不锈钢冶炼红土镍矿的原料处理工艺

不锈钢冶炼红土镍矿的原料处理工艺

周雨濛

中冶东方工程技术有限公司山东青岛市266555

摘要：近年来，由于不锈钢冶炼的需要，红土镍矿将作为生产镍铁合金的主要生产原料，红土镍矿的冶炼技术和原料处理工艺正在逐步完善。

关键词：红土镍矿；原料处理工艺；不锈钢；冶炼

1技术背景

2007年我国第一座红土镍矿试验厂开建，红土镍矿冶炼相对起步较晚。对红土镍矿的冶炼来说，国内主要以回转窑－电炉还原熔炼工艺（RKEF法）为主，整体工艺流程借鉴国外成熟技术，但在红土镍矿原料处理的工艺环节中，工艺细节却各有不同。

2红土镍矿的原料处理工艺

2.1红土镍矿的进厂处理

当前，我国进厂的红土镍矿多来自于东南亚，雨水较多，因此矿表面含水量较大，高者可达20%，结晶水含量一般在15%，给运输和生产带来一定的困难，难以直接进行生产。当表面含水量降至15%时，可进行正常的运输，因此进厂的红土镍矿初始处理为自然脱水或石灰脱水。

自然脱水为红土镍矿运至厂内后在雨棚内堆存，方便水分蒸发，采用雨棚自然脱水需要大量场地，且脱水速度较慢，需30天左右。

石灰脱水为利用石灰的吸湿性和放热性达到快速脱水的目的。一般是用装载机将红土镍矿分层堆存，层间铺石灰，虽然其脱水速度快，5天即可满足要求，但由于红土镍矿和石灰搅拌不充分，搅拌过程中需要耗费大量的人力，且工作环境较差，考虑到进入电炉的原料碱度要求，石灰脱水所需石灰量最多不能超过30kg/t。

2.2红土镍矿的上料方式

红土镍矿的粒度组成以粉矿为主，含有少量粒度不均匀的块料，大的块料可达到500mm，由人工或固定筛分出。由于红土镍矿含水率高，部分企业将地下受料仓钢篦子改为与地面呈一定的倾角，再利用装载机辅佐作业，以便块料可以自行滚落，粉料掉入料仓，方便生产作业。

由于红土镍矿的高含水率和高粘性，其静态堆积角高达65º。为了提高红土镍矿在地下受料仓中的流动性，料仓倾角必须设计大于65º，同时内衬设高分子耐磨衬板。

为防止地下受料仓下料口因粘料造成堵塞，下料口处不设置闸门，直接采用板式给料机给料，可承受较大的冲击，保证物料运输的稳定进行。板式给料机再将红土镍矿通过带式输送机运输至烘干系统进行干燥处理。

2.3红土镍矿的干燥工艺

由于红土镍矿粉料多、含湿量大，因此很少直接进入矿热炉冶炼。目前越来越多的企业采用先干燥原料，使原料的表面含水量控制在8%～10%，然后再进行原料破碎筛分的方式。

由于红土镍矿容易粘结，在进入干燥窑（即转筒烘干机）后随着干燥窑的转动，易变成小球或本身就粘在一起，小球内的水分比较难以蒸发，因此烘干时间需要加长。除了在进料口筒壁上设置环链以减少粘料外，多采用顺流加热的方法，使湿料表面迅速干燥，减少粘料情况的发生。

经过长期的生产实践，红土镍矿干燥温度为650℃比较适合，考虑到现场工业布置，当干燥窑进气温度为700～800℃时，烟气经过烘干机筒体后温度下降50～150℃左右，可以满足干燥温度为650℃的要求。当烘干时间为40min时，物料保持恒重，表明游离水完全脱除。

2.4红土镍矿的破碎、配料工艺

烘干后的红土镍矿需破碎处理达到合格粒度，再与矿热炉冶炼所需的其他原料，如焦炭、煤、生石灰等经过配料后，才可进入回转窑进行焙烧。

2.4.1红土镍矿的破碎工艺

红土镍矿经干燥后需将抗压强度低于40MPa、粒径小于500mm的镍矿大块，破碎成10～50mm的合格粒度。

在破碎机的选型上，从镍矿高粘性对破碎机破碎效率的影响方面考虑，在分析了众多破碎机的结构后，认为双齿辊破碎机最具可行性和稳定性。

与其他破碎设备相比，双齿辊破碎机具有布置流程简单，噪音小，设备性能可靠，维修保养方便等优点，是粘性及类似物料破碎的首选机型。当镍矿从进料口全宽度喂入后，它的两个相向的差速旋转带齿的辊子，在压力和剪力共同作用下，将镍矿挤压破碎，破碎后的镍矿从两辊之间强制排出，而粘在辊子上的镍矿，则由舌瓣清扫器将其刮下。

2.4.2红土镍矿的配料工艺

经干燥、破碎后的红土镍矿由带式输送机运至配料室参与配料。当设计的红土镍矿配料仓容积及数量能满足矿热炉生产12小时所需的储量，则干燥后的红土镍矿可以直接进入配料室配料，再进入回转窑焙烧；若设计的配料仓容积及数量不能满足矿热炉生产12小时所需的储量，且干燥窑与回转窑、电炉工作工作制度不一致时，需配置干料棚，使干燥后的红土镍矿落地送入干料棚储存，当配料仓缺料时，再通过装载机进行上料作业。

储存于配料仓的各种原、燃料，如红土镍矿、焦炭、煤、生石灰等，按照镍铁矿热炉所需配比进行配料，配好的原、燃料经配料秤称量后卸入带式输送机，再输送至回转窑进行焙烧预还原处理。

2.5红土镍矿的焙烧工艺

为提高矿热炉的利用系数、节约能源、降低电耗、减少事故，采用回转窑焙烧的方法脱除红土镍矿中所含的结晶水。

2.5.1回转窑工艺

回转窑为连续运转，回转窑内物料流向为逆流，红土镍矿（以下简称炉料）在回转窑内的停留时间为2～3h，按其发生过程的特性，回转窑分为3个区域：预热段、煅烧段、冷却段，三段无明显界限。

在预热段，炉料加热至250～350℃，可除去红土镍矿表面剩余的游离水气，当炉料加热至温度830～930℃，除去结晶水（结晶水属矿物化合物成分）；在焙烧段，炉料加热至1150～1250℃，炉料中的铁、镍氧化物被部分还原；还原焙烧后的焙烧渣卸入至回转窑窑头的受料仓，并定时卸入位于卸料小车上的料罐中，送至矿热炉进行冶炼。

节电是回转窑焙烧红土镍矿的最大特点。若一吨含20%水的红土镍矿经过完全焙烧，并且以700℃的热矿形式加入矿热炉时，可以节电250kWh左右。

2.5.2回转窑燃烧器

回转窑通常配置四通道燃烧器，由内到外有五个通道组成，即柴油点火通道、中心风通道、煤粉风通道、旋流风和轴流风通道。因柴油点火通道只在点火升温的时候使用，故习惯上称为四通道。

燃烧器伸入窑头罩门约4500mm，所处炉温区段火焰温度为1250～1300℃。燃烧器所用燃料为煤粉，火焰长度为10～20m。φ4.6×110m回转窑的正常燃煤量为6.0～8.0t/h；最大燃煤量10t/h。煤粉由煤粉制备车间输送至回转窑，采用转子秤装置将煤粉通过风机定量的送入燃烧器内。

虽然现阶段国内红土镍矿RKEF法全封闭矿热炉冶炼存在一定的难点，煤气的产生具有不确定性和不稳定性，但是，在回转窑燃烧器的选型上可以将矿热炉煤气作为伴烧介质，但伴烧用量不得超过4000m3/h，否则将带来火焰形状不稳定、煤粉燃烧不充分等问题。燃烧器选用五通道结构，从内而外依次为柴油点火通道、中心风通道、煤气通道、煤粉风通道、旋流风和轴流风通道。伴烧矿热炉煤气可减少一定的煤粉用量，达到节能的效果。

3余热利用

为了对矿热炉烟气、回转窑尾气进行综合回收利用，可在干燥窑工艺生产线中增设混风室，将矿热炉烟气、回转窑尾气、煤粉燃烧炉热烟气引入混风室。在混风室中经过混合、稳定后的热烟气接至干燥窑，提供干燥窑所需的热源。

干燥窑尾气通过布袋除尘器净化后排入大气，布袋除尘器后的风机提供了矿热炉烟气、回转窑尾气进入混风室的动力；煤粉燃烧炉产生的热烟气通过配套风机送至混风室与其他热烟气进行混合。

采用混风室回收利用矿热炉烟气、回转窑尾气的方式，可节约燃煤1～2t/h，达到节能降耗的目的。

结论：

未来镍冶金工业的发展主要以红土镍矿为原料，且利用红土镍矿生产镍铁合金作为不锈钢的生产原料，也是保障不锈钢产业可持续发展的有效途径之一。开发不锈钢冶炼廉价原料-红土镍矿原料准备工艺及相关工艺领域优化，将为红土镍矿原料准备技术提供技术指导和借鉴，也为未来不锈钢产业、集中化、大型化、一体化发展提供必要保障。

参考文献：

[1]孙倬等.重有色金属冶炼设计手册.冶金工业出版社，1996.

[2]郭学益，昊展，李栋.镍红土矿处理工艺的现状和展望[J].金属材料与冶金工程，2009.