專利名稱：一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鎳鐵生產(chǎn)領域，涉及一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法。
背景技術：
紅土鎳礦的加工冶煉方法通常為三種，即火法工藝、濕法工藝和火濕法結合工藝。而火法工藝中又分為電爐冶煉、高爐冶煉和豎爐冶煉。其中豎爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵其優(yōu)點是投資小、能耗較低，適合生產(chǎn)規(guī)模小、電力供應困難以及氧化鎳礦含鎳低的地區(qū)。但傳統(tǒng)的豎爐法生產(chǎn)鎳鐵，鎳的還原度低，環(huán)境污染嚴重。鎳回還原度低的原因通常是因為還原區(qū)溫度過高，還原時間過長，熔煉過程中大量氧化鐵被還原，是造成鎳鐵中鎳含量低的主要原因。環(huán)境污染嚴重時因為在常規(guī)豎爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵的過程中，為保證豎爐的透氣性，而采用燒結后的球團入爐，這樣不但是加大了球團燒結成本，還會產(chǎn)生大量的煙塵，直接穿過料層排出爐外，嚴重污染了環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決傳統(tǒng)豎爐冶煉紅土鎳礦過程中鎳的還原度低、壞境污染重的問題。一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是采用負壓操作、濕球入爐、降低還原區(qū)反應溫度的方式冶煉鎳鐵，具體步驟是I、將紅土鎳礦破碎至成IOmm以下,先加入適量生石灰使其原礦水分降到20 25%之間，然后再選取脫水后的紅土鎳礦為原料，加入O. 04 O. 05%的市售燒結劑和1-5 %的粘結劑，經(jīng)過對輥壓球機壓成60mm左右的橢圓形球團礦，不經(jīng)燒結，直接入爐，球團礦強度為3kg 10kg/cm2。2、將球團礦燃料熔劑木塊按I : O. 2 O. 28 O. 17 O. 22 O. I比例投入富氧節(jié)能豎爐進行低溫冶煉，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵，整個冶煉過程爐內(nèi)均采用負壓操作，負壓值在9. 5 9. OMpa0所述紅土鎳礦中鎳含量在I. 52% 3. 16%，鐵含量9. 58% 39. 58。粗鎳生鐵中鎳含量在13% 2(^七％的祖，鐵含量在75% 82wt%。不經(jīng)燒結，不單是節(jié)約了燒結能源，更重要的是濕球在布料區(qū)內(nèi)起到了過濾煙塵的作用，大量煙塵在經(jīng)過布料區(qū)時為濕球加熱過程所產(chǎn)生的蒸汽所吸收，從而降低了煙氣中的煙塵含量，球團也在這一階段得到了燒結烘干。低溫冶煉，是使得鎳礦中的鎳在還原區(qū)內(nèi)先行得到還原，此時的冶煉溫度又不足以讓鎳礦中的鐵充分還原就已經(jīng)經(jīng)過了還原區(qū)到了熔渣區(qū)。這就使得鎳礦中的鐵多數(shù)都被帶到熔渣中，使得已經(jīng)還原的鎳鐵中的鐵含量大為降低，鎳含量的比例從而大幅提高。本發(fā)明的核心原理是利用鎳優(yōu)于鐵還原的機理，在較低的還原溫度計合理的還原時間內(nèi)還原出絕大多數(shù)的Ni和部分Fe，從而達到提高產(chǎn)品中鎳的含量的目的。冶煉過程的主要還原反應為NiO+C —Ni+C0 T = 420°C (I)FeO+C —Fe+C0 f T = 650 °C (2)Cr203+C — Cr+CO 丨(3)Si02+C —Si+CO (4)由公式⑴、⑵可以看出Ni比Fe容易還原。因為是濕球入爐，球團強度較低，如果爐料加入量過多，球團容易粉化。為保證爐 況的順行，就必須對爐料中熔劑和鎳礦原料的加入比例和加入量實施嚴格的監(jiān)控。因此本發(fā)明采用了基于PLC控制的原料熔劑配料和上料的自動控制系統(tǒng)。原料熔劑配料自動控制系統(tǒng)由檢測單元、工控機、PLC控制單元、執(zhí)行機構部分四部分組成，內(nèi)容包括I)紅土鎳礦成分、熔劑成分檢測和冶煉前的即時在線分析；2)熔劑配比計算及自動配料過程；3)熔劑配比計算的自我完善功能三個部分具體控制步驟為(I)、利用X熒光光譜儀在線檢測料倉內(nèi)的原料和熔劑的成分，并送到PLC控制器，PLC又將這些檢測值通過以太網(wǎng)傳送到工控機；(2)、利用在工控機里存儲有根據(jù)工藝理論和經(jīng)驗編寫的工程應用程序，根據(jù)采集到的原料和溶劑成分值預算出原料和溶劑的配比和出渣的成分值；(3)、將預計算出的配比傳給PLC控制器，同時工控機里將此化驗成分值和預計算的配比值及出渣的成分值形成一個關系表，便將其存儲在數(shù)據(jù)庫里；(4)、PLC控制器收到預計算的配比值后，將適時的控制相應的電動閥動作，按預計算好的配比配料，同時PLC控制器將對加入的料自動定義批次號進行跟蹤；(5)、步驟(4)所述批次的爐料經(jīng)過一定的時間熔煉后出鐵出渣，對該批鐵和渣自動取樣，樣品經(jīng)冷卻后自動送到在線檢測儀分析其成分值，樣品化驗成分值傳輸?shù)降焦た貦C；￠)、工控機里的應用程序將按照批次號找出存儲于計算機的預算配比值和渣料成分值，將預算渣料成分值和實際值進行比較，參考此比較值，對原料配比公式某些經(jīng)驗參數(shù)進行調整，以使下批次配比和渣料成分的預算值更逼近實際值，并用更準確的預算值更新原先存儲于數(shù)據(jù)庫的值，以此往復直至達到最佳配比。上料的自動控制系統(tǒng)，包括小料倉、中間料倉、豎爐、料尺控制單元和自動加料控制單元。小料倉、中間料倉和豎爐內(nèi)均設有料尺控制單元。料尺控制單元由卷揚機1，鋼絲繩2，重錘3組成；自動加料控制單元由PLC控制單元4和人機接口(HMI) 5，傳感器檢測單元6，執(zhí)行機構7組成。料尺控制單元實現(xiàn)對爐內(nèi)料的探測控制，卷揚機通過鋼絲繩拉動重錘上下移動。通常情況下，重錘由于自身重量落在爐料上與爐料緊緊接觸，PLC向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩Ml作為力矩限幅值和向上的提升速度，連接重錘和卷揚機的鋼絲繩繃緊，重錘受到鋼絲繩向上的提升力作用，但力矩Ml不足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3，重錘不會隨提升力向上移動，相反，重錘隨著爐料下降仍然向下移動，并與爐料緊緊接觸，此時裝在卷揚機后的編碼器即可指示爐料的位置。當料尺檢測到需向爐內(nèi)加料時，向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩M2作為力矩限幅值和向上的提升速度。力矩M2足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3，重錘隨著卷揚機的轉動向上提升直到起始位。當重錘達到起始位時即可向爐內(nèi)加料。自動加料控制單元分三部分，一部分實現(xiàn)對三個小料倉(礦石料倉8,焦炭料倉9,石灰石料倉10)自動送料；二部分實現(xiàn)對由三個小料倉向中間大料倉11加料；三部分實現(xiàn)由中間料倉向豎爐12內(nèi)加料。三個小料倉的自動加料以料倉下的傳感器信號為依據(jù)，當稱重儀檢測某個小料倉內(nèi)沒料時，就會啟動相應的皮帶機送料到小料倉，當傳感器檢測到小料倉裝滿料時停止皮帶機送料。料尺檢測信號被實時送到PLC系統(tǒng)，料尺測量的料位值低與設定的某一極限位置時，PLC由此產(chǎn)生加料信號，同時PLC里既定的順控程序塊將按照工藝要求判斷出哪個小料倉需向中間料倉加料，所需加的重量和配比由二級模型機給出。PLC由此輸出打開小料倉閥門控制信號，小料倉開始向中間料倉加料，在此過程中PLC會根據(jù)程序里算出的所需加料值和中間料倉下的稱重儀測量值實時比較，當兩者之差小于某一值時閥門關閉停止向中間料倉加料。同時PLC給出中間料倉向豎爐內(nèi)加料的控制信號，中間料倉下的閥門打開開始下料，當下料值達到程序設定值時閥門關閉停止加料。
本發(fā)明的優(yōu)點是I、紅土鎳礦原礦直接入爐進行一步法生產(chǎn)，節(jié)省了燒結工藝環(huán)節(jié)，大幅降低生產(chǎn)成本。2、由于入爐球團礦含水分在25%左右，在爐內(nèi)進行一步法生產(chǎn)，有大量的水蒸汽蒸發(fā)，再加上爐內(nèi)形成負壓操作，可控制大量的粉塵不能向外溢出，從而達到降塵除塵之目的，環(huán)保效果極佳，沒有污染。


圖I為本發(fā)明豎爐自動上料系統(tǒng)結構圖，圖中標號為卷揚機I、鋼絲繩2、重錘3PLC控制單元4、人機接口(HMI)5，傳感器檢測單元6,執(zhí)行機構7。執(zhí)行機構7再通過線路連接礦石料倉8,焦炭料倉9,石灰石料倉10，中間大料倉11，豎爐12。
具體實施例方式一種紅上鎳礦冶煉鎳鐵的方法，其特征是采用負壓操作、濕球入爐，降低還原區(qū)反應溫度的方式，具體步驟是I、將紅土鎳礦破碎至成IOmm以下,先加入適量生石灰使其原礦水分降到20 25%之間，然后再選取脫水后的紅土鎳礦為原料，加入O. 04 O. 05%的市售燒結劑和1-5 %的粘結劑，經(jīng)過對輥壓球機壓成60mm左右的橢圓形球團礦，不經(jīng)燒結，直接入爐，球團礦強度為3kg 10kg/cm2。2、將球團礦燃料熔劑木塊按I : O. 2 O. 28 O. 17 O. 22 O. I比例投入富氧節(jié)能豎爐進行低溫冶煉，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵，整個冶煉過程爐內(nèi)壓力均小于爐外壓力。本發(fā)明采用了基于PLC控制的原料熔劑配料和上料的自動控制系統(tǒng)。原料熔劑配料自動控制系統(tǒng)由檢測單元、工控機、PLC系統(tǒng)、執(zhí)行機構部分四部分組成，內(nèi)容包括I)紅土鎳礦成分、熔劑成分檢測和冶煉前的即時在線分析；2)熔劑配比計算及自動配料過程；3)熔劑配比計算的自我完善功能三個部分具體控制步驟為(I)、利用X熒光光譜儀在線檢測料倉內(nèi)的原料和熔劑的成分，并送到PLC系統(tǒng)控制器，PLC系統(tǒng)又將這些檢測值通過以太網(wǎng)傳送到工控機；(2)、利用在工控機里存儲有根據(jù)工藝理論和經(jīng)驗編寫的工程應用程序，根據(jù)采集到的原料和溶劑成分值預算出原料和溶劑的配比和出渣的成分值；(3)、將預計算出的配比傳給PLC系統(tǒng)控制器，同時工控機里將此化驗成分值和預計算的配比值及出渣的成分值形成一個關系表，便將其存儲在數(shù)據(jù)庫里；(4)、PLC系統(tǒng)控制器收到預計算的配比值后，將適時的控制相應的電動閥動作，按預計算好的配比配料，同時PLC系統(tǒng)控制器將對加入的料自動定義批次號進行跟蹤；
(5)、步驟(4)所述批次的爐料經(jīng)過一定的時間熔煉后出鐵出渣，對該批鐵和渣自動取樣，樣品經(jīng)冷卻后自動送到在線檢測儀分析其成分值，樣品化驗成分值傳輸?shù)降焦た貦C；￠)、工控機里的應用程序將按照批次號找出存儲于計算機的預算配比值和渣料成分值，將預算渣料成分值和實際值進行比較，參考此比較值，對原料配比公式某些經(jīng)驗參數(shù)進行調整，以使下批次配比和渣料成分的預算值更逼近實際值，并用更準確的預算值更新原先存儲于數(shù)據(jù)庫的值，以此往復直至達到最佳配比。上料的自動控制系統(tǒng)，包括小料倉、中間料倉、豎爐、料尺控制單元和自動加料控制單元。小料倉、中間料倉和豎爐內(nèi)均設有料尺控制單元。料尺控制單元由卷揚機1，鋼絲繩2，重錘3組成；自動加料控制單元由PLC系統(tǒng)4和人機接口(HMI) 5，傳感器檢測單元6，執(zhí)行機構7組成。料尺控制單元實現(xiàn)對爐內(nèi)料的探測控制，卷揚機通過鋼絲繩拉動重錘上下移動。通常情況下，重錘由于自身重量落在爐料上與爐料緊緊接觸，PLC系統(tǒng)向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩Ml作為力矩限幅值和向上的提升速度，連接重錘和卷揚機的鋼絲繩繃緊，重錘受到鋼絲繩向上的提升力作用，但力矩Ml不足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3，重錘不會隨提升力向上移動，相反，重錘隨著爐料下降仍然向下移動，并與爐料緊緊接觸，此時裝在卷揚機后的編碼器即可指示爐料的位置。當料尺檢測到需向爐內(nèi)加料時，向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩M2作為力矩限幅值和向上的提升速度。力矩M2足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3，重錘隨著卷揚機的轉動向上提升直到起始位。當重錘達到起始位時即可向爐內(nèi)加料。自動加料控制單元分三部分，一部分實現(xiàn)對三個小料倉(礦石料倉8,焦炭料倉9,石灰石料倉10)自動送料；二部分實現(xiàn)對由三個小料倉向中間大料倉11加料；三部分實現(xiàn)由中間料倉向豎爐12內(nèi)加料。三個小料倉的自動加料以料倉下的傳感器信號為依據(jù)，當稱重儀檢測某個小料倉內(nèi)沒料時，就會啟動相應的皮帶機送料到小料倉，當傳感器檢測到小料倉裝滿料時停止皮帶機送料。料尺檢測信號被實時送到PLC系統(tǒng)，料尺測量的料位值低與設定的某一極限位置時，PLC系統(tǒng)由此產(chǎn)生加料信號，同時PLC系統(tǒng)里既定的順控程序塊將按照工藝要求判斷出哪個小料倉需向中間料倉加料，所需加的重量和配比由二級模型機給出。PLC系統(tǒng)由此輸出打開小料倉閥門控制信號，小料倉開始向中間料倉加料，在此過程中PLC系統(tǒng)會根據(jù)程序里算出的所需加料值和中間料倉下的稱重儀測量值實時比較，當兩者之差小于某一值時閥門關閉停止向中間料倉加料。同時PLC系統(tǒng)給出中間料倉向豎爐內(nèi)加料的控制信號，中間料倉下的閥門打開開始下料，當下料值達到程序設定值時閥門關閉 停止加料。
權利要求
1.一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是采用負壓操作、濕球入爐、降低還原區(qū)反應溫度的方式冶煉鎳鐵，具體步驟是 1)、將紅土鎳礦破碎至成IOmm以下，先加入適量生石灰使其原礦水分降到20 25%之間，然后再選取脫水后的紅土鎳礦為原料，加入O. 04 O. 05%的市售燒結劑和1-5%的粘結劑，經(jīng)過對輥壓球機壓成60_左右的橢圓形球團礦，不經(jīng)燒結，直接入爐，球團礦強度為3kg IOkg/cm2。
2)、將球團礦燃料熔劑木塊按I: O. 2 O. 28 O. 17 O. 22 O. I比例投入富氧節(jié)能豎爐進行低溫冶煉，冶煉時間180min 300min，冶煉溫度1260°C 1380°C，得到含鎳大于13%粗鎳生鐵；整個冶煉過程爐內(nèi)均采用負壓操作，負壓值在9. 5 9. OMpa0
2.如權利要求I所述一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是所述紅土鎳礦中鎳含量在I. 52% 3. 16%，鐵含量9. 58% 39. 58 ;粗鎳生鐵中鎳含量在13% 2(^七％的祖，鐵含量在75% 82wt%。
3.如權利要求I所述一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是生產(chǎn)過程采用了基于PLC控制的原料熔劑配料和上料的自動控制系統(tǒng)； 其中原料熔劑配料自動控制系統(tǒng)由檢測單元、工控機、PLC系統(tǒng)、執(zhí)行機構部分四部分組成，內(nèi)容包括I)紅土鎳礦成分、熔劑成分檢測和冶煉前的即時在線分析；2)熔劑配比計算及自動配料過程；3)熔劑配比計算的自我完善功能三個部分； 具體控制步驟為 (1)、利用X熒光光譜儀在線檢測料倉內(nèi)的原料和熔劑的成分，并送到PLC控制器，PLC又將這些檢測值通過以太網(wǎng)傳送到工控機； (2)、利用在工控機里存儲有根據(jù)工藝理論和經(jīng)驗編寫的工程應用程序，根據(jù)采集到的原料和溶劑成分值預算出原料和溶劑的配比和出渣的成分值； (3)、將預計算出的配比傳給PLC控制器，同時工控機里將此化驗成分值和預計算的配比值及出渣的成分值形成一個關系表，便將其存儲在數(shù)據(jù)庫里； (4)、PLC控制器收到預計算的配比值后，將適時的控制相應的電動閥動作，按預計算好的配比配料，同時PLC控制器將對加入的料自動定義批次號進行跟蹤； (5)、步驟(4)所述批次的爐料經(jīng)過一定的時間熔煉后出鐵出渣，對該批鐵和渣自動取樣，樣品經(jīng)冷卻后自動送到在線檢測儀分析其成分值，樣品化驗成分值傳輸?shù)降焦た貦C； (6)、工控機里的應用程序將按照批次號找出存儲于計算機的預算配比值和渣料成分值，將預算渣料成分值和實際值進行比較，參考此比較值，對原料配比公式某些經(jīng)驗參數(shù)進行調整，以使下批次配比和渣料成分的預算值更逼近實際值，并用更準確的預算值更新原先存儲于數(shù)據(jù)庫的值，以此往復直至達到最佳配比。
4.如權利要求3所述一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是采用了基于PLC控制的原料熔劑配料和上料的自動控制系統(tǒng)，包括小料倉、中間料倉、豎爐、料尺控制單元和自動加料控制單元；小料倉、中間料倉和豎爐內(nèi)均設有料尺控制單元，料尺控制單元由卷揚機(I)、鋼絲繩(2)、重錘(3)組成；自動加料控制單元由PLC系統(tǒng)(4)和人機接口(5)、傳感器檢測單元￠)、執(zhí)行機構(7)組成。
5.如權利要求4所述一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是料尺控制單元實現(xiàn)對爐內(nèi)料的探測控制，卷揚機通過鋼絲繩拉動重錘上下移動；重錘由于自身重量落在爐料上與爐料緊緊接觸，PLC控制單元向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩Ml作為力矩限幅值和向上的提升速度，連接重錘和卷揚機的鋼絲繩繃緊，重錘受到鋼絲繩向上的提升力作用，但力矩Ml不足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3，重錘不會隨提升力向上移動，相反，重錘隨著爐料下降仍然向下移動，并與爐料緊緊接觸，此時裝在卷揚機后的編碼器指示出爐料的位置；當料尺檢測到需向爐內(nèi)加料時，向卷揚機電機變頻器輸出向上轉動的提升力矩M2作為力矩限幅值和向上的提升速度；力矩M2足以克服重錘重力產(chǎn)生的力矩M3,重錘隨著卷揚機的轉動向上提升直到起始位；當重錘達到起始位時即向爐內(nèi)加料。
6.如權利要求4所述一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法，其特征是自動加料控制單元分三部分，一部分實現(xiàn)對三個小料倉即礦石料倉(8)、焦炭料倉(9)、石灰石料倉(10)自動送料；二部分實現(xiàn)對由三個小料倉向中間大料倉(11)加料；三部分實現(xiàn)由中間料倉向豎爐(12)內(nèi)加料；三個小料倉的自動加料以料倉下的傳感器信號為依據(jù)，當稱重儀檢測某個小料倉內(nèi)沒料時，就會啟動相應的皮帶機送料到小料倉，當傳感器檢測到小料倉裝滿料時停止皮帶機送料；料尺檢測信號被實時送到PLC系統(tǒng)，料尺測量的料位值低與設定的某一極限位置時，PLC系統(tǒng)由此產(chǎn)生加料信號，同時PLC系統(tǒng)里既定的順控程序塊將按照工藝要求判斷出哪個小料倉需向中間料倉加料，所需加的重量和配比由二級模型機給出；PLC系統(tǒng)由此輸出打開小料倉閥門控制信號，小料倉開始向中間料倉加料，在此過程中PLC系統(tǒng)會根據(jù)程序里算出的所需加料值和中間料倉下的稱重儀測量值實時比較，當兩者之差小于某一值時閥門關閉停止向中間料倉加料；同時PLC系統(tǒng)給出中間料倉向豎爐內(nèi)加料的控制信號，中間料倉下的閥門打開開始下料，當下料值達到程序設定值時閥門關閉停止加料。
全文摘要
本發(fā)明屬于鎳鐵生產(chǎn)領域，涉及一種采用濕球入爐低溫還原方式冶煉紅土鎳礦的方法。其特征是生產(chǎn)過程采用了基于PLC控制的原料熔劑配料和上料的自動控制系統(tǒng)。采用負壓操作、濕球入爐、降低還原區(qū)反應溫度的方式冶煉鎳鐵，入爐球團水份在20～25％之間，球團礦強度為3kg～10kg/cm2。還原區(qū)冶煉溫度1260℃～1380℃，能得到含鎳大于13％粗鎳生鐵。優(yōu)點是一是節(jié)省了燒結工藝環(huán)節(jié)，大幅降低生產(chǎn)成本。二是爐內(nèi)形成負壓操作，可控制大量的粉塵不能向外溢出，從而達到降塵除塵之目的，環(huán)保效果極佳，沒有污染。
文檔編號C22B23/02GK102965521SQ20121049270
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者由勇, 陳玉榮, 念大路, 王平 申請人:罕王實業(yè)集團有限公司