专利名称：一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法
技术领域：
本发明属于红土镍矿生产领域，涉及红土镍矿节能环保竖炉冶炼方法，具体涉及红土镍矿冶炼加硅铁在线温控方法。
背景技术：
此前我公司申请了一项红土镍矿节能环保竖炉冶炼方法的发明专利，采用不经烧结、湿球入炉的冶炼工艺，不仅节约了烧结能源，还通过湿球在布料区内起到的过滤烟尘的作用，使得大量烟尘在经过布料区时为湿球加热过程所产生的蒸汽所吸收，从而降低了烟气中的烟尘含量，球团也在这一阶段得到了烧结烘干，收到了良好的节能降耗、绿色环保的作用。但是，正是由于湿球入炉，使得炉内的冶炼温度升温缓慢，延长了冶炼时间，降低了生产效率。
发明内容
本发明目的是通过加入硅铁的方式，调节炉温，利用硅的发热量高，夺取鼓入的氧气和原矿中的氧，快速提升反应区温度达到标准反应温度，提高镍回收率。一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，其特征在于:先将炉料熔炼划分为预热、还原、燃烧、熔化、分离五个区域，然后进行温度测量，通过测量周边温度值后，监测专家系统进行对比分析，计算出中心温度的变化值。通过温度变化值计算所需要吸收热量，从而确定硅铁的加入量。1、物料熔炼区域分布将节能环保竖炉的冶炼过程分为五个主要区域，在炉料与炉气流逆向运动过程中，热交换、还原、融化于成渣等反应依次在五个区域中进行，这五个区域称为预热区、还原区、燃烧区、熔化区、分离区，见图1。(I)预热区。温度25 300°C，加入的炉料随着冶炼的进行，缓缓下降。(2)还原区。又分上还原区和下还原区，温度300 700°C，在C0、H2的作用下，金属氧化物从高价逐渐还原至低价。(3)燃烧区。温度700 1200°C。温度达到焦炭的着火点后，焦炭开始燃烧，不断增加炉内热量，并释放出CO，H2等还原气体，为还原区提供还原气体。(4)熔化区。温度1200 1600°C。它由许多固态焦炭和红土镍矿块黏结在一起的半熔融状态，由于红土镍矿块呈软熔状，透气性极差。(5)分离区。温度在1300 1600°C。溶化后的渣镍铁像雨滴一样穿过焦炭层而滴落。在炉缸下部，主要是液态渣铁以及浸入其中的焦炭，镍铁滴穿过渣层以及渣铁界面时最终完成必要的氧化还原反应，得到合格的镍铁。2、温度计算炉内温度按物料流程及燃烧还原反应，温度中心高，四周低，其中滴落区最高，设计温度反应区中心温度为1600°C。燃烧还原 反应区的中心温度与物料分布周边温度间成梯度变化，四周温度的高低可及时反应中心温度。先对物料周边温度进行检测，再按照温度梯度反应中心温度。温度检测仪探头放在竖炉内侧，贴近耐火砖层，在线检测物料周边温度，对每个固定区段的固定点进行检测，所得温度即是测量温度。温度梯度的测量方法，在竖炉的每个区段固定点开孔，用高温测温仪探头水平深入中心反应区位置，测量温度为h，测量好后，把测温仪探头退回竖炉内壁，测量温度为t2，则该位置的温度梯度为a(ti — t2)，见图2。热扩散系数:a = λ + P c式中a为热扩散系数，又叫导温系数；P为红土镍矿块系数，1800kg.πΓ3 ;c为红土镍矿块比热容，1.2kJ.kg' k'相应的，对每个区域进行测量并结合热扩散系数计算出温度梯度，做成标准温度曲线，输入监测专家系统，完成标准温度曲线建立。在正常生产过程中，当焦炭热值不足或加量少，或红土镍矿块水分多，或系统漏风等控制不当，造成系统温度偏低，则物料外沿温度监测的温度值就直观地反应到系统的温度，与标准温度有一个偏差，根据专家系统分析计算，得出中心温度偏离标准温度数值，及时为生产管理参考决策。3、硅铁块量计算根据硅的燃烧所放热，所需要的加入硅铁块量计算方法如下。Q 放=m硅 X Q 硅Q吸一Γη料Cp平均 AtQ 放一 Q 吸m桂=m料Cp平均 At+ 30486.6式中Q桂为硅的燃烧热值:30486.6kJ/kg ；!!^为节能环保竖炉内反应中心物料重量，本方法取混合红土镍矿块重量为IOOOkg或根据节能环保竖炉结构尺寸进行计算；为节能环保竖炉物料的·平均热容，本方法取混合红土镍矿块的平均热容为1.2kJ/(kg.V )；Δ t为硅放热后物料升高温度。硅在空气中形成薄氧化膜，厚度一般不超过l、2nm，氧化量较少，对炼镁的还原过程影响不大，若硅铁发生氧化生成较大量的SiO2或其他物质，一方面降低了还原剂硅的有效利用率，另一方面二氧化硅薄膜会阻碍硅原子的扩散速度。炉料中Si02、Fe203在还原过程中会与MgO和CaO造洛，降低了 MgO和CaO的有效利用率，所生成的2Mg0.SiO2, Ca0.Fe203、2Ca0.Fe2O3等低熔点化合物。硅铁的氧化增重率在800°C —下增重率较为缓慢，到达800°C以上增重率炉料为1.005%，随着温度的增高，氧化增重率加快，在1200°C时增重率为4.714%，所以温度在1000 1600°C，硅吸氧反应速度快，并放出大量的热量。我公司现有2台节能环保红土镍矿竖炉，红土镍矿含镍平均1.67%，全铁含量25 28%，每天每台炉子生产7吨镍铁，镍铁平均含镍13%，铁平均含量83%，金属镍回收率 85.6%o
使用本方法后，镍回收率提高到87.7%，产量为每天每台7.5吨，比使此方法前多还原镍3.13kg，每天多产镍3.13X15 = 46.95kg，增加价值为46.95X 120 = 5634元(镍价按当前的12万元/吨)。每天增加硅铁消耗量72kg，硅铁块价格3.4元/kg，每天增加硅成本245元。减少焦炭加入量:m焦炭=72X30486.6 + 28470 = 77.1kg，减少成本:26.2X1.62=125 元。则每天增加效益:5634-245+125 = 5514，即每台炉子每天增加效益2757元。加硅燃烧优点:1、硅与鼓入的氧气和矿石中的氧结合，放出热量大，每千克放热30486.6kJ，比焦炭(30486.6kJ/kg)放热多 2016.6kJ/kg。2、燃烧反应速度快，炉料热量提升高，节省生产时间，每天节省41分钟。3、有利于脱出镍矿中氧，提高金属的回收率，镍回收率提高2.1%，由原来的85.6%提高到 87.7%o4、造渣效果好，降低碱度，采用酸性渣操作，避免碱金属对碳的气化反应，提高焦炭强度，减少还原粉化。
图1为节能环 保竖炉物料区段，其中1、预热区；2、还原区；3、燃烧区、4、熔化区；5、分离区。图2为物料中心与周边温度变化图，tl为物料中心温度；t2为物料中心温度
具体实施例方式1、建立温度曲线。熔化区温度到达1600°C时，热电偶插入核心代表区域中心进行检测，然后，把热电偶插到区域炉体内衬靠近内表面测量温度，依次对每个区段进行测量，计算温度梯度和相应的梯度系数，建立温度标准曲线，编入监控专家系统程序。2、生产过程中在线检测内衬温度，内衬温度与曲线温度对比，自动算出偏差理想温度值。3、根据温度偏差值、硅热值，算出所要添加硅铁块量。4、把硅铁块物料预热区顶部中心，通过预热区预热，再到软化半熔融区融化，熔融硅渗透到熔化区，在温度1273K以上时开始燃烧，放出大量的热量，提升炉膛温度。5、反应区温度过闻，增加炉料，减少娃铁块加入量，逐步调整焦炭、娃铁块和红土镍矿块比例，不断生产实践，逐步与监控温度专家系统形成一套有效的硅铁块添加和温度监测系统，为生产使用。
权利要求
1.一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，其特征在于:先将炉料熔炼划分为预热、还原、燃烧、熔化、分离五个区域，然后进行温度测量，通过测量周边温度值后，监测专家系统进行对比分析，计算出中心温度的变化值。通过温度变化值计算所需要吸收热量，从而确定硅铁的加入量。
2.根据权利要求1所述一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，其特征在于:预热、还原、燃烧、熔化、分离五个区域分别为: (1)预热区:温度25 300°C，加入的炉料随着冶炼的进行，缓缓下降； (2)还原区:又分上还原区和下还原区，温度300 700°C，在CO、H2的作用下，金属氧化物从高价逐渐还原至低价； (3)燃烧区:温度700 1200°C，温度达到焦炭的着火点后，焦炭开始燃烧，不断增加炉内热量，并释放出CO，H2还原气体，为还原区提供还原气体； (4)熔化区:温度1200 1600°C，由许多固态焦炭和红土镍矿块黏结在一起呈半熔融状态，由于红土镍矿块呈软熔状，透气性极差； (5)分离区:温度在1300 1600°C，溶化后的镍铁像雨滴一样穿过焦炭层而滴落；在炉缸下部，主要是液态渣铁以及浸入其中的焦炭，镍铁滴穿过渣层以及渣铁界面时最终完成必要的氧化还原反应，得到合格的镍铁。
3.根据权利要求1所述一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，其特征在于: 炉内温度按物料流程及燃烧还原反应，温度中心高，四周低，其中滴落区最高，设计温度反应区中心温度为1600°C ;燃烧还原反应区的中心温度与物料分布周边温度间成梯度变化，四周温度的高低可及时反应中心温度；先对物料周边温度进行检测，再按照温度梯度反应中心温度；温度检测仪探头放在竖炉内侧，贴近耐火砖层，在线检测物料周边温度，对每个固定区段的固定点进行检测，所得温度即是测量温度； 温度梯度的测量方法是，在竖炉的每个区段固定点开孔，用高温测温仪探头水平深入中心反应区位置，测量温度为h，测量好后，把测温仪探头退回竖炉内壁，测量温度为t2，则该位置的温度梯度为a(trt2)； 热扩散系数:a = λ ÷P c 式中a为热扩散系数，又叫导温系数； P为红土镍矿块系数，1800kg.m-3 ； c为红土镍矿块比热容，1.2kJ.kg' k-1 ； 相应的，对每个区域进行测量并结合热扩散系数计算出温度梯度，做成标准温度曲线，输入监测专家系统，完成标准温度曲线建立。
4.根据权利要求1所述一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，其特征在于:根据硅的燃烧所放热，所需要的加入硅铁块量计算方法如下。
全文摘要
一种硅热法控制节能环保红土镍矿冶炼竖炉温度的方法，属于红土镍矿生产领域。其特征是先将炉料熔炼划分为预热、还原、燃烧、熔化、分离五个区域，然后进行温度测量，通过测量周边温度值后，监测专家系统进行对比分析，计算出中心温度的变化值。通过温度变化值计算所需要吸收热量，从而确定硅铁的加入量，利用硅的发热量高，夺取鼓入的氧气和原矿中的氧，生成氧化硅进入渣流，快速提升反应区温度达到标准反应温度。本方法专家监测系统自动化，反应及时，原料中添加硅铁后，温度提升快，生产效率高，同时提高金属镍回收率，取得可观的经济效益。
文档编号C22B23/02GK103103366SQ20131005381
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月20日 优先权日2013年2月20日
发明者田强, 赵宙, 陈玉荣, 王平 申请人:罕王实业集团有限公司