《镍铁冶金技术及设备.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《镍铁冶金技术及设备.docx（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、镍铁冶金技术及设备前言：就陆地资源而言，镍的矿物资源主要是硫化镍矿和氧化镍矿。人们从硫化镍矿中提取镍金属的历史已久，工艺成熟。但地球上硫化镍矿资源日益枯竭，因而开发利用氧化镍矿已成为当今世界镍金属提取业的主流。从氧化镍矿中提取镍金属有火法和湿法之分，前者一般采用电炉或高炉生产线。1.镍冶金概述1.1镍矿资源全世界镍的矿物资源主要有硫化镍矿、氧化镍矿和深海底含镍锰结核三种。陆地资源中氧化镍矿约占65%，硫化镍矿约占35%，海底含镍锰结核则是潜在的巨大镍资源。硫化镍精矿一般伴生有铜、钴、金、银和铂族金属等，在冶炼过程中可以综合回收。氧化镍矿主要分为镁质硅酸盐型、褐铁矿型和中间型三大类，可综合回收的
2、成分只有钴和铁。1.2镍的性质及用途镍是元素周期表中第族的元素，其在元素周期表中的位置决定了镍及其化合物的一系列物理化学性质与钴，铁相似，在亲硫和亲氧性方面接近于铜。镍是一种银白色金属,原子序数为28,相对原子质量为58.71,熔点为(14531),沸点为2732,其在不同条件下的密度如下表1-1所示。表1-1 镍的密度条件2014531500铸镍电解镍镍丸化学纯密度/gcm-38.9087.97.768.88.98.49.04（0.03）镍的化合物在自然界里有三种形态，即镍的氧化物、硫化物和砷化物。其氧化物有氧化亚镍（NiO）、四氧化三镍（Ni3O4）及三氧化二镍（Ni2O3）。三氧化二镍仅
3、在低温时稳定，加热至400-450，则离解为四氧化三镍，进一步升温则变为氧化亚镍。氧化亚镍的熔点为1650-1660，很容易被C或CO还原。氧化亚镍与CO和FeO一样，可形成NiOSiO2和2 NiOSiO2两类硅酸盐化合物，但NiOSiO2不稳定。氧化亚镍能溶于硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸等溶液中，形成绿色的两价镍盐。概况起来镍的用途可分为六类：（1） 制作金属材料。包括制作不锈钢、耐热合金钢和多种镍合金等约3000余种金属材料，约占消费总量的70%以上。（2） 用于电镀。其用量约占镍总消费量的15%。（3） 在石油化工的氢化过程中作催化剂。在煤气化过程中，专用CO和H2合成甲烷时发生下列反应：
4、CO+H2CH4+H2O（温度800加催化剂），常用的催化剂为高度分散在氧化铝基体上的镍复合材料（25%-27%），这种催化剂不易被H2S、SO2等毒化。（4） 用作化学电源，是制作电源的材料。如在工业上已生产的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni电池和H2-Ni密封电池。（5） 制作颜料和染料。其最主要的是组成黄橙色颜料，该颜料由TiO2、NiO和Sb2O3的混合料在800以下煅烧而成，覆盖能力强，具有金红石或尖晶石结构，故化学性质稳定。（6） 制作陶瓷和铁素体。如陶瓷工业上用NiO作着色剂，此外，还能增加料坯与铁素体间的黏结性，并使料坯表面光洁致密。铁素体是一种较好的陶瓷材料，主要用于高频电
5、气设备。2.镍铁冶炼用耐火材料耐火材料是能满足高温条件下使用的无机非金属材料，如热工设备中的内衬结构材料，高温容器内衬材料，高温装置中的元件、部件材料等。冶金对耐火材料的性能要求非常严格，即耐火度要高，高温强度要好，能经受熔渣、金属液的侵蚀和急剧的温度变化，有的还要求其在高真空和高温下不挥发或不发生分解，可以说，冶金工业的发展与耐火材料工业的进步是密不可分的。按其原料的化学性质，耐火材料可分为碱性、酸性和中性三类。碱性耐火材料的主要成分是MgO和CaO；酸性耐火材料的主要成分为SiO2；中性耐火材料分为Al2O3质、C质和SiC质等，耐火材料成分如表2-1所示。表2-1 耐火材料的分类分类耐火
6、材料名称主要原料主要成分酸性耐火材料黏土质耐材耐火黏土SiO2+Al2O3硅质耐材石英岩、硅石SiO2石英玻璃SiO2中性耐火材料高铝质耐材铝矾土、蓝晶石Al2O3+ SiO2刚玉质耐材工业铝氧、电熔刚玉Al2O3碳质耐材炭素材料、石墨C碳化硅质耐材碳化硅SiC碱性耐火材料镁质耐材菱镁矿、海水镁矿MgO镁碳质耐材高级镁砂、石墨MgO、 C白云石质耐材白云石CaO+ MgO石灰质耐材石灰、化学纯碳酸钙CaO按照使用温度，可分为普通耐火制品（耐火度为1580-1770）、高级耐火制品（耐火度为1770-2000）、特级耐火制品（耐火度大于2000）。耐火材料具有如下重要性质：（1） 耐火度和荷重软
7、化点。耐火度是材料在高温下抵抗熔化的性能，耐火度是衡量硅酸铝系耐火材料品质的一个重要指标。熔点是纯物质的固液相平衡温度，耐火度是低于纯物质熔点的。耐火材料在使用时都承受一定负荷，如果耐火材料受热后变形，炉体必然损坏，因此荷重软化点是耐火材料的另一个重要质量指标。（2） 高温抗折强度。高温强度大的砖，其抗渣性能必然好，抗急冷急热变化的能力也强，因此高温抗折强度成为许多耐材特别是碱性耐材的关键指标。（3） 热震稳定性。耐火材料受到的急剧温度变化称作热震（或叫热冲击）。由于耐火制品为脆性材料，膨胀率较大而弹性较小，因此在受到热冲击时引起内应力使材料破裂或剥落。（4） 气孔率和密度。耐材的气孔有和外界
8、相通的开口气孔和与外界不通的封闭气孔两类，封闭气孔体积很难测定，因此，制品的气孔率用开口气孔体积所占的百分比表示，称为显气孔率。耐火制品的密度和气孔有关，不包括任何气孔体积的密度称为真密度；包括全部气孔体积在内的密度称为体积密度；仅包括封闭气孔体积而不包括开口气孔体积的密度称为假密度。气孔率和密度是耐火制品致密程度的指标，高密度制品的力学性能好，也有利于抗渣侵蚀和抗热震，得到高密度制品的关键是高压成型设备。（5） 抗渣性。对于冶金耐材，抗渣侵蚀是非常重要的性能，与渣的性质及耐火材料品种有关。硅酸铝系耐火材料价格便宜、用途广泛而且品种多，其基本化学成分是SiO2和Al2O3，黏土砖、高铝砖及硅砖
9、是典型的硅酸铝系耐火材料。碱性耐火材料主要组分为CaO- MgO共晶成分，为67%CaO、33%MgO，共晶温度为2300。2.1耐火材料的损毁与寿命导致耐火材料损毁的原因很多，有耐火材料性能、质量和使用条件问题，也有炉子设计、砌筑质量和冶炼操作等问题。耐火材料的损毁往往是许多因素的综合结果。一般来说，碱性材料炉衬，在熔炼过程中与熔渣反应，会改变材料组成和结构，造成耐材的损毁。操作温度剧烈波动以及金属液、渣和气流的冲击等因素，则加速耐火材料的损毁。耐材的剥落：由于开口气孔的毛细作用，熔渣可以进入砖的内部，形成以硅酸盐为主的新相，在高温下原砖和新形成的变质层膨胀系数有差异，往往产生热应力以致出现
10、裂纹，裂纹扩展使变质层剥落而损毁，气孔率大、气孔直径大、熔渣和耐火材料间润湿良好，都使这种损毁加剧。总之，要提高冶炼炉衬的寿命，从耐火材料性能方面看要高纯原料、高压成型、高温烧成的“三高技术”，以得到高纯度、高密度、高强度的耐火材料。从使用耐火材料的方面看，要正确选择耐火材料砌筑方法和改进冶炼工艺，以使炉衬均衡侵蚀，可见冶炼工艺对炉衬寿命的影响也大。火法冶金耐火材料用量大，其保管也非常重要，应在专门仓库中分类存放，防止其受潮变质，不定形材料要防止混料，以免降低质量甚至使材料变质。3.镍铁冶炼用原材料 原材料的质量及供应条件直接关系着镍铁冶炼的各项技术经济指标,是确保按计划品种顺利进行生产,达到
11、优质、高产、低耗、高效的前提条件。必须大力改善冶炼原料的供应和管理，积极实现冶金原料的“精细”化，确保冶炼用原料的化学成分和物理性质符合技术条件，连续供应的原料成分和物理性质保持稳定。镍铁冶炼所需基本原料科分为主炉料即氧化镍矿和含镍、铁返回料，辅料即还原剂、熔剂、成球黏结剂等。3.1氧化镍矿及返回料氧化镍矿的大致成分见表3-2。硅酸盐型氧化镍矿的火法冶炼，首先要对购回的矿石进一步筛选或手选，以排除那些风化程度较差、含镍品位较低的大块贫矿，并经均匀化处理，力求获得镍品位较高且稳定的矿石。氧化镍矿含游离水和结晶水一般在30%左右，经干燥后仍含20%左右结晶水，须经720以上煅烧，充分排水，并预还原
12、后，方可入炉冶炼。红土矿是由铁和镍的氧化物组成的次生共生矿，其特点是硬度小，含水高（H2O）=20%-40%），易泥化，品位约为1%。据统计，红土矿一类镍矿占世界镍储量的75%以上，是非常有价值的镍资源。红土矿各成分含量如下表3-1所示。表3-1 红土矿成分的质量分数 %矿类Ni+CoFeCuCr2O3SiO2Al2O3MgOCaO红土矿1.040-480.01-0.055.1210-173-53-51.5-3含镍不锈钢、合金冶炼产生的除尘灰，含镍材料加工产生的打磨屑、酸洗泥、镀镍泥及其他含镍、铁返回料，经干燥脱水后，根据入炉成分要求，可与新矿搭配造球利用，具有很好的技术效果和经济价值。表3-
13、2 氧化镍矿类型及成分类型类号NiCoFeMgOSiO2CaOAl2O3灼减镁质硅酸盐Fe8-12%SiO240-48%MgO25-35%A2.270.119.929.643.00.20.77.0A2.320.0510.323.746.30.10.810.3A1.38.330.844.40.96.0A0.988.833.744.11.05.9褐铁矿Fe30%B1SiO220%B225%B11.3334.52.117.64.313.29.5B21.1531.03.031.52.57.57.0中间型Fe12-25%C1 MgO 20-35%C2 MgO10-25%C12.7-3.214.12337
14、0.32.211.3C12.40.0714.426.234.50.11.512.3C11.560.0416.126.733.70.12.99.1C12.440.0312.421.843.40.12.010C22.250.0614.519.439.70.15.512.5C22.0621.211.535.53.210C23.20.0513.814.847.51.99.1C22.70.0513.217.445.91.89.6C22.20.0718.812.941.63.09.6C22.50.1517.018.539.03.810.73.2冶金辅料3.2.1还原剂用煤炭煤是一种固体燃料和化工材料，含碳
15、量一般为46%-97%，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽，相对密度为1.1-1.8。就世界矿物能源探明的地质储量看，煤炭资源最为丰富，约10万亿吨。中国探明可直接利用的煤炭资源储量为1886亿吨，剩余可采储量为900亿吨。我国煤炭总的分为无烟煤、烟煤和褐煤三类，其中烟煤又包括贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤。3.2.1.1煤的性质煤的性质通常指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。煤的性质与成煤植物积聚环境和煤化程度有关。煤的物理性质包括煤的光泽、颜色、密度、表面性质（润湿性、比表面积和孔隙度等）、光学性质（折射率、反射率）及其热学、力
16、学、电学和磁学性质。煤的热学性质包括煤的比热容、煤的导热系数和热稳定性。煤的力学性质包括硬度、强度和可磨性。煤的化学性质是指煤与多种化学试剂在一定条件下产生不同化学反应的性质，包括氧化、加氢、卤化、水解和烷基化以及煤与CO2的反应性等，还包括用不同溶剂萃取的可萃取性。煤的工艺性质指煤在一定加工条件下或转化过程中所呈现的特性，如煤的塑性、可选性、黏结性、结焦性以及煤的发热量、煤灰熔融性和煤的结渣性等，煤的性质决定其用途。3.2.1.2煤的主要用途无烟煤的主要用途：（1） 煤化程度大的无烟煤可用作还原剂（代焦炭）炼制电石、碳化硅、红磷、黄磷、镁钙磷肥、石灰、白云石及其他冶金产品（如烧结矿等），可用
17、作石墨电极、合成氨等的原料，用作其他工业窑炉燃料、还原剂等。（2） 煤化程度中等的无烟煤中，低硫、低灰分煤可用于高炉喷吹，块煤可用于煤气发生炉制气，小高炉还可用块煤代替焦炭作还原剂。（3） 煤化程度小的无烟煤用于合成氨、煤气发生炉、高炉喷粉、矿石烧结及火电、水泥、石灰等生产的原燃料。不黏结煤（烟煤）主要包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤、贫煤。其主要用途如下：（1） 长焰煤主要用作机车、发电及工业锅炉和窑炉燃料，通过低温干馏加工为各种液体燃料，制成合成原料气等，用于发生炉制成煤气，高压加氢制成各种液体燃料。（2） 不黏煤主要作为燃料用于机车、发电及各种工业锅炉、窑炉和制作发生炉煤气。（3） 弱黏煤主要
18、作为燃料用于机车、发电及各种工业锅炉、窑炉，用于发生炉制造煤气为冶金、水泥、玻璃工业提供能源，低灰分低磷分者可配煤炼焦。（4） 贫煤用于发电、工业窑炉及制造合成原料或发生炉煤气，作为工业燃料使用。褐煤的主要用途如下：（1） 块煤或压制成型以造气、炼焦（加黏结剂）或低温干馏为半焦、焦油再加工等。（2） 用作工业原料制作活性炭、磺化煤、合成塑料，提取褐煤蜡、腐殖酸钠等。（3） 制造农肥等。3.2.1.3煤质指标分级国内外目前尚无评价煤质优劣的统一标准。根据有关资料介绍，有关主要煤质指标等级如表3-3和表3-4所示。表3-3 煤质指标等级（一）等级固定碳/%挥发分/%灰分/%水分/%硫分/%磷分/%
19、低分60201551.50.01中等60-7920-3515-255-151.5-2.50.01-0.1高分803525-40152.5-40.1表3-4煤质指标等级（二）级别发热量/kJkg-1块煤强度（大于25mm）/%黏结性（胶质层最大厚度）/mm热稳定性K6P/%高值25121/29308高强65强黏20好30中值18841/25121中强50-65中黏10-20中等3-45低值12560/18841低强30-50弱黏10差45-603.2.1.4对煤质要求的应用实例氧化镍矿焙烧处理过去多用低硫、低灰分、高发热值的焦粉。为了节约焦炭和改善工艺效果，目前多用无烟煤粉代替或部分代替，对其煤
20、质要求为：灰分小于15%，硫分小于1.5%，磷分小于0.04%。煤气发生炉用煤质量如表3-5所示。表3-5 煤气发生炉用煤质量要求项目无烟煤烟煤褐煤灰分/%252020硫分/%41.21.2灰分熔点/120012001200胶质层厚/mm16机械强度（25mm）/%6565热稳定性（13mm残焦）/%60粒度（括号内为限下率%）/mm6-13（13%）13（不含）-25（15%）25（不含）-50（15%）13（不含）-25（10%）25（不含）-50（12%）50（不含）-100（12%）25（不含）-50（8%）50（不含）-100（10%）3.2.2熔剂用石灰石石灰石作为镍铁冶金熔剂使用
21、，其质量应符合以下要求：（1） 碱性氧化物（CaO）含量应高，酸性氧化物（SiO2+Al2O3）含量应低。石灰石中CaO的理论含量为56%，自然界中石灰石都会有一定的杂质，故实际含量要比理论含量低。冶炼要求石灰石中SiO2和Al2O3含量不大于3.5%，以使石灰石的有效熔剂提高，即有效 CaO活度提高。（2） 有害杂质S、P越低越好。石灰石中一般含S 0.01%-0.08，P 0.001%-0.03%。（3） 石灰石应有一定的强度和均匀的块度。石灰石化学成分和粒度要求如表3-6和表3-7所示。表3-6 石灰石化学成分要求类别等级化学成分/%CaOCaO+MgOMgOSiO2PS不小于不大于普通
22、石灰石特级品541.00.0020.02一级品531.50.010.08二级品5232.20.020.10三级品513.00.030.12四级品504.00.040.15高镁石灰石特级品551.00.0050.02一级品541.50.010.08二级品5382.20.020.10三级品523.00.030.12四级品514.00.040.15表3-7石灰石粒度要求用途粒度范围/mm最大粒度/mm允许波动范围/%上限不超过下限不超过煅烧（回转窑）30810冶炼（电炉）10-50601063.2.3黏结剂用膨润土膨润土又称皂土，分钙质和钠质两种，是以蒙脱石为主的层状黏土矿物，用作成球黏结剂，配加量
23、为成品量的1%-2%，对其质量要求如下：（1） 最适宜的水分含量为7%-8%（干燥温度不大于149）。（2） 小于0.043mm粒度的含量大于70%，小于0.074mm粒度的含量大于90%，小于0.15mm粒度的含量不小于97%。（3） 膨润土应具有如下形态，即当3g膨润土与0.15g化学纯的氧化镁及100mm蒸馏水混合后静置24h，应无沉淀产生。胶体量不小于90ml，上层溶液不超过10%。膨润土的质量参考指标如表3-8所示。表3-8 膨润土质量参考指标指标级别一级二级蒙脱石含量/%6045-602h吸水率/%120100-120膨胀倍数128-12粒度小于0.074mm的占99%以上水分/%
24、小于10%硫分/%小于0.5%氧化镍矿成球使用粉化的石灰粉（消石灰）取代膨润土作黏结剂被实践证明是合理的，值得推广。4.镍铁冶金原料的加工镍铁冶金的原料加工处理,可大致分为两段:前段主要是块矿破碎、物料干燥、矿物制粉和配混料后造球；后段则主要是生球焙烧。其中破碎、造球和生球焙烧是生产过程的主要环节。4.1矿石破碎破碎是原料加工过程中的一个基本工序，包括对氧化镍矿块料、块煤和石灰石的破碎，为后续炉料加工准备必要的条件。4.1.1物料的一般技术特征物料粒度是指物料料块的大小，通常以料块最大边长（mm）来表示，也有以通过的筛孔尺寸或筛余百分比来表示的。破碎机的喂料粒度与破碎后的出料粒度的比值称为破碎
25、比，即i= Dmax/dmax式中 i破碎比；Dmax破碎机喂粒最大粒度，mm；dmax破碎后的出最大料粒度，mm。破碎比的大小是破碎机选型的重要参数之一，不同破碎机有不同的破碎比，如表4-1所示。表4-1 破碎等级及粒度破碎等级喂料粒度/mm出料粒度/mm粗碎300-500100中碎100-30020-100细碎50-1000-20破碎机的喂料粒度应与来料的粒度相适应，换言之，要根据破碎物料的最大粒度，合理选择破碎机。破碎机的出料粒度，决定于破碎机出料口的宽度及破碎机的特性，为了提高磨机的工作效率，降低粉磨电耗，在物料入磨前，将其尽可能破碎得细一些是十分必要的。因此，破碎机的出料粒度，往往按
26、入磨物料所要求的粒度而定。4.1.2矿石强度及硬度系数物料破碎的难易程度主要取决于矿石的机械强度（抗压、抗折），通常采用普式硬度系数来评定矿石的强度。所谓普式硬度系数（f）是矿石的极限抗压强度（压）除以100所得的数值，即f=压/100。按普式硬度系数的大小，可将矿石分为五个硬度等级，如表4-2所示。表4-2 按按普式硬度系数划分的硬度等级矿石硬度等级普式硬度系数矿石举例很软2烟煤、褐煤、水淬矿渣、黏土软2-4氧化镍矿、炉渣、混灰石中硬4-8石灰岩、石膏、萤石硬8-10坚硬石灰岩、铁矿、石英岩很硬10花岗岩、玄武岩、硬石英岩4.2原料烘干与配粉为了获得适于还原电炉冶炼使用的合格炉料，必须将氧化
27、镍矿（含返回料）、还原剂、熔剂、黏结剂等物料加工成符合粒度要求的粉体，在前述粗破的基础上，为准确配料和均匀混料进而造球创造条件。镍铁冶金所用原（辅）料硬度都不大（见表4-2），易破碎，但情况复杂。就原（辅）料中量最大的氧化镍矿而言，它是由自然风化程度大的土质粉矿和风化程度小的石质块矿构成的。两者各有特点：土质粉矿镍品位较高且成分均匀，但含游离水较多；石质块矿镍品位较低且不均匀，但含游离水较少。 石质块矿经破碎、制粉后可直接进入配混料、造球工序；而土质粉矿不需破碎，却须烘干后方可入磨。为了确保原料成分均匀、稳定，多将经粗破（大块石质矿）后的石质和土质矿一同进行烘干，然后细磨。4.3配料各种物料配
28、量如下：（1） 镍铁矿。按其化学成分及各辅助原料配量分批配入。（2） 除尘灰等返回料。依经验，按配料基量的5%配加。（3） 还原剂。按一定量铁和全部镍元素得以还原的量配入。（4） 熔剂。熔剂配加量按碱度要求确定。（5） 黏结剂。其配入量应由试验确定，一般膨润土用量为成品量的1%-2%。使用消石灰作黏结剂，其用量与膨润土相近。5.镍铁冶金主要设备5.1环形烧结机烧结是将粉状料或细粒料进行高温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的过程。烧结的方法有鼓风烧结和抽风烧结之分，以抽风烧结最为常见。抽风烧结分为连续式和间歇式，用于连续式抽风烧结的有带式烧结机和环式烧结机等；用于间歇式抽风烧结的有固定式烧结机
29、（如盘式烧结机和箱式烧结机）和移动式烧结机等。现代烧结机主要是抽风带式烧结机和环形烧结机，前者由于生产能力大，机械化程度高，自动控制装置较完善，劳动生产率也高，在大型铁矿粉烧结生产中多被采用。从生产规模和技术经济合理性考虑，环形烧结机更适合与电炉冶炼镍铁配套使用。5.1.1环形烧结机工艺流程烧结的过程是伴随着物料物理化学变化的过程。烧结料因强烈的热交换从70以下被加热到1200-1400，并从固相中产生液相，液相又被迅速冷却而凝固，其过程包括：（1）燃料燃烧和热交换；（2）水分蒸发及冷凝；（3）碳酸盐分解，燃料中挥发分的挥发；（4）矿物的氧化、还原与分解；（5）硫的氧化和去除；（6）固相间的反
30、应与液相的生成；（7）液相冷凝和烧结矿二次氧化等。其中包含的化学反应如下所列：2Fe2O33H2O=2 Fe2O3+3 H2OCaCO3=CaO+CO23 Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+ CO22FeO+SiO2=2 FeOSiO23Ni2O3+CO= 2Ni3O4+CO2Ni3O4+CO=3NiO+ CO22NiO+SiO2=2 NiOSiO2原料厂矿粉、返料、燃料、熔剂按比例混合，然后送混料机进行二次混匀和造球，由皮带运输机送到烧结机给料仓，完成供料工艺。混好的料由布料器均匀地分布在烧结机盘面进行点火烧结，从烧结机机头布好料开始抽风烧结，到机尾（大盘末端
31、）双辊破碎机进行破碎。通过漏斗溜到设在下层平台的热振动筛中进行筛分，不小于5mm的合格烧结矿通过溜槽溜到储矿槽，供电炉使用，不大于5mm的粉矿，通过配料皮带机进行重新配料。烧结过程产生的废气，通过重力第一次除尘，双旋风第二次除尘，脉冲布袋除尘器（捕集粒径大于0.3m的细小粉尘）第三次除尘后，除尘效率达到了99%以上，再经风机抽入烟卤水幕除尘后，排入大气。其工艺流程如图5-1所示。5-1烧结工艺流程图烧结机各系统及其功能如下：（1）配料系统。配料系统由配料仓、圆盘给矿机、配料皮带机等组成。用装载机将矿粉、燃料、熔剂、返矿等物料装入配料室料仓内，通过圆盘给矿机将以上物料按要求比例，送到配料皮带机上
32、，由皮带机将物料运至圆筒混料机进行混匀造球。（2）混料制粒系统。混料系统一般由二次混合完成，一次混合主要是将从配料室来的各种物料混合均匀，再用皮带机送至二次混合造球，二次混合的目的主要是为了提高球团质量，改善烧结过程中的透气性。将混合料最终制成3-8mm占75%的小球形混合料，再由皮带机送到布料仓进行布料，圆筒混料机具有混料范围广、能适应原料的变动、构造简单、生产可靠及生产能力大等优点。（3）混合料布料系统。混合料布料系统主要由圆辊给料机、反射板、扇形闸门等组成，按照工艺要求通过调节扇形闸门的开启度和圆辊给料机的转速将混合料供到反射板上进行偏析布料，通过调速反射板的角度来得到不同的布料效果。（
33、4）煤气点火系统。煤气点火系统由煤气及空气调节系统、烧嘴、助燃风机、点火室等组成。点火器采用自身预热装置对助燃空气进行预热，可提高助燃空气温度100-150，从而取得良好的节能效果。烧结生产使用的燃料分为点火燃料和烧结燃料。（5）烧结主机。烧结主机系统主要由传动装置、头尾端部密封、台车风箱、吸风装置、机架、落尘系统和粉尘收集系统等组成。主传动机构设在大盘下部侧方，由电动机、减速机、蜗轮减速机等组成，通过普通减速器与蜗轮减速机配合，保障设备正常运转。卸料器采用3kV电动机，位于大盘尾部，独立的动力系统完成大盘卸料，台车与风箱紧密连接，没有空隙，有效地防止了漏风。（6）烧结矿的破碎、筛分系统。双齿
34、辊破碎机设置在烧结机的尾部，它主要负责将台车卸下的大块烧结矿破碎成小块。经双齿辊破碎机破碎后的烧结矿进行筛分，目的是将成品和返矿分开（对热矿生产流程），或者提高冷却效果（对冷矿却生产流程）。不小于5mm的烧结矿提高溜槽到鳞板输送机再由皮带机运至储矿槽内，供电炉使用。小于5mm的粉料经过筛下皮带机运至混料系统重新进行混合、烧结。（7）抽风除尘系统。抽风除尘系统由降尘管、旋风除尘器、重力除尘器、水除尘器、主抽风机、管路及烟冲组成。在烧结抽风过程中产生的烟气及灰尘和抽风冷却过程中产生的废气及灰尘（灰尘约0.5-3g/m3）通过风箱进入降尘管(50mm以上)除掉，经降尘管除尘后的烟气进入重力除尘器进行
35、二次除尘，灰尘经除尘器的卸灰阀排到运输小车上运到配料室料仓参与配料。重力除尘后的烟气通过旋风和水幕进一步除尘后，达到国家规定的排放标准。5.2回转窑回转窑属于可旋转窑炉，其筒体与水平成一角度，由电动机通过减速装置靠齿轮传动带动筒体旋转。回转窑使用固体（粉煤）燃料或液体（油）燃料和气体燃料。与竖炉相比，回转窑具有以下优点：（1）生产能力大，可实现机械化、自动化运转，生产率高；（2）对煅烧物料适应性好，原料粒度可小到10mm，充分利用矿山资源；（3）煅烧产品质量稳定，燃料带入杂质少，产品纯度高。与竖炉相比，其不足之处是：投资较高，占地面积较大，单位燃料消耗较高等。回转窑煅烧氧化镍矿可依生产条件因地
36、制宜，采用成球法或直接将矿物入窑煅烧。回转窑筒体类型有：（1）直筒型。这是回转窑最常见的筒体结构，整个筒体直径相同，结构简单，部件及窑内衬砖规格较少，便于制造、维修。（2）窑头扩大型。扩大回转窑燃料燃烧区域的直径，以扩大燃烧带的窑积，从而提高窑的发热能力，增加火焰气体辐射层厚度，改善窑内高温区域传热。（3）窑尾扩大型。扩大窑尾筒体直径能加强窑尾的预热能力，降低窑尾气体流速和废气温度。回转窑的支撑及传动装置：（1）滚圈是安装在回转窑的筒体上与托轮接触支撑筒体、窑衬、物料等所有回转部分的部件。（2）托轮是回转窑的支撑装置，它除了支撑回转窑筒体的重力外，还在径向和轴向对回转窑筒体起着定位作用。托轮的
37、数量根据窑的长短不同而异，与滚圈相对应匹配，一般为2-4对。（3）挡轮回转窑是倾斜安装的，斜度一般为3%左右。在正常运转情况下，由于窑体本身的重力而产生沿轴向下滑的分力等于滚圈与托轮间产生的摩擦力，使窑体处于平衡状态。但有时下滑力大于摩擦力则会使窑体向下窜动，挡轮就是在传动设备附近的一滚圈两侧安装的辅以限制回转窑筒体的轴向窜动的装置。（4）传动装置回转窑的传动装置是回转窑的重要组成部分，主要由主传动装置、辅助传动装置、小齿轮、大齿轮等组成。主传动装置用于回转窑正常运转时为回转窑提供动力。当主传动装置不能正常位回转窑提供动力保证窑运转时，辅助传动装置可保证回转窑低速运转，防止高温状态下回转窑长时
38、间不转动造成筒体变形。回转窑的传动是通过电动机运转带动安装在减速机低速轴上的小齿轮，在通过小齿轮带动安装在筒体上的大齿轮连同回转窑一起旋转。回转窑的转速通过主电动机直流调速或变频调速实现。窑头罩及密封装置：（1）窑头罩设在回转窑窑头，下部开设出料口，侧面多半设置检修入孔，还留有燃枪安装孔和观察孔等。（2）密封装置回转窑进出口处的密封质量对系统运行能否正常、热工过程能否稳定至关重要。回转窑的密封方式很多，主要有摩擦式、迷宫式和气封式等，其中以摩擦式较为常见。摩擦式密封多为弹簧片或石墨块式。5.3还原电炉用于还原氧化镍矿的电炉主要分为矮烟罩半封闭式还原电炉、半封闭旋转式还原电炉、全封闭式还原电炉。
39、还原电炉的机械设备包括炉体、电极系统、烟罩或炉盖、炉体旋转机构、加料装置、液压系统和水冷系统等。炉体由钢制炉壳和耐火材料砌衬组成，普遍采用圆形炉体，其优点是结构紧凑，短网的布置也较容易做到合理，容易制造，大中型电炉炉壳采用16-25mm厚的锅炉钢板制成。炉衬一般在渣线以下的炉衬和炉底接触铁水部分，用碳质耐火材料或镁质耐材，其他部位用高铝质或黏土质耐材，靠近炉壳部位用隔热材料。5.3.1电极镍铁还原电炉的电极绝大部分为自焙电极，自焙电极由电极壳和电极糊（固体炭素材料和黏结材料组成）组成。在生产时将电极糊加入特制的电极壳内，通过炉内的传导热、辐射热和电阻热将电极焙烧硬化。电极焙烧的有三个阶段：（1
40、）第一阶段为软化段。温度由室温升到200，此时电极糊全部软化成流体状态，并有少量黄烟冒出，正常时这个区域由上部开始直到铜瓦上缘500mm左右。（2）第二阶段为挥发段。温度为200-600，此时电极糊已充满熔化充填电极壳，并明显挥发，电极糊逐渐变稠。靠近铜瓦上部，铜瓦冷却作用使外部温度较中心温度低，并保持温度上升较慢，这样可使电极的挥发分充分排出，不急于焦化，使电极糊保持塑性，填充得好，空隙少使电极致密强度高。此阶段是电极烧结的关键阶段，尤其挥发段的下半段在铜瓦约3/5高处，正好外部有一定的塑性，中心开始焦化，因此既能少量导电，又可使电极和铜瓦接触良好。（3）第三阶段为烧结段。电极糊已移至铜瓦下
41、部2/5，温度已升到600-800，电极糊焦化，将最后少量挥发物排出，变硬，形成导电好的电极。此处电流密度大，炉口辐射热也增大，故电极周围温度又上升较快，中心和外部温度逐渐一致。当电极从铜瓦中出来时，已是导电性良好、坚硬的电极了，又经过料面上进一步升温，进行部分石墨化转变，进入料面变成石墨化电阻小的电极。自焙电极事故主要有电极糊悬料、漏糊、软断和硬断。5.3.2还原电炉变压器电炉供电回路是电能输送的主回路，其供电系统为：电网高压电缆母线高压隔离开关高压断路器电炉变压器短网经电极输入电炉。电炉变压器主要技术特点：（1） 低压侧电压特别低，电流特别大；（2） 低压绕组每相几路的引线端头都是首尾相间
42、隔引出箱外，高压绕组最好也是每相的首尾均引出箱外，而不在箱内连接；（3） 具有多级分接电压；（4） 具有良好的绝缘强度及机械强度；（5） 具有不大的阻抗或短路电压；（6） 接线组别一般采用12组；（7） 具有一定的过载能力，配有相应的良好冷却措施；（8） 大容量电炉采用三台单相变压器组是合理的；（9） 选用壳式结构有一定的优越性，壳式结构与芯式结构相比，其感抗可降低到原来的1/5-1/3，因而大大降低了变压器空载损耗。同时与同容量的芯式变压器相比，壳式变压器具有体积小、质量轻、过载能力强等优点，尤其是大中型电炉变压器应优先采用。通常在还原电炉生产中，在配料恰当、操作工艺合理的条件下，电炉能否达
43、到高产、优质、低耗的目标，决定于电炉的功率因数cos、电效率和热效率。因为在一定的变压器视在功率下，功率因数高时，才能从电网中多获得有功功率，为高产创造有利条件。电效率高，才能把从电网得到的一定功率，充分输入炉内进行生产，设备有功损耗减少，产品单位电耗相应降低。热效率高，电炉所得到的总热能可以充分利用于生产。总热能的主要部分是由输入电炉的有效功率的电能转变而来，当然，也有少量的其他来源，如副反应中的放热反应以及炭材的燃烧等，但相对较少，以至可以忽略不计。因此电炉的实际生产能力，可以用变压器的视在功率与功率因数、电效率及热效率的乘积来表示，后三个因数都恒小于1。5.3.3还原电炉生产工艺(参考)
44、将烧结矿、还原剂（焦丁）和熔剂(石灰)混制由料罐从炉顶料仓下部的加料管导入炉内，间断加料定时出渣出铁。液态金属镍铁与炉渣经分渣器分离后，通过链式铸铁机浇铸成锭，炉渣流入渣盘进行水淬冷却，冷却后运至渣场处理。成品金属锭经计量、检验后，包装、外运。其工艺流程如图5-3所示。图5-3工艺流程冶炼过程初期，NiO炉料中的在750时，已有显著还原，其基本反应为：NiO+C=Ni+CO在900-1100时，Ni的还原反应进行的很充分。当有Si存在时，总的反应是：3NiO+Si+C=3Ni+SiO2+CO镍与铁可形成连续固溶体，液态时两元素有无限互溶性，从而可促进还原反应。可见，冶炼初期镍被充分还原，还原率可达90%左右。炉料中FeO和Cr2O3与C反应如下：3（FeOCr2O3）+3C=3Cr2O3+3CO+3FeCr2O3+3C=2Cr+3CO当有Si存在时：Fe2O3+Si+C=2Fe+SiO2+COCr2O3+Si+C=2Cr+SiO2+CO炉料中的FeO和Cr2O3，经还原剂作用先生成铁，然后才是Cr2O3被还原。还原电炉的工作温度可达2000左右，故铬和铁均能得以充分还原，前者还原率可达85%以上，后者还原率可达95%以上。部分炉次产品主要成分及炉渣成分的统计结果如表5-4和表5-5所示。表5-4部分炉次产品主要成分 %元素NiPS
