本发明涉及新型炼铁设备技术领域，尤其是一种利用电加热回转窑还原红土镍矿的装置及方法。
背景技术：
由于天然气资源较少，且优先用于石油化工和民用，故气基直接还原技术在我国受到限制。然而我国煤炭资源非常丰富，该资源条件使煤基直接还原技术在我国得到快速发展，煤基直接还原技术中回转窑直接还原技术是最为主要的工艺技术。
目前，国内外越来越多的专家学者对红土镍矿的高效利用进行了研究，处理工艺主要有湿法工艺和火法工艺两种，湿法工艺有高压酸浸法、氨浸法、常压酸浸法；火法工艺有回转窑-电炉熔炼工艺、高炉冶炼工艺、鼓风炉冶炼工艺等。目前，火法冶炼镍铁主要采用回转窑-电炉(RKEF)冶炼工艺，此工艺流程技术可靠、工艺成熟。红土镍矿经干燥破碎后与煤粉按照一定C/O比例混合，在高温(950～1200℃)条件下与铁、镍、钴氧化物与碳发生还原反应生成含有金属铁、金属镍和金属钴的金属化物料。在高温下，如空气进入将导致还原过后的金属化物料产生二次氧化，同时造成煤粉的燃烧，导致铁、镍、钴氧化物还原所需的还原剂的缺损，造成还原剂和能源的浪费，还原过后金属化物料的金属化率偏低，因此急需对回转窑窑头及窑尾进行密封，防止空气进入窑内。
根据查阅相关文献和专利，目前国内外回转窑一般以电加热居多，一般采用敞口式，未对回转窑窑头窑尾进行密封，或采取堵住窑头端口等简单密封。采用此类回转窑开展回转窑煤基直接还原因空气流通在回转窑高温条件下空气中氧气：1、与还原剂法发生氧化反应造成金属氧化物所需还原剂用量偏大；2、与还原后的金属物与空气中氧气发生二次氧化造成金属化率偏低。这与实际生产中工业回转窑窑内环境差异巨大，所需还原剂用量、产品金属化率将不具备对比性，最终导致试验结果对实际指导意义不大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用电加热回转窑还原红土镍矿的装置，提高回转窑密封性，从而提高回转窑还原过后的金属化物料的品质。
本发明公开的利用电加热回转窑还原红土镍矿的装置，包括回转窑筒体、窑尾充氮接料机构和窑头密封机构；
所述窑尾充氮接料机构包括充氮管、密封罐以及接料桶，所述接料桶设置于密封罐内，所述回转窑筒体的尾部伸入密封罐内并延伸至接料桶上方，所述充氮管穿过密封罐从回转窑筒体的尾部伸入回转窑筒体内；
所述窑头密封机构包括喂料斗、缩径管、密封组件以及密封外壳，所述缩径管的粗端与回转窑筒体的头部相连接，所述缩径管的细端延伸入密封外壳内，所述密封组件设置于缩径管与密封外壳之间，所述喂料斗底部穿过密封外壳伸入缩径管的细端端口。
优选地，所述充氮管上设置有流量调节器。
优选地，所述缩径管与密封外壳之间设置有轴承，所述轴承与密封组件并列布置，并且轴承位于与密封组件的外侧。
优选地，所述密封组件采用石墨材质的迷宫式摩擦体组合件。
优选地，所述迷宫式摩擦体组合件包括3～5组摩擦体，摩擦体与缩径管、密封外壳间径向间隙2～5mm，摩擦体之间横向间隙5～20mm。
优选地，所述密封罐与回转窑筒体之间的间隙采用高温石棉填充。
优选地，所述缩径管的细端端口设置有圆环形挡板。
优选地，所述喂料斗的下方直管段设置插板阀。
优选地，所述密封罐与回转窑筒体的交接部以及密封外壳与缩径管的交接部均与回转窑筒体处于同一轴线上。
本发明还提供了一种利用电加热回转窑还原红土镍矿的方法，其采用上述利用电加热回转窑还原红土镍矿的装置，
方法步骤如下：启动回转窑，设定温度为950～1100℃，转速3～4r/min，将红土镍矿铁镍钴氧化物与煤粉还原剂按C/O＝1～1.15加入回转窑筒体内，在充氮流量1～8L/min的条件下进行还原反应。
本发明的有益效果：本发明针对利用回转窑还原红土镍矿在还原过程中因密封性差导致空气进入窑内导致金属化物料二次氧化和焦炭燃烧的问题，提出了采用窑头密封、窑尾充氮的措施，有效的杜绝了因密封性差导致空气进入窑内导致金属化物料二次氧化和焦炭燃烧的问题，提高了红土镍矿还原过后金属化物料的品质，为回转窑还原红土镍矿提供了有力的设备保障。
附图说明
图1是本发明的示意图；
附图标记：充氮管1，流量调节器2，密封罐3，接料桶4，回转窑筒体5，缩径管6，轴承7，密封组件8，喂料斗9，插板阀10，密封外壳11。
具体实施方式
下面对本发明进一步说明。
本发明公开的利用电加热回转窑还原红土镍矿的装置，包括回转窑筒体5、窑尾充氮接料机构和窑头密封机构；
所述窑尾充氮接料机构包括充氮管1、密封罐3以及接料桶4，所述接料桶4设置于密封罐3内，所述回转窑筒体5的尾部伸入密封罐3内并延伸至接料桶4上方，以保证金属化物料顺利装入接料桶4内，所述充氮管1穿过密封罐3从回转窑筒体5的尾部伸入回转窑筒体5内，可以在密封罐3上开孔以便于充氮管1的设置，为方便调节充氮流量，所述充氮管1上设置有流量调节器2；
所述窑头密封机构包括喂料斗9、缩径管6、密封组件8以及密封外壳11，所述缩径管6的粗端与回转窑筒体5的头部相连接，可采用缩径管6套入回转窑筒体5或者回转窑筒体5套入缩径管6等连接方式，就转窑筒体套入缩径管6的连接方式而言，缩径管6的粗端较回转窑筒体5的外径大4～8mm，可采用螺栓顶进的结构形式将缩径管6固定在回转窑筒体5上，所述缩径管6的细端延伸入密封外壳11内，所述密封组件8设置于缩径管6与密封外壳11之间，以防止空气进入密封壳体，所述喂料斗9底部穿过密封外壳11伸入缩径管6的细端端口，使物料可以由缩径管6口进入回转窑筒体5内。
为减少缩径管6与密封外壳11内壁间的摩擦，同时减少密封组件8自身磨损，所述缩径管6与密封外壳11之间设置有轴承7，所述轴承7与密封组件8并列布置，所述轴承7位于密封组件8的外侧，防止密封外壳11高温气体对于轴承7的损害，延长轴承7使用寿命。由于密封组件8处于高温环境下，宜采用耐高温、耐腐蚀的密封材料，因此所述密封组件8优选采用石墨材质的迷宫式摩擦体组合件，迷宫式摩擦体组合件包括3～5组摩擦体，摩擦体与缩径管6、密封外壳11间径向间隙2～5mm，摩擦体之间横向间隙5～20mm。此外，为进一步提高窑头密封机构的密封性，所述喂料斗9的下方直管段设置插板阀10，以防烟气由此处逸出，亦可防止空气由此进入回转窑窑内。而为了同时提高窑尾充氮接料机构的密闭性，所述密封罐3与回转窑筒体5之间的间隙采用高温石棉填充，尽可能减少空气由此进入窑内。
为保证加入的红土镍矿煤粉混合料不漏料，所述缩径管6的细端端口设置有圆环形挡板。圆环形挡板通常高10～50mm。在装置运行时，密封罐3与密封外壳11是固定不动的，而缩径管6与回转窑筒体5同轴并随之一起转动，为减小摩擦，并保证物料的流动，所述密封罐3与回转窑筒体5的交接部以及密封外壳11与缩径管6的交接部均与回转窑筒体5处于同一轴线上。窑尾充氮接料机构和窑头密封机构通常需要设置支撑件才能使其与回转窑筒体5达到同一高度，窑尾充氮接料机构和窑头密封机构的支撑件可以分别独立设置，也可以固定在回转窑窑体支撑件上。
以下为采用上述装置进行还原红土镍矿还原的实施例
实施例1
回转窑内径80mm、长度1.75m，回转窑倾角为3.5％，根据本专利对回转窑进行改进前，进行红土镍矿还原试验：
启动回转窑，设定温度为1100℃，转速3r/min，将红土镍矿铁镍钴氧化物与煤粉还原剂按C/O＝1.14加入回转窑筒体5内，还原产物铁金属化率为63％。
通过以下方式实施本专利：窑头密封机构中缩径管6粗端内径90mm，细端内径70mm，细端端口挡板高14mm；轴承7采用推力角接触球轴承7(70TAC20X+L)；迷宫式摩擦体：3组体，径向间隙3mm，横向间隙6mm，摩擦体材料为石墨；启动回转窑，同样设定温度为1100℃，转速3r/min，将红土镍矿铁镍钴氧化物与煤粉还原剂按C/O＝1.14加入回转窑筒体5内，在充氮流量3L/min的条件下进行还原反应，还原产物铁金属化率为91％。
实施例2
在其他条件不变的情况下，将实施例1中的充氮流量调整为1L/min，还原产物铁金属化率为92.5％。
实施例3
回转窑内径100mm、长度1.8m，回转窑倾角为4.0％，根据本专利对回转窑进行改进前，进行红土镍矿还原试验：
启动回转窑，设定温度为1100℃，转速4r/min，将红土镍矿铁镍钴氧化物与煤粉还原剂按C/O＝1.03加入回转窑筒体5内，还原产物铁金属化率为55％。
通过以下方式实施本专利：窑头密封机构中缩径管6粗端内径112mm，细端内径80mm，细端端口挡板高35mm；轴承7采用推力角接触球轴承7(80TAC20X+L)；迷宫式摩擦体：4组体，径向间隙5mm，横向间隙8mm，摩擦体材料为石墨；启动回转窑，同样设定温度为1100℃，转速4r/min，将红土镍矿铁镍钴氧化物与煤粉还原剂按C/O＝1.03加入回转窑筒体5内，在充氮流量4L/min的条件下进行还原反应，红土镍矿经回转窑直接还原后铁金属化率为82％。
实施例4
在其他条件不变的情况下，将实施例3中的充氮流量调整为8L/min，还原产物铁金属化率为79.6％。