然后根据冶炼产品质量要求，配入适量的CaF2、Al2O3、CaO、TiO2、MnO、SiO2、RE、RexOy、Na2B4O7、Na2O、SiCa、K2O、Al中的一种或多种物质，以对球团中的脉石成分进行调整，使其达到电渣冶金所需渣料成分要求，在熔化过程中，根据冶炼产品的质量要求，通过氧气管和透气砖吹入适量的氧气对所熔化的含镍金属液进行脱碳，使所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需含碳量，通过氩气管和透气砖吹入适量的氩气对金属熔池进行搅拌，使所冶炼的镍铁合金或含镍铁水达到所需纯净度要求，制造出所需质量要求的含高、中、低、微碳量的高质量镍铁合金或含镍铁水，所冶炼好的镍铁合金或含镍铁水可以通过安装在炉体支架上的有衬炉倾翻装置倒入钢水包进行模铸，制造成所需尺寸的镍铁合金，或通过水冷结晶器结晶后通过抽定装置从水冷结晶器内抽出后切断成所需长度的产品，冶炼过程中所产生的CO气体在密封罩内通过气体回收管与从竖炉中回收的余热和冷却风混合后一同进入冷却过渡段的下部对含镍金属化球团进行冷却和还原。
2、 根据权力要求1所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺，其特征是所述的含镍 铁原料为将氧化镍矿、氧化镍铬矿或含镍、含镍铬的铁磷、烟道灰、层泥中的任意一种或将其中的二种或二种以上的含镍铁原料按照一定的比例配比后的超细粉体混合体，混合比例 不限；所述的超细粉为粒度为75um-5um，其屮颗粒度为10um-35um的粉体占85%以上。
3、 根据权力要求1所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺，其特征是所述的催化 添加剂的物料配比(重量百分比)是由熔化剂10-50%、氧化剂10-30%、催化助燃剂10-30%、 成孔剂5_15%、晶核强化剂5-20%、助熔剂15-30%、自由基引发剂5-10%所组成；其中(均为 重量百分比)所述的熔化剂由含硼铁精矿粉50-70%、四硼酸钠(NaB407 10H20) 10-30%、皂土 10-20% 组成，或者为其中的任意一种；所述的氧化剂由硝酸钠(NaN03) 50%、硝酸钾(KNOs) 50%组成，或者为硝酸钠、硝酸钾 中的任意一种；所述的催化助燃剂为氯化钠(NaCl)、氯化钾(KC1)的任意一种，或者为其混合物，混 合比例不限；所述的助熔剂为萤石(CaF2) 50%、三氧化二钇(Y203) 50%组成所述的晶核强化剂为二氧化铈(Ce02)、硝酸(NaN03)的任意种；或者为其混合物，混 合比例不限；所述的自由基引发剂为烷氧基胺或芳基碳金属盐的任意一种；或者自由基引发剂为其混 合物，混合比例不限；所述的成孔剂为聚氯乙烯、蛭石、珍珠岩、碳酸钙的任意一种，或者为其混合物，混合 比例不限。
4、 根据权力要求1所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺，其特征是所述还原剂 为固定碳大于65w浅，灰分小十15 wt%，挥发分为20 30wt,9b的无烟煤、低硫低灰分烟煤、 焦煤、焦粉中的任意一种，或二种以上的混合物；所述的熔剂为石灰、消石灰、白云石、石灰石中的任意一种；所述的粘接剂为膨润土、水玻璃、粘土、皂土、纸浆废液中的任意一种；或者为二种以 上的混合物，混合比例不限；所述的镍铁金属化球团物料成分配比(重量％)为氧化镍矿、氧化镍铬矿或含镍、含镍铬的铁磷、烟道灰、层泥中的任意一种或将其中的二种或二种以上的含镍铁原料按照一定的比例配比后的超细粉体混合体70-90%、还原剂3-10%、熔剂3-10%、粘结剂1_10%、催化添加剂0.卜5%组成，球团物料为超细粉体，超细粉体的颗粒粒度为5um-75um，其中10-35um的粒度占球团所用物料总量的85%，还原反应温度为500°C-IIO(TC;所述的燃料为煤气、或者为烟煤、或者为无烟煤；所述的磁选工艺为将金属化球团破碎后进入弱磁选机先分离球团中的煤灰、添加剂和 部分脉石，然后将经过磁选后的粉体进行湿法球磨到-200目后，采用摇床进行重选，重选后得到的镍精矿粉采用2800-5500高斯的磁选机进行磁选，得到含Ni量3 10%的高品位的 镍精矿粉；所述的电渣炉的渣料为CaF2 、Al203、CaO、Ti02 、MnO、Si02、RE、RexOy、Na2B 407、K2 0、N改0、 SiCa、 Al中的二种或三种以上物质所组成的多元渣系，碱度为1.2 1.8的高碱度渣；所述的脱碳工艺为包括通过透气砖向熔池和渣池中吹入氧气脱碳、吹入氩气搅拌，或吹 入氩气和氧气的混合气体进行脱碳，或通过在熔渣中加入20%的赤铁矿，20%的铁磷配制成氧 化性熔渣进行脱碳，还可以利用硅所具有的脱碳和还原双层作用，通过在渣料中加入一定比例的Si02、以Si02取代部分碳进行还原和脱碳，达到生产中、低含碳量的含镍铁水； '所述的有衬电渣炉的精炼工艺还包括通过透气砖向熔池和渣池中吹入釆用吹氩进行搅拌精炼；所述的有衬电渣炉也可以不使用密封罩进行冶炼。
5、 一种实现用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是该设备由还原设备 和冶炼设备两套系统组成，其中还原设备采用竖炉炉体结构，该还原设备包括有炉底座(12)、 上炉体、下炉体、上炉罩、烘干床炉箅子(25)、密封下料装置(1)、净化装置和和余热循环 装置，在炉底座的上方连接有上炉体，在炉底座的下方连接有下炉体，在上炉体的上端连接 有上炉罩，烘T床炉箅子位于上炉体内上端，净化装置通过管道与上炉体和卜炉体连接，余热循环装置与下炉体连接；冶炼设备由有衬电渣炉、电渣炉供电系统、电极升降装置、气体吹入系统、电极和密封 罩组成，有衬电渣炉根据冶炼要求不同，采用有衬电渣炉、半有衬电渣炉进行冶炼。
6、 根据权力要求5所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是所述 的还原设备中的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口 (3)、外加热还原罐(4)、加热进气 孔(5)、煤气管(6)、耐火砖(7)、燃气喷嘴(8)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外 加热罐进气孔(11)、内加热煤气管(20)、内加热燃气喷嘴(21)、加热室(39)、焙烧还原 区(43)，还原炉外壳、耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外 层，内加热罐位于最内层，在内加热罐中心有内加热煤气管，内加热煤气管的端部连接有内 加热燃气喷嘴，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层内为加热室，有煤气 管穿过还原炉外壳、耐火纤维和耐火砖层，煤气管端部连接有燃气喷嘴，燃气喷嘴位于加热 室内，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出口、在 下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体忡入保护罩的部分为V 字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向下设有多条斜形气流通道，两个罐体的斜形 气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；或者所述的上炉体包括内加热罐(2)、还原气出口 (3)、外加热还原罐(4)、加热进气 孔(5)、耐火砖(7)、耐火纤维(9)、还原炉外壳(10)、内外加热罐进气孔(11)、燃煤燃 烧室(33)、出渣室(34)、内加热火道(38)、加热室(39)、焙烧还原区(43)，还原炉外壳、 耐火砖层、外加热还原罐和内加热罐依次套装，还原炉外壳位于最外层，内加热罐位于最内层，燃煤燃烧室(33)、出渣室(34)位于上炉体的下端，内加热火道(38)位于内加热罐 (2)和外加热还原罐(4)的下端，在还原炉外壳与耐火砖层之间有耐火纤维，在耐火砖层 内为加热窑，内加热罐与外加热还原罐之间为焙烧还原区，在内加热罐上的上段有还原气出 口、在下段有内外加热罐进气孔，在外加热还原罐上有加热进气孔；上炉体伸入保护罩的部 分为Y字型结构，外加热还原罐和内加热罐体的中部向卜设有多条斜形气流通道，两个罐体 的斜形气流通道呈V字型布置，在两个罐体中部向上均开有多个与罐体平行的气流孔；所述的上炉体为单孔一通道炉体结构，或者上炉体为多孔一通道炉体结构炉体的布置 形式为单排一通道，或者炉体的布置形式为多排一通道；外加热还原罐和内加热罐在上炉体 内分布有1-50个，在外加热还原罐和内加热罐的罐体的中下部开有10-50个与罐体垂直线呈 斜形进出气孔，在罐体的中上部开有与罐体平行布置的进出气孔，其进出气孔在罐体上均匀 分布；外加热还原罐的形状为圆形或者为矩形；外加热还原罐使用材质为SiC或者耐火砖材 料制成，或者采用二种材料共同制造；所述的下炉体包括冷却过渡段(13)、嫘旋出料机(18)、出料口 (29)、炉体支撑(31)、 内外加热罐支撑(32),冷却过渡段位于内加热罐和外加热还原罐的下部，冷却过渡段内为燃 煤燃烧室，燃煤燃烧室与上炉体的焙烧还原区相连通，炉体支撑位于外侧，内外加热罐支撑 位于中心，在冷却过渡段的底部连接有嫘旋出料机，在螺旋出料机的一端有出料口；所述的上炉罩包括炉罩(27)、烟囱(28)、除尘器(44)，烟囱位于炉罩的上端，除尘器 连接在烟囱上。
7、 根据权力要求5所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是所述 的净化装置包括余热输送管(19)、中余热回收管(22)、上余热回收管(26)、轴流风机(30)、 右冷却风管(36)、右冷却风机(41)，在净化装置的上端通过±余热回收管与上炉罩连接， 在净化装置的中间部位通过中余热问收管连接在上炉体上端，上余热l5j收管(26)和中余热 回收管均通入至焙烧还原区，在净化装置的底部通过余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室 内，在余热输送管上连接有轴流风机，在轴流风机下方的余热输送管上连接有右冷却风管， 在右冷却风管上连接有右冷却风机；所述的余热循环装置包括左余热输送管(14)、出水口(15)、冷却筒(16)、进水UI (17)、左冷却风管(35)、左冷却风机(42)，在下炉体外有冷 却筒，在冷却筒上有进水口和出水U，左余热输送管通入至下炉体的燃煤燃烧室内，在左余 热输送管上连接有左轴流风机，在左轴流风机下方的左余热输送管上连接有左冷却风管(35)， 左冷却风管上连接有左冷却风机(42)。
8、 根据权力要求5所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是所述 的冶炼设备中的电渣炉根据冶炼方式的不同，分为有衬电渣炉、半有衬电渣炉两种炉体；所述的有衬电渣炉炉体(54)座落在有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)上，在有衬电渣炉炉 体(54)的底部连接有底电极(57)，通过电极升降装置(47)将电极(46)插入有衬电渣炉内， 在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51),底电源(51)连接在底电极(57) 上与电极(46)组成供电回路，在有衬电渣炉炉体(54)的底部底电极(57)的一侧安装有氧气透气砖(55)，在氧气透气砖(55)上连接有氧气管(56)，在底部底电极(57)的另一侧安装有氩气 透气砖(59)，在氩气透气砖(59)上连接有氩气管(58),有衬电渣炉内有液态熔渣(52)和金属 熔液(60)，在有衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣炉的外部 安装有密封罩(49)，在密封罩(49)的上部连接有气体回收管(45)，气体回收管(45)与连接在 竖炉冷却过渡段(l'3)下部的余热循环系统管道相连接，有衬电渣炉炉体倾翻机构(53)安装 在炉体支架(64)上；所述的电极加热半有衬电渣炉由耐火材料炉体(65)、水冷结晶器(70)、抽定装置(68) 和电源系统、电极升降装置、吹气系统、密封罩组成，耐火材料炉体(65)连接在水冷结晶 器(70)的上面，在水冷结晶器(70) —侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另 一侧的上部连接有进水管74,在耐火材料炉体(65)下面的一侧安装有氧气透气砖(55)，在 氧气透气砖(55)上连接有氧气管(56)，在底部底电极(57)的另一侧安装有氩气透气砖(59)， 在氩气透气砖(59)上连接有氩气管(58)，水冷结晶器(70)的下面连接有底水箱(71)，抽定 装置(68)连接在底水箱(71)的下面，电极(46)通过电极升降装置(47)插入半有衬电 渣炉的耐火材料炉体(65)内，在电极(46)上连接有电源(48)、电源开关(50)、底电源(51)，底电源(51)连接在底水箱(71)上与电极(48)组成供电回路，半有衬电渣炉内有 液态熔渣(52)和金属熔液(60)，在半有衬电渣炉的上部连接有导流槽(61)和球团输送机(63)，在有衬电渣炉的外部安装有密封罩(49)，在密封罩(49)的上部连接有气体回收管(45)，气体回收管(45)与连接在竖炉冷却过渡段(13)下部的余热循环系统管道相连接， 半有衬电渣炉炉体安装在炉体支架(64)上；所述的导电环加热半有衬电渣炉由耐火材料炉体(65)的下面安装有导电环(73)，在导 电环底部(73) —侧的底部连接有进水管72，在导电环底部(73)另一恻的上部连接有进水 管74，在导电环(73)下面的側安装有氧气透气砖(55),在氧气透气砖(55)上连接有氧气 管(56)，在导电环(73)的另一侧安装有氩气透气砖(59)，在氩气透气砖(59)上连接有氩气 管(58)，在氧气透气砖(55)和氩气透气砖(59)的下面连接有水冷结晶器(70)，在水冷结晶器(70) —侧的底部连接有进水管69，在水冷结晶器(70)另一侧的上部连接有进水管74,在 水冷结晶器(70)的下面连接有底水箱7i，抽定装置(68)连接在底水箱(71)的下面，电 源(48)连接在导电环(73)上，与电源开关(50)、底电源(51)和底水箱(71)组成供电 回路。
9、根据权力要求5所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是所述 的有衬电渣炉半有衬电渣炉中的有衬炉炉体(54)是由耐高温、耐渣蚀的耐火材料捣打或由 耐火砖砌铸而成，其几何形状为即可为椭圆，亦可以为圆形、矩形、方形；所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电源(48)为三相低电压、大电流电源，亦可以为单 相低电压、大电流电源，优选三相电源；所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电极(46)材料为石墨电极，亦可以为金属材料自耗 电极或耐高温的导电陶瓷材^";所述的有衬电渣炉、半有衬电渣炉的电极升降装置(47)具有电极夹持、电极上下升降、 电极旋转机构；所述的半有衬电渣炉中的导电环(72)为循环水冷结构，材质为导电的铜材、无磁钢、不 锈钢或低碳钢，在导电环(72)的底部连接有导电环进水管(71)，在导电环的上部连接有导电 环出水管(73)。
10、根据权力要求5所述的用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺的设备，其特征是所 述的透气砖透气率为26 30%，吹氧气、吹氩气压力为6 8Kg/cm2。
全文摘要
本发明涉及一种用低镍物料冶炼镍铁及含镍铁水工艺及设备，属于冶金工业炼钢原料。将含镍铁原料与还原剂、熔剂、催化添加剂混合，制备成超细粉，混合造成球团物料，送入到还原炉内，经还原反应后，得到镍铁合金球团，将还原后的球团直接加入有衬电渣炉中冶炼成镍铁合金或含镍铁水；该设备由内外加热竖炉式还原炉、有衬电渣炉和余热回收系统组成。优点1.还原温度低，速度快，减少了能源消耗，降低生产成本，生产效率高，质量的均匀性好。2.机械化程度高，工序简单，产量大，可规模化生产。3.减少原料浪费，降低环境污染。4.采用氧化镍矿或含镍废弃物为原料来源广泛，成本低。5.废弃资源循环利用，节约了资源消耗。6.采用有衬电渣炉直接冶炼高温球团，热效率高，能耗低，材质纯净度高质量好，设备简单投资少。
文档编号C21B13/00GK101538631SQ200910028260
公开日2009年9月23日 申请日期2009年2月5日 优先权日2009年2月5日
发明者丁家伟 申请人:丁家伟